本發(fā)明屬于無機化工材料制備領(lǐng)域，涉及一種制備碳酸鈣的技術(shù)方法，尤其是利用廢電石渣與煙道氣反應(yīng)制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法。
背景技術(shù)：
電石渣是工業(yè)生產(chǎn)聚氯乙烯產(chǎn)品過程中電石水解后產(chǎn)生的廢渣，主要成分為氫氧化鈣。電石渣堿性很強，如果直接露天堆放或掩埋處理不僅占用土地資源，堿化土壤，還對空氣，地下水等造成二次污染。尋找一種簡單、高效、成本低、易于推廣的電石渣綜合利用途徑，迫在眉睫。
煙道氣是指煤等石化燃料燃燒時所產(chǎn)生的氣體，其主要成分為氮氣、二氧化碳、氧氣、一氧化碳及微量的二氧化硫等。如果能將其中的二氧化碳回收并加以利用不僅避免了直接排放對大氣造成的嚴(yán)重污染，實現(xiàn)了變廢為寶，還為企業(yè)良性的循環(huán)發(fā)展提供了一條可行之路。
目前，我國利用電石渣制備輕質(zhì)碳酸鈣主要有以下幾種方式：
(1)電石渣煅燒碳化法：
將電石渣經(jīng)凈化、過濾、煅燒而得的氧化鈣粉粒加水消化配成一定濃度的氫氧化鈣漿液，向其通入二氧化碳進(jìn)行碳化反應(yīng)而得到碳酸鈣沉淀。該反應(yīng)工藝路線可行，但反應(yīng)能耗太高，且煅燒不能除去其他金屬氧化物雜質(zhì)，對后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。
(2)氯化銨除雜碳化法：
向預(yù)處理后的電石渣中加入一定濃度和過量程度的氯化銨溶液進(jìn)行配漿使其溶解、反應(yīng)，過濾除去雜質(zhì)后通入二氧化碳得到碳酸鈣沉淀。該工藝路線會副產(chǎn)大量氨氣，如不妥善處理，勢必會對環(huán)境造成二次污染。
(3)碳酸根離子反應(yīng)法：
CN102115120中提出將電石渣研磨成粗粉后用鹽酸進(jìn)行溶解，向反應(yīng)后的濾液中加入過量的碳酸溶液進(jìn)行反應(yīng)而制得碳酸鈣產(chǎn)品。因電石渣中還含有其他金屬氧化物，故此方法不能有效對雜質(zhì)進(jìn)行分離而使碳酸鈣產(chǎn)品純度與白度均受到影響。
以上工藝路線中用于碳化的二氧化碳含量均控制在20％以上，故需要一種能利用低濃度二氧化碳煙道氣的工藝方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于為了克服上述方法能耗高、碳酸鈣粒度分布范圍寬且不易控制、限制低濃度二氧化碳廢氣的使用等缺點，提供一種利用電石渣與煙道氣反應(yīng)制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法，煙道氣中濃度低于15％的二氧化碳廢氣也可得到利用，得到產(chǎn)品純度高、白度好、粒徑小且分布均勻，本發(fā)明不僅將固體廢棄物治理和溫室氣體減排結(jié)合起來，實現(xiàn)了以廢治廢，還為工業(yè)化生產(chǎn)粒徑小、粒徑分布窄的輕質(zhì)碳酸鈣提供了一條經(jīng)濟(jì)、簡便易推廣的工藝路線。
為了實現(xiàn)上述方法，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
煙道氣水洗除塵并冷卻到一定溫度后經(jīng)風(fēng)機加壓送往碳化塔，電石渣漿經(jīng)預(yù)處理及分級除雜與濃縮后送往碳化塔與煙道氣發(fā)生碳化反應(yīng)，反應(yīng)制得的碳酸鈣經(jīng)過提濃、干燥、篩選后得到微細(xì)碳酸鈣產(chǎn)品。
一種利用電石渣與煙道氣反應(yīng)制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其步驟為：
(1)將二氧化碳的體積百分含量不低于5％的煙道氣送往水洗塔，煙道氣與塔中噴淋而下的水滴逆流接觸除去懸浮的雜質(zhì)，加壓后換熱冷卻到20-25℃后送往碳化塔的氣體分布器，煙道氣進(jìn)氣速率為2～8cm/s。
(2)電石渣漿加熱到120℃～150℃以除去其中溶解性氣體及揮發(fā)性雜質(zhì)。
(3)加熱后的電石渣漿進(jìn)入調(diào)濃罐調(diào)節(jié)到氫氧化鈣質(zhì)量百分含量為5％～10％后進(jìn)入60～100目的一級振動篩，然后經(jīng)旋液分離器后再進(jìn)入140～200目的二級振動篩，出來的漿液經(jīng)緩沖罐與濃漿泵后再送到旋液分離器進(jìn)行離心分離，旋液分離出口電石渣漿液波美度為10～13°Bé，然后通過250目的第三級振動篩送入儲存調(diào)濃罐進(jìn)行濃縮至氫氧化鈣質(zhì)量百分含量為12％～18％，濃縮后的電石渣漿送往碳化塔。
(4)電石渣漿進(jìn)入碳化塔從塔頂噴淋而下經(jīng)過多層帶篩孔的隔板成為液滴，篩孔大小為6～10mm，開孔率為3.5％～5％，煙道氣從塔底的氣體分布器進(jìn)入積存的電石渣漿中，在碳化塔中進(jìn)行碳化反應(yīng)，塔底攪拌的速度為200～350r/min，電石渣漿中氫氧化鈣與煙道氣中二氧化碳的摩爾比為1：1.1～1：1.5，反應(yīng)溫度為30～35℃。
(5)反應(yīng)得到的碳酸鈣漿液經(jīng)過濃縮、離心、干燥、篩選最終得到輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。
所述碳化塔內(nèi)每間隔0.8～1.2米裝有帶篩孔的隔板，隔板交錯分布，塔底安裝攪拌器以強化碳化反應(yīng)。
所述的氣體分布器為傘形分布器。
進(jìn)一步地，所述的步驟(3)中的電石渣漿的分級除雜采用三套及以上的振動篩與旋液除渣器聯(lián)合使用，以除去金屬氧化物雜質(zhì)及顆粒粒徑在60μm以上的物質(zhì)。
進(jìn)一步地，所述的步驟(5)中干燥機為滾筒列管式干燥機，干燥機出來的漿液經(jīng)水膜除塵器回收其中的碳酸鈣粉塵，回收的碳酸鈣粉塵進(jìn)入濃縮的增濃罐再進(jìn)行離心、干燥，干燥機出來的碳酸鈣進(jìn)行篩選得到輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。
所述步驟(1)中煙道氣水洗后送往羅茨風(fēng)機，經(jīng)風(fēng)機增壓后送往換熱器與冷空氣進(jìn)行熱交換。
本發(fā)明經(jīng)步驟(4)反應(yīng)得到的碳酸鈣漿液從碳化塔底部排出后經(jīng)均化罐使其顆粒混合均勻，再經(jīng)濃縮、離心機分離掉大部分的水分及列管式干燥機干燥、超微粉碎機篩分后送往包裝機打包成產(chǎn)品。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明的方法利用廢棄的電石渣與煙道氣為原料，采用簡單的設(shè)備制得了微米級的碳酸鈣產(chǎn)品，產(chǎn)品濃度高達(dá)98％以上，采用水膜除塵器回收滾筒列管式干燥機的漿液中的碳酸鈣，提高了產(chǎn)品收率，不僅提供了一種電石渣綜合利用方式還解決了環(huán)境污染問題，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)價值，是一條值得推廣的工藝路線。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例1的工藝流程示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步解釋。
本發(fā)明涉及的主要化學(xué)反應(yīng)為:
Ca(OH)2+CO2＝CaCO3↓+H2O
實施例1：
如圖1所示，一種利用電石渣與煙道氣反應(yīng)制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其步驟為：
(1)來自片堿生產(chǎn)的煙道氣中二氧化碳體積百分含量為9.8％，氧氣體積百分含量為5.5％，氮氣體積百分含量為83.7％，一氧化碳體積百分含量為1％，煙道氣送往水洗塔，煙道氣與塔中噴淋而下的水滴逆流接觸除去懸浮的雜質(zhì)，再羅茨風(fēng)機加壓到35KPa后送往換熱器與冷空氣進(jìn)行熱交換，換熱后溫度降為20℃的煙道氣送往碳化塔的傘形氣體分布器，煙道氣的進(jìn)氣速率為4cm/s。
(2)來自PVC車間的電石渣，其中氫氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.6％，其余為碳、二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂及硫酸鈣等，將電石渣加熱到120℃，其中所含的H2S、PH3、C2H2及其他揮發(fā)性有機雜質(zhì)、殘存物等均被除去。
(3)除雜后的電石渣漿經(jīng)電石渣調(diào)濃罐調(diào)整到質(zhì)量百分比為5％，因各金屬氧化物雜質(zhì)顆粒與氫氧化鈣比重及粒徑大小均不同，然后電石渣漿經(jīng)兩套振動篩與旋液除渣器配合使用除去大部分金屬氧化物雜質(zhì)，除雜過程如下：
濃漿泵將電石渣漿送往100目的一級振動篩，一級振動篩下來的電石渣漿進(jìn)入緩沖罐中，經(jīng)過濃漿泵送入旋液分離器，然后進(jìn)入200目的二級振動篩，二級振動篩下來的電石渣漿進(jìn)入緩沖罐中再經(jīng)濃漿泵送到旋液分離器進(jìn)行離心分離，旋液分離出口電石渣漿液波美度為10°Bé，經(jīng)濃漿泵再次輸送到旋液分離器后進(jìn)入250目的三級振動篩進(jìn)行篩選。
將得到的電石渣漿送入儲存調(diào)濃罐中，調(diào)濃罐的自然沉降作用將電石渣濃度調(diào)整到12％后經(jīng)上漿泵打入碳化塔中。
(4)采用間歇式微氣泡強化碳化塔，塔內(nèi)每間隔1米裝有帶篩孔的隔板，孔徑大小為8mm、開孔率為3.5％，隔板交錯分布，塔底安裝攪拌器以強化碳化反應(yīng)，控制攪拌速率為350r/min，電石渣漿從塔頂噴淋而下經(jīng)過隔板成為液滴，煙道氣通過塔底氣體分布器以微小的氣泡狀緩慢通入碳化塔中，首先與塔底積存的電石渣漿充分接觸并反應(yīng)生成微細(xì)碳酸鈣顆粒，未反應(yīng)的煙道氣繼續(xù)上升，上升的煙道氣與經(jīng)過塔內(nèi)間隔分布的塔板細(xì)化為粒徑極小的液滴逆向接觸反應(yīng)而制得微細(xì)碳酸鈣顆粒，電石渣漿中氫氧化鈣與煙道氣中二氧化碳的摩爾比為1：1.1，控制反應(yīng)的溫度為30℃，反應(yīng)壓力為20KPa。
(5)微細(xì)碳酸鈣顆粒通過碳化塔底部出口到達(dá)均化罐，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝蠼?jīng)濃漿泵輸送到增濃罐，經(jīng)增濃罐沉降提濃后漿液再經(jīng)渣漿泵打入虹吸式刮刀卸料離心機，離心機轉(zhuǎn)速為1100r/min，離心后的稠料再經(jīng)皮帶輸送機進(jìn)入緩沖倉，通過螺旋輸送機進(jìn)入滾筒列管式干燥機，碳酸鈣物料與溫度為220℃飽和蒸汽在HYGL系列滾筒列管式干燥機中進(jìn)行熱交換而除去剩余水分，熱交換后飽和蒸汽冷卻成冷凝水排走，滾筒列管式干燥機中未沉降下來的碳酸鈣粉塵則經(jīng)水膜除塵器吸收后以漿液形式返回到增濃罐中回收利用，水膜除塵器中出來的氣體排空，干燥后的碳酸鈣再經(jīng)出料螺旋機、提升機、氣流渦旋超微粉碎機、緩沖倉、包裝機而得到粒徑分布在5～10微米級的產(chǎn)品，產(chǎn)品白度達(dá)92，產(chǎn)品純度高達(dá)93.6％。
實施例2
如圖1所示，一種利用電石渣與煙道氣反應(yīng)制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其步驟為：
(1)來自片堿生產(chǎn)的煙道氣中二氧化碳體積百分含量為12.3％，氧氣體積百分含量為6.1％，氮氣體積百分含量為80.8％，一氧化碳體積百分含量為0.8％，煙道氣送往水洗塔，煙道氣與塔中噴淋而下的水滴逆流接觸除去懸浮的雜質(zhì)，再羅茨風(fēng)機加壓到35KPa后送往換熱器與冷空氣進(jìn)行熱交換，換熱后溫度降為22℃的煙道氣送往碳化塔的傘形氣體分布器，煙道氣的進(jìn)氣速率為6cm/s。
(2)來自PVC車間的電石渣，其中氫氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.8％，其余為碳、二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂及硫酸鈣等，將電石渣加熱到120℃，其中所含的H2S、PH3、C2H2及其他揮發(fā)性有機雜質(zhì)、殘存物等均被除去。
(3)除雜后的電石渣漿經(jīng)電石渣調(diào)濃罐調(diào)整到質(zhì)量百分比為8％，因各金屬氧化物雜質(zhì)顆粒與氫氧化鈣比重及粒徑大小均不同，然后電石渣漿經(jīng)兩套振動篩與旋液分離器配合使用除去大部分金屬氧化物雜質(zhì)，除雜過程如下：
濃漿泵將電石渣漿送往60目的一級振動篩，一級振動篩下來的電石渣漿進(jìn)入緩沖罐中，經(jīng)過濃漿泵送入旋液分離器，然后進(jìn)入140目的二級振動篩，二級振動篩下來的電石渣漿進(jìn)入緩沖罐中再經(jīng)濃漿泵送到旋液分離器進(jìn)行離心分離，旋液分離出口電石渣漿液波美度為11°Bé，經(jīng)濃漿泵再次輸送到旋液分離器中后進(jìn)入250目的三級振動篩進(jìn)行篩選。
將得到的電石渣漿送入儲存調(diào)濃罐中，調(diào)濃罐的自然沉降作用將電石渣濃度調(diào)整到13％后經(jīng)上漿泵打入碳化塔中。
(4)采用間歇式微氣泡強化碳化塔，塔內(nèi)每間隔1.2米裝有帶篩孔的隔板，孔徑大小為6mm、開孔率為5％，隔板交錯分布，塔底安裝攪拌器以強化碳化反應(yīng)，控制攪拌速率為270r/min，電石渣漿從塔頂噴淋而下經(jīng)過隔板成為液滴，煙道氣通過塔底氣體分布器以微小的氣泡狀緩慢通入碳化塔中，首先與塔底積存的電石渣漿充分接觸并反應(yīng)生成微細(xì)碳酸鈣顆粒，未反應(yīng)的煙道氣繼續(xù)上升，上升的煙道氣與經(jīng)過塔內(nèi)間隔分布的塔板細(xì)化為粒徑極小的液滴逆向接觸反應(yīng)而制得微細(xì)碳酸鈣顆粒，電石渣漿中氫氧化鈣與煙道氣中二氧化碳的摩爾比為1：1.4，控制反應(yīng)的溫度為30℃，反應(yīng)壓力為20KPa。
(5)微細(xì)碳酸鈣顆粒通過碳化塔底部出口到達(dá)均化罐，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝蠼?jīng)濃漿泵輸送到增濃罐，經(jīng)增濃罐沉降提濃后漿液再經(jīng)渣漿泵打入虹吸式刮刀卸料離心機，離心機轉(zhuǎn)速為1200r/min，離心后的稠料再經(jīng)皮帶輸送機進(jìn)入緩沖倉，通過螺旋輸送機進(jìn)入滾筒列管式干燥機，碳酸鈣物料與溫度為220℃飽和蒸汽在HYGL系列滾筒列管式干燥機中進(jìn)行熱交換而除去剩余水分，熱交換后飽和蒸汽冷卻成冷凝水排走，滾筒列管式干燥機中未沉降下來的碳酸鈣粉塵則經(jīng)水膜除塵器吸收后以漿液形式返回到增濃罐中回收利用，水膜除塵器中出來的氣體排空，干燥后的碳酸鈣再經(jīng)出料螺旋機、提升機、氣流渦旋超微粉碎機、緩沖倉、包裝機而得到粒徑分布在8～13微米的產(chǎn)品，產(chǎn)品白度達(dá)93，產(chǎn)品純度高達(dá)95.7％以上。
實施例3
如圖1所示，一種利用電石渣與煙道氣反應(yīng)制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其步驟為：
(1)來自片堿生產(chǎn)的煙道氣中二氧化碳體積百分含量為14.6％，氧氣體積百分含量為5.4％，氮氣體積百分含量為79.54％，一氧化碳體積百分含量為0.46％，煙道氣送往水洗塔，煙道氣與塔中噴淋而下的水滴逆流接觸除去懸浮的雜質(zhì)，再羅茨風(fēng)機加壓到35KPa后送往換熱器與冷空氣進(jìn)行熱交換，換熱后溫度降為25℃的煙道氣送往碳化塔的傘形氣體分布器，煙道氣的進(jìn)氣速率為8cm/s。
(2)來自PVC車間的電石渣，其中氫氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為91.7％，其余為碳、二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂及硫酸鈣等，將電石渣加熱到150℃，其中所含的H2S、PH3、C2H2及其他揮發(fā)性有機雜質(zhì)、殘存物等均被除去。
(3)除雜后的電石渣漿經(jīng)電石渣調(diào)濃罐調(diào)整到質(zhì)量百分比為10％，因各金屬氧化物雜質(zhì)顆粒與氫氧化鈣比重及粒徑大小均不同，然后電石渣漿經(jīng)兩套振動篩與旋液除渣器配合使用除去大部分金屬氧化物雜質(zhì)，除雜過程如下：
濃漿泵將電石渣漿送往80目的一級振動篩，一級振動篩下來的電石渣漿進(jìn)入緩沖罐中，經(jīng)過濃漿泵送入旋液分離器，然后進(jìn)入目數(shù)為180目的二級振動篩，二級振動篩下來的電石渣漿進(jìn)入緩沖罐中再經(jīng)濃漿泵送到旋液分離器進(jìn)行離心分離，旋液分離出口電石渣漿液波美度為13°Bé，，經(jīng)濃漿泵再次輸送到旋液分離器中后進(jìn)入250目的三級振動篩進(jìn)行篩選。
將得到的電石渣漿送入儲存調(diào)濃罐中，調(diào)濃罐的自然沉降作用將電石渣濃度調(diào)整到15％后經(jīng)上漿泵打入碳化塔中。
(4)采用間歇式微氣泡強化碳化塔，塔內(nèi)每間隔0.8米裝有帶篩孔的隔板，孔徑大小為6mm、開孔率為4％，隔板交錯分布，塔底安裝攪拌器以強化碳化反應(yīng)，控制攪拌速率為200r/min。電石渣漿從塔頂噴淋而下經(jīng)過隔板成為液滴，煙道氣通過塔底氣體分布器以微小的氣泡狀緩慢通入碳化塔中，首先與塔底積存的電石渣漿充分接觸并反應(yīng)生成微細(xì)碳酸鈣顆粒，未反應(yīng)的煙道氣繼續(xù)上升，上升的煙道氣與經(jīng)過塔內(nèi)間隔分布的塔板細(xì)化為粒徑極小的液滴逆向接觸反應(yīng)而制得微細(xì)碳酸鈣顆粒，電石渣漿中氫氧化鈣與煙道氣中二氧化碳的摩爾比為1：1.5，控制反應(yīng)的溫度為35℃，反應(yīng)壓力為20KPa。
(5)微細(xì)碳酸鈣顆粒通過碳化塔底部出口到達(dá)均化罐，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝蠼?jīng)濃漿泵輸送到增濃罐，經(jīng)增濃罐沉降提濃后漿液再經(jīng)渣漿泵打入虹吸式刮刀卸料離心機，離心機轉(zhuǎn)速為1200r/min，離心后的稠料再經(jīng)皮帶輸送機進(jìn)入緩沖倉，通過螺旋輸送機進(jìn)入滾筒列管式干燥機，碳酸鈣物料與溫度為220℃飽和蒸汽在HYGL系列滾筒列管式干燥機中進(jìn)行熱交換而除去剩余水分，熱交換后飽和蒸汽冷卻成冷凝水排走，滾筒列管式干燥機中未沉降下來的碳酸鈣粉塵則經(jīng)水膜除塵器吸收后以漿液形式返回到增濃罐中回收利用，水膜除塵器中出來的氣體排空，干燥后的碳酸鈣再經(jīng)出料螺旋機、提升機、氣流渦旋超微粉碎機、緩沖倉、包裝機而得到粒徑分布在10～15微米的產(chǎn)品，產(chǎn)品白度達(dá)95，產(chǎn)品純度高達(dá)98.2％。