在沉淀碳酸钙生产工艺过程中, 怎样做到较好的制取粒径较小的沉淀碳酸钙, 达到提高、稳定其沉降体积的目的,调控好以下生产工艺诸因素是重要的。
1 石灰石煅烧
1.1 石灰石
对沉淀碳酸钙沉降体积的影响主要取决于石灰石的化学成份、物理性质、燃料燃烧热强度和石灰石煅烧速度。
影响石灰石质量的化学成份主要是Fe2O3 、Al2O3 和碱类物质等杂质的含量。尤其是Fe2O3 含量, 它可以加剧石灰石或石灰表面的烧结过程, 从而常常阻碍石灰石的完全分解, 降低生石灰的化学反应活性。由生石灰消化制得的Ca(OH)2 溶液中固相粒子粗大。
石灰石具有的机械强度也是重要的。达不到煅烧要求的石灰石机械强度差, 在石灰窑内煅烧时易破碎, 窑内产出的生石灰不但灰块小而易成粉状。其化学反应活性也减弱。但有些致密坚硬的石灰石(粗晶结构)可能烧制出非常疏松、几乎散状成粉的石灰石。无疑, 这的化学反应活性也是减弱的。生石灰化学反应活性的强弱, 影响着Ca(OH)2溶液中固相粒子的质量。制约着沉淀碳酸钙粒径的大小。生产实践也足以证明这点。如在生石灰消化过程中掺加一些化学反应活性较弱的生石灰, 所制得沉淀碳酸钙的沉降体积比使用化学反应活性强的生石灰产出的沉淀碳酸钙沉降体积明显降低。
1.2 燃料
粒径符合生产工艺要求的石灰石在石灰窑内的煅烧速度取决于燃料质量。对燃料的质量要求, 它不但要满足石灰石燃烧所需的发热量, 而且还要有较强的活性, 适宜的燃料比和良好的热稳定性, 以保证燃烧热强度。
燃烧的煅烧热强度决定了石灰石在石灰窑的煅烧速度, 也就是石灰石的分解速度。石灰石的分解速度与燃料的烧烧热强度成正比。同时, 我们应注意的是, 前面我们已提到, 由于某些石灰石在石灰窑内煅烧过程中极易破碎并会部分成粉状。这种状况同样会妨碍石灰石的分解速度, 其经煅烧后从窑内卸出的生石灰的化学反应活性会受到一定影响。石灰石在石灰窑内有足够的燃烧热强度作保证, 才能在较短的煅烧时间内得到完全顺利分解所需的煅烧温度。在这种条件下煅烧出的生石灰才具有较强的化学反应活性。否则, 生石灰的化学反应活性会减弱。尤其是热稳定性差, 或燃料比过高的燃料很难满足石灰石在石灰窑内煅烧时所需的热强度, 对燃料的要求同时还应考虑其粘结性和灰熔点对石灰石在石灰窑内煅烧时的影响。
1.3 燃料与空气比
石灰石在石灰窑内煅烧时, 除需配供质地合格、数量一定的燃料外, 还需保持燃料与空气具有适宜的配比。当空气过剩系数为1 .05～1 .25 时能保证石灰窑的正常操作。否则, 会因石灰窑煅烧状况的改变, 减弱生石灰化学反应活性。当石灰窑的给风量偏高时, 它不但会增加窑内热量损失, 减弱石灰石分解速度, 影响生石灰化学反应活性, 同时也降低了窑气中CO2 含量, 它们不利中和反应过程中生成物———沉淀碳酸钙的生成, 其沉降体积往往偏低;当石灰窑的给风量小时, 石灰石在窑内完全顺利分解所需的煅烧温度不足, 其生烧状态的生石灰化学反应活性显然不强, 同时石灰窑中CO2 浓度也显著降低, 这种状况将延缓中和反应速度, 其沉降体积的提高和稳定受到制约。尤其是自然给风的石灰窑, 要根据四时季节气候变化如温度、风向、雨雪量等, 及时调整燃料和石灰石的配比, 以适应自然给风量的变化, 确保石灰石在窑内正常煅烧所需温度, 使得石灰石具有较强的化学反应活性。
1.4 石灰石与燃料配比
生石灰窑内煅烧时, 若石灰石与燃料配比失当,石灰窑内煅烧温度得不到保障, 从窑内卸出的生石灰不是过烧(或硬烧)就是生烧。同时, 窑气中CO2 含量也随之减少。这种现象的出现, 降低了中和反应过程中反应物的浓度, 大大减缓了中和反应速度, 难以保证沉淀碳酸钙沉积体积的稳定和提高。
2 生石灰消化
2 .1 生石灰
生石灰的质量制约着沉淀碳酸钙沉降体积。除粉状生石灰外, 还有过烧或严重硬烧和生烧的生石灰, 它们在消化时制备的Ca(OH)2 溶液中固相粒子是粗大的。过烧尤其严重硬烧的生石灰是当石灰石在煅烧温度分解时, 形成细晶体多孔结构, 强活性的CaO 。当继续提高煅烧温度时, 随着生石灰煅烧温度的提高, 伴随着CaO 的再结晶, 其细晶体变为粗晶体, 并开始烧结。即出现过烧或硬烧石灰。烧结过程伴随着CaO 结构的进一步密实, 它的化学反应活性进一步减弱。生烧石灰由于它存在着末分解或分解不完的CaCO3 , 显然它的化学反应活性极弱。略有过烧、生烧的石灰其化学反应活性与在正常煅烧条件下烧制出的生石灰, 也就是“轻烧石”差异不大。轻烧石灰具有晶体小, 反应性强, 比表面大, 总气孔体积大等特点。它在与水反应时, 浓度急剧增高, 结晶时晶核形成的速度快, 而晶体增长速度慢。用其制备Ca(OH)2 溶液, 是生产高沉降体积沉淀碳酸钙所需的优质生石灰。
2.2 消化用水
由于水资源的缺短, 特别是生态环境保护的需要, 沉淀碳酸钙生产过程中产生的CaCO3 母液, 常常用来生石灰的消化。母液中含有微量沉淀碳酸钙。如生产工艺操作控制有误, 其含量过高时, 用其进行生石灰消化得到的Ca(OH)2 溶液进中和反应时, 它可促成大晶体粒子沉淀碳酸钙的形成。另外,控制消化用水温度, 尽量减少生石灰消化反应放热损失, 有助增强生石灰水化作用的速度。有助减少Ca(OH)2 溶液中粗糙大颗粒固相粒子。值得注意的是, 生石灰经消化精制得到的Ca(OH)2 溶液温度不能过高, 应控制在适当幅度内。这是因为适宜的Ca(OH)2 溶液温度, 利于其固相粒子参与中和反应时微细晶体粒子的生成。
3 中和反应
3.1 Ca(OH)2 溶液
沉淀碳酸钙沉降体积往往与中和反应生成物溶液的浓度、温度等有关。在生产工艺操作过程中应调控的是Ca(OH)2 溶液浓度, 必须保证中和反应向有利生成物———沉淀碳酸钙生成方向进行。适当提高Ca(OH)2 溶液浓度, 使液相内的粒子处于饱和状态。有利加速中和反应的进行, 提高结晶速度。利于微细结晶粒子的生成。但应考虑的是参加化学反应的Ca(OH)2 溶液浓度的调控幅度, 要综合石灰窑气中CO2 含量变化而变化。否则, 事与愿违。
3.2 中和时间
缩短Ca(OH)2 和CO2 进行化学反应的中和时间, 也就是说加快它们的化学反应速度, 对微细沉淀碳酸钙粒子的产生有益。缩短中和反应时间的关键是提高石灰窑气中CO2 含量。因在生产工艺操作过程中Ca(OH)2 溶液浓度可随控立效。但石灰窑气中CO2 含量的增加则非立杆见影。
缩短中和反应时间, 除石灰窑气中CO2 含量得以保证外, 选择合理效佳的石灰窑气冷却净化设备、选择与石灰窑相匹配的输送机械、设计高径比合理的中和塔等也是相当重要的。
常用的普通立式石灰窑若具备合理的高径比、燃烧时尽量保持接近理论值的过剩空气系数, 而燃料的消耗量又尽可能降低、石灰窑卸灰装料系统又有良好的密封装置。石灰窑气中CO2 含量通常可达35 %以上。
3.3 石灰窑流速
根据石灰窑气冷却净化设备操作参数、中和塔高径比, 确定合理的窑气流速, 对生产微细结晶粒子的沉淀碳酸钙是有好处的。
石灰窑气在中和反应过程中, 一方面窑气中CO2 参与和Ca(OH)2 的化学反应;另一方面窑气在化学反应过程中起到强力搅拌作用。强力搅拌不但可以破坏沉淀碳酸钙结晶粒子凝聚, 减少晶族生成机会。增加获得微细结晶体、富分散性的沉淀碳酸钙粒子的机会。
来源：中国粉体技术网
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