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提高轻质碳酸钙产品质量指标具体方法有哪些

添加时间:2018年03月17日   【字体大小: 】 关注:556

  目前,中国轻质碳酸钙产能约为1000万吨,是世界第一生产和消费大国,但是产品质量、品种却远远落后于发达国家,产值很低,既不能满足国内各行业要求,在国际市场上又无竞争能力。究其原因,主要存在以下问题:

  (1)高附加值的专用轻质碳酸钙产品开发能力差,专用化、功能化碳酸钙产品少;

  (2)新建厂在原基础上重复建设,老厂不在新产品开发上投力量;

  (3)科研成果不能尽快转化为生产力,导致碳酸钙产品只能满足一般用户需要,而不能满足特殊用户的需要。

  因此,努力提高我国轻质碳酸钙产品质量,开发专用化、功能化轻质碳酸钙系列产品是我国碳酸钙工业发展的当务之急。那么,如何提高轻质碳酸钙产品的质量指标呢?

  一轻质碳酸钙产品质量要求及指标分析

  包括点击图片查看:18个碳酸钙现行国家标准和行业标准

  

 

  1、轻质碳酸钙的质量指标

  轻质碳酸钙的质量指标可分为两大类:

  (1)化学组成指标

  轻质碳酸钙的化学组成指标主要包括CaCO3、MgCO3、盐酸不溶物、pH(实际含CaO或MgO量)、Fe、Mn、Cu、Pb、重金属、H2O、水溶物等。

  化学组成指标与原料石灰石组成、燃料白煤组成、工艺条件如煅烧石灰石温度、石灰乳消化程度、精制优劣、窑气净化与否、干燥温度高低、外界环境的污染程度等有关。

  (2)物理指标

  轻质碳酸钙的物理指标主要包括:沉淀体积、比表面积、吸油值、筛余物、白度等。

  物理指标主要取决于碳化工序操作条件、窑气净化程度、精制石灰乳消化程度及其质量分数、碳化温度、CO2质量分数及其流速、碳化设备类型及其控制、碳化前后是否添加不同类型助剂、控制剂和改性剂及其加入量多少、固液分离条件及设备、干燥工艺条件及设备等。

  2、轻质碳酸钙的质量要求

  不同用户对轻质碳酸钙产品质量要求不同,但均可分为基本要求与特殊要求:

  (1)基本要求

  基本要求是指不同用户都有共同要求指标,如:CaCO3≥98%、MgCO3≤1.0%、盐酸不溶物≤0.2%(越低越好)、Fe≤0.12%(越低越好)、Mn≤0.01%(越低越好)等。

  这些基本要求指标主要取决于石灰石质量、煅烧石灰质量、消化质量、石灰乳精制及窑气净化质量、干燥质量及其外界环境的污染情况,这在一般轻质碳酸钙生产厂严格管理,把好原料、燃料关,适当改造或增加部分设备,严格操作规程,减少外界污染均可达到。

  (2)特殊要求

  特殊要求是指不同用户对轻质碳酸钙产品有不同或更为严格的要求,大多为物理指标。如:沉淀体积、粒度、晶型、吸油值、水分含量、白度、比表面积、筛余物。个别用户如医药、食品、饲料、日化等用户对其化学成分中Mn、Pb、Cu、重金属含量等有特殊要求,否则会影响人类健康。

  因此,轻质碳酸钙产品档次高低,在一定程度上不是取决于其基本性质,而是取决于其特殊性质,在达到基本要求的前提下(一般轻质碳酸钙企业均可达到),只有提高物理指标,改善特殊性质,满足用户的特殊要求,才能提高轻质碳酸钙产品质量档次。

  二如何提高轻质碳酸钙产品的质量指标?

  1、改混料式煅烧为间歇式或直烧式煅烧

  目前,我国轻质碳酸钙生产企业石灰石煅烧多采用混料式立窑煅烧,即将一定粒度石灰石和无烟煤(或焦炭或粉状煤)混合后从立窑顶部加入,经煅烧,石灰石分解成石灰从窑底卸出。这就造成:

  其一煤渣进入石灰,污染石灰;

  其二由于石灰石块度大,为保证石灰石分解必须提高煅烧温度到1100℃以上,因此影响石灰活性;

  其三立窑容积大,煤、石粒度不均、混合不匀,煅烧温度不易控制,易造成过烧或烧不透等现象。

  为了提高产品质量,建议采用以下工艺及设备。

  (1)新型立窑

  以气体燃料或液体燃料代替煤、焦煅烧石灰石。改混料式为直烧式、并流蓄热式、磁筒式等煅烧立窑。经国内外石灰工业实践证明,用气、液燃料煅烧立窑,无论在经济上、技术上、产品质量上、工人操作环境及劳动强度等方面均具有优越性。

  

 

  立窑

  (2)回转窑

  以气体或液体为燃料采用回转窑煅烧石灰石,连续生产,石灰石粒度为5~10mm,煅烧温度降到800~1100℃,生产的石灰具有活性高、不被污染、易消化、除渣量小等诸多优点,国外已成功地用于轻质碳酸钙生产。

  回转窑

  (3)悬浮煅烧炉

  该设备的特点为燃烧、传热、分解反应在同一空间内完成;无焰燃烧、闪速传热,气固相温度瞬间趋于一致;系统封闭、负压操作、安全卫生;可实现微机控制,自控水平高,产品质量稳定,无污染等。该设备在水泥工业的生产中已有成熟技术及设备。

  悬浮煅烧炉

  (4)旋流动态煅烧炉

  该设备将被煅烧物料与加热后的高温气体混合后在流动中完成瞬间煅烧工艺过程。具有温度可调、连续操作、炉内气固温度分布均匀、传热速率快、物料内外温差小、综合能耗低、系统密闭操作、物料及环境无污染、调整方便可实现自动化操作等特点,在国内正在推广,已有煅烧高岭土等成功经验。

  旋流动态煅烧炉

  (5)间接加热活性石灰煅烧炉

  该炉以烟煤为燃料,采用间接加热煅烧石灰石,当石灰石符合ZDB6001-85所规定的特级质量要求时,产品石灰活性度达到330~360度(mL)。该炉煅烧石灰石生产的活性石灰不受煤燃烧的烟气中硫及其它有害元素、灰尘等污染,活性高且不增碳。煅烧过程中生成的CO2气体不与烟气接触混合,纯度高可以回收利用。

  2、改间歇碳化为连续碳化

  轻质碳酸钙生产过程对产品晶型、粒径、碱度等起决定性作用的是碳化工序。目前国内绝大多数厂选用间歇操作工艺,设备为鼓泡式碳化塔,具有投资小、操作方便等特点。但存在气-液接触表面积小、碳化不均匀、碳化时间长、产品平均粒径5~10μm、粒度分布宽、质量不稳定、不易自动控制等问题。为了提高碳化效率,生产超细或超微细轻质碳酸钙产品,建议采用如下工艺。

  (1)采用2~4塔串联连续碳化工艺

  根据生产企业实际情况、产品质量要求水平、碳化塔实有数量,改并联间歇操作为串联连续操作。在塔型上以鼓泡为主,适当加以改造形成新的连续碳化工艺。

  该工艺具有连续生产、能力大、节省CO2气量、操作方便、易于实现自动化生产、产品质量稳定、便于降温除热、保证低温碳化等特点,可制得微细或超细碳酸钙产品,是提高轻质碳酸钙产品质量有效措施之一。

  (2)选用高效碳化设备

  ①旋喷碳化塔

  在原喷雾碳化塔基础上,适当增加喷雾层数及喷雾方向,选用实心喷嘴,切线进气,旋转气-液接触等,以提高气-液接触面积,提高反应速度,以便晶型粒度控制,生产微细或纳米级碳酸钙。

  ②垂直筛板碳化塔

  垂直筛板是一种新型气液吸收设备,具有传质、传热效率高,不易堵等特点,已被石油化工企业广泛采用。引进该设备作为轻钙碳化设备,将提高碳化速度、节省CO2量和实现连续生产,且产品质量稳定。如配以冷冻装置可以生产超细碳酸钙。

  垂直筛板碳化塔

  (3)采用高效干燥工艺及设备

  轻质碳酸钙生产中干燥虽然属于物理过程,机理简单,只是将湿碳酸钙滤饼中水分加热蒸发,保证水分含量达标。但该过程是生产中消耗热能最大的工序,它比石灰石煅烧耗煤高20%~30%,还存在干燥温度控制不好易造成返碱,密闭不严易造成产品污染等问题,因此应考虑改造或采用新式干燥设备来提高产品质量、降低能耗。

  ①以煤气发生炉代替燃烧室的回转干燥机

  传统回转干燥机采用燃烧室燃烧烟煤,其高温烟气进入回转干燥机中心管到尾部再返向流入十根侧管,在炉头经引风机由烟囱排空。该设备使用中存在进口温度高达1100℃以上、中心管头经常烧坏、产品pH高有黑点等问题。

  煤气发生炉

  山东某厂将燃烧室改为简易煤气发生炉,一台煤气炉供两台回转干燥机,不仅降低中心管入口温度,同时温度向后推移,中心管尾部温度升高,干燥温度较均匀,提高了干燥效率,并消除了排烟黑尘对环境的污染,一举多得。

  ②回转列管干燥机

  回转列管干燥机具有热效率高、生产效率高、产品质量好、钢材耗用低、占地面积小、使用寿命长、维修费用低、干燥过程连续、易于实现自动化操作、劳动强度低、消除环境污染等优点,属于高效、节能、长寿命、少污染的新型技术设备。该设备与加速离心机配合,效果更好。

  回转列管干燥机

  ③盘式连续干燥器

  盘式连续干燥器具有热效率高、能耗低、占地面积小、配置简单、操作控制方便以及操作环境好等诸多优点。

  盘式干燥机

  ④组合式干燥工艺

  纳米级碳酸钙生产过程中由于粒径小,脱水后产品含水率高,一般在55%左右,使用闪蒸干燥、喷雾干燥等单台设备能力降低。为了保证干燥质量及干燥能力,宜采用组合式干燥工艺。

  例如采用多层带式干燥串旋转闪蒸干燥、浆叶式串旋转闪蒸干燥、双螺旋输送干燥器串盘式连续干燥器干燥等,既能发挥多层带式、浆叶式、双螺旋式等干燥机干燥弹性大、可适应高水分物料干燥优势,又可利用闪蒸干燥快速干燥、盘式静态干燥的特点。

  另外,在窑气净化、石灰乳精制、渣液回收、离心脱水、产品筛分以及产品包装等工艺的改进方面近几年国内轻质碳酸钙企业均有一系列成功经验,应该在全行业推广应用,以提高全行业工艺及装备水平。

  3、选用适宜的表面处理剂及改性工艺

  轻质碳酸钙产品属于无机材料,在基体高聚物中混合分散后,存在着填料—高聚物界面,它们之间的亲和性对其制品物理力学性能具有显著影响。由于轻质碳酸钙产品具有表面能随着粒径减小而增大、表面呈亲水性、与高聚物热膨胀系数不同等原因,必须对轻质碳酸钙进行表面处理,其目的是使轻质碳酸钙表面能减小,增加分散性,使表面呈亲油性,增加亲和力,从而增加二者相容性,保证制品良好的物理力学性能。

  轻质碳酸钙常用的表面改性方法可分为干法和湿法:

  (1)轻质碳酸钙干法表面改性

  干法表面改性表面改性是轻质碳酸钙产品在干态和一定温度下凭借高速混合作用使处理剂均匀地作用在轻质碳酸钙颗粒的表面从而形成一层极薄的表面处理层。设备通常采用低速混合机,不宜采用高速捏合机。

  (2)轻质碳酸钙湿法表面改性

  湿法表面改性系指轻质碳酸钙熟浆液在活化槽中直接进行表面处理的方法。其原理是轻质碳酸钙在悬浮液中,通过表面吸附或化学作用使处理剂分子结合于轻质碳酸钙表面,因此,处理剂应在水中可溶或可乳化呈乳液状态。

  常用的处理剂有脂肪酸盐一类表面活性剂,在水中稳定的螯合型铝酸酯、钛酸酯偶联剂和电介质型高分子处理剂等。

  轻质碳酸钙采用不同处理剂、不同配方、不同处理工艺及设备,是提高轻质碳酸钙产品档次重要途径之一,也是各科研院所、大专院校、生产企业等的研究开发重点。

  4、增白技术与措施

  轻质碳酸钙作为白色填料,用于造纸、塑料、涂料等行业,其制品所需数量越来越大,白度要求也越来越高。轻质碳酸钙行业标准白度指标为90%,而现在市场上要求在92%以上。CaCO3本身是白色,因原料石灰石中含有矿物铁等,造成轻质碳酸钙白度下降。

  目前轻质碳酸钙企业有相当一部分企业轻质碳酸钙白度低于90%,有的仅为83%~85%,不能适应市场需求。影响轻质碳酸钙白度的主要因素有两种:

  一是原料石灰石中有色矿物铁、锰含量高。这是内在原因,需采用化学方法增白。

  二是操作不合理、装备水平低、设备腐蚀等外界引入的有色物质多。这是外部原因,可通过加强管理、提高装备水平来解决。

  化学增白轻质碳酸钙方法有多种,随着色矿物元素的成分不同,所用药剂方法各异。当用三价铁及其氧化物为主要着色物时,使用强还原剂是除铁的有效药剂之一。轻质碳酸钙化学增白技术,包括碳化前即消化过程增白及碳化后熟浆液湿法改性前增白。使用药剂有二元增白及三元或多元增白,这主要由石灰石中着色矿物种类及其含量多少而决定,一般经过实验室试验后,在工业化装置中进行试验,这样才能保证增白效果,并且降低增白成本。

  三结束语

  今后,功能化、专用化将成为轻质碳酸钙发展的主要趋势,并且产品结构也将发生很大变化。高档产品如纳米级碳酸钙、超微细碳酸钙、医用级和食品级碳酸钙;各种表面改性的专用碳酸钙,如天然橡胶专用、合成橡胶专用、涂料专用轻质碳酸钙,这些高附加值碳酸钙产品市场需求量会越来越大,而产品质量必将是企业生存和发展的关键!

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