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      有效提高輕質碳酸鈣產品的質量指標的幾個辦法

      目前,中國輕質碳酸鈣產能約為1000萬噸,是生產和消費大國,但是產品質量、品種卻遠遠落后于發達國家,產值很低,既不能滿足國內各行業要求,在國際市場上又無競爭能力。究其原因,主要存在以下問題:

        (1)高附加值的專用輕質碳酸鈣產品開發能力差,專用化、功能化碳酸鈣產品少;

        (2)新建廠在原基礎上重復建設,老廠不在新產品開發上投力量;

        (3)科研成果不能盡快轉化為生產力,導致碳酸鈣產品只能滿足一般用戶需要,而不能滿足特殊用戶的需要。

        因此,努力提高我國輕質碳酸鈣產品質量,開發專用化、功能化輕質碳酸鈣系列產品是我國碳酸鈣工業發展的當務之急。那么,如何提高輕質碳酸鈣產品的質量指標呢?

        一輕質碳酸鈣產品質量要求及指標分析

        包括點擊圖片查看:18個碳酸鈣現行國家標準和行業標準

        1、輕質碳酸鈣的質量指標

        輕質碳酸鈣的質量指標可分為兩大類:

        (1)化學組成指標

        輕質碳酸鈣的化學組成指標主要包括CaCO3、MgCO3、鹽酸不溶物、pH(實際含CaO或MgO量)、Fe、Mn、Cu、Pb、重金屬、H2O、水溶物等。

        化學組成指標與原料石灰石組成、燃料白煤組成、工藝條件如煅燒石灰石溫度、石灰乳消化程度、精制優劣、窯氣凈化與否、干燥溫度高低、外界環境的污染程度等有關。

        (2)物理指標

        輕質碳酸鈣的物理指標主要包括:沉淀體積、比表面積、吸油值、篩余物、白度等。

        物理指標主要取決于碳化工序操作條件、窯氣凈化程度、精制石灰乳消化程度及其質量分數、碳化溫度、CO2質量分數及其流速、碳化設備類型及其控制、碳化前后是否添加不同類型助劑、控制劑和改性劑及其加入量多少、固液分離條件及設備、干燥工藝條件及設備等。

        2、輕質碳酸鈣的質量要求

        不同用戶對輕質碳酸鈣產品質量要求不同,但均可分為基本要求與特殊要求:

        (1)基本要求

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

        這些基本要求指標主要取決于石灰石質量、煅燒石灰質量、消化質量、石灰乳精制及窯氣凈化質量、干燥質量及其外界環境的污染情況,這在一般輕質碳酸鈣生產廠嚴格管理,把好原料、燃料關,適當改造或增加部分設備,嚴格操作規程,減少外界污染均可達到。

        (2)特殊要求

        特殊要求是指不同用戶對輕質碳酸鈣產品有不同或更為嚴格的要求,大多為物理指標。如:沉淀體積、粒度、晶型、吸油值、水分含量、白度、比表面積、篩余物。個別用戶如醫藥、食品、飼料、日化等用戶對其化學成分中Mn、Pb、Cu、重金屬含量等有特殊要求,否則會影響人類健康。

        因此,輕質碳酸鈣產品檔次高低,在一定程度上不是取決于其基本性質,而是取決于其特殊性質,在達到基本要求的前提下(一般輕質碳酸鈣企業均可達到),只有提高物理指標,改善特殊性質,滿足用戶的特殊要求,才能提高輕質碳酸鈣產品質量檔次。

        二如何提高輕質碳酸鈣產品的質量指標?

        1、改混料式煅燒為間歇式或直燒式煅燒

        目前,我國輕質碳酸鈣生產企業石灰石煅燒多采用混料式立窯煅燒,即將一定粒度石灰石和無煙煤(或焦炭或粉狀煤)混合后從立窯頂部加入,經煅燒,石灰石分解成石灰從窯底卸出。這就造成:

        其一煤渣進入石灰,污染石灰;

        其二由于石灰石塊度大,為保證石灰石分解必須提高煅燒溫度到1100℃以上,因此影響石灰活性;

        其三立窯容積大,煤、石粒度不均、混合不勻,煅燒溫度不易控制,易造成過燒或燒不透等現象。

        為了提高產品質量,建議采用以下工藝及設備。

        (1)新型立窯

        以氣體燃料或液體燃料代替煤、焦煅燒石灰石。改混料式為直燒式、并流蓄熱式、磁筒式等煅燒立窯。經國內外石灰工業實踐證明,用氣、液燃料煅燒立窯,無論在經濟上、技術上、產品質量上、工人操作環境及勞動強度等方面均具有優越性。

        立窯

        (2)回轉窯

        以氣體或液體為燃料采用回轉窯煅燒石灰石,連續生產,石灰石粒度為5~10mm,煅燒溫度降到800~1100℃,生產的石灰具有活性高、不被污染、易消化、除渣量小等諸多優點,國外已成功地用于輕質碳酸鈣生產。

        回轉窯

        (3)懸浮煅燒爐

        該設備的特點為燃燒、傳熱、分解反應在同一空間內完成;無焰燃燒、閃速傳熱,氣固相溫度瞬間趨于一致;系統封閉、負壓操作、安全衛生;可實現微機控制,自控水平高,產品質量穩定,無污染等。該設備在水泥工業的生產中已有成熟技術及設備。

        懸浮煅燒爐

        (4)旋流動態煅燒爐

        該設備將被煅燒物料與加熱后的高溫氣體混合后在流動中完成瞬間煅燒工藝過程。具有溫度可調、連續操作、爐內氣固溫度分布均勻、傳熱速率快、物料內外溫差小、綜合能耗低、系統密閉操作、物料及環境無污染、調整方便可實現自動化操作等特點,在國內正在推廣,已有煅燒高嶺土等成功經驗。

        旋流動態煅燒爐

        (5)間接加熱活性石灰煅燒爐

        該爐以煙煤為燃料,采用間接加熱煅燒石灰石,當石灰石符合ZDB6001-85所規定的特級質量要求時,產品石灰活性度達到330~360度(mL)。該爐煅燒石灰石生產的活性石灰不受煤燃燒的煙氣中硫及其它有害元素、灰塵等污染,活性高且不增碳。煅燒過程中生成的CO2氣體不與煙氣接觸混合,純度高可以回收利用。

        2、改間歇碳化為連續碳化

        輕質碳酸鈣生產過程對產品晶型、粒徑、堿度等起決定性作用的是碳化工序。目前國內絕大多數廠選用間歇操作工藝,設備為鼓泡式碳化塔,具有投資小、操作方便等特點。但存在氣-液接觸表面積小、碳化不均勻、碳化時間長、產品平均粒徑5~10μm、粒度分布寬、質量不穩定、不易自動控制等問題。為了提高碳化效率,生產超細或超微細輕質碳酸鈣產品,建議采用如下工藝。

        (1)采用2~4塔串聯連續碳化工藝

        根據生產企業實際情況、產品質量要求水平、碳化塔實有數量,改并聯間歇操作為串聯連續操作。在塔型上以鼓泡為主,適當加以改造形成新的連續碳化工藝。

        該工藝具有連續生產、能力大、節省CO2氣量、操作方便、易于實現自動化生產、產品質量穩定、便于降溫除熱、保證低溫碳化等特點,可制得微細或超細碳酸鈣產品,是提高輕質碳酸鈣產品質量有效措施之一。

        (2)選用高效碳化設備

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        在原噴霧碳化塔基礎上,適當增加噴霧層數及噴霧方向,選用實心噴嘴,切線進氣,旋轉氣-液接觸等,以提高氣-液接觸面積,提高反應速度,以便晶型粒度控制,生產微細或納米級碳酸鈣。

       ?、诖怪焙Y板碳化塔

        垂直篩板是一種新型氣液吸收設備,具有傳質、傳熱效率高,不易堵等特點,已被石油化工企業廣泛采用。引進該設備作為輕鈣碳化設備,將提高碳化速度、節省CO2量和實現連續生產,且產品質量穩定。如配以冷凍裝置可以生產超細碳酸鈣。

        垂直篩板碳化塔

        (3)采用高效干燥工藝及設備

        輕質碳酸鈣生產中干燥雖然屬于物理過程,機理簡單,只是將濕碳酸鈣濾餅中水分加熱蒸發,保證水分含量達標。但該過程是生產中消耗熱能最大的工序,它比石灰石煅燒耗煤高20%~30%,還存在干燥溫度控制不好易造成返堿,密閉不嚴易造成產品污染等問題,因此應考慮改造或采用新式干燥設備來提高產品質量、降低能耗。

       ?、僖悦簹獍l生爐代替燃燒室的回轉干燥機

        傳統回轉干燥機采用燃燒室燃燒煙煤,其高溫煙氣進入回轉干燥機中心管到尾部再返向流入十根側管,在爐頭經引風機由煙囪排空。該設備使用中存在進口溫度高達1100℃以上、中心管頭經常燒壞、產品pH高有黑點等問題。

        煤氣發生爐

        山東某廠將燃燒室改為簡易煤氣發生爐,一臺煤氣爐供兩臺回轉干燥機,不僅降低中心管入口溫度,同時溫度向后推移,中心管尾部溫度升高,干燥溫度較均勻,提高了干燥效率,并消除了排煙黑塵對環境的污染,一舉多得。

       ?、诨剞D列管干燥機

        回轉列管干燥機具有熱效率高、生產效率高、產品質量好、鋼材耗用低、占地面積小、使用壽命長、維修費用低、干燥過程連續、易于實現自動化操作、勞動強度低、消除環境污染等優點,屬于高效、節能、長壽命、少污染的新型技術設備。該設備與加速離心機配合,效果更好。

        回轉列管干燥機

       ?、郾P式連續干燥器

        盤式連續干燥器具有熱效率高、能耗低、占地面積小、配置簡單、操作控制方便以及操作環境好等諸多優點。

        盤式干燥機

       ?、芙M合式干燥工藝

        納米級碳酸鈣生產過程中由于粒徑小,脫水后產品含水率高,一般在55%左右,使用閃蒸干燥、噴霧干燥等單臺設備能力降低。為了保證干燥質量及干燥能力,宜采用組合式干燥工藝。

        例如采用多層帶式干燥串旋轉閃蒸干燥、漿葉式串旋轉閃蒸干燥、雙螺旋輸送干燥器串盤式連續干燥器干燥等,既能發揮多層帶式、漿葉式、雙螺旋式等干燥機干燥彈性大、可適應高水分物料干燥優勢,又可利用閃蒸干燥快速干燥、盤式靜態干燥的特點。

        另外,在窯氣凈化、石灰乳精制、渣液回收、離心脫水、產品篩分以及產品包裝等工藝的改進方面近幾年國內輕質碳酸鈣企業均有一系列成功經驗,應該在全行業推廣應用,以提高全行業工藝及裝備水平。

        3、選用適宜的表面處理劑及改性工藝

        輕質碳酸鈣產品屬于無機材料,在基體高聚物中混合分散后,存在著填料—高聚物界面,它們之間的親和性對其制品物理力學性能具有顯著影響。由于輕質碳酸鈣產品具有表面能隨著粒徑減小而增大、表面呈親水性、與高聚物熱膨脹系數不同等原因,必須對輕質碳酸鈣進行表面處理,其目的是使輕質碳酸鈣表面能減小,增加分散性,使表面呈親油性,增加親和力,從而增加二者相容性,保證制品良好的物理力學性能。

        輕質碳酸鈣常用的表面改性方法可分為干法和濕法:

        (1)輕質碳酸鈣干法表面改性

        干法表面改性表面改性是輕質碳酸鈣產品在干態和一定溫度下憑借高速混合作用使處理劑均勻地作用在輕質碳酸鈣顆粒的表面從而形成一層極薄的表面處理層。設備通常采用低速混合機,不宜采用高速捏合機。

        (2)輕質碳酸鈣濕法表面改性

        濕法表面改性系指輕質碳酸鈣熟漿液在活化槽中直接進行表面處理的方法。其原理是輕質碳酸鈣在懸浮液中,通過表面吸附或化學作用使處理劑分子結合于輕質碳酸鈣表面,因此,處理劑應在水中可溶或可乳化呈乳液狀態。

        常用的處理劑有脂肪酸鹽一類表面活性劑,在水中穩定的螯合型鋁酸酯、鈦酸酯偶聯劑和電介質型高分子處理劑等。

        輕質碳酸鈣采用不同處理劑、不同配方、不同處理工藝及設備,是提高輕質碳酸鈣產品檔次重要途徑之一,也是各科研院所、大專院校、生產企業等的研究開發重點。

        4、增白技術與措施

        輕質碳酸鈣作為白色填料,用于造紙、塑料、涂料等行業,其制品所需數量越來越大,白度要求也越來越高。輕質碳酸鈣行業標準白度指標為90%,而現在市場上要求在92%以上。CaCO3本身是白色,因原料石灰石中含有礦物鐵等,造成輕質碳酸鈣白度下降。

        目前輕質碳酸鈣企業有相當一部分企業輕質碳酸鈣白度低于90%,有的僅為83%~85%,不能適應市場需求。影響輕質碳酸鈣白度的主要因素有兩種:

        一是原料石灰石中有色礦物鐵、錳含量高。這是內在原因,需采用化學方法增白。

        二是操作不合理、裝備水平低、設備腐蝕等外界引入的有色物質多。這是外部原因,可通過加強管理、提高裝備水平來解決。

        化學增白輕質碳酸鈣方法有多種,隨著色礦物元素的成分不同,所用藥劑方法各異。當用三價鐵及其氧化物為主要著色物時,使用強還原劑是除鐵的有效藥劑之一。輕質碳酸鈣化學增白技術,包括碳化前即消化過程增白及碳化后熟漿液濕法改性前增白。使用藥劑有二元增白及三元或多元增白,這主要由石灰石中著色礦物種類及其含量多少而決定,一般經過實驗室試驗后,在工業化裝置中進行試驗,這樣才能保證增白效果,并且降低增白成本。

        三結束語

        今后,功能化、專用化將成為輕質碳酸鈣發展的主要趨勢,并且產品結構也將發生很大變化。高檔產品如納米級碳酸鈣、超微細碳酸鈣、醫用級和食品級碳酸鈣;各種表面改性的專用碳酸鈣,如天然橡膠專用、合成橡膠專用、涂料專用輕質碳酸鈣,這些高附加值碳酸鈣產品市場需求量會越來越大,而產品質量必將是企業生存和發展的關鍵!


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