碳酸鈣作為一種非常重要的無(wú)機化工填料，廣泛地應用于橡膠、塑料、紙張中作為填料和補強劑。其中造紙工業(yè)在我國國民經(jīng)濟中占有重要地位，有白色鋼鐵之稱(chēng)。我國的造紙產(chǎn)量每年在2 000萬(wàn)t 以上。從目前紙張的產(chǎn)量和結構來(lái)看，碳酸鈣的需求將會(huì )有很大增長(cháng)。特別是隨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展，白板紙、銅版紙、低定量涂布紙必將大量發(fā)展。特別是隨著(zhù)紙漿價(jià)格的上升，造紙行業(yè)必然轉向加添碳酸鈣降低成本、增加利潤的方向。隨著(zhù)科技的發(fā)展，造紙逐漸成了碳酸鈣的最大用戶(hù)。
碳酸鈣在紙張中的作用不是一般的填料，而是被稱(chēng)為功能性的填料，在產(chǎn)品配方中不是可有可無(wú)的。其在紙張中的主要作用是保證紙張的一定的強度和白度，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。造紙專(zhuān)用鈣的特點(diǎn)是結晶形狀佳、顆粒大小適中、粒徑均勻、白度高、有光澤、折射率大、覆蓋力好、疏松效果好，磨耗系數低、留著(zhù)率高。
1 工藝技術(shù)
1.1 工藝原理
本生產(chǎn)工藝主要包括石灰石煅燒、窯氣凈化壓縮、消化、碳化、離心過(guò)濾、產(chǎn)品的干燥與包裝等工序。
用石灰石生產(chǎn)碳酸鈣系列產(chǎn)品的主要化學(xué)反應式如下：
石灰石煅燒工序：CaCO3→CaO + CO2
石灰消化工序：CaO + H2O→Ca(OH)2
碳化工序：Ca(OH)2 + CO2→ CaCO3↓+ H2O
將石灰石與白煤按一定的配比送入機械立窯中煅燒，經(jīng)高溫煅燒的石灰進(jìn)入化灰機與離心后的母液進(jìn)行化灰，再經(jīng)降溫調漿到一定的濃度后用泵送入碳化塔進(jìn)行碳化，碳化塔通入經(jīng)洗滌凈化壓縮后的二氧化碳與石灰乳反應，反應后的產(chǎn)物為碳酸鈣懸浮液，最后經(jīng)增濃、離心脫水、干燥、風(fēng)選、包裝，得到微細碳酸鈣產(chǎn)品。
1.2 工藝流程
1.2.1 石灰石煅燒
將經(jīng)過(guò)粉碎到一定塊度的白煤和石灰石按一定配比由卷?yè)P機提升到煅燒立窯頂部，經(jīng)由頂部的窯氣密封裝置進(jìn)入機械立窯；鼓風(fēng)機從機械立窯底部鼓入空氣，石灰石經(jīng)煅燒后得到石灰，石灰經(jīng)篩分機篩分，篩下物送至灰倉，作為副產(chǎn)品外售。篩上物塊狀石灰進(jìn)入顎式破碎機破碎至15 ~ 20 mm 粒徑，用斗式提升機送至石灰料倉，經(jīng)振動(dòng)給料器送入化灰機中進(jìn)行消化。窯氣經(jīng)立窯頂部排出至窯氣凈化壓縮系統。
1.2.2 窯氣凈化壓縮
窯氣凈化采用慣性除塵、淋水除塵、洗滌塔、干吸塔四級凈化流程。煅燒立窯出口窯氣溫度較高（＜200 ℃），經(jīng)過(guò)夾套冷卻管冷卻和慣性除塵后，除去窯氣中夾帶的固體顆粒并降低了窯氣的溫度。窯氣經(jīng)慣性除塵后從塔底部進(jìn)入淋水除塵器，洗滌水從上部噴淋，洗去窯氣中大部分灰塵，同時(shí)給窯氣降溫，洗滌后的水經(jīng)過(guò)廢水池沉降，用淋水泵打回淋水除塵器頂部循環(huán)使用。窯氣經(jīng)淋水除塵器后進(jìn)入洗滌塔繼續噴淋降溫洗滌，二級洗滌塔通過(guò)塔出水泵變頻來(lái)控制一定液位，出塔水送入涼水塔冷卻后，用泵打入洗滌塔循環(huán)使用。窯氣經(jīng)過(guò)除塵、降溫后經(jīng)干吸塔除濕后進(jìn)行壓縮，氣體壓縮至0.20MPa（G）后進(jìn)入碳化工序。
1.2.3 消化工序
石灰從石灰料倉經(jīng)振動(dòng)給料器加入到化灰機中，根據石灰料倉振動(dòng)給料器的下料情況，調節高位熱水槽的熱水加入量（消化用水主要來(lái)自干燥尾氣洗滌塔和碳化斜板稠厚槽中的上清液）。石灰在后排化灰機中與水反應生成石灰乳。反應好的石灰乳排出化灰機后經(jīng)化灰振動(dòng)篩篩分后進(jìn)入粗灰乳中間槽內，上部雜質(zhì)與化灰機中的較大塊灰渣一并運出。粗灰乳經(jīng)調濃槽調濃后經(jīng)一級、二級、三級旋液分離器進(jìn)行旋液分離，除渣后進(jìn)入精漿槽，渣液進(jìn)入渣漿槽后，經(jīng)渣漿泵送至渣液分離器進(jìn)行分離，液體返回粗灰乳中間槽，渣液進(jìn)入渣漿槽后，加水稀釋攪拌后由渣液泵送至粗灰乳中間槽。精漿槽中的灰乳經(jīng)精漿泵送至調濃槽進(jìn)行調濃，灰乳調到一定的濃度后由一級碳化泵送至碳化塔進(jìn)行碳化。本工序中的廢渣作為副產(chǎn)品銷(xiāo)售，可用作建材及脫硫劑。
1.2.4 碳化工序
碳化工序采用連續兩級碳化新技術(shù)。來(lái)自消化工序調濃后的灰乳與二氧化碳壓縮氣體在一級碳化塔、二級碳化塔逆流接觸，進(jìn)行反應。碳化時(shí)，碳化塔控制一定液位，使氣液均勻分布，控制合理的反應條件，保證物料的反應時(shí)間，反應后的尾氣由一級碳化塔頂部排出，反應后的碳酸鈣懸浮液由二級碳化塔底部排至斜板稠厚槽中進(jìn)行沉降。斜板稠厚槽中的上清液由上清液泵送至高位熱水槽供消化使用。稠厚后的碳酸鈣懸浮液由離心上料泵送至離心過(guò)濾工序的高位槽。
1.2.5 離心過(guò)濾
高位槽中的碳酸鈣懸浮液，靠位差進(jìn)入離心機進(jìn)行過(guò)濾，通過(guò)離心機脫去漿液中的水分，母液進(jìn)入輕鈣濾液槽后經(jīng)輕鈣濾液泵送至干燥尾氣洗滌塔洗滌干燥尾氣。離心后的固料經(jīng)皮帶送至列管式干燥機進(jìn)行干燥。
1.2.6 干燥與包裝
干燥工序采用蒸汽作為熱源進(jìn)行干燥，物料進(jìn)入旋轉列管式干燥機，干燥后的物料經(jīng)螺旋給料器輸送至旋風(fēng)磨，經(jīng)風(fēng)選研磨打碎團粒后，經(jīng)管道送至旋風(fēng)分離器，成品碳酸鈣進(jìn)入成品料倉，然后計量包裝，即得微細碳酸鈣產(chǎn)品。尾氣經(jīng)袋式除塵后，進(jìn)入干燥尾氣洗滌塔洗滌，回收尾氣中的熱量和所夾帶的物料后放空。
1.3 工藝特點(diǎn)
（1） 本工藝采用連續碳化的新工藝，以新型組合式碳化工藝取代間歇式鼓泡碳化法。提高了生產(chǎn)效率及碳酸鈣的回收率，充分利用石灰石資源，變廢為寶，降低了生產(chǎn)成本，既提高了經(jīng)濟效益，又保護了環(huán)境。
（2） 采用石家莊市月凱粉體技術(shù)研究所胡慶福教授等發(fā)明的新型碳化塔碳化技術(shù)，加入一定量助劑（晶型控制劑等），生產(chǎn)造紙用微細碳酸鈣。
（3） 本工藝采用能量綜合回收利用新措施，用母液洗滌碳酸鈣干燥尾氣，一方面提高供消化用循環(huán)母液的溫度，提高化灰質(zhì)量和化灰效率，同時(shí)又回收了干燥尾氣中夾帶的碳酸鈣產(chǎn)品。
（4） 本工藝采用多級分離除渣技術(shù)，干渣排放，減少了灰乳污染，改善了操作環(huán)境，同時(shí)降低能耗及物耗。
（5） 本裝置采用兩水閉路循環(huán)新工藝。一是窯氣洗滌，采用雙級洗水凈化循環(huán)工藝，洗滌、沉降、中和洗水閉路循環(huán)，減少了一次水耗量，杜絕了污水的排放。二是設置碳化后連續斜板稠厚器，把漿液澄清后的上清液及離心（壓濾）母液用于干燥尾氣的洗滌用水，提溫后返回石灰消化工序，實(shí)現母液的循環(huán)利用，實(shí)現廢水的“零排放”。
（6） 碳酸鈣懸浮液采用斜板稠厚槽進(jìn)行稠厚，可有效提高稠厚效率，為離心分離打下一個(gè)良好的 基礎。
1.4 主要設備選擇
1.4.1 機械化立窯
改進(jìn)原有石灰煅燒的生產(chǎn)模式，采用新型的先進(jìn)機械化立窯。先進(jìn)的機械化立窯與傳統立窯相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 采用計算機控制系統（有的為PLC 單板機控制系統）； （2） 進(jìn)料采用多點(diǎn)布料裝置；（3） 鼓風(fēng)采用變頻風(fēng)機，機械化立窯進(jìn)風(fēng)采用底進(jìn)風(fēng)接合腰進(jìn)風(fēng)的進(jìn)風(fēng)方式，使煅燒窯燃燒更加平穩； （4） 出料采用圓盤(pán)出料系統。這種先進(jìn)的機械化立窯使石灰石的生燒過(guò)燒率比傳統立窯降低2~3 個(gè)百分點(diǎn)，而且立窯的操作比傳統的更加方便快捷；煅燒的窯氣中二氧化碳的濃度提高了3%～4%，對于碳化工序縮短碳化的時(shí)間，提高產(chǎn)品的質(zhì)量有著(zhù)積極的意義；根據立窯內的燃燒情況自動(dòng)變頻調節進(jìn)風(fēng)量，使風(fēng)機總能耗降低10％左右，同時(shí)使煅燒窯的工況更加平穩。
選型依據：在生產(chǎn)過(guò)程中，為保證石灰窯煅燒產(chǎn)品氧化鈣和二氧化碳的質(zhì)量，應選擇高效節能的鋼殼機械化立窯。
計算依據：每t 碳酸鈣耗用石灰量0.7 t，10 萬(wàn)t 微細碳酸鈣產(chǎn)品所需石灰量7 萬(wàn)t，依此類(lèi)推。
1.4.2 化灰機
消化工序是碳酸鈣生產(chǎn)的另一個(gè)關(guān)鍵的工序，化灰機是消化工序的關(guān)鍵設備，石灰是否消化得好，石灰乳是否細膩，將直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。目前我國碳酸鈣生產(chǎn)裝置對于消化設備主要有4 種：槽式消化、回轉消化、箱式連續攪拌消化、雙漿葉消化等設備，4 種消化設備各有所長(cháng)。根據操作勞動(dòng)強度、占地大小、使用壽命等綜合考慮，本項目選用回轉連續消化機（后排漿）。
后排式化灰機主要由筒體、尾部?jì)群Y筒、排氣收漿罩、支撐裝置及傳動(dòng)裝置組成。該化灰機主要特點(diǎn)是由回轉運動(dòng)代替攪拌的化灰方法。消化機本體在低速下回轉，物料由于筒體的回轉及抄板作用，在筒體內自行攪拌，化灰機后端也裝有隨筒體一同旋轉的用于篩分石灰乳的轉篩，石灰乳先被篩分出來(lái)，從化灰機后部的出口流出；灰渣從化灰機后端出口排出。該化灰機物料填充容積大，石灰乳濃度高，生產(chǎn)能力大；又因石灰乳經(jīng)過(guò)篩分，石灰乳含沙量較小
1.4.3 碳化塔
在碳酸鈣生產(chǎn)工藝中，石灰乳的碳化是生產(chǎn)成碳酸鈣晶形和粒徑大小的關(guān)鍵工序，碳化塔是碳化工序中的關(guān)鍵設備。
采用新型碳化塔，該塔上部為噴霧段，下部裝有新型高效自潔氣體分布器的鼓泡段。
1.4.4 稠厚設備
本工藝稠厚設備采用斜板稠厚槽，根據工藝要求，每條生產(chǎn)線(xiàn)選用1 臺斜板稠厚槽。
1.4.5 脫水設備
對于碳酸鈣生產(chǎn)裝置,目前國內大部分廠(chǎng)家均采用效率高，濾餅含水量低的變頻調速上懸式離心機。其優(yōu)點(diǎn)為低速啟動(dòng)，減少了啟動(dòng)電流和沖擊力；高速脫水，濾餅含水量低，節能降耗明顯；操作平穩、噪聲低、性能穩定。
1.4.6 干燥設備
由于采用離心脫水降低了濾餅的含水量，本工序采用旋轉列管干燥機。旋轉列管干燥機機身殼體采用隔熱材料保溫，熱損失少，熱效率高。針對不同比重、粒度的顆粒狀、纖維狀、粉狀物料的不同含水量，可通過(guò)調節熱介質(zhì)溫度、流量和調整不同角度抄板的配合比例，達到良好的干燥效果。
物料在呈負壓狀態(tài)的封閉腔內被干燥，作業(yè)環(huán)境清潔。旋轉列管干燥機無(wú)需打地基，可放置于水平混凝土地面上，施工方便。
1.5 自控水平和主要控制方案
本工藝采用集中和就地相結合的控制系統，設2 個(gè)DCS 控制系統，石灰窯煅燒工序設1 個(gè)DCS控制系統，保證石灰窯煅燒的正常運行，在主生產(chǎn)裝置設1 個(gè)主控DCS 控制系統，來(lái)調控消化、碳化、干燥等工序，并且將石灰窯煅燒工序DCS 控制系統的信號輸入主控DCS 控制系統。
采用DCS 控制系統，不僅可以有效減輕工人的操作強度，而且可以更有效地保證整個(gè)工藝系統的穩定和正常運行，進(jìn)而有效地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
2 結語(yǔ)
為了使碳酸鈣這一支柱和特色產(chǎn)業(yè)更好、更快、更健康的發(fā)展，應該著(zhù)重以下幾個(gè)環(huán)節：
（1） 進(jìn)行提檔升級，大力提倡規?；a(chǎn)，推廣機械化立窯、連續碳化、母液閉路循環(huán)等新工藝，實(shí)現碳酸鈣產(chǎn)業(yè)的提升。
（2） 大力推進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，著(zhù)力抓好新上高新技術(shù)項目建設，開(kāi)發(fā)科技含量高、附加值高的微細產(chǎn)品，以高新技術(shù)產(chǎn)品振興企業(yè)，以高新技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)拓市場(chǎng)，以高新技術(shù)產(chǎn)品提升鈣鎂產(chǎn)業(yè)的整體水平。
（3） 優(yōu)化發(fā)展環(huán)境，出臺更加優(yōu)惠的政策措施，大力營(yíng)造良好的投資環(huán)境。
（4） 充分利用石灰石資源，投產(chǎn)后還可根據市場(chǎng)需要開(kāi)發(fā)相應的鈣系列產(chǎn)品，進(jìn)一步提高企業(yè)效益，充分利用當地資源，滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，符合行業(yè)和國家發(fā)展政策。
（5） 在工藝方案及工藝系統中考慮產(chǎn)品的多樣性和互換性，增加產(chǎn)品的抗風(fēng)險能力和競爭力。
作者：師俊霞1，盧崢2 ，胡慶福3，劉小芳1，曹慧1（1. 河北生特瑞工程設計有限公司， 河北石家莊050018；2. 石家莊瑞澳科技有限公司，河北石家莊050000；3. 石家莊市月凱粉體技術(shù)研究所，河北石家莊050000）
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