大型碳酸钙矿山资源综合利用规划示范
1 钙化工系列产品的“金字塔”规划
众所周知，对于大型碳酸钙矿山最简单、最低级的开发是开采原矿，其次是生产重钙粉，再次是生产石灰、氢氧化钙，比较高级的是生产普通轻钙和活性轻钙，最高级的是生产纳米碳酸钙、柠檬酸钙、乳酸钙等。这些产品中越简单、越低级的，其技术含量越低，通常其附加值也越低，但市场需求量也越大。对于储量巨大、品质上乘的碳酸钙矿山，如果单纯只生产原矿、石灰、重钙粉等简单低级产品，无疑是一种对优质资源的巨大浪费， 三废处理也没有低成本的解决途径，地方政府也决不会批准这类项目。
反之，如果只用来生产纳米碳酸钙等高端产品， 看起来表面光鲜：投资很大、技术复杂、附加值较高。其实不然，首先其废水不能实现全部循环利用，其次这种高端产品的市场容量有限， 短期内难以为市场所接纳。事实上，钙化工系列产品就像一个金字塔，纳米碳酸钙就是塔尖明珠， 市场需求量和容量最大的还是塔座的石灰、重钙粉、氢氧化钙，其次是普通轻钙、活性轻钙。
钙化工系列产品的共性技术都是以碳酸钙矿山资源为原料， 遵循生产技术越复杂、产品附加值越高、产能越小，该产品越是位于金字塔顶端的规律。对不同的碳酸钙矿山， 规划的钙系列产品种类可以不同。
2 大型碳酸钙矿山资源综合利用核心工艺与说明
2.1 大型碳酸钙矿山资源综合利用核心工艺流程
大型碳酸钙矿山资源综合利用的关键技术就是：对碳酸钙矿山资源进行充分综合利用、对全部工业废水的循环利用和废渣的有效利用、对所有工业废气的循环利用和低成本低碳净化。其核心工艺流程如图1 所示。
2.2 优势互补的两种石灰窑
建设单一的石灰窑形不利于资源的综合利用和拓展石灰产品的应用领域。例如，如果全部建成回转窑、双膛窑等高端窑生产高活性石灰，高活性石灰适用于钢铁冶金行业， 但是其窑气中CO2体积分数通常低于20%，不利于轻钙系列产品的生产，也不利于CO2的回收利用；反之，如果全部建成机械竖窑，竖窑石灰活性中等，不适合于钢铁冶金行业，但中等活性的石灰适应于轻钙、氢氧化钙的生产，特别是窑气中CO2体积分数通常高于35%，适合于轻钙系列产品的生产需要。
图1 规划建设2 座日产600 t 的双膛窑和8 座日产200 t 的节能环保竖窑。双膛窑利用30～60 mm中块石灰石为原料、以煤粉为燃料生产优质高活性石灰（活性度大于300 mL）。节能环保竖窑利用60～120 mm 粗块石灰石为原料、以20～40 mm 细粒煤为燃料生产的中等活性化工石灰， 主要用于生产氢氧化钙、轻钙系列化工产品和冶金轻烧白云石灰。同时建设两类石灰窑，可从原料石灰石、燃煤类型、应用领域、生产成本等方面充分利用两种窑的优点，规避两种窑的缺点，做到原料综合利用、产品优势互补、燃煤粗细合理利用。
2.3 减排CO2、循环利用废水的轻钙系列产品和氢氧化钙产品
循环经济和低碳经济是大型碳酸钙矿山资源充分综合利用的核心思想。该项目计划年生产17 万t轻钙系列产品（含普通轻钙10 万t/a、活性轻钙5 万t/a和纳米碳酸钙2 万t/a），这样既丰富了产品结构，又提高了产品的附加值， 更重要的是利用轻钙系列产品生产过程吸收了部分石灰窑气中的CO2， 达到了减排CO2的目的。
轻钙系列产品生产过程产生的大量碱性废水，可用作石灰窑酸性窑气（含SO2）的除尘剂和脱硫剂。由于轻钙生产过程产生的废水有了稳定的去向， 这样既有利于提高轻钙产品质量，又有利于节约窑气除尘和脱硫成本。因此，轻钙系列产品生产过程不仅有效地减排了CO2，其工业废水也实现了循环利用。
本项目中氢氧化钙采用二级干法消化生产工艺，耗水较少，对水质要求不高，可利用循环水，技术简单，附加值较高，而且包装、储存、运输方便。总之，轻钙系列产品、氢氧化钙等4 个产品都是以竖窑化工石灰为原料，实现资源共享；各自产能可以根据市场需求变化进行灵活调节， 而总产能可保持稳定，使公司效益实现最大化。
2.4 充分综合利用石灰石资源和白云石资源
该项目中石灰石是优质的高钙、低镁石灰石。经粗破和筛分后得到了块度分别为6~12、3~6 cm 和小于3cm这3 种块度的矿石， 分别用于竖窑煅烧原料、双膛窑煅烧原料和重钙粉研磨原料。避免了单一的传统竖窑中石灰石块度相差悬殊造成的过烧和轻烧并存的局面， 避免了单一双膛窑或回转窑对石灰石资源的利用率不高或过度破碎等弊端。
重钙粉项目则是对细粒石灰石资源进行了充分综合利用。该项目中白云石是优质的低铁、低硅白云石。首先进行破碎，得到的3~6cm的中块白云石料用于竖窑煅烧，生产轻烧白云石灰用于炼钢工业；而小于3cm的白云石细粒则进一步粉碎， 得到122~180 μm的低铁白云石微粉，用于显像管、太阳能玻璃等特种玻璃行业，实现了对白云石资源的充分利用。
2.5 废物利用的页岩琉璃瓦
该项目中开采的页岩本是石灰石开采过程的“废料”， 通常用于路基填料。将页岩用于生产琉璃瓦，实现了“变废为宝”，并且制坯过程中用水是石灰窑气净化后循环水，降低了生产成本。可见，本项目矿山全身是宝，矿山开采中的3 种矿物石灰石、白云石和页岩都得到了充分利用， 该项目不设置固体废料堆场。
2.6 水循环梯级利用核心工艺
水循环梯级利用核心工艺图见图2。图2 中， 清洁水从轻钙系列产品的工艺用水→一级循环（轻钙）→窑气净化→二级循环（窑气净化）→氢氧化钙和琉璃瓦制坯工艺用水，除了生活用水、干燥蒸发、洗气蒸发、产品带走等造成水分流失之外， 经过梯级循环工艺后几乎所有的工业废水都实现了循环使用。
废水处理过程产生的残渣主要成分是硫酸钙，可就近外卖给水泥厂； 轻钙系列产品生产过程产生的碱性废渣可用作建材，该项目所有工业固体废渣都实现了有效利用。可见， 该项目中除了废气低碳、低成本排放之外，没有任何工业废水、工业废渣排放，较好地实现了清洁生产、变废为宝，真正实现了矿物资源综合利用及循环经济。
图2 水循环梯级利用核心工艺图
3 结论
1）大型碳酸钙矿山的核心工艺需要开发不同等级的多种钙化工系列产品， 各产品产能的设置要遵循“金字塔”的原则；设置的各产品间可互相补充、灵活调节，才能提高市场适应性和抗风险能力，才能实现企业经济效益最大化。
2）大型碳酸钙矿山核心工艺之一是需要同时建设双膛窑或回转窑等高端石灰窑和节能环保竖窑，以分别生产高活性的冶金石灰和中等活性的化工石灰，以分别适应于钢铁冶金和化工生产的需要。两类窑可优势互补、扬长避短，做到原料综合利用、燃煤粗细合理利用。
3）大型碳酸钙矿山核心工艺之二是冶金石灰与化工石灰的联合生产工艺和废水梯级循环工艺，使石灰窑气实现低碳、低成本和达标排放，并且使轻钙生产中的工业废水得到循环利用。
来源：中国粉体技术网
