CN104176757B - 轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于碳酸钙生产领域，具体涉及一种轻质碳酸钙煅烧工艺。本发明所要解决的技术问题是提供一种能耗低的轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案包括预热、煅烧、炭化工序，其中，预热工序：利用煅烧工序产生的高温气体将粒径D80＝40μm～55μm预热至800℃～950℃；煅烧工序：将预热后的碳酸钙原料在1000℃～1100℃悬浮煅烧得氧化钙和高温气体。本发明方法充分利用了煅烧工序产生的热能，用于预热原料和空气，减少了废热排放量，节约能源，悬浮煅烧工艺的碳酸钙分解率高达99％。

Description

轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺
技术领域
本发明属于碳酸钙生产领域，具体涉及一种轻质碳酸钙煅烧工艺。
背景技术
传统的轻质碳酸钙煅烧石灰工艺将石灰石制成40-80mm粒度，按1︰7的煤料配比入窑煅烧成氧化钙，窑型有土窑、机械石灰窑、钢壳窑等，这种工艺目前已经相对落后，缺点主要在于机械化自动化程度不高，生产规模小，能耗偏高，粉尘、废气和固体废弃物难处理，对环境不友好。
中国发明专利CN201210193265.9公开了一种利用方解石生产轻质碳酸钙的方法，具体步骤为：选用CaO＞54％的方解石，在回转窑中采用气体燃料煅烧；其煅烧过程分为预热、煅烧、冷却阶段；预热温度350℃～950℃，预热时间60min～120min，在回转窑窑尾上方的预热器中进行，煅烧温度950℃～1150℃，煅烧时间40～80min，在回转窑的窑体内进行，冷却阶段在回转窑后端的冷却器中进行。但该方法预热时间长，成本高，能耗高。
本领域技术人员急需一种能耗低的轻质碳酸钙煅烧工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能耗低的轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案包括预热、煅烧、炭化工序，其中：
所述预热工序：利用煅烧工序产生的高温气体将粒径D80＝40μm～55μm的碳酸钙原料预热至800℃～950℃；
所述煅烧工序：将预热后的碳酸钙原料在1000℃～1100℃的温度条件下悬浮煅烧得氧化钙和高温气体。
具体的，预热工序可分为三级悬浮预热，碳酸钙原料经一级悬浮预热至300℃～450℃，再经二级悬浮预热至450℃～800℃，最后经三级悬浮预热至800℃～950℃。进一步的，悬浮预热工序优选：碳酸钙原料经一级悬浮预热至350℃，再经二级悬浮预热至600℃，最后经三级悬浮预热至900℃。
其中，为达到悬浮预热和悬浮煅烧的目的，一级悬浮预热工序压力为-3500Pa～-4500Pa，二级悬浮预热工序压力为-3000Pa～-3500Pa，三级悬浮预热工序压力为-2800Pa～-3200Pa；煅烧工序压力为-2500Pa～-3000Pa。
为了有效利用原料，由于预热工序产生的气体中夹带的碳酸钙原料粉尘含未分解的碳酸钙达85％，故可将该粉尘收集后返回至二级悬浮预热工序，作为碳酸钙原料使用。分离碳酸钙原料粉尘后的气体中含有纯度较高的二氧化碳，可将二氧化碳收集、净化后用于本发明工艺方法的炭化工序。
煅烧工序产生的高温气体中夹带有大量的氧化钙粉尘，分离氧化钙粉尘与高温气体。为合理利用热能，再将分离所得高温气体送入预热工序。具体的，分离氧化钙后所得的高温气体依次进入三级悬浮预热工序、二级悬浮预热工序、一级悬浮预热工序。分离所得的氧化钙粉尘和煅烧生成的氧化钙经空气换热，换热后的氧化钙收集降温储存，换热后的空气分离其中夹带的氧化钙粉尘后所得气体送入煅烧工序作为助燃剂，分离的氧化钙粉尘降温储存。
本发明碳酸钙原料可采用方解石、大理石、石灰石等，这类原料是目前制备轻质碳酸钙的常用原料。为了实现悬浮煅烧的工艺，碳酸钙原料的粒径宜控制在D80＝40μm～55μm，控制在该粒径范围具有煅烧时间短，能耗低，分解反应快的优点。
本发明工艺中，还可有效利用重质碳酸钙生产分级产生的尾料，该尾料的粒径范围通常为D97＝40μm～55μm，CaO≥55％，将其作为碳酸钙原料，有利于回收利用尾料，提高尾料的附加值。
具体的，炭化工序可采用喷射炭化。
将煅烧工序所得的氧化钙经炭化制得CaCO3晶体，再经脱水、干燥、粉碎、活化等工艺即得轻质碳酸钙产品。
本发明中所述D80＝40μm～55μm是指80％碳酸钙原料粒径为40μm～55μm，D97＝40μm～55μm是指97％原料粒径为40μm～55μm。
本发明中所述悬浮预热是碳酸钙原料在悬浮状态下与高温气体进行换热反应，换热反应既有物理反应，也有化学反应，物理反应主要是碳酸钙原料颗粒水分蒸发和形态发生改变，化学反应主要是碳酸钙原料在预热过程中发生分解，预热效果更佳。悬浮煅烧是在碳酸钙原料悬浮状态下进行煅烧，煅烧效果比堆积煅烧效果更佳。
本发明的有益效果如下：
1、本发明悬浮煅烧工艺的碳酸钙分解率高达99％。
2、本发明技术方案采用重质碳酸钙生产分级产生的尾料煅烧时，由于尾料粒度小，煅烧分解反应快，能耗低，适用于规模化生产。
3、重质碳酸钙二级分级后的尾料产出量大，年产20万吨重质碳酸钙生产线，约产出6万吨/年的尾料，如果尾料作为重质碳酸钙销售，产品附加值太低，采用本发明技术方案制成轻质碳酸钙，能有效提高产品的附加值，同时也解决了重质碳酸钙二级分级后的尾料占用仓储的难题。
4、本发明方法充分利用了煅烧工序产生的热能，用于预热原料和空气，减少了废热排放量，节约能源。
附图说明
图1为轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步说明。
本发明所采用的技术方案包括预热、煅烧，炭化工序，其具体工序如下：
预热工序：利用煅烧工序产生的高温气体将粒径D80＝40μm～55μm碳酸钙原料经一级悬浮预热至300℃～450℃，再经二级悬浮预热至450℃～800℃，最后经三级悬浮预热至800℃～950℃；一级悬浮预热压力为-3500Pa～-4500Pa，二级悬浮预热压力为-3000Pa～-3500Pa，三级悬浮预热压力为-2800Pa～-3200Pa；
煅烧工序：预热后的碳酸钙原料在1000℃～1100℃的温度条件，-2500Pa～-3000Pa压力下悬浮煅烧得氧化钙和高温气体。煅烧工序产生的高温气体中有大量夹带的氧化钙粉尘，分离氧化钙粉尘后气体温度达950℃，将其送入预热工序，依次经三级悬浮预热工序、二级悬浮预热工序、一级悬浮预热工序，利用温差进行逐级换热，达到有效利用热能，降低能耗的目的。经悬浮预热产生的气体分离碳酸钙原料粉尘，分离的碳酸钙原料粉尘作为原料返回二级悬浮预热，分离的气体用于净化收集二氧化碳可用于本发明炭化工序，进一步实现有效利用资源的目的。煅烧工序产生的氧化钙与分离煅烧工序产生的高温气体所得的氧化钙粉尘经空气换热后冷却回收，换热后的空气分离氧化钙粉尘后所得气体作为助燃剂参与煅烧工序。
将煅烧工序制备而得的氧化钙经炭化制得碳酸钙晶体，再经脱水、干燥、粉碎、活化等工艺即得轻质碳酸钙产品。
本发明方法碳酸钙分解率达98％以上，煅烧的氧化钙粉活性好，制石灰乳(Ca(OH)2)水化反应较彻底，炭化工序采用喷射炭化工艺技术，可制得超细轻质碳酸钙，炭化结晶后平均粒径小于1μm，制成的轻质碳酸钙白度高达98.5％，品质稳定。本发明所得轻质碳酸钙与回转窑法煅烧所得生石灰性能对比如表1。
表1
由表1可以看出，采用本发明煅烧方法所得的生石灰产品在产品纯度、活性度、生过烧、一级品率均明显优于回转窑煅烧所得的产品。
本发明方法中碳酸钙原料经过预热工序后，进行煅烧分解。预热工序后碳酸钙原料温度最高可达950℃，碳酸钙原料已经开始分解，根据实验发现，预热工序后的碳酸钙原料分解率为30％～40％。由于碳酸钙原料的粒度较细，碳酸钙分解速度快，加之在预热工序已经有30％～40％碳酸钙原料分解，故悬浮煅烧工序所需的煅烧设备体积远小于其他煅烧方法所需设备。
本发明方法产生的氧化钙经空气冷却后回收，换热后的空气作为助燃剂送入煅烧工序，取消了回转窑系统庞大的冷却设备，冷却后的氧化钙粉末直接送入氧化钙仓贮存，占地面积和设备投资更小。
发明人发现，碳酸钙分解率与煅烧的温度存在密切关系，煅烧温度越高，碳酸钙分解率越高，发明人经实验总结，发现碳酸钙分解率与煅烧温度关系如表2。
表2
温度(℃) 碳酸钙分解率(％)
850 78
890 85
930 90
950 93
980 95
1020 97
1060 99
除另有说明的外，本发明所述的比例、含量、组成等均表示质量百分比。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
实施例中所用碳酸钙原料为重质碳酸钙生产分级产生的尾料，以下简称为尾料。
预热工序：利用煅烧工序产生的高温气体将粒径D97＝40μm～55μm尾料经一级悬浮预热至300℃～450℃；再经二级悬浮预热至450℃～800℃；最后经三级悬浮预热至800℃～950℃；一级悬浮预热压力为-3500Pa～-4500Pa，二级悬浮预热压力为-3000Pa～-3500Pa，三级悬浮预热压力为-2800Pa～-3200Pa；
煅烧工序：预热工序后的尾料在1000℃～1100℃温度条件，-2500Pa～-3000Pa压力下悬浮煅烧得氧化钙和高温气体。煅烧工序产生的高温气体中有大量夹带的氧化钙粉尘，分离氧化钙粉尘后气体温度为950℃，将高温气体送入预热工序，经三级悬浮预热后，再送入二级悬浮预热，再送入一级悬浮预热。将经悬浮预热后的气体分离尾料粉尘，分离的尾料粉尘作为原料返回二级悬浮预热，分离的气体进行二氧化碳净化收集，用于分离收集二氧化碳用于炭化工序。煅烧工序产生的氧化钙与分离煅烧工序产生的高温气体所得的氧化钙粉尘经空气换热后冷却回收，换热后的空气分离氧化钙粉尘后作为助燃剂参与煅烧工序。
将所得的氧化钙经喷射炭化得CaCO3晶体，再经脱水、干燥、粉碎、活化等工艺即得轻质碳酸钙产品。
按照上述方式进行10次实验，其原料组成和所得轻质碳酸钙产品规格如表3。
表3
采用本发明方法生产轻质碳酸钙的单位能耗与产量如表4所示。
表4
注：表4中3种煅烧方法所用石灰石原料品位相同，CaO≥55％。
由表4所示，当采用相同品位石灰石原料生产轻质碳酸钙时，采用本发明方法煅烧石灰能耗消耗最低，每1t石灰所消耗的石灰石原料、热耗、电消耗和水消耗都明显低于现有技术中常规的煅烧方式，而且所得生石灰转化为轻质碳酸钙的成品率也高于钢壳窑煅烧和麦尔兹并流蓄热式石灰窑煅烧方法所得的生石灰的转化率。本发明方法相比现有技术具有显著的进步和推广意义。

Claims (9)

1.轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺，包括预热、煅烧，炭化工序，其特征在于：
所述预热工序：利用煅烧工序产生的高温气体将粒径D80＝40μm～55μm的碳酸钙原料预热至800℃～950℃；所述预热工序为三级悬浮预热，碳酸钙原料经一级悬浮预热至300℃～450℃；再经二级悬浮预热至450℃～800℃；最后经三级悬浮预热至800℃～950℃；其中所述一级悬浮预热压力为-3500Pa～-4500Pa，所述二级悬浮预热压力为-3000Pa～-3500Pa，所述三级悬浮预热压力为-2800Pa～-3200Pa；所述的D80＝40μm～55μm是指80％碳酸钙原料粒径为40μm～55μm；
所述煅烧工序：将预热后的碳酸钙原料在1000℃～1100℃的温度条件下悬浮煅烧得氧化钙和高温气体；所述煅烧工序压力为-2500Pa～-3000Pa。
2.根据权利要求1所述的轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺，其特征在于：碳酸钙原料经一级悬浮预热至350℃；再经二级悬浮预热至600℃；最后经三级悬浮预热至900℃。
3.根据权利要求1所述的轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺，其特征在于：煅烧工序产生的高温气体依次进入三级悬浮预热工序、二级悬浮预热工序、一级悬浮预热工序。
4.根据权利要求1所述的轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺，其特征在于：收集预热工序产生的气体中夹带的碳酸钙原料粉尘，粉尘作为二级悬浮预热工序的碳酸钙原料。
5.根据权利要求1所述的轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺，其特征在于：分离煅烧工序产生的高温气体夹带的氧化钙粉尘后，将高温气体送入预热工序。
6.根据权利要求1～5任一项所述的轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺，其特征在于：煅烧工序产生的氧化钙与分离煅烧工序产生的高温气体所得的氧化钙粉尘经空气换热后冷却回收，换热后的空气分离回收氧化钙后所得气体作为助燃剂送入煅烧工序。
7.根据权利要求6所述的轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺，其特征在于：收集、净化预热工序产生的气体中的二氧化碳用于炭化工序。
8.根据权利要求7所述的轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺，其特征在于：所述炭化工序为喷射炭化。
9.根据权利要求8所述的轻质碳酸钙悬浮煅烧工艺，其特征在于：所述碳酸钙原料为方解石、大理石、石灰石、重质碳酸钙生产分级产生的尾料中的任一种。
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