碳酸鈣生產(chǎn)過(guò)程中的綠色技術(shù)探討
顧 達(dá)
顧 達(dá)
（蕪湖卓越納米新材料有限公司）
摘要：本文根據(jù)化工生產(chǎn)的基本原理，結(jié)合碳酸鈣生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際情況，詳細(xì)介紹了碳酸鈣生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能、降耗、環(huán)保等方面的綠色技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)在綠色技術(shù)的應(yīng)用方面進(jìn)行了有益的探討。關(guān)鍵詞：碳酸鈣生產(chǎn)、節(jié)能、降耗、環(huán)保、綠色技術(shù)
碳酸鈣作為一種重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、涂料、油墨等領(lǐng)域。由于生產(chǎn)碳酸鈣的主要原料石灰石資源豐富，同時(shí)碳酸鈣產(chǎn)品的特性為無(wú)毒無(wú)味、白度高，適用于各種有機(jī)聚合物材料的功能填料，因此在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍是橡膠、塑料、涂料、油墨等領(lǐng)域中不可替代的重要填料，并隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，其需求量越來(lái)越大。
目前無(wú)論是輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)還是納米碳酸鈣的生產(chǎn)都是以石灰石為原料.經(jīng)石灰窯煅燒后再經(jīng)消化、碳化、表面處理、過(guò)濾干燥等幾道工藝，生產(chǎn)的工藝流程長(zhǎng)、能耗大、污染嚴(yán)重。特別是采取間隙式碳化生產(chǎn)，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，自動(dòng)化程度低，而且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，制約了該行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
為了適應(yīng)碳酸鈣行業(yè)發(fā)展的需要，所以介紹一些最新的專(zhuān)利在碳酸鈣生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能、降耗、環(huán)保等方面的綠色技術(shù)，提升和改造現(xiàn)有的碳酸鈣生產(chǎn)工藝流程，使碳酸鈣的生產(chǎn)企業(yè)真正成為一個(gè)朝陽(yáng)企業(yè)。
一、采用渣液分離器，減少漿料精制時(shí)的能耗
在現(xiàn)有技術(shù)碳酸鈣的生產(chǎn)過(guò)程中，首先是將石灰消化后的粗漿料進(jìn)行精制除雜，采用的方法是過(guò)篩或旋液分離，這兩種方法都存在缺陷。作為過(guò)篩除雜時(shí)，一是過(guò)篩網(wǎng)目數(shù)較小，不可能把一些細(xì)碎雜質(zhì)篩除干凈，若要增加過(guò)篩網(wǎng)的目數(shù)，就會(huì)使過(guò)篩的效率降低。特別是篩網(wǎng)經(jīng)常破損而在不可能及時(shí)更換的情況下，就會(huì)有粗顆粒進(jìn)入精制的漿料中，造成產(chǎn)品中黑點(diǎn)、細(xì)沙多。若采用旋液分離器除雜，則旋液分離器下端的出渣孔易被一些顆粒物堵塞。一旦出渣孔被堵塞，就起不到旋液分離除渣的目的，同樣造成產(chǎn)品中黑點(diǎn)、細(xì)沙多。同時(shí)這兩種方法的除雜，都存在能耗大的問(wèn)題。若用旋液分離器，多經(jīng)過(guò)一道旋液分離工序，就會(huì)使每噸產(chǎn)品多增加電耗6～7度。
對(duì)于氫氧化鈣粗漿料的精制除雜，較好的方法是采用靜態(tài)的渣液分離器。
1—主體漿料沉降桶，2—殘?jiān)练e錐形桶，3—粗漿進(jìn)料桶，4—粗漿進(jìn)料緩沖口，5—精漿料溢出口，6—螺旋排渣機(jī)，7—殘?jiān)懦隹凇?br /> 該渣液分離器的精制除雜工藝流程為：首先將消化后的漿料通過(guò)進(jìn)料緩沖口進(jìn)入主體漿料沉降桶內(nèi)，進(jìn)料緩沖口的作用是當(dāng)消化漿料進(jìn)入沉降桶時(shí)，避免與桶內(nèi)正在沉降的漿料產(chǎn)生相互干擾，提高沉降的效果。粗漿料在沉降桶內(nèi)，比重大的雜質(zhì)粗粒子會(huì)沉降到殘?jiān)练e錐形桶內(nèi)，再通過(guò)下部的螺旋排渣機(jī)排出。通過(guò)自然沉降去雜后的精漿料從精漿料溢口處溢出并收集，用于生產(chǎn)碳酸鈣產(chǎn)品。
采用本裝置精制除雜，是在自然沉降的狀態(tài)下進(jìn)行的，不受如振動(dòng)篩、旋液分離器等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)變化的影響，精制后的氫氧化鈣漿料質(zhì)量穩(wěn)定。因?yàn)樵谶\(yùn)行過(guò)程中是靜態(tài)除雜，所以不需要?jiǎng)恿?，能耗低，設(shè)備維修也方便，降低生產(chǎn)成本。
二、采用靜態(tài)混合器，減少碳化時(shí)漿料攪拌的能耗
現(xiàn)有技術(shù)中用于合成納米碳酸鈣的設(shè)備主要有：間歇鼓泡式攪拌反應(yīng)器、連續(xù)噴霧反應(yīng)器和超重力反應(yīng)器。間歇鼓泡式攪拌反應(yīng)器設(shè)備簡(jiǎn)單，是最常用的碳化反應(yīng)器。在碳化時(shí)窯氣從碳化反應(yīng)釜底部進(jìn)入，通過(guò)機(jī)械攪拌使氣液混合生成納米碳酸鈣。這種碳化反應(yīng)釜的攪拌能耗高，工藝條件較難控制，產(chǎn)品粒徑分布不均勻。連續(xù)噴霧反應(yīng)器是在頂部安裝空心壓力式噴嘴，精制石灰乳在空心錐形壓力式噴嘴的作用下，霧化成小液滴均勻地從頂部淋下，與底部進(jìn)入的二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)合成納米碳酸鈣。該設(shè)備管路復(fù)雜、投資大、操作難度大、能耗也大，目前較少使用。超重力反應(yīng)器是利用設(shè)備的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生超重力場(chǎng)，在此條件下完成石灰乳與二氧化碳的反應(yīng)，盡管合成的粒子小而均勻，但設(shè)備的投資很大，生產(chǎn)能耗也大，在工業(yè)化生產(chǎn)中缺乏競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)而很少使用。
為了節(jié)能降耗，可選用節(jié)能型靜態(tài)混合碳化反應(yīng)器。
1—外殼，2—導(dǎo)流內(nèi)筒，3—導(dǎo)流內(nèi)筒下部的檔板，4—導(dǎo)流內(nèi)筒上部靜態(tài)混合芯體，5—氣體噴射器，6—氣體噴射器的噴嘴，7—窯氣進(jìn)氣口，8—氫氧化鈣漿料進(jìn)口。圖2-2是靜態(tài)混合碳化釜的俯視圖。該反應(yīng)器內(nèi)筒的直徑是外殼體直徑的2/3左右，內(nèi)筒下部由寬度為10～15公分，高度是內(nèi)筒高度的1/3左右的4～6個(gè)縱向檔板構(gòu)成，內(nèi)筒上部由寬度為20～25公分，長(zhǎng)度為25～30公分，以40～50度的傾斜角螺旋往上排列的螺旋檔板構(gòu)成。而旋渦式氣體分布器直徑大小為內(nèi)筒直徑的2/3，由4～6個(gè)噴嘴射氣管以一定弧度傾斜組成。
該反應(yīng)器碳化的原理是當(dāng)窯氣從旋渦式氣體噴射器噴出時(shí)，和吸入內(nèi)筒和外殼間底部的漿料，形成氣液混合料進(jìn)入導(dǎo)流內(nèi)筒，在內(nèi)筒下部檔板的作用下，形成旋渦流，強(qiáng)化混合效果。氣液混合料自下而上流動(dòng)，進(jìn)入導(dǎo)流內(nèi)筒上部靜態(tài)混合芯體再次混合，物料從導(dǎo)流內(nèi)筒溢出進(jìn)入內(nèi)筒和外殼的空腔，完成一次循環(huán)碳化。由于該反應(yīng)器的靜態(tài)液位低，利用羅茨風(fēng)機(jī)替代傳統(tǒng)的窯氣壓縮機(jī)，不但電耗低，而且維修方便，降低了生產(chǎn)成本。利用該反應(yīng)器，強(qiáng)化氣液混合效果，不需要機(jī)械攪拌，在添加適量晶型控制劑的條件下就能制備出納米碳酸鈣產(chǎn)品。
該反應(yīng)器改變了傳統(tǒng)間歇鼓泡式攪拌反應(yīng)器需要機(jī)械攪拌才能使氣液混合，節(jié)省能耗。該旋渦式氣體分布器隨著窯氣流量的增大而強(qiáng)化氣液混合效果，避免了一般的攪拌式反應(yīng)器隨著窯氣流量增大而降低混合效果的現(xiàn)象，從而使氣體吸收更完全，碳化的粒子更均勻。
三、采用連續(xù)碳化生產(chǎn)技術(shù)，提高自動(dòng)化控制能力
目前最成熟的納米碳酸鈣的生產(chǎn)方法是間歇鼓泡攪拌式碳化反應(yīng)。在碳化釜內(nèi)裝有精制的氫氧化鈣漿料，將窯氣從碳化釜底部進(jìn)入，通過(guò)機(jī)械攪拌使氣液混合均勻生成納米碳酸鈣。這種間隙式碳化反應(yīng)，由于每釜碳化過(guò)程中漿料的溫度、濃度、窯氣流量、碳化終點(diǎn)的時(shí)間等都有變化，因此每批次反應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量都有波動(dòng)。因此如何進(jìn)行連續(xù)碳化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。連續(xù)碳化反應(yīng)裝置是由多個(gè)靜態(tài)混合碳化反應(yīng)器經(jīng)多級(jí)串連組成。
采用連續(xù)碳化反應(yīng)裝置碳化的工藝流程為待碳化的漿料連續(xù)加入到第一級(jí)反應(yīng)器中，同時(shí)窯氣從反應(yīng)器內(nèi)筒底部進(jìn)入，在旋渦式氣體分布器和導(dǎo)流內(nèi)筒檔板的作用下，強(qiáng)化氣液混合，加速碳化過(guò)程。從第一級(jí)反應(yīng)器漿料出口流入下一級(jí)反應(yīng)器，控制氫氧化鈣漿料進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器的流速和窯氣進(jìn)入各級(jí)反應(yīng)器的流量，通過(guò)3～5級(jí)的反應(yīng)器碳化，從最后一級(jí)反應(yīng)器出口流出的漿料，已完成碳化反應(yīng)得超細(xì)碳酸鈣漿料。由于本工藝實(shí)現(xiàn)了連續(xù)碳化反應(yīng)，所以產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，操作方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作控制。
隨著國(guó)家對(duì)碳排放量的控制和環(huán)境污染治理要求的提高，傳統(tǒng)的碳酸鈣生產(chǎn)工藝流程為高能耗高污染，已不能適應(yīng)新形勢(shì)的要求。在碳酸鈣的生產(chǎn)過(guò)程中，一定要節(jié)能、降耗、環(huán)保，再如利用高溫窯氣加熱消化用水減少蒸汽用量，用深井水冷卻碳化前的氫氧化鈣漿料，減少用冷凍機(jī)冷卻碳化漿料的能耗，降低生產(chǎn)成本?？傊妓徕}的生產(chǎn)必須實(shí)施節(jié)能、降耗、環(huán)保的綠色技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，是碳酸鈣行業(yè)今后發(fā)展的方向。
