提高氧化鈣和輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品白度的方法與關(guān)鍵技術(shù)
2016-02-27 09:48:16 來(lái)源：
提高氧化鈣和輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品白度的方法與關(guān)鍵技術(shù)
一、 氧化鈣白度的提高方法與措施
1、引言：
氧化鈣（calcium oxide），是一種無(wú)機(jī)化合物，它的化學(xué)式是CaO，俗名生石灰。物理性質(zhì)是表面白色粉末，不純者為灰白色，含有雜質(zhì)時(shí)呈淡黃色或灰色，具有吸濕性。
氧化鈣是工業(yè)中重要的原料和輔料，如：用作原料時(shí)可以制造電石、純堿、漂白粉等，也用于制革、廢水凈化，氫氧化鈣及各種鈣化合物；用作輔料時(shí)主要用于冶金行業(yè)的煉鐵、煉鋼、有色金屬冶煉以及環(huán)保脫硫劑等；用作建筑材料時(shí)可以用于建筑、涂料、水泥速凝劑，熒光粉的助熔劑等；用作填充劑時(shí)可用于環(huán)氧膠黏劑的填充劑等；用作分析試劑時(shí)可用于氣體分析時(shí)用作二氧化碳吸收劑、光譜分析試劑，高純?cè)噭┯糜诎雽?dǎo)體生產(chǎn)中的外延、擴(kuò)散工序，實(shí)驗(yàn)室氨氣的干燥及醇類脫水等。還可以用作植物油脫色劑、藥物載體、土壤改良劑和鈣肥，還可用于耐火材料、干燥劑等。
氧化鈣的白度高低直接影響到下游產(chǎn)品的白度，尤其是在輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)中，對(duì)其產(chǎn)品白度的控制大多企業(yè)注重對(duì)石灰的嚴(yán)格選料以及提高石灰窯爐的生產(chǎn)工藝配置和煅燒方式的選擇，這無(wú)疑是保證能生產(chǎn)符合輕質(zhì)碳酸鈣用氧化鈣白度達(dá)標(biāo)的的主要因素。同時(shí)，其他很多因素對(duì)氧化鈣白度的影響也是不能忽視的，例如：燃料質(zhì)量、石料質(zhì)量、石灰窯氣粉塵、干燥系統(tǒng)煙塵氣及生產(chǎn)環(huán)境。這些因素如果不納人工藝控制或控制不嚴(yán)乃至失控.會(huì)使生產(chǎn)出的氧化鈣白度很難達(dá)到符合輕質(zhì)碳酸鈣白度合格產(chǎn)品指標(biāo)或滿足用戶的需求。因此，保證和提高氧化鈣鈣白度應(yīng)全面、綜合地調(diào)控氧化鈣生產(chǎn)工藝中對(duì)白度產(chǎn)生影響的相關(guān)因素。
2、控制方法：
調(diào)控氧化鈣白度應(yīng)從以下方面入手：
2.1、原材料質(zhì)量
生產(chǎn)氧化鈣所需原材料為石灰和燃料無(wú)煙煤或焦炭。
2.1.1石灰石
石灰石的選擇控制：石灰石是影響氧化鈣白度的主要因素，影響其白度的主要化學(xué)成分是鐵、錳及鹽酸不溶物等雜質(zhì)含量。當(dāng)石灰石鐵含量<0. 12%、錳含量<0. 006%、鹽酸不溶物含量<0. 30%時(shí).基本上能滿足生產(chǎn)白度合格的氧化鈣。經(jīng)驗(yàn)豐富的收、驗(yàn)料工一般可以根據(jù)石灰石外觀初步篩選：呈青色、淺灰色的石灰石純度較高，雜質(zhì)含量較少。含鐵、錳、鹽酸不溶物等雜質(zhì)含量高的石灰石一般呈黃、褐、粉紅或棕色等花紋或斑面。另外從生石灰的顏色也可以初步判斷強(qiáng)度，特別是含有帶色金屬氧化物時(shí)，生石灰多呈灰黃、淺黃色至褐色甚至于黑色。
礦石的潔凈程度控制：在嚴(yán)格控制石料品質(zhì)的同時(shí)也要注意石灰石的潔凈度，控制石灰潔凈度的方式有篩分和清洗等方式，尤其是水洗方式*佳，有的生產(chǎn)廠家不注意礦石的清洗，大量的泥土隨著礦石入窯煅燒，許多有害雜質(zhì)例如二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵等煅燒時(shí)會(huì)與氧化鈣化合形成低熔點(diǎn)的粘稠物，使石灰窯發(fā)生“結(jié)瘤”事故，瘤份附著在氧化鈣表面，降低了產(chǎn)品白度。
2.1.2燃料
使用燃?xì)庾鳛槿剂蠒r(shí)，如：天然氣、發(fā)生爐煤氣、高爐煤氣以及其它工業(yè)尾氣時(shí)燃料對(duì)石灰的白度影響不大，主要控制燃?xì)庵械牧蚝考懊航褂偷入s質(zhì)即可。采用固體燃料生產(chǎn)時(shí)采用焦炭、蘭炭等燃料時(shí)對(duì)增加石灰白度有益，效果較好。但是因?yàn)槿剂蟽r(jià)格關(guān)系，通常生產(chǎn)中所用燃料多采用無(wú)煙煤，無(wú)煙煤中硫、灰分等雜質(zhì)含量也是影響輕質(zhì)碳酸鈣白度的原因之一。生產(chǎn)用無(wú)煙煤硫含量< 1. 5%即低硫無(wú)煙煤，無(wú)煙煤灰分含量＜25% ,其它雜質(zhì)如堿石等含量<2 0%便能滿足生產(chǎn)白度合格的石灰。
2.2、生石灰質(zhì)量控制
2.2.1 生產(chǎn)過(guò)程控制
煅燒：根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，土窯及普通機(jī)立窯生產(chǎn)的石灰白度都很低，極難達(dá)到石灰的白度要求。所以，采用先進(jìn)的窯型工藝及合理的煅燒設(shè)備是有效增加氧化鈣白度的方法，在生產(chǎn)實(shí)踐中我們得知：石灰生過(guò)燒率大于15%時(shí)石灰白度明顯下降，石灰活性度低于280時(shí)石灰顏色逐漸發(fā)黃。主要原因是石灰石煅燒溫度過(guò)高或煅燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)對(duì)石灰的活性度產(chǎn)生較大影響，石灰過(guò)燒時(shí)，石灰的活性變差，消化效果變差，導(dǎo)致碳化結(jié)晶不均勻，晶體表面粗糙，從而影響白度，嚴(yán)重過(guò)燒時(shí)可產(chǎn)生“結(jié)瘤”物料等附著物，明顯降低了石灰白度；石灰生燒時(shí)，大量的未燒礦石及產(chǎn)生的石粉也影響了白度。
目前唐山金泉冶金能源新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司設(shè)計(jì)應(yīng)用的“第三代具有國(guó)際領(lǐng)先水平的新型節(jié)能環(huán)保工業(yè)活性石灰豎爐”技術(shù)可以使石灰的生過(guò)燒率低于7%，活性度可以達(dá)到300-340ml，尤其是采用該公司的“新型脫硫除瘤活性劑”可以使活性度提高30-40ml，是有效降低石灰結(jié)瘤增加石灰活性度的有效方法。同時(shí)該窯型的生產(chǎn)利用系數(shù)可以達(dá)到0.85-1.0，該系數(shù)是普通機(jī)立窯生產(chǎn)系數(shù)的二倍，也就是說(shuō)同樣的窯容積產(chǎn)量是普通機(jī)立窯的產(chǎn)量的二倍，煅燒時(shí)間縮短了一倍，利用系數(shù)的提高既縮短了煅燒時(shí)間也有效提高了石灰活性度和潔凈度，該窯型生產(chǎn)的活性石灰白度明顯高于普通機(jī)立窯生產(chǎn)的石灰。
2.2.2成品石灰的雜質(zhì)控制：窯型選擇不合理、工藝配置選擇不當(dāng)、石料及燃料質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)操控不正常等因素都可以造成成品石灰質(zhì)量不穩(wěn)定，在石灰中極易混雜焦渣、煤核等雜質(zhì)，同時(shí)還應(yīng)該控制石灰中小于5 mm的顆粒及粉狀物。在煅燒過(guò)程中，無(wú)煙煤燃燒產(chǎn)生的灰分會(huì)隨石灰一起從窯底排出，有的石灰石入窯前未經(jīng)清洗，煅燒后也會(huì)有粉塵，因此必須要增加篩分，如篩分不徹底，灰分進(jìn)入產(chǎn)品也會(huì)影響白度。
唐山金泉冶金能源新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司設(shè)計(jì)應(yīng)用的窯底破碎篩分一體機(jī)可以有效解決石灰破碎篩分問(wèn)題，該設(shè)備可以把出窯的石灰在窯底直接進(jìn)行破碎和篩分，不需要另外增加輸送、提升、儲(chǔ)藏等設(shè)施。如果生產(chǎn)重鈣，破碎后的石灰可以直接裝袋或儲(chǔ)運(yùn)，如果作為生產(chǎn)輕鈣的原料破碎后的石灰可以直接輸送至下游化灰機(jī)或儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，破碎后的石灰化灰時(shí)可以節(jié)約化灰時(shí)間和提高化灰生產(chǎn)率，篩分后的雜質(zhì)可以輸送至倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。嚴(yán)格篩選成品石灰對(duì)保證和提高輕質(zhì)碳酸鈣白度是非常有益的。
二、 生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣時(shí)白度的提高方法與措施
1 引言
輕質(zhì)碳酸鈣(Light Calcium Carbonate)又稱沉淀碳酸鈣( Precipitated Calcium Carbonate，簡(jiǎn)稱PCC)， PCC系列產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于塑料管材與型材、造紙?zhí)盍吓c涂料、橡膠、高檔油墨、電線電纜、硅酮密封膠、高檔汽車底漆、日化等行業(yè)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，淺色制品、白色制品越來(lái)越受到人們的青睞，其白度作為重要指標(biāo)，在應(yīng)用中起著至關(guān)重要的作用，尤其是作為食品級(jí)添加劑或輔料時(shí)白度指標(biāo)更為關(guān)鍵。PCC產(chǎn)品的白度直接影響價(jià)格高低，白度不高的產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力明顯較弱，在生產(chǎn)中提高PCC產(chǎn)品白度是提高產(chǎn)品檔次的重要措施。因此，必須在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)碳酸鈣進(jìn)行增白處理。
2 PCC白度的影響因素解析
2.1 生產(chǎn)過(guò)程影響因素
2.1.1 窯氣及煙塵氣的影響
在生產(chǎn)過(guò)程中首先要做好漿液的除雜和窯氣的清洗工作，要連續(xù)生產(chǎn)以降低設(shè)備及管道的生銹率，同時(shí)還要注意以下程序中的控制：
石灰窯的氣粉塵
在生產(chǎn)過(guò)程中首先要做好窯氣的清洗工作，由于石灰窯規(guī)格不同、煤質(zhì)的區(qū)別和操作上的差異，石灰窯氣含塵濃度各異，一般窯氣含塵濃度在都高于10g/m3。為降低窯氣中粉塵對(duì)輕質(zhì)碳酸鈣白度的影響，多在窯氣輸送的同時(shí)進(jìn)行除塵。窯氣中粉塵顆粒較大。大于10 μm的顆粒常在80%以上，一般采用多筒旋風(fēng)除塵器便可把5μm以上的粉塵除掉。但除塵器應(yīng)安裝在石灰窯的近端。為提髙除塵效果，常在窯氣 輸送機(jī)械壓縮機(jī)前安裝水浴除塵器，除塵器效率可達(dá)98%以上。進(jìn)行窯氣除塵的同時(shí)，還應(yīng)設(shè)法降低窯氣中的含塵量，在煅燒石灰石時(shí)采用粒度 一定的塊煤，避免摻人煤面，防止投料人窯時(shí)產(chǎn)生煤塵；所用無(wú)煙煤也要具有較高的抗碎強(qiáng)度，減少投料時(shí)物料的相互撞擊產(chǎn)生粉塵；同時(shí)石灰窯鍛燒用煤也要有較好的熱穩(wěn)定性。
干燥系統(tǒng)的煙塵氣
從煙塵氣對(duì)輕質(zhì)碳酸鈣白度的影響來(lái)看，尤以干燥機(jī)熱交換管泄漏的煙塵氣對(duì)輕質(zhì)碳酸鈣白度的影響為*。要做到干燥機(jī)熱交換煙管密封完好無(wú)泄漏，干燥機(jī)加熱爐運(yùn)行時(shí)應(yīng)保持對(duì)干燥機(jī)熱交換煙道管衡溫加熱。投入干燥機(jī)內(nèi)進(jìn)行干燥的半成品要做到連續(xù)均勻，避免干燥機(jī)熱交換煙管頻繁出現(xiàn)熱漲冷縮的現(xiàn)象。再有，干燥機(jī)加熱煙塵氣的外泄也應(yīng)引起重視，正常情況加熱爐為負(fù)壓操作無(wú)煙塵氣泄漏。此外，還要減少或杜絕 干燥機(jī)熱交換煙管道內(nèi)高溫?zé)焿m氣和半成品進(jìn)行熱交換后對(duì)外排空的煙塵氣對(duì)輕質(zhì)碳酸鈣白度的影響。必須使加熱爐具有良好的燃燒條件。也就是說(shuō)加熱爐內(nèi)要保持有一定的高溫，充分的空氣量和良好的混合以及必要的燃燒空間和時(shí)間，以使可燃?xì)怏w和細(xì)煤充分燃燒，避免碳粒子游離出，減少對(duì)外排空煙塵含量。在保證煙道管密封質(zhì)量、加熱爐 良性操作的同時(shí)，對(duì)外排空的煙塵氣，外排前應(yīng)經(jīng)除塵設(shè)備進(jìn)行處理，降低外排煙塵含量。
2.1.2 生產(chǎn)工藝的影響
2.1.2.1 消化
消化設(shè)備：不同的消化設(shè)備對(duì)白度影響不同，消化槽的影響*小，槳葉消化及次之，滾筒消化機(jī)影響*大。
消化工藝 ： 消化溫度越高，漿液越細(xì)膩，其白度越高。
陳化時(shí)間 ： 陳化時(shí)間越長(zhǎng)，漿液越細(xì)膩，其白度越高。
2.1.2.2 精制
精制工序是影響漿液白度的重要因素之一，漿液精制的好壞可使白度相差很大。精制就是要出去其中黃、黑雜質(zhì)，除的越徹底，白度越高。
3 PCC增白
PCC化學(xué)增白是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及到原材料質(zhì)量、煅燒、消化、窯氣凈化、漿液精制、碳化、干燥等諸多工序，完好率及先進(jìn)性、工藝條件控制及環(huán)境清潔程度、外界污染等，因此，工藝過(guò)程中每一步都要嚴(yán)格控制。
在生產(chǎn)過(guò)程中，特別容易被忽略的幾個(gè)環(huán)節(jié)如礦石清洗、消化水質(zhì)、生漿精制、生漿陳化、窯氣洗滌、濾餅洗滌、斗式提升機(jī)的影響等都要引起重視，做好每一個(gè)細(xì)節(jié)。
3.1 生產(chǎn)過(guò)程中的增白控制：
消化： 必須權(quán)衡產(chǎn)能、成本、質(zhì)量，選取合理設(shè)備，產(chǎn)量較低時(shí)，可采取消化槽進(jìn)行消化，而產(chǎn)品較高時(shí)可采用槳葉消化機(jī)；高溫消化，充分利用生產(chǎn)過(guò)程中的預(yù)熱將消化用水加熱，使消化水溫度達(dá)到80℃以上。采用保溫陳化，使陳化時(shí)間超過(guò)24小時(shí)。
精制：采用多級(jí)除雜裝置，先用旋振篩出去粒徑125μm以上雜質(zhì)，再用三級(jí)旋液分離器除去75μm以上雜質(zhì)，*后用直振篩除去粒徑45μm以上雜質(zhì)。
三、增白技術(shù)的工業(yè)試驗(yàn)研究
3.1引言：
通過(guò)化學(xué)增白方法提高白度也是今后重點(diǎn)應(yīng)用的途徑。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明，可以采取不同的還原劑、穩(wěn)定劑，采取不同的工藝條件，在不同的生產(chǎn)階段，添加不同比例的試劑進(jìn)行增白。
3.1.1 實(shí)驗(yàn)方法
本實(shí)驗(yàn)中，往漿液中添加試劑的方法均為先加入還原劑A，攪拌升溫至75℃，再加入穩(wěn)定劑B，攪拌10min。
實(shí)驗(yàn)一：產(chǎn)品用白度儀測(cè)白度，結(jié)果為（1）；
實(shí)驗(yàn)二：石灰石用馬弗爐煅燒，熱水消化，實(shí)驗(yàn)室純二氧化碳碳化，抽濾，干燥，結(jié)果為（2）；
實(shí)驗(yàn)三：消化漿液直接抽濾干燥后測(cè)白度，結(jié)果為（3）；
實(shí)驗(yàn)四：將實(shí)驗(yàn)三的消化漿液分別添加劑量為氫氧化鈣Ca(OH)2質(zhì)量,1‰、2‰、3‰、4‰、的還原劑A，均加入3‰的穩(wěn)定劑B，抽濾，干燥后測(cè)白度的結(jié)果為（4）(5)(6)(7);
實(shí)驗(yàn)五：將實(shí)驗(yàn)三中的生漿、實(shí)驗(yàn)四中的添加3‰的還原劑A，均加入3‰的穩(wěn)定劑B的生漿中，用立窯煅燒產(chǎn)生的二氧化碳的窯氣碳化后抽濾，干燥后測(cè)白度，測(cè)的結(jié)果分別為（8）（9）。
3.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
檢測(cè)結(jié)果如下：
綜合分析：
1）從結(jié)果1、2對(duì)比看出：工業(yè)生產(chǎn)中由于生產(chǎn)過(guò)程污染，產(chǎn)品白度降低2度。
2）從結(jié)果3-7對(duì)比來(lái)看，消化漿液添加氫氧化鈣Ca(OH)2質(zhì)量3‰的還原劑A， 3‰的穩(wěn)定劑B時(shí)，白度達(dá)到*高值，比不添加時(shí)提高了近2度。
3）從結(jié)果8、9對(duì)比來(lái)看，由于碳化過(guò)程使還原劑失去了作用，白度提高不大。
3.2.2 注意事項(xiàng)
1）在增白實(shí)驗(yàn)中，一定要注意產(chǎn)品的價(jià)格與成本，不宜采用價(jià)格高昂的試劑，要根據(jù)市場(chǎng)情況選擇合理的增白劑。
2）生產(chǎn)過(guò)程中注意礦石中鐵元素含量的變化，當(dāng)含量下降時(shí)，要適當(dāng)降低添加比例；
3）合成試劑不宜存放太長(zhǎng)時(shí)間，要隨配隨用。
4）過(guò)濾時(shí)要多用水洗，盡量出去溶解物質(zhì)。
四、用低質(zhì)量石灰石生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣時(shí)的增白方法
用石灰石生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣，礦石質(zhì)量高低直接影響產(chǎn)品的白度�，F(xiàn)在，在國(guó)內(nèi)一般選用優(yōu)質(zhì)礦石，或進(jìn)行產(chǎn)品的表面處理，以少許改善白度。在國(guó)外曾采用連二亞硫酸鈉－丙酸法、連二亞硫酸鈉－硬脂酸法、連二亞硫酸鈉－磷酸法進(jìn)行處理，以改善粘土、碳酸鈣等懸濁液的白度。用低質(zhì)量石灰石生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣，產(chǎn)品白度較低，限制了它的用途。
本文根據(jù)低質(zhì)量石灰石生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣時(shí)的工藝特性，推薦一種增加輕質(zhì)碳酸鈣白度方法：
1、 以生石灰重量計(jì)，用水合胼或連二亞硫酸鈉０．０５－０．５％，三乙醇胺０．０５－－０．５％，于生石灰消化溫度達(dá)６０－－９５℃時(shí)，加入這兩種試劑、攪拌，進(jìn)行處理．然后碳化、分離。操作要點(diǎn)：加于消化接近完成的石灰中，此時(shí)溫度６０－９５度Ｃ，攪拌時(shí)間在１０分鐘，用１５倍量的水，沖入熟化池，分離粗粒，進(jìn)行碳化，沉淀離心分離。
2、 烘干操作：物料在１２０－－４００度℃干燥即得成品．這種處理方法，消耗處理試劑少，可在較高溫度烘干，提高了設(shè)備利用率，因而成本低．這種白度達(dá)８８－－９２％的產(chǎn)品，價(jià)格便宜，宜做為橡膠、塑料＿涂料、紙張等制品的填充料，尤宜用于其淺色制品．
資料編輯：北方爐窯協(xié)會(huì)
2016/2/26
