1 鈣化工系列產品的“金字塔”規劃
(中國粉體技術網/班建偉)眾所周知,對于大型碳酸鈣礦山最簡單、最低級的開發是開采原礦,其次是生產重鈣粉,再次是生產石灰、氫氧化鈣,比較高級的是生產普通輕鈣和活性輕鈣,最高級的是生產納米碳酸鈣、檸檬酸鈣、乳酸鈣等。這些產品中越簡單、越低級的,其技術含量越低,通常其附加值也越低,但市場需求量也越大。對于儲量巨大、品質上乘的碳酸鈣礦山,如果單純只生產原礦、石灰、重鈣粉等簡單低級產品,無疑是一種對優質資源的巨大浪費, 三廢處理也沒有低成本的解決途徑,地方政府也決不會批準這類項目。
反之,如果只用來生產納米碳酸鈣等高端產品, 看起來表面光鮮:投資很大、技術復雜、附加值較高。其實不然,首先其廢水不能實現全部循環利用,其次這種高端產品的市場容量有限, 短期內難以為市場所接納。事實上,鈣化工系列產品就像一個金字塔,納米碳酸鈣就是塔尖明珠, 市場需求量和容量最大的還是塔座的石灰、重鈣粉、氫氧化鈣,其次是普通輕鈣、活性輕鈣。
鈣化工系列產品的共性技術都是以碳酸鈣礦山資源為原料, 遵循生產技術越復雜、產品附加值越高、產能越小,該產品越是位于金字塔頂端的規律。對不同的碳酸鈣礦山, 規劃的鈣系列產品種類可以不同。
2 大型碳酸鈣礦山資源綜合利用核心工藝與說明
2.1 大型碳酸鈣礦山資源綜合利用核心工藝流程
大型碳酸鈣礦山資源綜合利用的關鍵技術就是:對碳酸鈣礦山資源進行充分綜合利用、對全部工業廢水的循環利用和廢渣的有效利用、對所有工業廢氣的循環利用和低成本低碳凈化。其核心工藝流程如圖1 所示。
2.2 優勢互補的兩種石灰窯
建設單一的石灰窯形不利于資源的綜合利用和拓展石灰產品的應用領域。例如,如果全部建成回轉窯、雙膛窯等高端窯生產高活性石灰,高活性石灰適用于鋼鐵冶金行業, 但是其窯氣中CO2體積分數通常低于20%,不利于輕鈣系列產品的生產,也不利于CO2的回收利用;反之,如果全部建成機械豎窯,豎窯石灰活性中等,不適合于鋼鐵冶金行業,但中等活性的石灰適應于輕鈣、氫氧化鈣的生產,特別是窯氣中CO2體積分數通常高于35%,適合于輕鈣系列產品的生產需要。
圖1 規劃建設2 座日產600 t 的雙膛窯和8 座日產200 t 的節能環保豎窯。雙膛窯利用30~60 mm中塊石灰石為原料、以煤粉為燃料生產優質高活性石灰(活性度大于300 mL)。節能環保豎窯利用60~120 mm 粗塊石灰石為原料、以20~40 mm 細粒煤為燃料生產的中等活性化工石灰, 主要用于生產氫氧化鈣、輕鈣系列化工產品和冶金輕燒白云石灰。同時建設兩類石灰窯,可從原料石灰石、燃煤類型、應用領域、生產成本等方面充分利用兩種窯的優點,規避兩種窯的缺點,做到原料綜合利用、產品優勢互補、燃煤粗細合理利用。
2.3 減排CO2、循環利用廢水的輕鈣系列產品和氫氧化鈣產品
循環經濟和低碳經濟是大型碳酸鈣礦山資源充分綜合利用的核心思想。該項目計劃年生產17 萬t輕鈣系列產品(含普通輕鈣10 萬t/a、活性輕鈣5 萬t/a和納米碳酸鈣2 萬t/a),這樣既豐富了產品結構,又提高了產品的附加值, 更重要的是利用輕鈣系列產品生產過程吸收了部分石灰窯氣中的CO2, 達到了減排CO2的目的。
輕鈣系列產品生產過程產生的大量堿性廢水,可用作石灰窯酸性窯氣(含SO2)的除塵劑和脫硫劑。由于輕鈣生產過程產生的廢水有了穩定的去向, 這樣既有利于提高輕鈣產品質量,又有利于節約窯氣除塵和脫硫成本。因此,輕鈣系列產品生產過程不僅有效地減排了CO2,其工業廢水也實現了循環利用。
本項目中氫氧化鈣采用二級干法消化生產工藝,耗水較少,對水質要求不高,可利用循環水,技術簡單,附加值較高,而且包裝、儲存、運輸方便??傊?,輕鈣系列產品、氫氧化鈣等4 個產品都是以豎窯化工石灰為原料,實現資源共享;各自產能可以根據市場需求變化進行靈活調節, 而總產能可保持穩定,使公司效益實現最大化。
2.4 充分綜合利用石灰石資源和白云石資源
該項目中石灰石是優質的高鈣、低鎂石灰石。經粗破和篩分后得到了塊度分別為6~12、3~6 cm 和小于3cm這3 種塊度的礦石, 分別用于豎窯煅燒原料、雙膛窯煅燒原料和重鈣粉研磨原料。避免了單一的傳統豎窯中石灰石塊度相差懸殊造成的過燒和輕燒并存的局面, 避免了單一雙膛窯或回轉窯對石灰石資源的利用率不高或過度破碎等弊端。
重鈣粉項目則是對細粒石灰石資源進行了充分綜合利用。該項目中白云石是優質的低鐵、低硅白云石。首先進行破碎,得到的3~6cm的中塊白云石料用于豎窯煅燒,生產輕燒白云石灰用于煉鋼工業;而小于3cm的白云石細粒則進一步粉碎, 得到122~180 μm的低鐵白云石微粉,用于顯像管、太陽能玻璃等特種玻璃行業,實現了對白云石資源的充分利用。
2.5 廢物利用的頁巖琉璃瓦
該項目中開采的頁巖本是石灰石開采過程的“廢料”, 通常用于路基填料。將頁巖用于生產琉璃瓦,實現了“變廢為寶”,并且制坯過程中用水是石灰窯氣凈化后循環水,降低了生產成本??梢?,本項目礦山全身是寶,礦山開采中的3 種礦物石灰石、白云石和頁巖都得到了充分利用, 該項目不設置固體廢料堆場。
2.6 水循環梯級利用核心工藝
水循環梯級利用核心工藝圖見圖2。圖2 中, 清潔水從輕鈣系列產品的工藝用水→一級循環(輕鈣)→窯氣凈化→二級循環(窯氣凈化)→氫氧化鈣和琉璃瓦制坯工藝用水,除了生活用水、干燥蒸發、洗氣蒸發、產品帶走等造成水分流失之外, 經過梯級循環工藝后幾乎所有的工業廢水都實現了循環使用。
廢水處理過程產生的殘渣主要成分是硫酸鈣,可就近外賣給水泥廠; 輕鈣系列產品生產過程產生的堿性廢渣可用作建材,該項目所有工業固體廢渣都實現了有效利用??梢姡?該項目中除了廢氣低碳、低成本排放之外,沒有任何工業廢水、工業廢渣排放,較好地實現了清潔生產、變廢為寶,真正實現了礦物資源綜合利用及循環經濟。
圖2 水循環梯級利用核心工藝圖
3 結論
1)大型碳酸鈣礦山的核心工藝需要開發不同等級的多種鈣化工系列產品, 各產品產能的設置要遵循“金字塔”的原則;設置的各產品間可互相補充、靈活調節,才能提高市場適應性和抗風險能力,才能實現企業經濟效益最大化。
2)大型碳酸鈣礦山核心工藝之一是需要同時建設雙膛窯或回轉窯等高端石灰窯和節能環保豎窯,以分別生產高活性的冶金石灰和中等活性的化工石灰,以分別適應于鋼鐵冶金和化工生產的需要。兩類窯可優勢互補、揚長避短,做到原料綜合利用、燃煤粗細合理利用。
3)大型碳酸鈣礦山核心工藝之二是冶金石灰與化工石灰的聯合生產工藝和廢水梯級循環工藝,使石灰窯氣實現低碳、低成本和達標排放,并且使輕鈣生產中的工業廢水得到循環利用。
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