碳酸钙生产过程中的绿色技术探讨
顾 达
顾 达
（芜湖卓越纳米新材料有限公司）
摘要：本文根据化工生产的基本原理，结合碳酸钙生产过程中的实际情况，详细介绍了碳酸钙生产过程中的节能、降耗、环保等方面的绿色技术，对现有碳酸钙生产企业在绿色技术的应用方面进行了有益的探讨。关键词：碳酸钙生产、节能、降耗、环保、绿色技术
碳酸钙作为一种重要的无机化工产品，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、油墨等领域。由于生产碳酸钙的主要原料石灰石资源丰富，同时碳酸钙产品的特性为无毒无味、白度高，适用于各种有机聚合物材料的功能填料，因此在未来相当长的一段时间内仍是橡胶、塑料、涂料、油墨等领域中不可替代的重要填料，并随着国民经济的高速发展，其需求量越来越大。
目前无论是轻质碳酸钙的生产还是纳米碳酸钙的生产都是以石灰石为原料.经石灰窑煅烧后再经消化、碳化、表面处理、过滤干燥等几道工艺，生产的工艺流程长、能耗大、污染严重。特别是采取间隙式碳化生产，不但劳动强度大，自动化程度低，而且产品质量不稳定，制约了该行业的进一步发展。
为了适应碳酸钙行业发展的需要，所以介绍一些最新的专利在碳酸钙生产过程中的节能、降耗、环保等方面的绿色技术，提升和改造现有的碳酸钙生产工艺流程，使碳酸钙的生产企业真正成为一个朝阳企业。
一、采用渣液分离器，减少浆料精制时的能耗
在现有技术碳酸钙的生产过程中，首先是将石灰消化后的粗浆料进行精制除杂，采用的方法是过筛或旋液分离，这两种方法都存在缺陷。作为过筛除杂时，一是过筛网目数较小，不可能把一些细碎杂质筛除干净，若要增加过筛网的目数，就会使过筛的效率降低。特别是筛网经常破损而在不可能及时更换的情况下，就会有粗颗粒进入精制的浆料中，造成产品中黑点、细沙多。若采用旋液分离器除杂，则旋液分离器下端的出渣孔易被一些颗粒物堵塞。一旦出渣孔被堵塞，就起不到旋液分离除渣的目的，同样造成产品中黑点、细沙多。同时这两种方法的除杂，都存在能耗大的问题。若用旋液分离器，多经过一道旋液分离工序，就会使每吨产品多增加电耗6～7度。
对于氢氧化钙粗浆料的精制除杂，较好的方法是采用静态的渣液分离器。
1—主体浆料沉降桶，2—残渣沉积锥形桶，3—粗浆进料桶，4—粗浆进料缓冲口，5—精浆料溢出口，6—螺旋排渣机，7—残渣排出口。
该渣液分离器的精制除杂工艺流程为：首先将消化后的浆料通过进料缓冲口进入主体浆料沉降桶内，进料缓冲口的作用是当消化浆料进入沉降桶时，避免与桶内正在沉降的浆料产生相互干扰，提高沉降的效果。粗浆料在沉降桶内，比重大的杂质粗粒子会沉降到残渣沉积锥形桶内，再通过下部的螺旋排渣机排出。通过自然沉降去杂后的精浆料从精浆料溢口处溢出并收集，用于生产碳酸钙产品。
采用本装置精制除杂，是在自然沉降的状态下进行的，不受如振动筛、旋液分离器等设备运行状态变化的影响，精制后的氢氧化钙浆料质量稳定。因为在运行过程中是静态除杂，所以不需要动力，能耗低，设备维修也方便，降低生产成本。
二、采用静态混合器，减少碳化时浆料搅拌的能耗
现有技术中用于合成纳米碳酸钙的设备主要有：间歇鼓泡式搅拌反应器、连续喷雾反应器和超重力反应器。间歇鼓泡式搅拌反应器设备简单，是最常用的碳化反应器。在碳化时窑气从碳化反应釜底部进入，通过机械搅拌使气液混合生成纳米碳酸钙。这种碳化反应釜的搅拌能耗高，工艺条件较难控制，产品粒径分布不均匀。连续喷雾反应器是在顶部安装空心压力式喷嘴，精制石灰乳在空心锥形压力式喷嘴的作用下，雾化成小液滴均匀地从顶部淋下，与底部进入的二氧化碳气体反应合成纳米碳酸钙。该设备管路复杂、投资大、操作难度大、能耗也大，目前较少使用。超重力反应器是利用设备的高速旋转产生超重力场，在此条件下完成石灰乳与二氧化碳的反应，尽管合成的粒子小而均匀，但设备的投资很大，生产能耗也大，在工业化生产中缺乏竞争优势而很少使用。
为了节能降耗，可选用节能型静态混合碳化反应器。
1—外壳，2—导流内筒，3—导流内筒下部的档板，4—导流内筒上部静态混合芯体，5—气体喷射器，6—气体喷射器的喷嘴，7—窑气进气口，8—氢氧化钙浆料进口。图2-2是静态混合碳化釜的俯视图。该反应器内筒的直径是外壳体直径的2/3左右，内筒下部由宽度为10～15公分，高度是内筒高度的1/3左右的4～6个纵向档板构成，内筒上部由宽度为20～25公分，长度为25～30公分，以40～50度的倾斜角螺旋往上排列的螺旋档板构成。而旋涡式气体分布器直径大小为内筒直径的2/3，由4～6个喷嘴射气管以一定弧度倾斜组成。
该反应器碳化的原理是当窑气从旋涡式气体喷射器喷出时，和吸入内筒和外壳间底部的浆料，形成气液混合料进入导流内筒，在内筒下部档板的作用下，形成旋涡流，强化混合效果。气液混合料自下而上流动，进入导流内筒上部静态混合芯体再次混合，物料从导流内筒溢出进入内筒和外壳的空腔，完成一次循环碳化。由于该反应器的静态液位低，利用罗茨风机替代传统的窑气压缩机，不但电耗低，而且维修方便，降低了生产成本。利用该反应器，强化气液混合效果，不需要机械搅拌，在添加适量晶型控制剂的条件下就能制备出纳米碳酸钙产品。
该反应器改变了传统间歇鼓泡式搅拌反应器需要机械搅拌才能使气液混合，节省能耗。该旋涡式气体分布器随着窑气流量的增大而强化气液混合效果，避免了一般的搅拌式反应器随着窑气流量增大而降低混合效果的现象，从而使气体吸收更完全，碳化的粒子更均匀。
三、采用连续碳化生产技术，提高自动化控制能力
目前最成熟的纳米碳酸钙的生产方法是间歇鼓泡搅拌式碳化反应。在碳化釜内装有精制的氢氧化钙浆料，将窑气从碳化釜底部进入，通过机械搅拌使气液混合均匀生成纳米碳酸钙。这种间隙式碳化反应，由于每釜碳化过程中浆料的温度、浓度、窑气流量、碳化终点的时间等都有变化，因此每批次反应产品的质量都有波动。因此如何进行连续碳化反应，实现产品质量的稳定，是人们关注的热点。连续碳化反应装置是由多个静态混合碳化反应器经多级串连组成。
采用连续碳化反应装置碳化的工艺流程为待碳化的浆料连续加入到第一级反应器中，同时窑气从反应器内筒底部进入，在旋涡式气体分布器和导流内筒档板的作用下，强化气液混合，加速碳化过程。从第一级反应器浆料出口流入下一级反应器，控制氢氧化钙浆料进入一级反应器的流速和窑气进入各级反应器的流量，通过3～5级的反应器碳化，从最后一级反应器出口流出的浆料，已完成碳化反应得超细碳酸钙浆料。由于本工艺实现了连续碳化反应，所以产品的质量稳定，操作方便，可实现自动化操作控制。
随着国家对碳排放量的控制和环境污染治理要求的提高，传统的碳酸钙生产工艺流程为高能耗高污染，已不能适应新形势的要求。在碳酸钙的生产过程中，一定要节能、降耗、环保，再如利用高温窑气加热消化用水减少蒸汽用量，用深井水冷却碳化前的氢氧化钙浆料，减少用冷冻机冷却碳化浆料的能耗，降低生产成本。总之碳酸钙的生产必须实施节能、降耗、环保的绿色技术，提高产品质量，降低生产成本，增强企业的综合竞争力，是碳酸钙行业今后发展的方向。
