提高氧化鈣和輕質碳酸鈣產品白度的方法與關鍵技術
2016-02-27 09:48:16 來源：
提高氧化鈣和輕質碳酸鈣產品白度的方法與關鍵技術
一、 氧化鈣白度的提高方法與措施
1、引言：
氧化鈣（calcium oxide），是一種無機化合物，它的化學式是CaO，俗名生石灰。物理性質是表面白色粉末，不純者為灰白色，含有雜質時呈淡黃色或灰色，具有吸濕性。
氧化鈣是工業中重要的原料和輔料，如：用作原料時可以制造電石、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；用作輔料時主要用于冶金行業的煉鐵、煉鋼、有色金屬冶煉以及環保脫硫劑等；用作建筑材料時可以用于建筑、涂料、水泥速凝劑，熒光粉的助熔劑等；用作填充劑時可用于環氧膠黏劑的填充劑等；用作分析試劑時可用于氣體分析時用作二氧化碳吸收劑、光譜分析試劑，高純試劑用于半導體生產中的外延、擴散工序，實驗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品的白度，尤其是在輕質碳酸鈣的生產中，對其產品白度的控制大多企業注重對石灰的嚴格選料以及提高石灰窯爐的生產工藝配置和煅燒方式的選擇，這無疑是保證能生產符合輕質碳酸鈣用氧化鈣白度達標的的主要因素。同時，其他很多因素對氧化鈣白度的影響也是不能忽視的，例如：燃料質量、石料質量、石灰窯氣粉塵、干燥系統煙塵氣及生產環境。這些因素如果不納人工藝控制或控制不嚴乃至失控.會使生產出的氧化鈣白度很難達到符合輕質碳酸鈣白度合格產品指標或滿足用戶的需求。因此，保證和提高氧化鈣鈣白度應全面、綜合地調控氧化鈣生產工藝中對白度產生影響的相關因素。
2、控制方法：
調控氧化鈣白度應從以下方面入手：
2.1、原材料質量
生產氧化鈣所需原材料為石灰和燃料無煙煤或焦炭。
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成分是鐵、錳及鹽酸不溶物等雜質含量。當石灰石鐵含量<0. 12%、錳含量<0. 006%、鹽酸不溶物含量<0. 30%時.基本上能滿足生產白度合格的氧化鈣。經驗豐富的收、驗料工一般可以根據石灰石外觀初步篩選：呈青色、淺灰色的石灰石純度較高，雜質含量較少。含鐵、錳、鹽酸不溶物等雜質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度，特別是含有帶色金屬氧化物時，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：在嚴格控制石料品質的同時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，許多有害雜質例如二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵等煅燒時會與氧化鈣化合形成低熔點的粘稠物，使石灰窯發生“結瘤”事故，瘤份附著在氧化鈣表面，降低了產品白度。
2.1.2燃料
使用燃氣作為燃料時，如：天然氣、發生爐煤氣、高爐煤氣以及其它工業尾氣時燃料對石灰的白度影響不大，主要控制燃氣中的硫含量及煤焦油等雜質即可。采用固體燃料生產時采用焦炭、蘭炭等燃料時對增加石灰白度有益，效果較好。但是因為燃料價格關系，通常生產中所用燃料多采用無煙煤，無煙煤中硫、灰分等雜質含量也是影響輕質碳酸鈣白度的原因之一。生產用無煙煤硫含量< 1. 5%即低硫無煙煤，無煙煤灰分含量＜25% ,其它雜質如堿石等含量<2 0%便能滿足生產白度合格的石灰。
2.2、生石灰質量控制
2.2.1 生產過程控制
煅燒：根據實際生產數據顯示，土窯及普通機立窯生產的石灰白度都很低，極難達到石灰的白度要求。所以，采用先進的窯型工藝及合理的煅燒設備是有效增加氧化鈣白度的方法，在生產實踐中我們得知：石灰生過燒率大于15%時石灰白度明顯下降，石灰活性度低于280時石灰顏色逐漸發黃。主要原因是石灰石煅燒溫度過高或煅燒時間過長會對石灰的活性度產生較大影響，石灰過燒時，石灰的活性變差，消化效果變差，導致碳化結晶不均勻，晶體表面粗糙，從而影響白度，嚴重過燒時可產生“結瘤”物料等附著物，明顯降低了石灰白度；石灰生燒時，大量的未燒礦石及產生的石粉也影響了白度。
目前唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計應用的“第三代具有國際領先水平的新型節能環保工業活性石灰豎爐”技術可以使石灰的生過燒率低于7%，活性度可以達到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，是有效降低石灰結瘤增加石灰活性度的有效方法。同時該窯型的生產利用系數可以達到0.85-1.0，該系數是普通機立窯生產系數的二倍，也就是說同樣的窯容積產量是普通機立窯的產量的二倍，煅燒時間縮短了一倍，利用系數的提高既縮短了煅燒時間也有效提高了石灰活性度和潔凈度，該窯型生產的活性石灰白度明顯高于普通機立窯生產的石灰。
2.2.2成品石灰的雜質控制：窯型選擇不合理、工藝配置選擇不當、石料及燃料質量不穩定、生產操控不正常等因素都可以造成成品石灰質量不穩定，在石灰中極易混雜焦渣、煤核等雜質，同時還應該控制石灰中小于5 mm的顆粒及粉狀物。在煅燒過程中，無煙煤燃燒產生的灰分會隨石灰一起從窯底排出，有的石灰石入窯前未經清洗，煅燒后也會有粉塵，因此必須要增加篩分，如篩分不徹底，灰分進入產品也會影響白度。
唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計應用的窯底破碎篩分一體機可以有效解決石灰破碎篩分問題，該設備可以把出窯的石灰在窯底直接進行破碎和篩分，不需要另外增加輸送、提升、儲藏等設施。如果生產重鈣，破碎后的石灰可以直接裝袋或儲運，如果作為生產輕鈣的原料破碎后的石灰可以直接輸送至下游化灰機或儲運系統，破碎后的石灰化灰時可以節約化灰時間和提高化灰生產率，篩分后的雜質可以輸送至倉儲系統。嚴格篩選成品石灰對保證和提高輕質碳酸鈣白度是非常有益的。
二、 生產輕質碳酸鈣時白度的提高方法與措施
1 引言
輕質碳酸鈣(Light Calcium Carbonate)又稱沉淀碳酸鈣( Precipitated Calcium Carbonate，簡稱PCC)， PCC系列產品廣泛應用于塑料管材與型材、造紙填料與涂料、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。隨著國民經濟的發展，淺色制品、白色制品越來越受到人們的青睞，其白度作為重要指標，在應用中起著至關重要的作用，尤其是作為食品級添加劑或輔料時白度指標更為關鍵。PCC產品的白度直接影響價格高低，白度不高的產品市場競爭力明顯較弱，在生產中提高PCC產品白度是提高產品檔次的重要措施。因此，必須在生產過程中對碳酸鈣進行增白處理。
2 PCC白度的影響因素解析
2.1 生產過程影響因素
2.1.1 窯氣及煙塵氣的影響
在生產過程中首先要做好漿液的除雜和窯氣的清洗工作，要連續生產以降低設備及管道的生銹率，同時還要注意以下程序中的控制：
石灰窯的氣粉塵
在生產過程中首先要做好窯氣的清洗工作，由于石灰窯規格不同、煤質的區別和操作上的差異，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輕質碳酸鈣白度的影響，多在窯氣輸送的同時進行除塵。窯氣中粉塵顆粒較大。大于10 μm的顆粒常在80%以上，一般采用多筒旋風除塵器便可把5μm以上的粉塵除掉。但除塵器應安裝在石灰窯的近端。為提髙除塵效果，常在窯氣 輸送機械壓縮機前安裝水浴除塵器，除塵器效率可達98%以上。進行窯氣除塵的同時，還應設法降低窯氣中的含塵量，在煅燒石灰石時采用粒度 一定的塊煤，避免摻人煤面，防止投料人窯時產生煤塵；所用無煙煤也要具有較高的抗碎強度，減少投料時物料的相互撞擊產生粉塵；同時石灰窯鍛燒用煤也要有較好的熱穩定性。
干燥系統的煙塵氣
從煙塵氣對輕質碳酸鈣白度的影響來看，尤以干燥機熱交換管泄漏的煙塵氣對輕質碳酸鈣白度的影響為*。要做到干燥機熱交換煙管密封完好無泄漏，干燥機加熱爐運行時應保持對干燥機熱交換煙道管衡溫加熱。投入干燥機內進行干燥的半成品要做到連續均勻，避免干燥機熱交換煙管頻繁出現熱漲冷縮的現象。再有，干燥機加熱煙塵氣的外泄也應引起重視，正常情況加熱爐為負壓操作無煙塵氣泄漏。此外，還要減少或杜絕 干燥機熱交換煙管道內高溫煙塵氣和半成品進行熱交換后對外排空的煙塵氣對輕質碳酸鈣白度的影響。必須使加熱爐具有良好的燃燒條件。也就是說加熱爐內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間，以使可燃氣體和細煤充分燃燒，避免碳粒子游離出，減少對外排空煙塵含量。在保證煙道管密封質量、加熱爐 良性操作的同時，對外排空的煙塵氣，外排前應經除塵設備進行處理，降低外排煙塵含量。
2.1.2 生產工藝的影響
2.1.2.1 消化
消化設備：不同的消化設備對白度影響不同，消化槽的影響*小，槳葉消化及次之，滾筒消化機影響*大。
消化工藝 ： 消化溫度越高，漿液越細膩，其白度越高。
陳化時間 ： 陳化時間越長，漿液越細膩，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，除的越徹底，白度越高。
3 PCC增白
PCC化學增白是一個系統工程，涉及到原材料質量、煅燒、消化、窯氣凈化、漿液精制、碳化、干燥等諸多工序，完好率及先進性、工藝條件控制及環境清潔程度、外界污染等，因此，工藝過程中每一步都要嚴格控制。
在生產過程中，特別容易被忽略的幾個環節如礦石清洗、消化水質、生漿精制、生漿陳化、窯氣洗滌、濾餅洗滌、斗式提升機的影響等都要引起重視，做好每一個細節。
3.1 生產過程中的增白控制：
消化： 必須權衡產能、成本、質量，選取合理設備，產量較低時，可采取消化槽進行消化，而產品較高時可采用槳葉消化機；高溫消化，充分利用生產過程中的預熱將消化用水加熱，使消化水溫度達到80℃以上。采用保溫陳化，使陳化時間超過24小時。
精制：采用多級除雜裝置，先用旋振篩出去粒徑125μm以上雜質，再用三級旋液分離器除去75μm以上雜質，*后用直振篩除去粒徑45μm以上雜質。
三、增白技術的工業試驗研究
3.1引言：
通過化學增白方法提高白度也是今后重點應用的途徑。本文通過實驗數據說明，可以采取不同的還原劑、穩定劑，采取不同的工藝條件，在不同的生產階段，添加不同比例的試劑進行增白。
3.1.1 實驗方法
本實驗中，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℃，再加入穩定劑B，攪拌10min。
實驗一：產品用白度儀測白度，結果為（1）；
實驗二：石灰石用馬弗爐煅燒，熱水消化，實驗室純二氧化碳碳化，抽濾，干燥，結果為（2）；
實驗三：消化漿液直接抽濾干燥后測白度，結果為（3）；
實驗四：將實驗三的消化漿液分別添加劑量為氫氧化鈣Ca(OH)2質量,1‰、2‰、3‰、4‰、的還原劑A，均加入3‰的穩定劑B，抽濾，干燥后測白度的結果為（4）(5)(6)(7);
實驗五：將實驗三中的生漿、實驗四中的添加3‰的還原劑A，均加入3‰的穩定劑B的生漿中，用立窯煅燒產生的二氧化碳的窯氣碳化后抽濾，干燥后測白度，測的結果分別為（8）（9）。
3.2.1 實驗結果：
檢測結果如下：
綜合分析：
1）從結果1、2對比看出：工業生產中由于生產過程污染，產品白度降低2度。
2）從結果3-7對比來看，消化漿液添加氫氧化鈣Ca(OH)2質量3‰的還原劑A， 3‰的穩定劑B時，白度達到*高值，比不添加時提高了近2度。
3）從結果8、9對比來看，由于碳化過程使還原劑失去了作用，白度提高不大。
3.2.2 注意事項
1）在增白實驗中，一定要注意產品的價格與成本，不宜采用價格高昂的試劑，要根據市場情況選擇合理的增白劑。
2）生產過程中注意礦石中鐵元素含量的變化，當含量下降時，要適當降低添加比例；
3）合成試劑不宜存放太長時間，要隨配隨用。
4）過濾時要多用水洗，盡量出去溶解物質。
四、用低質量石灰石生產輕質碳酸鈣時的增白方法
用石灰石生產輕質碳酸鈣，礦石質量高低直接影響產品的白度。現在，在國內一般選用優質礦石，或進行產品的表面處理，以少許改善白度。在國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－磷酸法進行處理，以改善粘土、碳酸鈣等懸濁液的白度。用低質量石灰石生產輕質碳酸鈣，產品白度較低，限制了它的用途。
本文根據低質量石灰石生產輕質碳酸鈣時的工藝特性，推薦一種增加輕質碳酸鈣白度方法：
1、 以生石灰重量計，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６０－－９５℃時，加入這兩種試劑、攪拌，進行處理．然后碳化、分離。操作要點：加于消化接近完成的石灰中，此時溫度６０－９５度Ｃ，攪拌時間在１０分鐘，用１５倍量的水，沖入熟化池，分離粗粒，進行碳化，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，提高了設備利用率，因而成本低．這種白度達８８－－９２％的產品，價格便宜，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：北方爐窯協會
2016/2/26
