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1、 轻质碳酸钙生产工艺节能减排何凌赢摘要科学的工艺管理是生产实践和科学实验的经验总结，是客观规律的反映，也是生产技术操作的依据。加强工艺管理是实现优质高产，低消耗、安全生产的重要保证。我国工业沉淀碳酸钙从九十年代快速发展 ，而今产量已居世界第一，但其大多生产工艺简单，特别是生产中的碳化工序均采用固定床塔式常压碳化法，碳化时间长，生产效率低，能耗大。如何在现有的设备基础上，挖掘节能潜力，提高经济效益，本文从节能减排、降低能耗方面进行分析探讨。关键词：沉淀碳酸钙；工艺管理；降低能耗、经济效益。碳酸钙作为一种重要的无机化工产品，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、油墨等领域。由于生产碳酸钙的主要原料石灰石资源
2、丰富，同时碳酸钙产品的特性为无毒无味、白度高，适用于各种有机聚合物材料的功能填料，因此在未来相当长一段时间内仍是橡胶、塑料、涂料、油墨等领域中不可替代的重要填料，并随着国民经济的高速发展，其需求量越来越大。近年来，我国碳酸钙工业发展迅猛，目前年产量达3000多万吨，位列世界第一。但是为数较多的企业普遍存在规模较小、产品单一、工艺技术滞后、生产设备较陈旧等问题。碳酸钙行业实现节能减排、走低碳环保发展之路，已成为行业实现可持续发展战略的重要环节，更是企业长远发展的必由之路。有关部门和企业高度重视节能减排、低碳环保，制定长远规划，分步实施，将可持续发展落到实处。目前无论是轻质碳酸钙的生产还是纳米碳酸
3、钙的生产都是以石灰石为原料，经石灰窑煅烧后消化、碳化、表面处理、过滤干燥等几道工艺，生产的工艺流程长，能耗大，污染较严重。特别是采取间隙式碳化生产，不但劳动强度大，自动化程度低，而且产品质量不稳定，制约了该行业的进一步发展。将石灰石同燃料按照配方送入石灰窑进行焙烧，焙烧后的石灰通过破碎送入化灰机，按比例加水进行化浆；对浆液进行筛选处理得到精浆，将该精浆送入碳化塔进行碳化；碳化得到的熟浆用管道送入脱水机脱水；脱水后的湿粉用输送机送入湿粉粉碎机粉碎，然后进行烘干；过筛后的成品经包装后入库。1、 石灰石煅烧生产工序：CaCO3 CaO+CO22、 石灰消化生产工序： CaO+H2O Ca（OH）23
4、、 碳化生产工序：Ca（OH）2+ CO2 CaCO3 +H2O轻钙生产工艺流程图石灰石无烟煤石灰立窑空气旋风除尘石灰消化废水净化窑气水压缩机碳化塔干燥机筛粉包装入库粉尘烟煤 烟气水、碱液筛分破碎灰浆净化石灰渣部分窑气排放石灰煤渣、粉尘、噪声链条炉填料塔喷淋废水回用 污泥孔板泡沫除尘 噪声离心分离离心废水煤渣粉尘、噪声粉尘、噪声 噪声活化处理调节剂为了适应碳酸钙行业发展的需要，介绍一些在生产实践中的先进设备和管理经验在碳酸钙生产过程中的节能、降耗、环保等方面的绿色技术，提升和改造现有的碳酸钙生产工艺流程，使碳酸钙的生产企业真正成为一个朝阳企业。一、采用渣液分离器，减少浆料精制时的能耗在现有技术
5、碳酸钙的生产过程中，首先是将石灰消化后的粗浆料进行精制除杂，采用的方法是过筛或旋液分离除杂，这两种方法都存在缺陷。作为过筛除杂时，一是过筛网目数较小，不可能把一些细碎杂质筛除干净，若要增加过筛网的目数，则过筛的效率很低。特别是筛网经常破损而在不可能及时更换的情况下，就会有粗颗粒进入精制的浆料中，造成产品中黑点、细沙多。若采用旋液分离器除杂，则旋液分离器下端的出渣孔易被一些颗粒物堵塞。一旦出渣孔堵塞，就起不到旋液分离除渣的目的，同样造成产品中黑点、细沙多。同时这两种方法的除杂，都存在能耗大的问题。若用旋液分离器，多经过一道旋液分离，每吨产品就要多增加电耗67度。对于氢氧化钙粗浆料的精制除杂，较好
6、的方法是采用静态的渣液分离器， 该渣液分离器的精制除杂工艺流程为：首先将消化后的浆料通过进料缓冲口进入主体浆料沉降桶内，进料缓冲的作用是当消化浆料进入沉降桶时，避免与桶内正在沉降的浆料产生相互干扰，提高沉降的效果。粗浆料在沉降桶内，比重大的杂质粗粒子沉降到残渣沉积锥形桶内，再通过下部的螺旋排渣机排出。通过自然沉降去杂后的精浆料从精浆料溢口处溢出收集，用于生产碳酸钙产品。采用本装置精制除杂，是在自然沉降的状态下进行，不受如振动筛、旋液分离器等设备运行状态变化的影响，精制后的氢氧化钙浆料质量稳定。同时在运行过程中是静态除杂，不需要动力，能耗低，设备维修也方便，降低生产成本。二、采用静态混合器，减少
7、碳化时浆料搅拌的能耗现有技术中用于合成纳米碳酸钙和普通碳酸钙的设备主要有：间歇鼓泡式搅拌反应器、连续喷雾反应器和超重力反应器。间歇鼓泡式搅拌反应器设备简单，是最常用的碳化方法。在碳化时窑气从碳化反应釜底部进入，通过机械搅拌使气液混合生成纳米碳酸钙。这种碳化反应釜的搅拌能耗高，工艺条件较难控制，产品粒径分布不均匀。连续喷雾反应器是在顶部安装空心压力式喷嘴，精制石灰乳在空心锥形压力式喷嘴的作用下一，雾化成小液滴均匀地从顶部淋下，与底部进入的二氧化碳气体反应合成纳米碳酸钙。该设备管路复杂，投资大，操作难度大，能耗也大，目前较少应用。超重力反应器是利用设备的高速旋转产生超重力场，在此条件下完成石灰乳与
8、二氧化碳的反应，尽管合成的粒子小而均匀，但设备的投资很大，生产能耗也大，在工业化生产中缺乏竞争优势而很少应用。为了节能降耗，可选用节能型静态混合碳化反应器，静态混合碳化器有外壳、导流内筒、导流内筒下部的档板、导流内筒上部静态混合芯体、气体喷射器、气体喷射器的喷嘴、窑气进气口、氢氧化钙浆料进口等主要部件。该反应器内筒的直径是外壳体直径的2/3左右，内筒下部由宽度为1015公分，高度是内筒高度的1/3左右的46个纵向档板，内筒上部由宽度为2025公分，长度为2530公分，以4050度的倾斜角螺旋往上排列的螺旋档板。而旋涡式气体分布器直径大小为内筒直径的2/3，由46个喷嘴射气管以一定弧度倾斜组成。
9、该反应器碳化的原理是当窑气从旋涡式气体喷射器喷出时，吸入内筒和外壳间底部的浆料，形成气液混合料进入导流内筒，在内筒下部档板的作用下，形成旋涡流，强化混合效果。气液混合料自下而上流动，进入导流内筒上部静态混合芯体再次混合，物料从导流内筒溢出进入内筒和外壳的空腔，完成一次循环碳化。由于该反应器的静态液位低，利用罗茨风机替代传统的窑气压缩机，不但电耗低，而且维修方便，降低了生产成本。利用该反应器，强化气液混合效果，不需要机械搅拌，在添加适量晶型控制剂的条件下就能制备出纳米碳酸钙产品。 该反应器改变了传统间歇鼓泡式搅拌反应器需要机械搅拌才能使气液混合，节省能耗。该旋涡式气体分布器随着窑气流量的增大而强
10、化气液混合效果，避免了一般的搅拌式反应器随着窑气流量增大而降低混合效果的现象，从而使气体吸收更完全，碳化的粒子更均匀。三、采用连续碳化生产技术，提高自动化控制能力目前最成熟的纳米碳酸钙的生产方法是间歇鼓泡搅拌式碳化反应。在碳化釜内装有精制的氢氧化钙浆料，将窑气从碳化釜底部进入，通过机械搅拌使气液混合均匀生成纳米碳酸钙。这种间隙式碳化反应，由于每釜碳化过程中浆料的温度、浓度、窑气流量，碳化终点的时间等都有变化，因此每批次反应产品的质量都有波动。因此如何进行连续碳化反应，实现产品质量的稳定，是人们关注的热点。连续碳化反应装置是由多个静态混合碳化反应器，经多级串连组成，采用连续碳化反应装置碳化的工艺
11、流程为待碳化的浆料连续加入到第一级反应器中，同时窑气从反应器内筒底部进入，在旋涡式气体分布器和导流内筒档板的作用下，强化气液混合，加速碳化过程。从第一级反应器浆料出口流入下一级反应器，控制氢氧化钙浆料进入一级反应器的流速和窑气进入各级反应器的流量，通过35级的反应器碳化，从最后一级反应器出口流出的浆料，已完成碳化反应得超细碳酸钙浆料。由于本工艺实现了连续碳化反应，所以产品的质量稳定，操作方便，可实现自动化操作控制。四、包覆与干燥二合一工艺，节能并减少废液排放碳酸钙属于极性无机物，表面呈现亲水疏油性，再加上粒子表面的静电作用，易形成团聚体，分散性差。若不经表面处理，则碳酸钙在聚合物中只能起到增容
12、增重作用，而且会损害聚合物材料的综合性能。碳酸钙经有机物表面处理后，降低了表面能，改善了与有机聚合物的相容性，提高界面结合力，从而增强聚合物材料的综合性能。碳酸钙常用的表面处理方法有干法和湿法两种，常用的表面处理剂为硬脂酸。干法表面处理常用立式高搅或卧式低混的方式进行，一般为间歇操作。处理时将计量的碳酸钙和硬脂酸配制好一并加入改性机中，搅拌混合，反应温度控制在100左右。为了使硬脂酸更均匀的与碳酸钙粒子表面作用，也可以将硬脂酸用溶剂（如无水乙醇）溶解稀释。干法表面处理的优点是设备简单，操作方便，包覆剂用量小（无通过滤液排放后的损失）。由于干法处理不可能将每个碳酸钙粒子均匀包覆，特别是对沉淀碳酸
13、钙而言，干燥过程中碳酸钙形成的团聚体，在处理时不可能将团聚体全部打开，所以干法处理的碳酸钙性能没有湿法处理的性能好。由于碳酸钙在液相中的分散性比在气相中的分散性好，在液相中碳酸钙颗粒与表面改性剂分子的作用更均匀，所以湿法表面处理的碳酸钙综合性能更佳。湿法表面处理的不足之处是设备投资大，工艺流程长，表面处理的浆料过滤后的废液含有硬脂酸，COD超标，要经生化处理后才能排放，废水处理费用也高。目前对于纳米碳酸钙如何采用简便高效节能的表面处理方法已成为人们研究的热点。本文介绍一种简便高效节能的纳米级碳酸钙表面处理方法，克服现有沉淀碳酸钙采用干法处理后综合性能差和湿法处理过程中工艺流程长，废水排放多，操
14、作费用高的缺点。该表面处理是采用通用的双桨叶干燥机， 该处理方法为经过滤压榨后的纳米碳酸钙滤饼与硬脂酸按计量进行混合，将混合料由螺旋送料机定量地连续送入双桨叶干燥机的加料口，进行物料的干燥和表面处理同步进行。双桨叶干燥机以导热油作为加热介质，通过桨叶的转动使物料翻转、搅拌，不断更新加热介面，与器身和桨叶接触，被充分加热，在使物料所含的表面水分蒸发的同时，硬脂酸熔化，并均匀包覆于碳酸钙颗粒的表面。最后，被干燥和表面处理的物料由出料口排出，再经气流筛后即获得一种功能性填料纳米活性碳酸钙产品。该法的优点与干法处理相比，是在纳米碳酸钙的干燥之前进行表面包覆处理，避免在干燥过程中产生硬团聚而使表面包覆处
15、理不均匀性；与湿法处理相比，减少了纳米碳酸钙的浆料加热至包覆温度所需能耗，同时也避免经湿法表面包覆处理后的过滤液中含量有部分硬脂酸而使废液中的COD超标，需经生化处理后才能排放的弊端，也避免湿法处理时先将硬脂酸加碱皂化，造成包覆后的粉体略偏碱性。该处理方法更简便，更灵活，可将多种表面处理剂同时与纳米碳酸钙滤饼混合，进行复合包覆处理，产品的适用性更广，性能更好。随着国家对碳排放量的控制和环境污染治理要求的提高，传统的碳酸钙生产工艺流程为高能耗高污染，已不能适应新形势的要求。在碳酸钙的生产过程中，一定要节能、降耗、环保，再如利用高温窑气加热消化用水减少蒸汽用量，用深井水冷却碳化前的氢氧化钙浆料，减
16、少用冷冻机冷却碳化浆料的能耗，降低生产成本。总之碳酸钙的生产必须实施节能、降耗、环保的绿色技术，提高产品质量，降低生产成本，增强企业的综合竞争力，是碳酸钙行业今后发展的方向。综上所述：沉淀碳酸钙生产企业可以通过厂区合理总体设计、合理设备选型控制节能、改进环保措施、优化产品结构，控制工艺，节能降耗，不断提高产品附加值，降低生产成本。根据目前我国碳酸钙企业生产实际，碳酸钙企业要重点做以下几项工作：一是把企业实施节能减排工作与建设工业园区结合起来，使节能减排、清洁生产工作由企业层次上升到工业园区乃至一个城市或更大区域，由构建循环企业向企业群落互利共生；技术集成、资源集成、环境集成、以及信息共享的循环经济发展，逐步实现企业、社会与环境的和谐发展。二是要把政策引导、财政扶持、法制监督、行业管理与建立企业节能减排、清洁生产推进机制结合起来，使节能减排、清洁生产由传统的主要供给战略推进向以政府为推进器，以企业为主体、以市场为导向的需求推进模式发展，有利于调动广大企业实施清洁生产的积极性，通过综合使用需求机制和供给机制，促使企业产生对节能减排、清洁生产大面积的和持久的需求。三是抓好典型，以点带面，使节能减排、清洁生产工作尽快由点到面形成气候，同时要科学规划，明确责任，确保碳酸钙行业清洁生产健康有序快速发展。
