CN111995263A - 一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于碳酸钙制备技术领域，具体涉及一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的制备方法，所述方法是用氧化钙干法高温消化得到氢氧化钙粉末，粉末经气流除渣后，用水配制成氢氧化钙浆料，再经碳化得到沉淀碳酸钙浆料后，经脱水、干燥、粉碎、包装等工序后得到沉淀碳酸钙成品。采用此方法生产沉淀碳酸钙，具有生产过程简化、矿石原料和水资源浪费减少、单位成品能源消耗显著下降、适合于多品种生产、而且具有生产调控不受气候影响等优点。

Description

一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的制备方法
技术领域
本发明涉及一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的制备方法，属于碳酸钙制备技术领域。
背景技术
沉淀碳酸钙一般是由石灰石经过煅烧生成氧化钙，再用40～80℃水与氧化钙反应生成氢氧化钙粗浆，工业上常用的水/灰比为(5～6)：1，粗浆经旋液分离器和/或筛分等除杂，得到精制氢氧化钙生浆，然后通入含二氧化碳气体与之反应碳化，得到碳酸钙熟浆，再经脱水、干燥、粉碎、包装等工序后得到沉淀碳酸钙成品。在熟浆脱水之前，可能还需要表面包覆处理等过程。
在现有沉淀碳酸钙生产技术中，采用湿法消化方法，即用氧化钙块状固体与大量水反应，直接生成氢氧化钙粗浆。然而在此阶段采用湿法消化方法，需要用到几倍于氧化钙质量的温水才能保持粗浆的流动性和维持湿式除渣的分离效率。在氧化钙与水的反应过程中会放出大量的热，因此湿法消化得到的粗浆温度在70～90℃，且反应热使部分水汽化成“白烟”散逸。
此外，在湿法消化工艺过程中，由于大量水的存在，消化最高温度不超过100℃。众所周知，为使氧化钙与水完全反应，过烧的氧化钙不适合采用湿法消化生产沉淀碳酸钙，这就要求窑炉煅烧的块状氧化钙处于轻烧状态，导致部分石灰石没有煅烧成氧化钙，在消化阶段变成残渣而除去，致使单位产品的矿石原料消耗较高。尤其当窑炉操作不当时，高温区产生过烧石灰，湿法消化后粗浆中存在大量的非活性的氧化钙，分离出大量的石灰渣，矿石的单耗将变得更高。这种非活性的氧化钙，其表面被高温熔融的杂质所覆盖，在通常的氢氧化钙水乳液中难以快速消化反应。
即使是轻烧的氧化钙，采用湿法消化得到的氢氧化钙乳液中仍残留部分非活性的氧化钙，为了降低精制氢氧化钙生浆中的氧化钙含量，通常需要将生浆进行陈化处理，陈化时间一般在24～36h之间。
陈化后氢氧化钙生浆的温度通常在55～70℃之间，直接进行碳化时，伴随着碳化反应放热，碳化釜内水的饱和蒸汽压过高产生碳化白雾而逸出，这样不但浪费了水资源，而且由于碳化反应釜中浆料浓度的变化不受控，将严重影响产品质量的稳定性。因此，一般需要对进入碳化釜之前的氢氧化钙生浆的温度进行调节。由于采用湿法消化方法生产出来的氢氧化钙浆料的温度较高，体量较大，浆料降温调节在工程上需要大量能耗。例如，用大量的冷水进行间壁热交换，以控制进入碳化反应釜之前的氢氧化钙浆料的初始温度。而经过热交换的水需经冷却塔冷却后再循环利用，在此循环利用过程中将水冷却不但需要消耗较多的能量，而且还要损耗一部分水，也增加了生产成本。
综上所述，在现有湿法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的工艺过程中存在明显的缺陷：
(1)水资源浪费严重：在湿法消化氧化钙的过程中由于发生化学反应放出大量的热量，部分水汽化变成白雾而损失。
(2)消化温度受限：由于大量水的存在限制了消化温度最高约为100℃，一些过烧的块状氧化钙不能及时消化，必需采用陈化的方法，陈化装置占地并需要额外的动力以维持生浆悬浮分散。
(3)单位产品的矿石消耗较高：由于在湿法消化氧化钙的过程中采用轻烧氧化钙，导致部分石灰石原料没有充分利用而变成残渣被除去，因而导致单位产品的矿石消耗较高。
(4)氢氧化钙浆料降温困难：由于采用湿法消化氧化钙得到的氢氧化钙浆料的温度较高，体量较大，降温需要消耗大量的能量；倘若起始碳化反应温度高，在碳化反应过程中将产生大量白雾，将进一步导致水的损耗。
因此，在沉淀碳酸钙生产过程中，开发一种节能减排的制备方法势在必行。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术问题的不足，针对现有沉淀碳酸钙生产过程中水资源浪费严重、能耗较高等问题，提供一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：
(1)干法消化：氧化钙加水进行干法消化反应，气流分级除渣，得到氢氧化钙粉末；
(2)制浆除杂：上述氢氧化钙粉末加入到水中，配制成一定浓度的氢氧化钙生浆，过筛除杂，得到精制氢氧化钙浆料；
(3)碳化：上述精制氢氧化钙浆料加入碳化釜中，通入净化后的窑气或含二氧化碳的气体进行碳化反应，得到沉淀碳酸钙浆料。
优选的，所述步骤(1)中氧化钙与水的质量比为1：(0.5～0.8)；
优选的，所述步骤(1)中水的温度为17～80℃；
优选的，所述步骤(2)中水的温度为14～50℃；
优选的，所述步骤(2)中精制氢氧化钙浆料的浓度为0.6～2.3mol/L；
优选的，所述步骤(3)中窑气或含二氧化碳气体中二氧化碳的体积浓度为20～99％；
优选的，所述步骤(3)中通气速率为10～30m3/(m3.h)。
将上述沉淀碳酸钙浆料经脱水、干燥、粉碎、包装等工序后得到沉淀碳酸钙产品。
本发明与现有技术相比，其有益效果主要体现在：
(1)本发明采用干法消化氧化钙得到氢氧化钙粉末，在此消化反应过程中，由于用水量相对于湿法消化要少，可以在较高的固相温度下将氧化钙消化转变成氢氧化钙，适合于各种活性度的氧化钙(生烧、过烧的氧化钙均可)，高温消化比较完全，可明显降低产品游离碱含量。
(2)本发明在干法消化氧化钙的过程中采用气流分级，可有效除去砂粒、碳酸盐、硫酸盐等小颗粒杂质，辅之以生浆过筛除杂制得的氢氧化钙原料具有较高的纯度。
(3)本发明采用干法消化氧化钙得到的氢氧化钙粉末配制氢氧化钙浆料，得到的氢氧化钙浆料的温度较低，降温比较容易，而且浓度可控。
(4)本发明采用干法消化氧化钙得到的氢氧化钙粉末配制氢氧化钙浆料，由于杂质较少，配制的氢氧化钙浆料无需陈化即可制备得到优质的沉淀碳酸钙。
附图说明
图1为实施例1～5及对比例1中沉淀碳酸钙产品的激光粒度分布曲线；
图2为实施例1中沉淀碳酸钙产品放大30000倍后的扫描电镜照片；
图3为实施例2中沉淀碳酸钙产品放大30000倍后的扫描电镜照片；
图4为实施例3中沉淀碳酸钙产品放大30000倍后的扫描电镜照片；
图5为实施例4中沉淀碳酸钙产品放大30000倍后的扫描电镜照片；
图6为实施例5中沉淀碳酸钙产品放大30000倍后的扫描电镜照片；
图7为对比例1中沉淀碳酸钙产品放大30000倍后的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的具体说明。实施例中，采用《GB/T 19281-2014碳酸钙分析方法》测试碳酸钙的技术指标，其中游离碱的测试，将原标准中取样10g改为2g，其余方法相同；实施例粒径分布采用珠海真理光学仪器有限公司LT3000激光粒度分析仪测试，干法进样(空气为分散介质)。
以下实施例中氢氧化钙生浆的过筛除杂采用200目不锈钢筛网的震动筛。
实施例1
将煅烧好的块状氧化钙破碎成3cm以下的氧化钙碎片，按照氧化钙与水的质量比为1：0.5加入17℃的水对氧化钙进行干法消化反应40分钟，反应最高温度为175℃，经气流分级除渣后得到氢氧化钙粉末，测试氢氧化钙含量为93.5％，水分0.10％。
然后将氢氧化钙粉末加入到14℃的水中，配制成浓度为0.6mol/L的氢氧化钙生浆，经过筛除杂得到精制氢氧化钙浆料；再将精制氢氧化钙浆料加入碳化釜中，按照10m3/(m3.h)的通气速率将净化后二氧化碳体积浓度为20％的窑气通入碳化釜中进行碳化反应至pH7.0，继续通气5分钟，反应完毕后得到沉淀碳酸钙浆料。
将上述沉淀碳酸钙浆料脱水、干燥、粉碎、包装后得到沉淀碳酸钙产品。采用《GB/T19281-2014碳酸钙分析方法》对上述条件下制备得到的沉淀碳酸钙产品进行测试，其测试结果见表1。采用激光粒度分析仪对沉淀碳酸钙产品进行粒径分布测试，其结果如图1所示。采用扫描电子显微镜对沉淀碳酸钙产品粒子形貌进行测试，其结果如图2所示。
实施例2
将煅烧好的块状氧化钙破碎成4cm以下的氧化钙碎片，按照氧化钙与水的质量比为1：0.6加入38℃的水对氧化钙进行干法消化反应40分钟，消化反应最高温度达到138℃，经气流分级除渣后得到氢氧化钙粉末，测试氢氧化钙含量为94.5％，水分为0.32％。
然后将氢氧化钙粉末加入到25℃的水中，配制成浓度为1.2mol/L的氢氧化钙生浆，经过筛除杂得到精制氢氧化钙浆料；再将精制氢氧化钙浆料加入碳化釜中，按照15m3/(m3.h)的通气速率将净化后二氧化碳体积浓度为50％的二氧化碳与空气的混合气体通入碳化釜中进行碳化反应至pH7.0，继续通气5分钟，反应完毕后得到沉淀碳酸钙浆料。
将上述沉淀碳酸钙浆料脱水、干燥、粉碎、包装后得到沉淀碳酸钙产品。采用《GB/T19281-2014碳酸钙分析方法》对上述条件下制备得到的沉淀碳酸钙产品进行测试，其测试结果见表1。采用激光粒度分析仪对沉淀碳酸钙产品进行粒径分布测试，其结果如图1所示。采用扫描电子显微镜对沉淀碳酸钙产品粒子形貌进行测试，其结果如图3所示。
实施例3
将煅烧好的块状氧化钙破碎成3cm以下的氧化钙碎片，按照氧化钙与水的质量比为1：0.7加入60℃的水对氧化钙进行干法消化反应40分钟，消化反应最高温度达到149℃，经气流分级除渣后得到氢氧化钙粉末，测试氢氧化钙含量为96.1％，水分为0.66％。
然后将氢氧化钙粉末加入到40℃的水中，配制成浓度为1.8mol/L的氢氧化钙生浆，经过筛除杂得到精制氢氧化钙浆料；再将精制氢氧化钙浆料加入碳化釜中，按照20m3/(m3.h)的通气速率将净化后二氧化碳体积浓度为80％的二氧化碳与空气的混合气体通入碳化釜中进行碳化反应至pH7.0，继续通气5分钟，反应完毕后得到沉淀碳酸钙浆料。
将上述沉淀碳酸钙浆料脱水、干燥、粉碎、包装后得到沉淀碳酸钙产品。采用《GB/T19281-2014碳酸钙分析方法》对上述条件下制备得到的沉淀碳酸钙产品进行测试，其测试结果见表1。采用激光粒度分析仪对沉淀碳酸钙产品进行粒径分布测试，其结果如图1所示。采用扫描电子显微镜对沉淀碳酸钙产品粒子形貌进行测试，其结果如图4所示。
实施例4
将煅烧好的块状氧化钙破碎成2cm以下的氧化钙碎片，按照氧化钙与水的质量比为1：0.8加入80℃的水对氧化钙进行干法消化反应40分钟，消化反应最高温度达到158℃，经气流分级除渣后得到氢氧化钙粉末，测试氢氧化钙含量为96.2％，水分含量0.56％。
然后将氢氧化钙粉末加入到50℃的水中，配制成浓度为2.3mol/L的氢氧化钙生浆，经过筛除杂得到精制氢氧化钙浆料；再将精制氢氧化钙浆料加入碳化釜中，按照30m3/(m3.h)的通气速率将净化后二氧化碳体积浓度为99％的二氧化碳气体通入碳化釜中进行碳化反应至pH7.0，继续通气5分钟，反应完毕后得到沉淀碳酸钙浆料。
将上述沉淀碳酸钙浆料脱水、干燥、粉碎、包装后得到沉淀碳酸钙产品。采用《GB/T19281-2014碳酸钙分析方法》对上述条件下制备得到的沉淀碳酸钙产品进行测试，其测试结果见表1。采用激光粒度分析仪对沉淀碳酸钙产品进行粒径分布测试，其结果如图1所示。采用扫描电子显微镜对沉淀碳酸钙产品粒子形貌进行测试，其结果如图5所示。
实施例5
将煅烧好的块状氧化钙破碎成3cm以下的氧化钙碎片，按照氧化钙与水的质量比为1：0.6加入20℃的水对氧化钙进行干法消化反应40分钟，消化反应最高温度达到142℃，经气流分级除渣后得到氢氧化钙粉末，测试氢氧化钙含量为95.7％，水分0.21％。
然后将氢氧化钙粉末加入到20℃的水中，配制成浓度为1.5mol/L的氢氧化钙生浆，经过筛除杂得到精制氢氧化钙浆料；再将精制氢氧化钙浆料加入碳化釜中，按照15m3/(m3.h)的通气速率将净化后二氧化碳体积浓度为30％的二氧化碳与空气的混合气体通入碳化釜中进行碳化反应至pH7.0，继续通气5分钟，反应完毕后得到沉淀碳酸钙浆料。
将上述沉淀碳酸钙浆料脱水、干燥、粉碎、包装后得到沉淀碳酸钙产品。采用《GB/T19281-2014碳酸钙分析方法》对上述条件下制备得到的沉淀碳酸钙产品进行测试，其测试结果见表1。采用激光粒度分析仪对沉淀碳酸钙产品进行粒径分布测试，其结果如图1所示。采用扫描电子显微镜对沉淀碳酸钙产品粒子形貌进行测试，其结果如图6所示。
对比例1
将煅烧好的块状氧化钙破碎成3cm以下的氧化钙碎片，按照氧化钙与水的质量比为1：5加入20℃的水对氧化钙进行湿法消化反应，91℃生浆趁热过筛除杂，陈化过夜并冷却。然后用20℃的水加入到氢氧化钙生浆料中，配制成浓度为1.5mol/L的氢氧化钙精浆料，再将精制氢氧化钙浆料加入碳化釜中，此时碳化前氢氧化钙精浆料的温度为25℃，按照15m3/(m3.h)的通气速率将净化后二氧化碳体积浓度为30％的二氧化碳与空气的混合气体通入碳化釜中进行碳化反应至pH7.0，继续通气5分钟，反应完毕后得到沉淀碳酸钙浆料。
将上述沉淀碳酸钙浆料脱水、干燥、粉碎、包装后得到沉淀碳酸钙产品。采用《GB/T19281-2014碳酸钙分析方法》对上述条件下制备得到的沉淀碳酸钙产品进行测试，其测试结果见表1。采用激光粒度分析仪对沉淀碳酸钙产品进行粒径分布测试，其结果如图1所示。采用扫描电子显微镜对沉淀碳酸钙产品粒子形貌进行测试，其结果如图7所示。
通过对比实施例1～5与对比例1的测试结果可以发现，采用干法消化氧化钙得到的氢氧化钙粉末用来生产沉淀碳酸钙，可以得到高沉降体积、低吸油值的沉淀碳酸钙产品。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1
氢氧化钙w％ 93.5 94.5 96.1 96.2 95.7 —
氢氧化钙中的水分w％ 0.10 0.32 0.66 0.56 0.21 —
碳酸钙w％ 96.2 96.7 98.0 98.2 97.5 97.9
酸不溶物w％ 1.7 1.9 0.2 0.2 0.2 0.1
吸油值gDOP/100g 52.8 45.8 48.1 53.0 46.4 59.4
沉降体积mL/g 2.86 3.34 3.88 3.38 3.68 2.49
比表面积m<sup>2</sup>/g 6.84 7.63 8.85 6.01 9.16 7.86
白度 94.3 93.4 95.3 95.1 93.7 93.5
游离碱w％ 0.05 0.05 0.11 0.08 0.10 0.04
以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
(1)干法消化：氧化钙加水进行干法消化反应，气流分级除渣，得到氢氧化钙粉末；
(2)制浆除杂：上述氢氧化钙粉末加入到水中，配制成一定浓度的氢氧化钙生浆，过筛除杂，得到精制氢氧化钙浆料；
(3)碳化：上述精制氢氧化钙浆料加入碳化釜中，通入净化后的窑气或含二氧化碳的气体进行碳化反应，得到沉淀碳酸钙浆料。
2.根据权利要求1所述一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤(1)中氧化钙与水的质量比为1：(0.5～0.8)。
3.根据权利要求1所述一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤(1)中水的温度为17～80℃。
4.根据权利要求1所述一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤(2)中水的温度为14～50℃。
5.根据权利要求1所述一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤(2)中精制氢氧化钙浆料的浓度为0.6～2.3mol/L。
6.根据权利要求1所述一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤(3)中窑气或含二氧化碳气体中二氧化碳的体积浓度为20～99％。
7.根据权利要求1所述一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤(3)中通气速率为10～30m3/(m3.h)。
8.根据权利要求1所述一种干法消化氧化钙生产沉淀碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤(3)的沉淀碳酸钙浆料经脱水、干燥、粉碎、包装后续工序后得到沉淀碳酸钙产品。
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