轻质碳酸钙的生产工艺

石家庄科林威尔环保科技有限公司 轻质碳酸钙的生产工艺 2011 年版 企 业 简 介 石家庄科林威尔环保科技有限公司是一家集研发、设计、设备制 造、销售、设备安装及服务于一体，专为化工行业服务的企业。 一.设计、安装项目: 1.轻质、活性及纳米碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙生产线设计； 2.化工流程节能改造； 3.除尘、脱硫、污水处理系统设计； 4.煤化工技术开发； 5.水处理、直饮用水、太阳能热水、热泵热水供热系统设计。 我公司已经为全国各地的企业设计了多条生产线，目前全部正常 生产，为客户创造了可观的经济效益，并深受用户好评。 其中知名企业有连州市裕丰钙业科技有限公司的一、二期 70kt/a 轻质碳酸钙生产线，宁夏沙湖纸业集团次氯酸钙生产线改造等。 二.主导产品： 1.化工设备：轻质碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙生产成套设备。 2.环保设备：除尘设备、脱硫设备、尾气处理塔、尾气吸收塔、 尾气回收塔、尾气洗涤塔、水处理设备等相关产品； 以上设备目前己被国内多家化工、制药、造纸等行业所采用，用 户反馈使用效果良好，并深受好评。 我公司始终秉承“诚信经营、科技创新、专业服务、质量优先、 用户满意”的企业经营理念，与合作伙伴及用户共同发展。 第一章 轻质碳酸钙产品的性质与用途 1.1 碳酸钙的性质： 分子式：(CaCO3) 分子量：100.09 白色粉末，无臭无味，有无定形和结晶形两种形态。难溶于水、醇。微溶 于含有铵盐或二氧化碳的水溶液，可溶于稀醋酸、稀盐酸、稀硝酸中，同时放 出二氧化碳，呈放热反应。也溶于氯化铵溶液中，在空气中稳定，有轻微的吸 潮能力。 1.2 碳酸钙产品的分类 碳酸钙产品是无机盐工业的重要组成部分在我国无机盐工业的 22 个产品 系列中，碳酸钙的产量仅次于磷酸盐、硫酸盐和硅酸盐，居第 4 位。 碳酸钙产品有两大系列：一个系列是用机械方法将天然的碳酸钙矿石加工 到适当的粒径，国际上称为重质碳酸钙，英文简称 GCC;另一个系列是以天然碳 酸钙矿石为原料，采用煅烧、消化、碳化等化学方法制备，经沉淀生成的结晶 产品，国际上通常称为沉淀碳酸钙或轻质碳酸钙，英文简称 PCC。 沉淀(轻质)碳酸钙由于碳化工艺条件的不同，所得到的产品粒径也不相同， 目前市场上该产品按粒径分为五个等级： d＞5μm 微粒碳酸钙 1μm＜d＜5μm 微粉碳酸钙 0.1m＜d＜1μm 微细碳酸钙 0.02μm＜d＜0.1μm 超细碳酸钙 d＜0.02μm 超微细碳酸钙 沉淀碳酸钙属于亲水性物质，由于本身的化学不活泼性、分散性较差因此， 在橡胶、塑料等有机物内部，不存在化学结合，只是一种机械的物理混合因而 只能作填充剂不能作补强剂使用。 材料为了使碳酸钙具有某些特性，往往对其表面进行改性处理，经改性的 碳酸钙统称为改性碳酸钙改性剂有偶联剂和活化剂两种。用活化剂处理的碳酸 钙称为活性碳酸钙，常用的活化剂有硬脂酸、亚油酸、松香酸和木质素磺酸等 带有亲油基团的有机化合物。这样经处理过的填料已由亲水性变为亲油性，对 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 4 树脂类的有机物有良好的亲和力和分散性。它们之间是进行类似化学键这样的 化学结合从而成为一种具有半补强性的填料。 1.3产品用途和消费去向 碳酸钙系列产品是用途十分广泛的无机填料，主要用于涂料、橡胶、塑料、 胶粘剂、油墨、造纸、化妆品、医药等方面，如按消费对象来区分，相关行业 消费比例分别为： 橡胶行业………………29% 塑料行业………………31% 造纸行业………………10% 医药行业………………2.5% 建材工业………………11% 油漆涂料………………10% 出 口………………2% 其 它………………4.5% 1)超细碳酸钙是橡胶、塑料行业中优质的填充剂和补强剂。 碳酸钙在橡胶、塑料行业的应用与其粒径有关，粒径在 1000-3000 纳米的 沉淀碳酸钙仅作为填充剂起增容作用，碳酸钙在橡胶制品中分散性十分良好， 橡胶工业小至油封、汽车配件大到胶带、轮胎等都广泛应用了碳酸钙。 碳酸钙与塑料混合时分散性也十分良好，是无机增强、增韧材料，并且其 粒径越小，增韧性越好。可填充在 PVC、PS 和酚醛塑料等聚合物中，广泛应用 于板框式压滤机、汽车、复印机、微波炉、空调、电风扇等产品的零部件。 2)碳酸钙是造纸工业的优质填充剂 在国外碳酸钙作为填料生产的纸张具有重量轻、纸张白度高等优点，在纸 张中的填充量为 20-40%，可提高纸张的平滑度、柔软度、光泽度、适印性能。 3)碳酸钙作为涂料、油漆工业的优良填加剂 1.4产品目前市场的供需情况和销售预测 我国是碳酸钙生产大国，目前全国大小企业近千家，生产能力达1500万吨/ 年，产品主要以普通轻质碳酸钙、重质碳酸钙和活性碳酸钙为主。其中重质碳酸 钙生产企业近400家，产量达500万吨/年；轻质碳酸钙生产企业近500家，产量达 1000万吨/年。 随着国际原油价格及其他能源性产品价格的不断上涨，在未来若干年内，作 为无机填料之一碳酸钙产品的用途会越来越广和用量会逐年以100万吨的速度增 加，市场前景良好。 1.5.轻质碳酸钙产品目前的价格现状 国内各地区轻质碳酸钙的市场销售价存在一定的差距，这是由于轻质碳酸 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 5 钙系列产品生产成本中，煤、电消耗占了 35—40％，因此各地区煤电价格对产 品的价格有很大的影响。 国内各地区轻质碳酸钙目前市场价格见下表： （单位：元／吨〕 品 种 地 区 沉淀碳酸钙 活性碳酸钙 纳米超细碳酸钙 京津唐 650～800 800～1000 1500～3000 长江中下游 650～800 900～1100 1500～3000 珠三角 650～800 1200 以上 1500～3000 1.6 轻质及纳米碳酸钙生产工艺流程图（方块图） 活化剂 CaO块料 Ca(0H)2悬浊液 制冷系统 尾气 晶形控制剂 纳米级超细活性碳酸钙干法活性碳酸钙 轻质沉淀碳酸钙 湿法活性碳酸钙 包 装 筛 分 干 燥 脱 水 活 化 筛 分 包 装 包 装 解 聚 干 燥 压 滤 活 化 增 浓 碳 化 陈 化 包 装 筛 分 干 燥 脱 水 活 化 除 渣 消 化 煅 烧 焦炭/ 无烟煤石灰石 碳 化 增 浓 洗 涤 压 缩 冷 却 活化剂 CO2气体 Ca(0H)2悬浊液 CaCO3熟浆料 CaCO3熟浆料 锅炉 活化剂 CO2气体 CO2气体 除尘 排气 排气 除尘 除尘 排气 加热 加热 轻质碳酸钙 加热 加热 加热 尾气 CaCO3熟浆料 滤饼 滤饼滤饼 罐 装 涂料用碳酸钙 滤 液 滤 液 滤 液 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 6 第二章 轻质碳酸钙生产对原料、工艺水、燃料及电能的要求 2.1. 轻质碳酸钙的生产原料－石灰岩 轻质碳酸钙生产所用原料为石灰岩，石灰岩是主要由方解石矿物组成的碳 酸盐岩，通常作矿物原料商品名称为石灰石。在建筑、冶金、化工、轻工、食 品、石油、农业等诸多领域中，具有广泛的用途。～2.7t/m3，抗压强度垂直层 理方向一般 60～140MPa，平行层理方向一般 50～120MPa，松散系数一般 1.5～ 1.6。矿物成分以方解石为主。方解石［CaCO3］的理论化学成分：CaO56.04%、 CO243.96%，属三方晶系，常呈复三方偏三角面体及菱面体结晶，集合体呈晶 簇、粒状、钟乳状、鲕状或致密状，无色或白色，玻璃光泽，硬度 3，密度 2.6～ 2.8t/m3，遇稀盐酸剧烈起泡。石灰岩中常混有白云石和粘土物质等杂质，使矿 石质量降低。 中国是世界上石灰岩矿资源丰富的国家之一，除上海市外，各省、直辖市、 自治区都有分布。据国家建材局统计，全国水泥石灰岩分布面积达 43.8 万 km2 （未包括西藏和台湾），约占国土面积的 1/20。据 22 个省、自治区的预测，石 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 7 灰岩矿资源总量为 12～13 万亿 t，其中水泥石灰岩矿资源量约为 3～4 万亿 t。 2.2 轻质碳酸钙的生产工艺对原料石灰岩的理化性质要求： 化学性质要求： CaO≥54% MgO≤1.0% SiO2 ≤1.5% Mn≤0.006% Fe2O3≤0.1% 物理性质要求： 致密块状，不重结晶，气孔率≤1% 密度：2.65~2.80g/cm3 莫氏硬度≥3 抗压强度：≥117.6Mpa 2.3 石灰岩的开采及生产工艺： 纳米及轻质碳酸钙生产用石灰石矿的开采规模一般小于 50 万吨/年，属于 小规模矿山，多采用露天开采。 根据石灰窑煅烧工艺的要求，纳米及轻质碳酸钙生产用入窑原料石灰石的 粒度为 80～150mm，质量较好的矿石，只需对矿石进行简单的破碎和筛分分级， 对于含粘土或泥团的矿石，破碎后还需再进行洗矿，去除泥土、杂质后即可得 到合格产品。 目前较为先进的纳米及轻质碳酸钙生产厂家其石灰石的选矿与加工均己实 现机械化，其生产流程如下： 自卸卡车将大块的石灰石矿石卸入原矿料仓中，经振动给料机加入颚式破 碎机，破碎后的石灰石经皮带输送机送至振动筛中进行筛分，块径 80－150 mm 石灰石送入洗石机洗去泥土、杂质后既为合格的成品石灰石。大于 150 mm 石 原矿料仓 振动给料机 颚式破碎机 皮带输送机 振动筛分 洗石机 超出尺寸的矿石 成品矿石 污水处理 矿石矿渣 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 8 灰石经返回皮带输送机送回颚式破碎机继续破碎至合格尺寸，小于 80mm 的石 灰石可经振动筛的第二层筛网筛分后用于其他用途，细小的碎石渣可以做为建 筑材料出售。 纳米及轻质碳酸钙的生产一般都将选矿与加工车间设于矿山，所用设备均 己国产化、系列化。 以下是一家年产 10 万吨纳米及轻质碳酸钙厂家自备石灰石矿（200kt/a）的 选矿与加工设备一览表 200kt/a 石灰石矿选矿、加工设备一览表 序号 设备名称 规格型号 功率 单位 数量 用途 1 料斗仓 20m3 台 1 储料 2 振动给料机 WL0930 7.5 kw 台 1 给料 3 鄂式破碎机 PE-600×900 75 kw 台 1 破碎 4 三层振动筛 SZZ1550 11 kw 台 1 筛分 5 滚筒洗石机 GT1945 18.5 kw 台 1 清洗 6 皮带输送机 TD75－800 7.5 kw 台 1 矿石输送 7 皮带输送机 TD75－800 5.5 kw 台 3 矿石输送 8 皮带输送机 TD75－650 5.5 kw 台 1 矿石返回 9 皮带输送机 TD75－500 4 kw 台 1 废渣输送 2.4 轻质碳酸钙对工艺用水的要求 工艺用水水质的好坏直接影响到轻质碳酸钙产品的质量，水中各种杂质会 增加产品中的盐酸不溶物，有害元素会影响到产品的白度并影响到制成品的性 能。所以轻质碳酸钙工艺用水，要先经过沉降、净化处理后使用，在轻质碳酸 钙的生产过程中，大量轻质及纳米碳酸钙滤液经沉降、过滤后的可用于石灰的 消化或调浆，可实现轻质碳酸钙生产的零排放。生产纳米碳酸钙时因滤液影响 晶形所以不可再回收使用。 工艺水理化指标如下： 悬浮物：≤20 毫克/升 透明度：≥30 厘米 盐酸不溶物（SiO2 ）≤10 毫克/升 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 9 氧化镁（MgO）≤100 毫克/升 氧化铁（Fe2O3）≤10 毫克/升 2.5 轻质碳酸钙对生产用燃料的要求 轻质碳酸钙生产所用燃料分为石灰石煅烧用燃料和锅炉加热用燃料，石灰 石煅烧用燃料可根据价格情况采用焦炭或无烟煤，锅炉加热用燃料采用烟煤。 其理化指标如下： 焦炭：固定炭≥80% 水份≤3% 挥发份≤4.5% 灰份≤12% 粒度 25—40mm 含硫≤0.5% 发热量 27000~29309KJ/kg 无烟煤：固定炭≥75% 水份≤6% 挥发份≤10% 灰份≤16% 粒度 25—40mm 含硫≤1.5% 发热量 26000~27216KJ/kg 烟煤：固定炭≥50% 水份≤6% 挥发份≤25% 灰份≤30% 粒度 10—50mm 发热量 24000~25122KJ/kg 2.5 轻质碳酸钙对生产用电的要求 轻质碳酸钙的生产对电能的需求较大，生产装置必须安装独立的变、配电 装置。 随着轻质碳酸钙生产过程中机械化、自动化程度的不断提高，在人力消耗 与电能消耗之间，设计越来越趋向于减少人力消耗，从而导致轻质碳酸钙生产 对电能的需求达到了新的高度，当然优秀的设计师在流程设计时会尽可能利用 落差输送物料和减少物料损耗等方面降低能源消耗。目前国内工艺较先进的生 产线，轻质碳酸钙吨生产电耗在 100kw/h 左右，40kt/a 的单条生产线设备的视 在功率己接近 500kw，变压器安装容量需 630KVA。 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 10 第三章 轻质碳酸钙生产工艺详解 轻质碳酸钙生产可分为以下 6 个工段（详见后附工艺流程图）： 1.原料准备工段； 2.煅烧、窑气洗涤工段； 3.消化、制浆工段； 4.碳化、增浓工段； 5.脱水、干燥工段； 6.筛分、包装工段。 3.1 原料准备工段 详见上一章节：2.3 石灰岩的开采及生产工艺 3.2 煅烧、窑气洗涤工段 粒度80－150mm的石灰石原料和块度为20mm左右的焦碳或无烟煤按一定比 例经计量后由布料器送入石灰窑，并在石灰窑底部鼓入空气进行煅烧，在高温 下分解成石灰和 CO2 尾气。石灰由振动出灰机卸料并分出灰渣，送往消化工段 车间。 石灰窑根据热电偶进行温度显示，石灰窑口及窑气管道可安装微压变送器， 进料料斗安装有称重传感器，根据三区温度变化及窑顶风压，通过加、减料和 变频器调节风机流量控制石灰窑正常生产。 石灰窑气含 CO2，30-35%，粉尘含量 120mg/M3，温度约 120℃，经换热器降 温后进入旋风除尘器、喷淋除尘器、水洗塔洗去烟尘、硫化物气体再进入气水 分离器分离水雾，净化后的石灰窑气送往碳化工段。 喷淋除尘用水由循环泵循环抽取循环水池中洗涤水。 3.3 消化、制浆工段 从石灰锻烧工段送来的生石灰由破碎机破碎后，用斗提机经料斗、给料机， 加入消化机，在消化机内石灰与工艺水水化成 Ca (OH)2 乳液。石灰消化过程的 化学反应式如下： CaO+H2O = Ca (OH)2 消化反应结束后，经除渣后流入粗浆池中，在粗浆池中经继续反应的粗浆 液由除渣泵抽入旋液除渣器中清理灰浆中不溶性灰渣后净化成精浆液，精浆液 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 11 用上浆泵送往碳化车间。 3.4 碳化、增浓工段 石灰窑气用风机压缩至 0.049MPa，经油气器分离器，进入碳化塔。在碳化 塔中 Ca(OH)2溶液与含 CO2气体进行碳化反应生成 CaCO3碳化反应式如下： Ca (OH)2 +CO2 =CaCO3＋H2O 当反应液 PH值下降至 7-8 时，标志着反应即将完成，碳化结束的熟浆经振 动筛除渣后进入增浓池增浓，增浓后的浆料送至脱水、干燥工段。 3.5 脱水、干燥工段 由增浓池送来的浆料送至脱水机脱水，脱水后含水 30%的滤饼经粉碎后送 入干燥机中干燥，物料最终含水率<0.3%，干燥机采用导热油作为加热介质， 250 ℃的导热油由一台有机载热体锅炉提供。干品经输送机送至筛分、包装工段。 3.6 筛分、包装工段 成品经筛选机筛选至合格粒径，送入自动包装机包装成品入库，成品由丙 纶编织袋包装，包装规格分为 25kg 和 40kg 两种。 成品库每 1万吨产量需 500－1000m2 的面积。 3.7 设备一览表（略） 详见我公司轻质碳酸钙设备手册. 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 12 第四章 轻质碳酸钙工厂的组织和劳动定员 4.1工厂体制和组织机构 工厂的组织机构见下图 生产部下属生产车间（六个生产工段）和分析化验室和维修班，后勤部包 含门卫、食堂和卫生人员。 4.2生产班制 管理人员为一班制，生产班制采用四班三运转。 4.3定员 全部定员80人，其中管理人员为20人，生产部定员60人。 管理人员定员表 序号 岗位/部门名称 每班定员 班次 合计 1 厂领导 3 1 3 2 生产部 1 3 3 3 财务部 2 1 2 4 供销部 3 1 3 5 后勤部 3 3 9 总 计 20 总经理 副总经理 副总经理 生产部 供销部 财务部 后勤部 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 13 生产部定员表 序号 岗位名称 每班定员 班次 合计 备注 一、生产车间 1 石灰窑操作工 2 3 6 2 消化、制浆操作工 2 3 6 3 碳化操作工 1 3 3 4 增浓操作工 1 3 3 5 离心操作工 3 3 9 6 锅炉工 1 3 3 7 筛分包装工 4 3 12 8 装车工 1 3 3 小计 14 45 二、化验室 1 分析工 2 3 6 三．维修班 1 维修工 2 3 6 2 电工 1 3 3 小计 3 9 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 14 第五章 40kt/a轻质碳酸钙工厂的定额消耗 5.1.原料消耗： 优质石灰石 52000 吨 烟煤 3200 吨 白煤 5200 吨 包装袋 160 万条（规格 25kg） 5.2.单位成本： 序号 成本项目 单耗 单价 金额（元） 1 2 3 4 5 6 7 8 石灰石 烟煤 白煤 水 电 包装费 人工 其它 1300kg 80kg 130kg 10 吨 100 度 30 元/吨 1000 元/吨 1000 元/吨 0.40 元/吨 0.5 元/度 39 80 130 4 5 55 40 50 合计 403 产品执行： 1、 HG/T 2226-2000 工业沉淀碳酸钙 2、 GB/T 19590－2004 超微细碳酸钙 3、 HG/T 2567-1994 工业活性沉淀碳酸钙 生产过程须参照的标准： 4、 HG/T 2504-1993 化工用石灰石 5、 GB/T 19281-2003 碳酸钙分析方法 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 15 主 要 业 绩 客户名称 地 址 时间 签定设计项目内容 主要设备 1 中化江苏安邦电化公司（环氧氯丙烷） 江苏.淮安 2006 年 配套湿法氢氧化钙成套设计 氢氧化钙成套设备 2 美洁纸业集团公司（次氯酸钙项目） 宁夏.银川 2006 年 配套湿法氢氧化钙成套设计 氢氧化钙成套设备 3 金浦集团（钛白项目污水处理） 江苏.南京 2006 年 配套湿法氢氧化钙成套设计 氢氧化钙成套设备 4 上海中芬电力有限公司（脱硫除尘项目） 上海.金山 2007 年 脱硫除尘－污水中和 消化机 5 连州市裕丰钙业科技有限公司（一期） 广东.连州 2007 年 30kt/a 轻质碳酸钙成套设计 轻质碳酸钙成套设备外包 6 徐州永固钙业有限公司 江苏.徐州 2007 年 15kt/a 轻质碳酸钙成套设计 轻质碳酸钙成套设备外包 7 美洁纸业集团公司（芬兰纸机节能改造） 宁夏.银川 2008 年 芬兰进口美卓纸机节能改造 成套换热装置 8 连州市长兴轻钙厂 广东.连州 2008 年 50kt/a 氧化钙成套设计 石灰窑 9 沙湖纸业股份有限公司（次氯酸钙项目） 宁夏.石嘴山 2009 年 配套湿法氢氧化钙成套设计 消化机、储浆罐 10 连州市裕丰钙业科技有限公司（二期） 广东.连州 2009 年 35kt/a 轻质碳酸钙成套设计 轻质碳酸钙成套设备 11 遵义今世矿业有限公司 贵州. 遵义 2010 年 60kt/a 氧化钙成套设计 石灰窑及成套设备 12 阳山县凤兴化工厂（扩产改造） 广东.阳山 2010 年 15kt/a 轻质碳酸钙成套设计 轻质碳酸钙成套设备 13 怀集县金丰钙业科技有限公司（一期） 广东. 怀集 2010 年 50kt/a 氧化钙成套设计 石灰窑及成套设备 14 石家庄井陉县华东钙业公司 河北.石家庄 2010 年 石灰窑脱硫设计 脱硫塔 石家庄科林威尔环保科技有限公司 E-mail:hb-lyf@163.com telphone:13722889969 16 真诚服务用户 科技创造未来 联系电话：13722889969 13331369169 传真：0311－83662256 联系人：卢云峰 E－mail:hb-lyf@163.com 地址：石家庄市新华路 306 号（西焦齿轮厂院内） 邮编：050051