1、 前言
納米碳酸鈣是上世紀80 年代發展起來的一種新型功能材料,其粒徑介于1~100nm,由于其粒子晶體結構和表面電子結構發生很大的變化,產生普通碳酸鈣所不具備的體積效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應。與普通產品相比, 納米碳酸鈣在補強勝、透明性、分散性、觸變性等方面都顯示出明顯的優勢,與其他材料微觀之間的結合,情況也會發生變化,從而引起宏觀性能的變化, 是目前能夠達到工業化生產和廣泛應用的納米填充材料之一,廣泛應用于橡膠、塑料、造紙、油墨、膠粘劑、涂料等工業領域, 市場前景十分廣闊。
2、項目建設的必要性
本項目以電石渣和煙道氣為主要原料生產納米級碳酸鈣, 屬于利廢治廢綜合利用項目。電石渣為盛華公司電石法PVC 樹脂產生的廢渣,本項目的生產每年可消化電石渣4 萬余噸, 部分解決了公司電石渣堆放問題。煙道氣為電廠煙道排出的廢氣,每年減少二氧化碳徘放量5 余萬噸,為改善,周邊的大氣環境,實現節能減排起到很大作用。
該項目主要原料均為廢物, 而產品則高度精細化, 故該項目非常符合當前國家大力倡導的節能減排、變廢為寶、可持續發展的循環經濟理念,極具推廣和示范意義, 為電石廢渣提供了一條全新的高附加值利用途徑,既解決了電石法PVC 生產企業的電石渣環保瓶頸問題,同時又生產出性能優異、高附加值的納米級碳酸鈣,該項目具有巨大社會效益、環境效益和經濟效益。
3、生產工藝
3.1 生產原理
采用電石法生產PVC 樹脂產生大量的電石廢渣以及自備火力發電廠產生的煙道氣二氧化碳( 濃度為10一13 % ), 通過一定的凈化處理, 加壓到0.4-0.5MPa, 生產輕質碳酸鈣或納米碳酸鈣。以減少電石渣和二氧化碳的排放。
3 2 納米碳酸鈣生產工藝路線:
根據電石渣的特點,采用合適的凈化工藝,控制氫氧化鈣溶液的濃度,加入粒度和晶型控制劑,來自發電廠的煙道氣凈化后, 經壓縮,與氫氧化鈣進行碳化反應,控制合適條件下進行反應, 可以制得不同粒度的納米碳酸鈣產品。
本工藝采用非冷凍法生產工藝, 具有節能、碳化設備可與專用鈣、活性鈣碳化塔相同,采用新型碳化塔碳化過程,石灰乳均不用降溫,可省去冷凍系統。
具體過程:電石渣通過干燥、鍛燒、消化、過濾、調整濃度后,加入一定量助劑( 晶型控制劑等),調勻后打入碳化塔,同塔底進入經過經過凈化、壓縮的煙道氣中二氧化碳進行反應,在助劑調節、控制下生成針形等納米級碳酸鈣,經活化處理,壓濾脫水,干燥烘干,粉碎分級、包裝制取納米級碳酸鈣。
4、技術關鍵及創新點
技術關鍵:
本工藝采用非冷凍法生產工藝,石灰乳均不用降溫, 可省去冷凍系統。利用電廠排出的煙道氣壓縮提洪二氧化碳,能節能減排,保護環境。
創新點:
(1) 在試驗裝置上制備出穩定的方解石型針狀( 晶須) 納米碳酸鈣,產品的粒度分布窄,比表面積大。
(2) 實現在較高石灰乳濃度(10%-12 %)、高碳化反應溫度( 35~75℃) 下制備納米碳酸鈣,不需冷凍裝置, 與現有納米碳酸鈣生產方法相比, 能耗大幅度降低;
(3) 利用煙過氣中的二氧化碳成分作為原料進行加壓碳化,既節約了外購二氧化碳的費用, 又大幅度減少了二氧化碳氣體的排放,實現了節能減排的目的。
(4) 煙道氣迫過加壓技術增加二氧化碳的濃度,采用特殊碳化塔和非冷凍技術進行碳化達到節約能源的目的, 添加特殊的表面處理劑使納米碳酸鈣晶型均勻。
5、產品質量指標及經濟指標
6、收益
7、安全及環境保護
該工藝過程無易燃易爆危險化學品,反應過程在常溫常壓下進行, 生產過程安全可靠。生產過程中廢水循環利用, 廢煙道氣通過收塵、脫硫后進入碳化池回收利用。有少量碳酸鈣、硫酸鈣等廢渣產生, 去建材廠做新型墻體材料。
8、結論
當前一些利用電石渣開發的產品, 價格比較低廉。電石渣經過一定得處理以后,可以用它來生產附加值比較高的輕質或納米碳酸鈣。而碳酸鈣或是工業上應用非常廣泛的一種填充劑和功能材料,若能將此大量的電石渣轉化為在無機鹽用量中居第四位的碳酸鈣產品不僅給企業帶來巨大的經濟效益, 同時發電廠煙道氣中的二氧化碳,減少溫室氣體的排放, 達到“以廢治廢”,變“三廢” 為資源, 而且減輕“三廢”治理的固定資產投入、降低“三廢” 治理費用, 因此本項目的實施做到社會環境效益和經濟效益的高度統一。
作者:王會昌李東霞( 河北盛華化工有限公司, 河北張家口, 075000 )
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