Способ получения химически осажденного карбоната кальция

 

Изобретение предназначено для резинотехнической, кабельной, парфюмерной, косметической и бумажной промышленности и может быть использовано при получении наполнителей. В реактор с обогревом и мешалкой подают осветленную дистиллерную жидкость содового производства. Температуру в реакторе повышают до 60-80С. Вводят органическую добавку – оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена состава С₉Н₁₉С₆Н₄О(С₂Н₄О)n Н, где C₉H₁₉ – алкильный радикал изононил, n – число молей этилена, присоединенных к одному молю алкилфенола, n=9-12. В качестве указанной органической добавки используют Неонол АФ-9. Неонол АФ-10 или Неонол АФ-12. Добавку вводят в количестве 0,02-0,07% от массы дистиллерной жидкости. Затем подают карбонатный и бикарбонатный раствор – отход производства бикарбоната натрия – маточник со стадии фильтрации, общей щелочностью 130-400 г/л в избытке 0,3-0,5 мас.% от стехиометрии по хлористому кальцию. Обработку проводят 20-30 мин до рН 7,2-7,4. Полученный осадок отделяют, промывают и сушат. Осажденный карбонат кальция содержит 0,002-0,006 мас.% примесей хлора, имеет белизну 95,0-98,0%, насыпную плотность 120-600 кг/м³. Изобретение также позволяет утилизировать отходы содового производства. 3 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к химической и нефтехимической промышленности, конкретнее к способу получения химически осажденного карбоната кальция (химически осажденный мел), который может быть использован в качестве наполнителей для резино-технической, кабельной промышленности, парфюмерно-косметической, бумажной промышленности и других отраслей народного хозяйства.

Известен способ получения химически осажденного карбоната кальция путем обработки дистиллерной жидкости содового производства раствором карбоната натрия в присутствии бикарбоната натрия при нагревании до рН 7,2-8,2 с последующей фильтрацией, отделением, сушкой и выделением целевого продукта [А.С. СССР № 522136, МПК С 01 F 11/18, 1975 г.].

Недостатком известного способа является значительное содержание хлоридов в готовом продукте.

Известен также способ получения химически осажденного карбоната кальция путем обработки дистиллерной жидкости содового производства раствором карбоната натрия в присутствии бикарбоната натрия и динатриевой соли - сульфокарбоновых кислот фракции С₁₇-С₂₀ при нагревании с последующей фильтрацией, отделением, сушкой и выделением целевого продукта [А.С. СССР № 510434, МПК С 01 F 11/18, 1975 г.].

Недостатком известного способа, так же как и предыдущего, является значительное содержание хлоридов в готовом продукте.

Для снижения хлоридов предлагается получать химически осажденный карбонат натрия обработкой дистиллерной жидкости содового производства раствором карбоната натрия в присутствии бикарбоната натрия и дополнительным введением в дистиллерную жидкость алкилсульфатов первичных спиртов в количестве 0,005-0.05 вес.% от веса дистиллерной жидкости [А.С. СССР № 510436, МПК С 01 F 11/18, 1975 г.], или алкилсульфоуреид [А.С. СССР № 560820, МПК С 01 F 11/18, 1975 г.], или ортофосфата карбамида в количестве 0,01-0,05 вес.% от веса дистиллерной жидкости [А.С. СССР № 560829, МПК С 01 F 11/18, 1975 г.] или подавать содовый раствор вначале 25-30% от необходимого для обработки с последующим введением остального количества содового раствора, при этом количество дистиллерной жидкости подается в количестве, обеспечивающем 0,5-1,2% от стехиометрии хлористого кальция [А.С. СССР № 648521, МПК С 01 F 11/18, 1975 г.], или подавать содовый раствор в предварительно смешанную дистиллерную жидкость с бикарбонатом натрия [А.С. СССР № 691402, МПК C 01 F 11/18, 1978 г.].

Основными недостатками известных способов являются невысокие потребительские качества целевого продукта: сравнительно низкая белизна целевого продукта, высокая остаточная щелочность, высокая насыпная плотность, низкая степень утилизации отходов содового производства.

Также известен способ получения химически осажденного карбоната кальция путем обработки дистиллерной жидкости содового производства содовым раствором, в качестве которого используют отходы содового производства - сметки и/или растворы от промывки содовозов, при избыточном содержании ионов кальция, равном 2-20% от стехиометрии, и концентрации содового раствора не менее 120 г/дм по содержанию оксида натрия [Пат. РФ № 2171227, МПК С 01 F 11/18, 2000 г.].

Данный способ позволяет использовать отходы содового производства при одновременной их утилизации и получить химически осажденный карбонат кальция с высоким показателем по белизне, но в то же время имеет и недостатки: сравнительно невысокая насыпная плотность, содержание примесей в готовом продукте, недостаточно высокая белизна.

Кроме того, осуществление способа по предлагаемому способу предусматривает большое количество сточных вод за счет концентрирования содовых растворов, особенно при использовании содовых растворов после промывки содовозов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому - прототипом является способ получения химически осажденного карбоната кальция путем обработки дистиллерной жидкости содового производства, содержащей пасту на основе алкилмоносульфоната натрия общей формулы:

C_nH_2n+1SO₃Na, где n=12-17,

в количестве 0,005-0,05%, раствором карбоната натрия в присутствии бикарбоната натрия при температуре 30С в течение 20 минут с последующим отделением осадка, его промывкой и сушкой [А.С. СССР № 729126, MПK C 01 F 11/18, 1975 г.].

Известный способ позволяет снизить содержание хлоридов в целевом продукте, но в то же время имеет основной недостаток - недостаточная белизна целевого продукта за счет образования практически нерастворимых органических солей щелочноземельных элементов при использовании в качестве добавки алкилсульфонатов, высокая насыпная плотность и, кроме того, его высокая себестоимость за счет использования целевых продуктов карбоната и бикарбоната натрия.

Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение потребительских свойств целевого карбоната кальция, а именно: снижение примесей, повышение белизны, снижение насыпной плотности, а также расширение сырьевой базы для использования целевого продукта и снижение его себестоимости и как следствие этого утилизация отходов производства соды.

Техническая задача достигается тем, что в качестве органической добавки используют оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена (Неонол) следующей общей формулы:

С₉Н₁₉С₆Н₄O(С₂Н₄O)nН,

где C₉H₁₉ - алкильный радикал изононил;

n - число молей этилена, присоединенное к одному молю алкилфенола, равное 9-12,

и его количество составляет 0,02-0,07 мас.% от дистиллерной жидкости, а в качестве карбонатного и бикарбонатного сырья используют отход производства бикарбоната натрия - маточник со стадии фильтрации общей щелочностью, равной 130-400 г/л, в количестве, составляющем избыток 0,3-0,5 мас.% от стехиометрии по хлористому кальцию, и обработку дистиллерной жидкости проводят при 20-80С.

Отличительными признаками заявляемого изобретения от прототипа являются использование в качестве бикарбонатного сырья отхода производства бикарбоната натрия со стадии фильтрации суспензии бикарбоната натрия (маточника); использование в качестве органической добавки Неонола; проведение обработки дистиллерной жидкости растворами карбоната и бикарбоната натрия при 20-80С до рН 7,2-7,4.

Использование в качестве добавки Неонола обусловлено тем, что присутствующие в исходном сырье поливалентные элементы Fe⁺³, Mn^+3-7 при взаимодействии с оксиэтильными группами образуют комплексные соединения (поданды), хорошо растворимые в воде, которые выводятся из системы на стадии фильтрации и промывки, что позволяет увеличить белизну и снизить насыпную плотность целевого продукта.

Использование в качестве исходного сырья отходов производства бикарбоната натрия и осветленной дистиллерной жидкости позволяет снизить себестоимость готового продукта и, соответственно, утилизировать отходы производства бикарбоната натрия.

В ходе обработки дистиллерной жидкости, в составе которой находятся соли кальция, избыточным количеством отхода производства бикарбоната натрия (маточника) протекают следующие основные реакции:

CaCl₂+Na₂CO₃ СаСО₃+2NaCl

CaCl₂+2 NaHCO₃ СаСО₃+2NaCl+CO₂+H₂O

Ca(OH)₂+2НаНСО₃ СаСО₃+СO₂+H₂O+2NaOH

В зависимости от исходной щелочности маточника зависит и степень утилизации исходных компонентов и, соответственно, выход карбоната кальция и его показатели.

Если исходная щелочность маточника не соответствует показателю 130-400 г/л, то ее регулируют дополнительной подачей Na₂СО₃ до щелочности 130-400 г/л.

При проведении синтеза заявляемым способом исходные продукты должны соответствовать следующим требованиям:

1. Дистиллерная жидкость - по ТУ 2152-032-00204872-97;

состав, мас.% (практически постоянный):

CaCl₂ 9,21

NaCl 5,42

Са(ОН)₂ 0,16

CaSO₄ 0,07

NH₃ 0,18

H₂O 84,96

2. Отход производства бикарбоната натрия - маточник - имеет следующий состав:

Na₂CO₃ - 18,8-22,7 н.д.=49,8-60,1 г/л,

NaHCO₃ - 33,3-36,0 н.д.=133,9-151,2 г/л,

NaCl - 0,92-1,43 н.д.=2,7-6,0 г/л,

3. Неонолы - ТУ 2483-077-05766801-98.

В предлагаемом способе используют следующие Неонолы:

С₉Н₁₉С₆Н₄O(С₂Н₄O)₉Н - Неонол АФ-9;

С₉Н₁₉С₆Н₄O(С₂Н₄O)₁₀Н - Неонол АФ-10,

С₉Н₁₉С₆Н₄O(С₂Н₄O)₁₂Н - Неонол АФ-12.

Процесс получения осажденного карбоната натрия осуществляют по схеме, отображенной на четреже следующим образом.

В реактор 1, снабженный обогревом и мешалкой, потоком I подают предварительно очищенную от взвешенных примесей дистиллерную (осветленную) жидкость в количестве 1 м³, температуру в реакторе доводят до 20-80С и потоком II вводят добавку Неонол в количестве 0,02-0,07 мас.% при перемешивании. Затем через теплообменник 2 потоком III подают маточник в избытке 0,3-0,5% от стехиометрии по хлористому кальцию с исходной щелочностью 130-400 г/л в количестве 0,268-0,810 м³. Обработку дистиллерной жидкости проводят в течение 20-30 минут до рН 7,2-7,4. Далее образовавшуюся суспензию карбоната кальция подают на фильтр 3, где одновременно проводят и промывку осадка полученного карбоната кальция от хлоридов водой, подаваемой потоком IV. Далее полученную влажную лепешку подают в сушилку 4. После чего высушенный карбонат кальция поступает в бункер-накопитель 5 и далее - потребителю.

Получают готовый продукт с белизной 95-98%, насыпной плотностью -120-130 кг/м³, содержанием хлоридов 0,002-0,003 мас.%.

Сущность способа подтверждается примерами, отображенными в таблице.

На основании приведенных примеров можно сделать вывод, что предлагаемый способ получения химически осажденного карбоната кальция позволит получить целевой продукт с высокими потребительскими показателями, а именно: белизна целевого продукта составляет 95-98%; незначительное содержание хлора и низкая насыпная плотность, что позволит удовлетворить требования потребителя и применить его и в парфюмерной промышленности.

Кроме того, предлагаемый способ позволит утилизировать такие отходы производства соды, как осветленную дистиллерную жидкость и отходы бикарбоната натрия, которые в значительном количестве не находят в настоящее время квалифицированного применения, а сбрасываются в так называемые “Белые моря”.

Формула изобретения

1. Способ получения химически осажденного карбоната кальция путем обработки дистиллерной жидкости содового производства карбонатным и бикарбонатным растворами в присутствии органической добавки при нагревании с последующим отделением осадка, его промывкой и сушкой, отличающийся тем, что в качестве органической добавки используют оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена следующего состава:

С₉Н₁₉С₆Н₄О(С₂Н₄О)nН,

где C₉H₁₉ – алкильный радикал изононил;

n=9-12 – число молей этилена, присоединенных к одному молю алкилфенола;

в качестве карбонатного и бикарбонатного сырья используют отход производства бикарбоната натрия – маточник со стадии фильтрации общей щелочностью, равной 130-140 г/л, в количестве, составляющем избыток 0,3-0,5 мас.% от стехиометрии по хлористому кальцию, и обработку дистиллерной жидкости содового производства проводят при температуре 60-80С до рН 7,2-7,4.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют осветленную дистиллерную жидкость – осветленную часть после отстоя дистиллерной суспензии.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве оксиэтилированных моноалкилфенолов на основе тримеров пропилена используют Неонол АФ-9, Неонол АФ-10 или Неонол АФ-12.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что количество Неонола составляет 0,02-0,07 мас.% от дистиллерной жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1