一種沉淀碳酸鈣的生產工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提出了一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，包括：將石灰石煅燒過程中產生的二氧化碳氣體移除，在消化反應前加入促溶劑，消化反應過程中加入分散劑，用生石灰和水進行消化反應制得消石灰，消石灰碳化反應時補充二氧化碳氣體，回收得到產品。本發明所述的沉淀碳酸鈣的生產工藝，通過控制生產過程中二氧化碳的濃度解決了生產過程中反應速率較慢、能耗較大的問題，提高了沉淀碳酸鈣的生產效率，降低了生產能耗，節省了生產成本，易于實現工業化生產。
【專利說明】一種沉淀碳酸鈣的生產工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及沉淀碳酸鈣的生產工藝，特別是指一種通過控制二氧化碳氣體濃度來提高反應速率、降低反應能耗的沉淀碳酸鈣的生產工藝。
【背景技術】
[0002]沉淀碳酸鈣是一種很重要的無機化工產品，具有廣泛的用途，例如它被廣泛地用作材料的功能性填料，如顏料、造紙、涂料、油墨、塑料或密封劑等。沉淀碳酸鈣的其他應用包括在食品、化妝品以及醫藥等工業中。
[0003]沉淀碳酸鈣的經典生產工藝特征說明如下:石灰石經過煅燒爐煅燒反應分解成為生石灰和二氧化碳氣體；生石灰經過水消化反應得消石灰，即氫氧化鈣乳液；將二氧化碳氣體和消石灰在一定的控制條件下進行碳化反應得沉淀碳酸鈣。生產的沉淀碳酸鈣經過脫水、干燥、粉碎和包裝即成為成品沉淀碳酸鈣。
[0004]上述相關的化學反應方程式為:
[0005]石灰石鍛燒反應CaCO3 — Ca0+C02
[0006]生石灰消化反應CaCHH2O — Ca (OH) 2
[0007]消石灰碳化反應Ca (OH) 2+C02 — CaC03+H20
[0008]其中，在實際生產中，煅燒爐高度較高，可高達25米，如何控制煅燒爐的反應速率是沉淀碳酸鈣生產中面臨的問題。目前有在煅燒爐內設置溫度傳感器的措施來解決上述問題，根據溫度傳感器傳輸的溫度數據控制鼓風機的功率，這種方法也能在一定上程度控制反應速率，但是安裝難度較大，成本也比較高。在消石灰的碳化過程中，將煅燒爐中產生的二氧化碳氣體經過洗滌和壓縮通入碳化塔中，因為碳化反應首先是溶解在水中的消石灰與二氧化碳氣體生成碳酸鈣，然后固相迅速補充到液相中使反應迅速進行下去。但在生產過程中，由于Ca(OH)2在水中具有很小的溶解度，碳化反應速率緩慢，需要用大功率的鼓風機不斷往碳化塔中輸送二氧化碳，這是整個沉淀碳酸鈣能耗最大的部分，耗費了大量的能源。上述因素致使整個沉淀碳酸鈣生產過程相對緩慢，成本較高。
【發明內容】
[0009]本發明提出一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，解決了現有技術中生產過程中反應速率較慢，能耗較大的問題。
[0010]本發明提供了一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，包括以下的步驟:
[0011]I)將石灰石裝入煅燒爐中煅燒，鼓風速率為3.0?7.5m3/h，移除二氧化碳氣體，控制煅燒爐中的二氧化碳氣體濃度為5%?10%，得生石灰；
[0012]2)將步驟I)所得生石灰在消化池中進行消化反應，得消石灰；
[0013]3)將步驟2)所得消石灰在碳化塔中進行碳化反應，鼓風速率為5.0?9.0m3/h，控制碳化塔中的二氧化碳氣體濃度為20%?80%，保持產物混合物的pH值至少為9.5 ;以及
[0014]4 )回收沉淀碳酸鈣。
[0015]優選地，消化反應開始前加入生石灰重量比的0.3%?2.4%的促溶劑；消化反應開始1min后加入生石灰重量比的0.5%?3%的分散劑。
[0016]優選地，消化反應開始前加入生石灰重量比的1.2%?2.0%的促溶劑；消化反應開始1min后加入生石灰重量比的1.5%?2.5%的分散劑。
[0017]優選地，促溶劑為山梨醇、乙二醇葡萄苷、甘露醇、丙三醇中的至少一種；分散劑為丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、馬來酸、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、乙酸銨、甲酸銨中的至少一種。
[0018]優選地，在步驟I)中，存在從煅燒反應第一階段向煅燒反應第二階段的轉變，轉變的特征是反應混合物產生二氧化碳氣體的速率下降，其中，產生的二氧化碳氣體的化學當量的總量的80%?90%在第一階段中移除，剩余部分在第二階段中移除。
[0019]優選地，在步驟3)中，存在從碳化反應第一階段向碳化反應第二階段的轉變，轉變的特征是反應混合物吸收二氧化碳氣體的速率下降，其中，二氧化碳氣體的化學當量的總量的70%?80%在第一階段中分散，剩余部分在第二階段中分散。
[0020]優選地，在步驟3)碳化反應第一階段中，二氧化碳氣體以能夠被反應混合物吸收的最大速率分散。
[0021]優選地，在步驟3)碳化反應第二階段中，二氧化碳氣體以能夠被反應混合物吸收的最大速率分散，碳化反應第二階段中二氧化碳氣體的分散速率低于碳化反應第一階段中二氧化碳氣體的分散速率。
[0022]優選地，產物混合物的pH值至少為10.0。
[0023]根據沉淀碳酸鈣的生產工藝所涉及反應的特點，在煅燒反應第一階段，產生二氧化碳氣體的速率相對快，調整相對快的鼓風速率來移除二氧化碳氣體進而控制煅燒爐內二氧化碳濃度在較低水平。在由反應條件而定的特定時間點之后，煅燒反應第一階段向煅燒反應第二階段轉變，在煅燒反應第二階段反應混合物產生二氧化碳氣體的最大速率低于煅燒反應第一階段產生二氧化碳氣體的最大速率。根據反應請況，在上述兩個階段的轉變的過程中，由于二氧化碳氣體產生速率的降低，煅燒爐內溫度可能會相對恒定。
[0024]在本發明的優選實施例中，在碳化反應過程中第一階段二氧化碳氣體被分散到反應混合物中的速率為最大速率，在上述速率下二氧化碳氣體能夠被吸收，這樣很少甚至沒有二氧化碳氣體從反應混合物中釋放出來，進而將碳化反應第一階段所必需的時間縮短到最少，從而提高整個過程的生產速率。
[0025]同理，碳化反應第二階段也優選地采用能夠被反應混合物吸收的最大二氧化碳分散速率進行，同時上述階段會有消石灰溶液狀態的形成。一般情況下碳化反應第二階段速率要低于第一階段。
[0026]優選地，為確保二氧化碳氣體的過量導致沉淀碳酸鈣產量的下降，控制產物混合物的pH值，其大小至少為10.0。
[0027]在消化反應時，山梨醇、乙二醇葡萄苷、甘露醇或丙三醇中至少一種的存在下，能夠使溶解在反應體系的鈣離子增加，加入的量越多，溶解的鈣離子的量增加越多。在消化反應過程中，丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、馬來酸、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、乙酸銨或甲酸銨中至少一種的存在下，能夠加快反應物的分散速率，加之反應體系攪拌速率的調整和鼓風速率的控制，均能提高二氧化碳的分散速率，進而提高生產速率。
[0028]本發明所述的一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，從石灰石煅燒就開始進行控制二氧化碳氣體濃度，在生石灰消化反應前加入促溶劑山梨醇、乙二醇葡萄苷、甘露醇或丙三醇，消化反應過程中加入分散劑丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、馬來酸、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、乙酸銨或甲酸銨，通過控制生產過程中的二氧化碳的濃度來提高石灰石的分解速率、消石灰的碳化速率，解決了生產過程中沉淀碳酸鈣反應速率慢、生產能耗高的問題，可以用常規設備實現生產，生產成本降低、操作簡單，易于實現工業化生產，可以推廣產業化應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明的一種沉淀碳酸鈣的生產工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0031]實施例1:
[0032]I)將6噸石灰石裝入煅燒爐中煅燒，鼓風速率為5.5m3/h，移除二氧化碳氣體，控制煅燒爐中的二氧化碳氣體濃度為8%，得生石灰；
[0033]2)將步驟I)所得生石灰在消化池中進行消化反應，得消石灰；
[0034]3)將步驟2)所得消石灰在碳化塔中進行碳化反應，鼓風速率為7.0m3/h，控制碳化塔中的二氧化碳氣體濃度為50%，保持產物混合物的pH值至少為9.5 ;以及
[0035]4)回收沉淀碳酸鈣。
[0036]生產過程中煅燒反應耗時3.5h，碳化反應耗時3.2h，相對于不控制二氧化碳氣體濃度、其余反應條件相同的經典生產工藝的時間縮短了約25%，從而降低了生產能耗。
[0037]實施例2
[0038]I)將6噸石灰石裝入煅燒爐中煅燒，鼓風速率為5.5m3/h，移除二氧化碳氣體，控制煅燒爐中的二氧化碳氣體濃度為8%，二氧化碳氣體的化學當量的總量的80%在第一階段中移除，剩余部分在第二階段中移除，得生石灰；
[0039]2)將步驟I)所得生石灰在消化池中進行消化反應，消化反應開始前加入生石灰重量比的0.3%的山梨醇；消化反應開始1min后加入生石灰重量的0.5%的丙烯酸，得消石灰；
[0040]3)將步驟2)所得消石灰在碳化塔中進行碳化反應，二氧化碳氣體的化學當量的總量的70%在第一階段中分散，剩余部分在第二階段中分散，鼓風速率為7.0m3/h，控制碳化塔中的二氧化碳氣體濃度為50%，保持產物混合物的pH值至少為9.5 ;以及
[0041 ] 4 )回收沉淀碳酸鈣。
[0042]生產過程中煅燒反應耗時3.5h，碳化反應耗時2.8h，相對于不控制二氧化碳氣體濃度、其余反應條件相同的經典生產工藝的時間縮短了約25%，從而降低了生產能耗。
[0043]實施例3
[0044]I)將6噸石灰石裝入煅燒爐中煅燒，鼓風速率為5.5m3/h，移除二氧化碳氣體，控制煅燒爐中的二氧化碳氣體濃度為8%，二氧化碳氣體的化學當量的總量的90%在第一階段中移除，剩余部分在第二階段中移除，得生石灰；
[0045]2)將步驟I)所得生石灰在消化池中進行消化反應，消化反應開始前加入生石灰重量比的2.4%的乙二醇糖苷；消化反應開始1min后加入生石灰重量的3%的衣康酸，得消石灰；
[0046]3)將步驟2)所得消石灰在碳化塔中進行碳化反應，二氧化碳氣體的化學當量的總量的80%在第一階段中分散，剩余部分在第二階段中分散，鼓風速率為7.0m3/h，控制碳化塔中的二氧化碳氣體濃度為50%，保持產物混合物的pH值至少為9.5 ;以及
[0047]4)回收沉淀碳酸鈣。
[0048]生產過程中煅燒反應耗時3.5h，碳化反應耗時2.7h，相對于不控制二氧化碳氣體濃度、其余反應條件相同的經典生產工藝的時間縮短了約25%，從而降低了生產能耗。
[0049]實施例4
[0050]I)將6噸石灰石裝入煅燒爐中煅燒，鼓風速率為5.5m3/h，移除二氧化碳氣體，控制煅燒爐中的二氧化碳氣體濃度為8%，二氧化碳氣體的化學當量的總量的80%在第一階段中移除，剩余部分在第二階段中移除，得生石灰；
[0051]2)將步驟I)所得生石灰在消化池中進行消化反應，消化反應開始前加入生石灰重量比的1.2%的丙三醇；消化反應開始1min后加入生石灰重量的2.5%的馬來酸，得消石灰；
[0052]3)將步驟2)所得消石灰在碳化塔中進行碳化反應，二氧化碳氣體的化學當量的總量的70%在第一階段中分散，剩余部分在第二階段中分散，鼓風速率為7.0m3/h，控制碳化塔中的二氧化碳氣體濃度為50%，保持產物混合物的pH值至少為9.5 ;以及
[0053]4)回收沉淀碳酸鈣。
[0054]生產過程中煅燒反應耗時3.5h，碳化反應耗時2.5h，相對于不控制二氧化碳氣體濃度、其余反應條件相同的經典生產工藝的時間縮短了約30%，從而降低了生產能耗。
[0055]實施例5
[0056]I)將6噸石灰石裝入煅燒爐中煅燒，鼓風速率為5.5m3/h，移除二氧化碳氣體，控制煅燒爐中的二氧化碳氣體濃度為8%，二氧化碳氣體的化學當量的總量的90%在第一階段中移除，剩余部分在第二階段中移除，得生石灰；
[0057]2)將步驟I)所得生石灰在消化池中進行消化反應，消化反應開始前加入生石灰重量比的2.0%的甘露醇；消化反應開始1min后加入生石灰重量的1.5%的乙酸銨,得消石灰；
[0058]3)將步驟2)所得消石灰在碳化塔中進行碳化反應，二氧化碳氣體的化學當量的總量的70%在第一階段中分散，剩余部分在第二階段中分散，鼓風速率為7.0m3/h，控制碳化塔中的二氧化碳氣體濃度為50%，保持產物混合物的pH值至少為9.5 ;以及
[0059]4)回收沉淀碳酸鈣。
[0060]生產過程中煅燒反應耗時3.5h，碳化反應耗時2.4h，相對于不控制二氧化碳氣體濃度、其余反應條件相同的經典生產工藝的時間縮短了約30%，從而降低了生產能耗。
[0061]實施例6
[0062]I)將6噸石灰石裝入煅燒爐中煅燒，鼓風速率為3.0m3/h，移除二氧化碳氣體，控制煅燒爐中的二氧化碳氣體濃度為10%，二氧化碳氣體的化學當量的總量的80%在第一階段中移除，剩余部分在第二階段中移除，得生石灰；
[0063]2)將步驟I)所得生石灰在消化池中進行消化反應，消化反應開始前加入生石灰重量比的0.3%的山梨醇；消化反應開始1min后加入生石灰重量的0.5%的甲基丙烯酸，得消石灰;
[0064]3)將步驟2)所得消石灰在碳化塔中進行碳化反應，二氧化碳氣體的化學當量的總量的70%在第一階段中分散，剩余部分在第二階段中分散，鼓風速率為5.0m3/h，控制碳化塔中的二氧化碳氣體濃度為20%，保持產物混合物的pH值至少為9.5 ;以及
[0065]4)回收沉淀碳酸鈣。
[0066]生產過程中煅燒反應耗時4.0h，碳化反應耗時2.2h，相對于不控制二氧化碳氣體濃度、其余反應條件相同的經典生產工藝的時間縮短了約30%，從而降低了生產能耗。
[0067]實施例7
[0068]I)將6噸石灰石裝入煅燒爐中煅燒，鼓風速率為7.5m3/h，移除二氧化碳氣體，控制煅燒爐中的二氧化碳氣體濃度為5%，二氧化碳氣體的化學當量的總量的80%在第一階段中移除，剩余部分在第二階段中移除，得生石灰；
[0069]2)將步驟I)所得生石灰在消化池中進行消化反應，消化反應開始前加入生石灰重量比的1.5%的山梨醇；消化反應開始1min后加入生石灰重量的2.5%的丙烯酸輕乙酯,得消石灰；
[0070]3)將步驟2)所得消石灰在碳化塔中進行碳化反應，二氧化碳氣體的化學當量的總量的80%在第一階段中分散，剩余部分在第二階段中分散，鼓風速率為9.0m3/h，控制碳化塔中的二氧化碳氣體濃度為80%，保持產物混合物的pH值至少為9.5 ;以及
[0071]4)回收沉淀碳酸鈣。
[0072]生產過程中煅燒反應耗時3.0h，碳化反應耗時2.0h，相對于不控制二氧化碳氣體濃度、其余反應條件相同的經典生產工藝的時間縮短了約35%，從而降低了生產能耗。
[0073]實施例8
[0074]I)將8噸石灰石裝入煅燒爐中煅燒，鼓風速率為7.0m3/h，移除二氧化碳氣體，控制煅燒爐中的二氧化碳氣體濃度為10%，二氧化碳氣體的化學當量的總量的90%在第一階段中移除，剩余部分在第二階段中移除，得生石灰；
[0075]2)將步驟I)所得生石灰在消化池中進行消化反應，消化反應開始前加入生石灰重量比的2.0%的乙二醇葡糖苷；消化反應開始1min后加入生石灰重量的1.5%的甲酸銨，得消石灰；
[0076]3)將步驟2)所得消石灰在碳化塔中進行碳化反應，二氧化碳氣體的化學當量的總量的70%在第一階段中分散，剩余部分在第二階段中分散，鼓風速率為8.5m3/h，控制碳化塔中的二氧化碳氣體濃度為75%，保持產物混合物的pH值至少為10.0 ;以及
[0077]4)回收沉淀碳酸鈣。
[0078]生產過程中煅燒反應耗時3.0h，碳化反應耗時2.2h，相對于不控制二氧化碳氣體濃度、其余反應條件相同的經典生產工藝的時間縮短了約35%，從而降低了生產能耗。
[0079]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，其特征在于，包括以下的步驟: 1)將石灰石裝入煅燒爐中煅燒，鼓風速率為3.0?7.5m3/h，移除產生的二氧化碳氣體，控制煅燒爐中的二氧化碳氣體濃度為5%?10%，得生石灰； 2)將步驟I)所得生石灰在消化池中進行消化反應，得消石灰； 3)將步驟2)所得消石灰在碳化塔中進行碳化反應，鼓風速率為5.0?9.0m3/h，控制碳化塔中的二氧化碳氣體濃度為20%?80%，保持產物混合物的pH值至少為9.5 ;以及 4)回收沉淀碳酸鈣。
2.根據權利要求1所述的一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，其特征在于，所述消化反應開始前加入生石灰重量比的0.3%?2.4%的促溶劑；所述消化反應開始1min后加入生石灰重量比的0.5%?3%的分散劑。
3.根據權利要求2所述的一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，其特征在于，所述消化反應開始前加入生石灰重量比的1.2%?2.0%的促溶劑；所述消化反應開始1min后加入生石灰重量比的1.5%?2.5%的分散劑。
4.根據權利要求2或3所述的一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，其特征在于，所述促溶劑為山梨醇、乙二醇葡萄苷、甘露醇或丙三醇中的至少一種；所述分散劑為丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、馬來酸、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、乙酸銨或甲酸銨中的至少一種。
5.根據權利要求4所述的一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，其特征在于，在步驟I)中，存在從煅燒反應第一階段向煅燒反應第二階段的轉變，所述轉變的特征是反應混合物產生二氧化碳氣體的速率下降，其中，產生的二氧化碳氣體化學當量的總量的80%?90%在第一階段中移除，剩余部分在第二階段中移除。
6.根據權利要求5所述的一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，其特征在于，在步驟3)中，存在從碳化反應第一階段向碳化反應第二階段的轉變，所述轉變的特征是反應混合物吸收二氧化碳氣體的速率下降，其中，二氧化碳氣體的化學當量的總量的70%?80%在第一階段中分散，剩余部分在第二階段中分散。
7.根據權利要求6所述的一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，其特征在于，在步驟3)碳化反應第一階段中，二氧化碳氣體以能夠被反應混合物吸收的最大速率分散。
8.根據權利要求7所述的一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，其特征在于，在步驟3)碳化反應第二階段中，二氧化碳氣體以能夠被反應混合物吸收的最大速率分散，所述碳化反應第二階段中二氧化碳氣體的分散速率低于所述碳化反應第一階段中二氧化碳氣體的分散速率。
9.根據權利要求8所述的一種沉淀碳酸鈣的生產工藝，其特征在于，所述產物混合物的pH值至少為10.00
【文檔編號】C01F11/18GK104418376SQ201310394906
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】武全保 申請人:井陘縣京華鈣業有限公司