年产5Kt纳米碳酸钙碳废渣处理的初步设计

年产5Kt纳米碳酸钙碳废渣处理的初步设计

第一章设计背景

1.1碳酸钙简介

碳酸钙呈白色固体状、无味、无臭，是一种无机化合物，俗称：灰石、石灰石、石粉、大理石等。主要成分：方解石，是一种化合物，化学式是CaCO₃，呈中性，基本上不溶于水，溶于盐酸。它是地球上常见物质，存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华等岩石内，亦为动物骨骼或外壳的主要成分。碳酸钙是重要的建筑材料，工业上用途甚广。

1.2纳米碳酸钙用途

纳米碳酸钙是新型高档无机功能性填料、吨位在万元以内的纳米材料、万吨级规模的纳米产业、应用最广泛的纳米产品。

1.2.1纳米碳酸钙在橡胶中的填充作用

橡胶：碳酸钙是橡胶工业中应用最早、用量最大的填料，据估计碳酸钙约占目前橡胶制品中无机非金属填料总量的四分之一以上。添加了纳米碳酸钙的橡胶产品其硫化胶拉长率、抗撕裂性能、压缩变形和耐屈挠性能，都明显好于添加一般碳酸钙的产品；在硫化橡胶中，可以通过改变碳酸钙的用量来调节产品的硬度。

1.2.2纳米碳酸钙用在胶粘剂、密封胶中的作用

近年来，我国的建筑、包装、建材等行业的迅速发展，密封胶在我国的消费也急剧增长。纳米碳酸钙不仅成本适中，而且属于结构和增强型填充剂，也极大地提高了胶的粘合性、拉伸强度、模量和硬度。

1.2.3纳米碳酸钙填充涂料中的作用

纳米碳酸钙在涂料中不仅可以作为优质增白的颜料，降低成本，提高涂料油漆的光泽度、干燥性和遮盖力及赋予涂料透明、稳定、快干等特性，还有其明显的补强作用。

1.2.4纳米碳酸钙填料在塑料中的重要作用

纳米碳酸钙作为塑料填料，具有增韧增强的作用，提高塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量、热变形温度和尺寸稳定性，同时还赋予塑料滞热性。

1.2.5纳米碳酸钙在油墨工业中的重要作用

印刷油墨市场要求高性能的纳米碳酸钙。纳米碳酸钙用于油墨产品中变现出优异的分散性、透明性、极好的光泽和遮盖力，以及优异的油墨吸收性和干燥性。

除上述所列举的此外，纳米碳酸钙还广泛应用于造纸、保健食品、饲料工业、医药工业和日化等领域

1.3我国纳米碳酸钙发展历史和现状

随着我国国民经济的腾飞，橡胶、塑料、造纸、涂料、化学建材、油墨、医药、食品、日化等行业对高档纳米级碳酸钙填料的需求与日俱增，20世纪80年代我国的纳米碳酸钙产品还几乎是一片空白，我国每年都要高价从国外进口数万吨纳米碳酸钙产品。80年代初，天津化工研究院、河北科技大学、华东理工大学、北京化工大学、湖南化工职业技术学院等科研院所和大专院校开始研制超细碳酸钙生产技术，并于80年代中后期先后分别与北京化工建材厂和湖南省资江氮肥厂合作建立工业装置，从此开创了中国纳米碳酸钙生产历史。

截至2012年，全国纳米（超细）碳酸钙生产企业已达49家，生产能力达810kt，实际产量约700～750kt。但必须指出的是，目前我国的所谓纳米碳酸钙产品中，很大部分产品中都添加20%、粒径在1～2μm的超细重钙，形成所谓的“混合钙”。这样使碳酸钙产品的应用过程中分散性能更好，大幅度降低了生产成本和出厂价格，这种低质价廉的产品也严重损害了我国纳米碳酸钙产品的声誉。

第一章设计背景 1

1.1碳酸钙简介 1

1.2纳米碳酸钙用途 1

1.2.1纳米碳酸钙在橡胶中的填充作用 1

1.2.2纳米碳酸钙用在胶粘剂、密封胶中的作用 1

1.2.3纳米碳酸钙填充涂料中的作用 1

1.2.4纳米碳酸钙填料在塑料中的重要作用 1

1.2.5纳米碳酸钙在油墨工业中的重要作用 2

1.3我国纳米碳酸钙发展历史和现状 2

第二章纳米碳酸钙制备过程介绍 3

2.1纳米碳酸钙制备的原理 3

2.2纳米碳酸钙的制备方法 3

2.2.2夹套反应法 4

2.2.3乳液法 4

2.2.4复分解法 4

2.2.5物理法 4

2.3纳米碳酸钙生产操作规程 4

2.3.1消化机与振动筛操作规程 4

2.3.2碳化-活化釜操作规程 5

2.3.3干燥-活化釜操作规程 5

2.4纳米碳酸钙的工艺流程图 5

第三章纳米碳酸钙生产关键技术 8

3.1消化关键技术 8

3.2碳化过程关键技术 8

3.2.1石灰乳浓度控制关键技术 8

3.2.2碳化起始温度控制关键技术 9

3.2.3碳化过程温度控制关键技术 9

3.2.4碳化反应中晶体控制关键技术 9

3.2.5过碳化控制关键技术 9

3.2.6碳化终点的指示关键技术 10

3.3干法改性关键技术 10

3.4湿法改性关键技术 11

3.5脱水与干燥关键技术 12

第四章纳米碳酸钙生产中的废渣处理 14

4.1 废渣处理过程工艺流程详图 14

4.2 废渣处理过程工艺平面布置图 15

4.3废渣的处理方式 15

第五章物料衡算与能量衡算 17

5.1计算基准及相关说明 17

5.2 年煅烧过程产生的废渣数量 17

5.3 年消化过程产生的废渣数量 18

5.4 年干燥过程产生的废渣数量 19

5.5物料衡算表和能量衡算表 20

第六章设计总结 22

致谢 23

参考文献 24

本次设计实验部分是采用的连续鼓泡碳化法。

开始先向消化釜中加入24kg的水（灰水比1︰6），开启电加热、消化釜电机，当温度达到70℃至80℃左右关闭电加热，接着加入4kg石灰。消化是放热反应，当温度上升至130℃左右将不再上升，消化温度降到70℃左右消化完毕。

把消化完的物料（氢氧化钙）经过振动筛过滤到精浆槽，等到精浆槽里的物料温度下降到30℃左右开始进行碳化。物料（氢氧化钙）通过泵打入碳化釜，二氧化碳通过钢瓶出口加热器顺着管子通过缓冲罐进入碳化釜，压力为0.4MPa。碳化过程中由碳化釜中的盘管冷水进行降温（目的是为了使晶体更细化），判断碳化完全的依据是观察pH值的变化，当pH值到7时碳化结束。

碳化结束后，通过真空抽滤机过滤，去除多余的水分，抽滤完成后将碳酸钙装入盘子放进烘箱内烘烤4h左右，等冷却一点之后转入干燥釜进行动态干燥，干燥釜采用导热油循环干燥，温度在120℃左右，待干燥釜中没有水蒸气冒出，再干燥会儿，然后采样测试水分值。之后用多功能磨粉机进行磨碎（解聚）操作，打磨三次之后进行产品指标测定，最终进行包装。

参考文献

[1] 颜鑫，卢云峰编著.《轻质与纳米碳酸钙的关键技术》[M].北京：化学工业出版社，2012.1

[2] 诸葛兰剑,张士成,韩跃新,蒋军华.超细碳酸钙的合成及结晶过程[J].硅酸盐学报,1999(02):42-46.

[3] 蔡菊香,岳林海,景南屏,闫玉生.超细碳酸钙合成条件的研究[J].无机盐工业,1995(05):7-9.

[4] 张士成,韩跃新,蒋军华,诸葛兰剑.纳米碳酸钙的合成方法[J].矿产保护与利用,1998(03):13-17.