中國粉體網(wǎng)訊 碳酸鈣是用量最大的無機(jī)粉體材料之一,被廣泛應(yīng)用于涂料、油墨、塑料、造紙、橡膠、化妝品等行業(yè),具有價(jià)格低廉、原料來源廣泛、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)效益良好等優(yōu)點(diǎn)。
納米碳酸鈣有諸多應(yīng)用成熟的行業(yè),在塑料工業(yè)主要應(yīng)用于高檔塑料制品?筛纳扑芰夏噶系牧髯冃,提高其成型性。用作塑料填料具有增韌補(bǔ)強(qiáng)的作用,提高塑料的彎曲強(qiáng)度和彎曲彈性模量,熱變形溫度和尺寸穩(wěn)定性,同時(shí)還賦予塑料滯熱性。用于油墨產(chǎn)品中體現(xiàn)出了優(yōu)異的分散性和透明性和極好的光澤、及優(yōu)異的油墨吸收性和高干燥性。在樹脂型油墨中作油墨填料,具有穩(wěn)定性好,光澤度高,不影響印刷油墨的干燥性能.適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
一、碳化法制備納米碳酸鈣
碳化法是指利用Ca(OH)2與CO2碳化反應(yīng)得到CaCO3。一般講石灰石煅燒,得到生石灰和窯氣。生石灰經(jīng)過消化之后得到Ca(OH)2溶液,再通入窯氣,即可得到碳酸鈣漿液,經(jīng)過脫水、干燥得到碳酸鈣成品。碳化法原料來源廣泛、成本低廉,目前國內(nèi)大部分廠家采用此種方法。
二、納米碳酸鈣的工廠設(shè)計(jì)特點(diǎn)
由于納米碳酸鈣運(yùn)用的場合不同,對納米碳酸鈣的生產(chǎn)及深加工有一定的差異,但其核心都是納米碳酸鈣的碳化合成。本文將綜述納米碳酸鈣生產(chǎn)線相關(guān)工藝流程,設(shè)備相關(guān)內(nèi)容留待下期詳述。
1 主要原料
主要原料為石灰石、燃料煤、小塊炭、水、少量的添加劑和包覆劑。生產(chǎn)車間的主要介質(zhì)為碳酸鈣溶液,為不燃物質(zhì),生產(chǎn)的火災(zāi)危險(xiǎn)性級別為戊類。使用的原料相對于大化工來說更加安全。
2 工廠的單體組成
主要生產(chǎn)車間內(nèi)容包括窯爐車間、動力車間、消化車間、合成車間、后處理車間、回水池、陳化池。
三、納米碳酸鈣生產(chǎn)工藝流程
生產(chǎn)工藝分為原料準(zhǔn)備工段,煅燒、洗氣工段,消化、制漿工段,碳化、活化工段,脫水、干燥、包裝工段五個(gè)工段。
納米碳酸鈣生產(chǎn)流程圖
(1) 原料準(zhǔn)備工段
礦山運(yùn)輸至廠內(nèi)原料區(qū)的石灰石,經(jīng)洗石機(jī)洗去泥土、雜質(zhì)后待用。外部運(yùn)輸進(jìn)廠的粒度為10-20mm 左右的水洗無煙煤,進(jìn)入廠內(nèi)原料區(qū)設(shè)置的煤倉備用。
(2) 煅燒、洗氣工段
將破碎到一定規(guī)格的石灰石(外購)和無煙煤按一定的配比提升至石灰窯頂部,由布料器將物料均勻地分布在石灰窯內(nèi),利用鼓風(fēng)機(jī)從石灰窯底部鼓風(fēng),燃燒窯內(nèi)無煙煤,提供石灰石分解所需熱量,煅燒溫度大約在1100℃左右。石灰石在窯中分解為氧化鈣和二氧化碳。據(jù)企業(yè)原料檢測及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)系數(shù),外購石灰石中CaCO3純度98%,煅燒工藝轉(zhuǎn)化率約95%。煅燒后含二氧化碳的窯氣經(jīng)換熱器換熱后進(jìn)入窯氣凈化系統(tǒng)。而生石灰(氧化鈣)則在與空氣換熱后從窯底排出,排出的生石灰在回轉(zhuǎn)篩中篩出石灰中灰渣,生石灰提升至石灰倉中。
石灰窯根據(jù)三區(qū)熱電偶進(jìn)行溫度顯示,石灰窯口安裝有微壓變送器和窯氣在線分析儀,根據(jù)三區(qū)溫度變化趨勢及窯頂風(fēng)壓、窯氣成分,通過加、減料和變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量控制石灰窯正常生產(chǎn)。
石灰窯氣含CO2約30%,溫度約200~300℃經(jīng)換熱器降溫除去煙塵、硫化物氣體后再進(jìn)入氣-水分離器分離水霧,凈化后的石灰窯氣送往碳化工段。
本步驟的主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
C+O2加熱→CO2
CaCO3加熱→CO2 + CaO (二氧化碳不外排,用于后續(xù)碳化工序)
同時(shí)高溫下生成的生石灰會與窯氣中SO2發(fā)生鈣基固硫反應(yīng):
CaO+SO2→CaSO3↓
(3)、消化、制漿工段
由石灰窯煅燒得到的石灰,在石灰倉中由振動加料機(jī)按一定的速度加入消化機(jī)中,熱水槽的熱水經(jīng)過流量計(jì)計(jì)量加入消化機(jī)內(nèi)與石灰(主要成分CaO)充分反應(yīng)生成Ca(OH)2,反應(yīng)溫度上升至80°C以上后,消化用水用閥門切換為回用水。石灰消化過程的化學(xué)反應(yīng)式如下:
CaO+H2O→Ca(OH)2。消化反應(yīng)結(jié)束后,石灰中不能反應(yīng)的較大顆粒石渣經(jīng)消化機(jī)尾部的除渣篩分離,細(xì)小顆粒石渣經(jīng)振動篩篩分出。
去除石渣的石灰乳經(jīng)曲流槽自流入石灰乳槽中,經(jīng)過旋液除渣器進(jìn)脫渣處理,如此進(jìn)行三級脫渣制漿,凈化成精制石灰乳液在石灰乳儲罐中儲存并攪拌。
(4) 碳化、活化工段
來自制漿工段石灰乳儲罐送來的石灰乳,自流至調(diào)漿池中,并按照工藝要求加入水調(diào)至所需濃度,并攪拌均勻,同時(shí)冷卻至所需溫度(一般為20°C左右),制冷介質(zhì)采用制冷系統(tǒng)輸送冷凍水,冷凍水溫15℃,調(diào)好的石灰乳泵入至碳化塔中。來自煅燒工段的石灰窯氣經(jīng)儲氣罐入碳化塔中。在碳化塔中CO2氣體與Ca(OH)2懸濁液進(jìn)行碳化反應(yīng)生成CaCO3,反應(yīng)式如下:
Ca(OH)2 +CO2→CaCO3+H2O
進(jìn)行碳化反應(yīng)時(shí)可根據(jù)工藝要求開啟攪拌,并加入活化劑同時(shí)進(jìn)行制冷,可根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)要求不同選擇碳化溫度(一般為20-35℃之間)。制冷介質(zhì)采用制冷系統(tǒng)送來冷凍水,冷凍水溫15°C。碳化初期通入的窯氣量按30m3/min,反應(yīng)液PH值下降較快,碳化中期以后,通入的窯氣量可逐漸降低至15m3/min,碳化時(shí)間約45分鐘,當(dāng)反應(yīng)液PH值下降至7-8時(shí),標(biāo)志著反應(yīng)即將完成,再適當(dāng)延長一定的碳化時(shí)間(5-10分鐘左右),碳化結(jié)束。碳化結(jié)束的納米碳酸鈣漿液經(jīng)石灰乳泵送至增濃器中增濃,增濃后經(jīng)石灰乳泵送至活化釜,活化溫度80"C,活化時(shí)間45分鐘,加熱介質(zhì)采用導(dǎo)熱油,導(dǎo)熱油油溫150℃,活化后的熟漿經(jīng)振動篩去除細(xì)微的小顆粒后進(jìn)入冷卻槽冷卻并儲存,泵送至脫水干燥工段的壓濾機(jī)。
(5) 脫水、干燥、包裝工段
活化后熟漿經(jīng)壓濾機(jī)壓濾后濾餅(含水率40~50%)儲存在濾餅倉中,經(jīng)過濾餅倉中下部的濾餅切片機(jī)切片后送入閃蒸干燥機(jī)內(nèi)進(jìn)行干燥處理,閃蒸干燥機(jī)的加熱介質(zhì)采用熱風(fēng)爐提供的熱風(fēng),熱風(fēng)溫度約200-300℃。干燥后的納米碳酸鈣粉入氣流解聚機(jī)進(jìn)行解聚處理,解聚處理后的納米碳酸鈣粉體送到成品倉中儲存。成品倉中納米碳酸鈣粉體成品經(jīng)包裝機(jī)進(jìn)行包裝(25kg/包),由皮帶輸送機(jī)送到倉庫存儲。
四、納米碳酸鈣生產(chǎn)流程優(yōu)化方法
① 使用高濃度CO2氣體作為合成納米碳酸鈣的氣源可以大大縮短反應(yīng)的時(shí)間,但是由于系統(tǒng)攪拌不均勻,碳酸鈣粒徑的分布就很不均勻,出現(xiàn)部分粒徑較大顆粒,增大攪拌轉(zhuǎn)速可減緩粒徑分布不均勻現(xiàn)象。
② 隨著晶形修飾劑添加量的增加,溫度的提高,陳化時(shí)間的延長,顆粒規(guī)整程度增加,粒徑也增大,但當(dāng)超過極限值時(shí),顆粒尺寸不再改變,陳化溫度升高可加快陳化進(jìn)程,但如果溫度過高就會引起碳酸鈣發(fā)生形狀變化,立方形轉(zhuǎn)為片狀。陳化溫度越高,陳化時(shí)間越長,片狀轉(zhuǎn)化率越高。
③ 陳化過程中分別用聚羧酸鹽、六偏磷酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉為分散劑,通過其電離出的離子改變顆粒電荷狀態(tài)和空間位阻,使得體系發(fā)生膠溶反應(yīng),促進(jìn)凝膠重新轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z,降低了體系黏度,增強(qiáng)了顆粒間分散性,有利于二次碳化和后期包覆過程的進(jìn)行;
④ 在陳化起始階段加入一定量六偏磷酸鈉,工藝簡單,便于操作,還能起到降低黏度、增強(qiáng)顆粒分散性的作用,同時(shí)也不影響陳化過程中晶形修飾劑對碳酸鈣形貌的改善作用;
⑤ 工業(yè)試驗(yàn)工藝參數(shù)選擇遵循等單位體積功率的準(zhǔn)則,工業(yè)圈內(nèi)傳質(zhì)效果較小試裝置傳質(zhì)效果稍差,但是不同批次之間的工業(yè)試驗(yàn)產(chǎn)品性能重復(fù)性很好,工藝的穩(wěn)定性高,合成的納米碳酸含產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)均能與小試產(chǎn)品的性能指標(biāo)保持一致。
參考來源:
年產(chǎn)20萬噸納米級輕質(zhì)碳酸鈣項(xiàng)目(二期年產(chǎn)8萬噸)環(huán)評報(bào)告公示
褚發(fā)超,等:納米碳酸鈣的生產(chǎn)工藝及工廠設(shè)計(jì),華東理工大學(xué)
聞新春,等:納米碳酸鈣制備新工藝分析,烏魯木齊泰迪安全技術(shù)有限公司
百度百科:納米碳酸鈣
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