(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生石灰を水で連続的に湿式消化して消石灰水性スラリーを調製したのち、これに二酸化炭素を吹き込んで炭酸化するに当り、原料の生石灰として、粒径１〜３ｍｍの生石灰粒子５０ｇを水２リットル中、４０℃において４Ｎ−塩酸で滴定したとき、３分間の４Ｎ−塩酸消費量が１５０〜３５０ｍｌの範囲にある生石灰を用い、生石灰濃度５０〜１５０ｇ‐ＣａＯ／リットル、消化水温度２０〜９０℃及び平均滞留時間６０分以内の条件下で消化して調製した水性スラリーを炭酸化することを特徴とする５０％粒径３．５〜６．５μｍのカルサイト型軽質炭酸カルシウムの製造方法。
【請求項２】
消石灰水性スラリーとして、湿式消化で生じる残さを該水性スラリーに対し１重量％以下になるように除去し、かつ粘度をＢ型粘度計による測定値で２５０ｃＰ以下になるように調整したものを用いる請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カルサイト型軽質炭酸カルシウムの製造方法に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、アラゴナイト型軽質炭酸カルシウムのような夾雑物を含まない、品質の安定した軽質炭酸カルシウムを高収率、低コストで製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、炭酸カルシウムは工業的には石灰石を焼成して得た生石灰を原料に用いて、これを水と反応させる消化により消石灰水性スラリーを調製し、これを二酸化炭素と反応させることにより軽質炭酸カルシウムとして製造され、０．１μｍ以下の膠質粒子から数μｍ〜数十μｍの粗大粒子までの種々の粒径のものや、紡錘状、角状、柱状、針状、球状などの種々の形態のものが生産されている。
この軽質炭酸カルシウムは、近年の製紙業界における、填料にタルクを用いる酸性抄紙から填料に炭酸カルシウムを用いる中性抄紙やアルカリ抄紙への転換の進捗に伴い、主に製紙分野での需要が増大している。
【０００３】
ところで、この生石灰を原料とするカルサイト型軽質炭酸カルシウムの工業生産においては、生石灰の消化時の残さの増大や、アラゴナイト型軽質炭酸カルシウムの副生による所望の炭酸カルシウムの収率の低下とともに、残さ廃棄コストの増大や、炭酸化反応で得られる炭酸カルシウムスラリーのろ過時のろ材の閉塞トラブルや、所望の炭酸カルシウムの品質の不安定を生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような生石灰からのカルサイト型軽質炭酸カルシウムの製造法において、上記のような従来法の欠点を克服し、アラゴナイト型軽質炭酸カルシウムの副生を抑制し、品質の安定した軽質炭酸カルシウムを、篩い残さをほとんど生じることなく、高収率で安価に工業的に製造する方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、カルサイト型軽質炭酸カルシウムの工業的製法について種々研究を重ねた結果、生石灰として特定の物性をもつものを用い、これを、特定の濃度、消化水温度及び平均滞留時間の消化条件下で消化して調製された消石灰水性スラリーを用いることにより、またこれに加えてさらに該水性スラリーとして、湿式消化で生じる残さを所定量以下に除去し、かつ特定粘度に調整したものを用いることにより、その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、生石灰を水で連続的に湿式消化して消石灰水性スラリーを調製したのち、これに二酸化炭素を吹き込んで炭酸化するに当り、原料の生石灰として、粒径１〜３ｍｍの生石灰粒子５０ｇを水２リットル中、４０℃において４Ｎ−塩酸で滴定したとき、３分間の４Ｎ−塩酸消費量が１５０〜３５０ｍｌの範囲にある生石灰を用い、生石灰濃度５０〜１５０ｇ‐ＣａＯ／リットル、消化水温度２０〜９０℃及び平均滞留時間６０分以内の条件下で消化して調製した水性スラリーを炭酸化することを特徴とする５０％粒径３．５〜６．５μｍのカルサイト型軽質炭酸カルシウムの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明方法においては、生石灰を水で湿式消化させて消石灰水性スラリーを調製し、次いでこの水性スラリーに二酸化炭素を吹き込み炭酸化することによりカルサイト型軽質炭酸カルシウムが製造される。
【０００８】
一般に生石灰を用いる種々の技術において、その品質の調整は、使用分野、例えば金属工業、化学工業、水処理、公害防止、土木・建築等の種々の分野や使用目的等に応じた反応性を付与しうるように石灰石の焼成を制御するなどして行われており、この反応性の試験方法としては代表的には粗粒滴定法が用いられている。この方法は生石灰を一定の粒度範囲に調整し、その一定量を定温、定量の水に加え、撹拌しながら４Ｎ−塩酸で連続滴定を行い、１０分間の４Ｎ−塩酸の消費量（ｍｌ）を以て１０分値として表わすものであり、生石灰の反応性はこの１０分値により、極軟焼、軟焼、中焼、硬焼、極硬焼の５種類に分類され、主用途の製鋼用にはこの１０分値による分類における軟焼のものが使用されている［石膏石灰Ｎｏ．１００、製鋼用石灰（１９６９年）］。
【０００９】
しかし、この１０分値による分類の生石灰は、カルサイト型軽質炭酸カルシウムの工業的生産のために用いる消石灰水性スラリーの連続製造には原料として必ずしも適合しないことが分った。
【００１０】
生石灰の反応性試験方法である粗粒滴定法は、４Ｎ−塩酸を用いて、２〜１０ｍｍの生石灰２５ｇを３０℃の温水１リットル中で滴定する新日本製鉄試験法や、１〜５ｍｍの生石灰１００ｇを４０℃の温水４リットルで滴定する方法や、３〜５ｍｍの生石灰５０ｇを４０℃の温水２リットル中で滴定する方法等が知られている。
【００１１】
【００１２】
そして、カルサイト型軽質炭酸カルシウム原料用の生石灰の反応性を測定するのには、１ｍｍ以下の粉分を除去した粒状サイズのものが用いられ、中でも粒子径１〜３ｍｍの生石灰を用いるのが好ましい。粒子径の幅が大きすぎると塩酸活性度の測定誤差が大きくなり、炭酸カルシウムの粒子径のバラツキとの相関が求められない。
【００１３】
滴定量は、２５ｇ／１リットル、５０ｇ／２リットル、１００ｇ／４リットルと生石灰量により変化する。計算上は２５ｇ／リットル当りの滴定量は変化しないが、操作性や分析精度については一長一短があり、軟焼生石灰には２５ｇ法、硬焼生石灰には１００ｇ法がよいとされている（１９９２年日本石灰協会発行、日本石灰協会技術委員会編、石灰ハンドブック、第５５１ページ）。しかし、分析精度の点からは２５ｇ法に比べ５０ｇ法や１００ｇ法の方が優れており、さらに滴定に用いられる塩酸量や純水又はイオン交換水の使用量等を考慮すると５０ｇ法が好ましい。
【００１４】
本発明方法においては、この生石灰の品質を選択するための粗粒滴定法として、粒径１〜３ｍｍの生石灰粒子５０ｇを水２リットル中で４０℃で４Ｎ−塩酸により連続滴定を行い、３分間の４Ｎ−塩酸の消費量（ｍｌ）を以て表わした、４Ｎ塩酸活性度５０ｇ粗粒滴定法３分値が用いられる。
【００１５】
すなわち、本発明方法に用いる生石灰は、この４Ｎ−塩酸活性度５０ｇ粗粒滴定法３分値が１５０〜３５０ｍｌ、好ましくは２００〜３３０ｍｌであることが必要である。この値が１５０ｍｌ未満では炭酸カルシウムの収率が低下し、その粒度分布がばらつくし、また３５０ｍｌを超えると消石灰水性スラリーの粘度が上昇し、柱状や針状のアラゴナイトが混入しやすくなる。
【００１６】
本発明方法に用いる生石灰としては、さらに４Ｎ−塩酸活性度５０ｇ粗粒滴定法１０分値が３００ｍｌ以上であるものが好ましい。この値が３００ｍｌ未満では消石灰水性スラリーや炭酸カルシウムの収率が低下するし、スレーカー残さの廃棄コストがかかりすぎる。この値は、滴定時間を１０分間とした以外は４Ｎ塩酸活性度５０ｇ粗粒滴定法３分値の方法と同様の方法で求められる。
さらに、消化率が１０分後に８５％以上となる生石灰を用いるのが、得られるカルサイト型炭酸カルシウムの粒径が揃い、粒度分布のばらつきも小さいため好適である。
【００１７】
本発明方法において、この生石灰の水による湿式消化は、濃度５０〜１５０ｇ‐ＣａＯ／リットル好ましくは６０〜１２０ｇ‐ＣａＯ／リットル、消化水温度２０〜９０℃好ましくは３０〜７０℃及び平均滞留時間６０分以内好ましくは３〜３０分という消化条件下で行うことが必要である。この条件の範囲を逸脱すると所期の効果が得られない。すなわち、この濃度が高すぎると生成する消石灰水性スラリーの粘度が上昇し、残さが増大するし、また低すぎても効率的でなくなる。消化水温度が９０℃より高いと生成する消石灰水性スラリーの粘度が上昇し、熱経済的にもよくないし、また２０℃より低いと消化に時間がかかり、効率的でなくなる。平均滞留時間が長すぎると消石灰の粒径の幅が大きくなり、炭酸カルシウムの粒度分布のばらつきや不揃いの原因となる。
また、湿式消化は連続湿式型のスレーカーを用いて行うのが好ましい。
【００１８】
本発明方法において湿式消化に用いられる水としては通常、工業用水、井戸水、地下水などの中から任意に選ぶことができる。
【００１９】
本発明方法においては、このようにして調製された水性スラリーに二酸化炭素を吹き込み炭酸化することにより５０％粒径３．５〜６．５μｍのカルサイト型軽質炭酸カルシウムを製造することができる。
【００２０】
この炭酸化反応は通常用いられる方法で行われ、好ましくは消石灰濃度５０〜２００ｇ／リットル、中でも６０〜１５０ｇ／リットルの消石灰水性スラリーに、二酸化炭素濃度５〜４０容量％、中でも１０〜３５容量％の二酸化炭素含有ガスを消石灰１ｋｇ当り標準状態で毎分１〜１２リットル、中でも３〜１０リットルになる割合で反応開始温度３０〜７０℃、中でも３５〜６０℃で吹き込む方法が用いられる。
【００２１】
特に好適な消石灰水性スラリーは、湿式消化で生じる残さを該水性スラリーに対し１重量％以下、好ましくは０．５重量％以下になるように除去し、かつ粘度をＢ型粘度計による測定値で２５０ｃＰ以下、好ましくは２００ｃＰ以下になるように調整したものである。残さが多すぎると炭酸化反応が不均一になり、粒子径や粒子形状が不揃いになるし、また粘度が２５０ｃＰより高いと炭酸化反応時に柱状や針状のアラゴナイトが混入しやすくなり、炭酸カルシウム水性スラリーの粘度が上昇し、篩い分け時に篩いの目詰まりが生じやすくなる。
ここで、粘度は、消石灰水性スラリーを２５℃に調整し、ブルックフィールド型粘度計すなわちＢ型粘度計を用い６０ｒｐｍで測定される。
【００２２】
本発明方法に用いられる二酸化炭素としては、純正のものに限らず、それを含有する混合ガス、例えば石灰石焼成キルン排ガスなどの石灰石焼成排ガス、パルプ製造プラントのライムキルン排ガスなどの石灰焼成排ガス、発電ボイラー排ガス、ゴミ焼却排ガスの形態であってもよい。
【００２３】
本発明方法で得られる軽質炭酸カルシウムはカルサイトであり、特に粒子形状が紡錘状又は偏三角面体状（ｓｃａｌｅｎｏｈｅｄｒａｌ）であるものである。
【００２４】
【実施例】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００２５】
製造例
先ず、石灰石を表１に示す各種焼成炉で焼成して、表１に示す純度、４Ｎ−塩酸活性度５０ｇ粗粒滴定法１分値、３分値、５分値及び１０分値、消化率及びＣａＯ含有率の種々の生石灰（生石灰ａないしｆ）を得た。
この粗粒滴定法の各値、消化率及びＣａＯ含有率は次のようにして求めた。
（１）４Ｎ−塩酸活性度５０ｇ粗粒滴定法１分値、３分値、５分値及び１０分値：
１〜３ｍｍの生石灰５０ｇを、常法の粗粒滴定法に従って、４０℃の温水２リットル中、フェノールフタレインを指示薬として、４Ｎ−塩酸により１０分間滴定し、１分、３分、５分及び１０分での滴定量を求めた。
（２）消化率：
１〜３ｍｍの生石灰５０ｇを、ＡＳＴＭ法Ｃ１１０−７６ａ（生石灰の消化速度測定法）において、１０分間測定後の溶液を３２５メッシュの篩いでろ過し、ろ液の消石灰濃度を４Ｎ−ＨＣｌを用いた中和滴定で求め、下記式により消化率を算出した。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
（３）ＣａＯ含有率：ＪＩＳ  Ｒ−９０１１により測定。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
実施例１〜４、比較例１〜２
連続湿式消化方式のスレーカーに、製造例で得た各種生石灰と４０℃の温水を表２に示すＣａＯ濃度となるように供し、表２に示す平均滞留時間で消化し表２に示す消石灰水性スラリーを調製した。
このスラリー２０ｍ3を２５ｍ3反応槽に入れ、これに湿式スクラバーで除塵を行った表２に示すＣＯ2含有ガスを表２に示す条件下で吹き込み表２に示す炭酸カルシウムを得た。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
表中、ガス源［１］ないし［３］は、それぞれパルプ製造プラントの石灰焼成炉排ガス、石灰石焼成炉（ベッケンバッハ炉）排ガス及びカーボン製造炉排ガスを燃料にした発電ボイラー排ガスである。
また、スレーカーでの残さ発生率は原料生石灰重量に対する該残さ重量の百分比、アラゴナイト発生率はＸ線回折によるカルサイト第一ピーク値に対するアラゴナイト第一ピーク値の百分比、篩い残さ発生率は原料生石灰重量に対する該残さ重量の百分比であり、収率はＣａＯ基準で下記式により求め、５０％粒径は粒度分布計としてＭＩＣＲＯＴＲＡＣ  ＭＫ−ＩＩ  ＳＰＡ型を用い、レーザ回折散乱法により求めた。
【００３２】
【数２】
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【００３３】
表２より、実施例で得られた炭酸カルシウムはいずれもカルサイトであって、比較例のそれに比べ篩い残さをほとんど発生させず、粒径が３．５〜６．５μｍと小さく、アラゴナイトを含まないものが高収率で得られる。
また、表１及び表２より、４Ｎ塩酸活性度５０ｇ粗粒滴定法１０分値はそれほど違わなくても同法３分値が本発明の規定範囲を逸脱すると、所期の目的が達成されないこと、すなわち該３分値が高すぎる生石灰ｅを用いた比較例１では篩い残さ発生率が高く、アラゴナイトが副生するし、また該３分値が低すぎる生石灰ｆを用いた比較例２では収率が低下することが分る。
【００３４】
【発明の効果】
本発明方法によれば、品質の安定したカルサイト型軽質炭酸カルシウム、特に紡錘状又は偏三角面体状（ｓｃａｌｅｎｏｈｅｄｒａｌ）の軽質炭酸カルシウムを、篩い残さをほとんど生じることなく、高収率で安価に工業的に製造することができる。