轻质系列碳酸钙关键技术

　　本书以纳米碳酸钙的生产过程为主线，以普通沉淀碳酸钙和活性沉淀碳酸钙的生产过程为辅线，以普通工业沉淀碳酸钙化工行业标准为指南，从生产角度阐述了轻质系列碳酸钙原料生产、生石灰生产、石灰乳生产、干法氢氧化钙生产、碳酸钙晶形控制、粒径大小控制、产品增白技术、沉降体积控制技术、游离碱控制技术、碳化与表面改性、脱水和干燥等生产过程的关键技术，以及大型碳酸钙生产企业资源综合利用和废水梯级循环利用关键技术、高浓度CO2生产纳米碳酸钙关键技术等。系统介绍了纳米碳酸钙生产过程的主要设备与自动控制技术。本书可供碳酸钙生产企业的工程技术人员、分析检验人员、大专院校和科研院所的研究人员阅读，也可供轻质系列碳酸钙用户参考。

　　颜鑫，株洲市湖南化工职业技术学院化工系，广东连州市伟信硅灰石有限公司总工程师，广东连州市裕丰钙业科技有限公司技术总监，湖南桃江矿山化工有限责任公司技术顾问，黑龙江省牡丹江恒都钙品有限公司技术总监，教授，1990年毕业于湘潭大学化学系化学专业，获理学学士；1992年，湖南省资江氮肥厂脱产挂职煅练一年。2004年毕业于湘潭大学化工学院化学工程专业，获工学硕士学位；1996年被评为讲师，2001年被评为副教授，2008年晋升教授。主要研究方向：化工工艺与无机纳米粉体材料制备与改性研究。主要研究成果：申报发明专利两项，在化学工业出版社出版专著三部（共计106万字），主编出版石油与化学工业规划教材一部（48万字），公开发表专业论文三十多篇（中文核心期刊14篇、国家二级学术期刊8篇，CSCD核刊5篇），主持广东省－教育部产学研结合项目一项，主持横向课题多项。

1轻质碳酸钙工业概述1
1.1轻质碳酸钙工业历史和现状1
1.1.1世界轻质碳酸钙工业的发展历史和现状1
1.1.2中国轻质碳酸钙工业的发展历史和现状3
1.1.3中国纳米碳酸钙工业的发展历史和现状6
1.2碳酸钙的分类及其鉴别方法8
1.2.1碳酸钙工业的分类8
1.2.2按照是否进行表面处理分类9
1.2.3按其专门的用途分类9
1.2.4按照轻质碳酸钙的不同晶形和形貌分类10
1.2.5按粒径进行分类15
1.3轻质碳酸钙的主要技术指标15
1.3.1普通轻钙、活性轻钙、专用纳米钙的主要质量控制指标比较15
1.3.2轻质碳酸钙的主要技术指标分析比较16
1.4纳米碳酸钙与普通轻钙和活性轻钙的工艺比较20
1.4.1工艺流程图的比较20
1.4.2工艺条件的比较24
1.4.3纳米碳酸钙与普通轻钙的性能比较25
1.5轻质碳酸钙产品的物化性质26
1.5.1轻质碳酸钙产品的物理性质26
1.5.2轻质碳酸钙产品的主要化学性质27
1.6纳米碳酸钙产品的主要纳米特性29
1.6.1量子尺寸效应及其主要表现30
1.6.2表面效应的主要表现31
1.6.3小尺寸效应的主要表现32
1.6.4宏观量子隧道效应的主要表现35
2轻质（纳米）碳酸钙的关键生产技术36
2.1轻质(纳米)碳酸钙产品对生产原料的关键要求36
2.1.1对石灰石的关键要求36
2.1.2轻质(纳米)碳酸钙生产对燃料的关键要求39
2.1.3轻质(纳米)碳酸钙对生石灰的关键要求42
2.1.4轻质(纳米)碳酸钙对碳化气的关键要求42
2.1.5轻质(纳米)碳酸钙对工艺用水的关键要求43
2.2轻质(纳米)碳酸钙对生石灰生产的关键技术44
2.2.1石灰石的块度与煅烧时间、温度的关系44
2.2.2石灰石煅烧速率与温度关系45
2.2.3对固体燃料块度的要求47
2.2.4石灰石煅烧与风量的关系47
2.2.5轻烧石灰与过烧石灰49
2.2.6石灰窑的热效率与燃料配比50
2.2.7自动上料石灰窑的自动控制系统50
2.2.8石灰活性与原生碳酸钙的关系51
2.2.9石灰石煅烧质量控制关键技术51
2.2.10石灰立窑的操作规程52
2.2.11石灰立窑常见故障及其处理技术54
2.3消化的关键技术55
2.3.1石灰消化的基本原理与工艺流程55
2.3.2石灰乳制备及精制的关键技术56
2.3.3石灰乳波美度与质量百分浓度的关系57
2.3.4熟浆波美度与质量百分浓度的关系59
2.3.5消化过程工艺条件的优化59
2.3.6精浆陈化的关键技术62
2.3.7干法氢氧化钙生产的关键技术63
2.4碳化过程的关键技术64
2.4.1结晶导向的关键技术64
2.4.2分散的关键技术67
2.4.3碳化过程质量控制的关键技术69
2.4.4碳化工艺控制的关键技术74
2.4.5熟浆陈化的关键技术78
2.5表面改性的关键技术79
2.5.1表面活化改性的必要性79
2.5.2碳酸钙分子的结构模型80
2.5.3活性碳酸钙的结构模型示意图81
2.5.4活化机理探讨84
2.5.5常用的表面活性剂和改性方法85
2.5.6表面活性剂的选择原则93
2.5.7碳酸钙的表面处理工艺95
2.5.8纳米碳酸钙表面改性新技术101
2.5.9国内表面活化改性技术的现状及存在问题104
2.5.10我国纳米碳酸钙表面改性技术的发展方向106
2.6脱水与干燥关键技术108
2.6.1纳米碳酸钙脱水关键技术108
2.6.2纳米碳酸钙干燥关键技术108
2.7轻质(纳米)碳酸钙生产过程常见质量问题及处理关键技术119
2.7.1浆液(熟浆)质量百分浓度与波美度的关系处理不当119
2.7.2轻质碳酸钙生产碱度偏高的原因及控制措施121
2.7.3PCC白度控制及化学增白关键技术123
2.7.4轻钙生产过程降镁关键技术124
2.7.5沉降体积大小的控制关键技术125
2.7.6粒度大小控制技术126
2.8大型碳酸钙企业资源综合利用共性与关键技术127
2.8.1钙化工系列产品的金字塔规划127
2.8.2大型碳酸钙矿山资源综合利用核心工艺128
2.8.3石灰煅烧燃料选择与原煤处理核心工艺流程132
2.8.4大型碳酸钙企业废水梯级循环利用及零排放新工艺133
2.9高浓度CO2生产纳米碳酸钙的关键技术138
2.9.1高浓度CO2生产纳米碳酸钙的有利条件分析138
2.9.2高浓度二氧化碳联产纳米碳酸钙的工艺流程142
2.9.3高浓度CO2生产纳米碳酸钙的生产技术特点142
2.10纳米碳酸钙、普通轻钙、砖胚联合生产绿色新工艺143
2.10.1纳米碳酸钙生产过程中的三废数量144
2.10.2纳米碳酸钙、普通轻钙、砖胚联合生产绿色新工艺146
3生产轻质(纳米)碳酸钙的主要设备149
3.1石灰石原料准备工段的主要设备149
3.1.1石灰石原料的特点149
3.1.2石灰石的矿石开采149
3.1.3石灰石选矿与加工的生产流程150
3.1.4选矿与加工设备151
3.2石灰窑及其附属设备154
3.2.1石灰窑的选择154
3.2.2主要附属设备156
3.2.3窑气净化系统工艺及主要设备157
3.2.4直线振动筛160
3.2.5THG型高效斗式提升机161
3.3消化机的选择161
3.3.1轻质(纳米)碳酸钙生产对消化机的基本要求162
3.3.2箱式消化机的结构特点162
3.3.3回转式后排消化机163
3.3.4消化机的自动控制164
3.4浆液精制设备166
3.4.1初级分离设备166
3.4.2多级旋液分离器167
3.5鼓泡碳化塔及窑气压缩设备的选择168
3.5.1鼓泡碳化塔的选择168
3.5.2空压机和罗茨鼓风机的选择169
3.5.3制冷机的选择170
3.6增浓脱水及设备的选择172
3.6.1斜板增浓器172
3.6.2固液分离设备173
3.7干燥设备的选择176
3.7.1轻钙专用导热油加热滚筒连续干燥机176
3.7.2盘式连续干燥器179
3.7.3旋转闪蒸干燥器180
3.7.4链(带)式干燥器181
3.7.5桨叶式干燥机182
3.7.6LXG型螺旋输送机183
3.8干法改性设备183
3.8.1CM型连续式粉体复合改性机的结构特点184
3.8.2CM型连续式粉体复合改性机的特点184
3.8.3CM型连续式粉体复合改性机的工作原理184
3.9解聚筛分及包装设备186
3.9.1QS160型气流筛分机186
3.9.2自动定量包装机的工作原理187
4三级连续加压鼓泡碳化新工艺189
4.1三级连续加压鼓泡碳化法的局部流程、说明及其分析189
4.1.1工艺流程说明189
4.1.2工艺流程特点分析190
4.1.3三级连续鼓泡碳化新工艺的优势与不足194
4.2三级连续加压鼓泡碳化法的理论基础195
4.2.1碳化反应是气液固\\[Ca(OH)2(s)\\]固\\[CaCO3(s)\\]四相反应体系195
4.2.2连续鼓泡碳化塔为拟平推流反应器195
4.2.3碳化过程的化学反应机理196
4.2.4碳化过程的传质模型四膜模型199
4.3连续鼓泡碳化法的工艺流程205
4.4碳化反应过程工艺条件分析205
4.4.1碳化反应温度对产品晶形和粒径的影响205
4.4.2浆液浓度对产品晶形和粒径的影响206
4.4.3CO2气体的浓度对产品晶形和粒径的影响208
4.4.4碳化气体流量对产品平均粒径和反应时间的影响209
4.4.5晶形导向剂的加入时间对碳酸钙晶形和粒径的影响209
4.4.6搅拌速度对碳酸钙晶形和粒径大小的影响211
4.5连续鼓泡碳化过程物料衡算212
4.5.1消化过程的物料衡算212
4.5.2石灰乳的配制213
4.5.3碳化过程的物料衡算213
4.5.4活性剂的物料衡算214
4.5.5碳化后处理工序的物料衡算214
4.5.6主要物料衡算表215
4.6连续鼓泡碳化新工艺的热量衡算215
4.6.1连续消化机的热量衡算215
4.6.2副产蒸汽的连续消化罐的热量衡算216
4.6.3碳化塔的热量衡算218
4.6.4带式串闪蒸二级干燥系统的热量衡算219
5轻质(纳米)碳酸钙联合生产新工艺222
5.1中小型氮肥厂联产轻质（纳米）碳酸钙关键技术222
5.1.1中型氮肥厂联产轻质（纳米）碳酸钙可行性分析222
5.1.2中型氮肥厂联产轻质（纳米）碳酸钙碳化过程的化学反应机理及分析223
5.1.3碳化过程的终点判断224
5.1.4尿素生产过程的未反应气对碳化反应速率和产品质量的影响225
5.1.5中型氮肥厂联产纳米碳酸钙的新工艺流程及流程分析225
5.1.6小氮肥厂联产轻质碳酸钙新工艺228
5.1.7氮肥厂联产纳米碳酸钙的应用前景231
5.2电石渣联产轻质(纳米)碳酸钙的关键技术231
5.2.1电石渣的应用研究综述232
5.2.2用电石渣制备轻质(纳米)碳酸钙的基本原理233
5.2.3电石渣联产轻质(纳米)碳酸钙工艺流程234
5.2.4电石渣生产轻质(纳米)碳酸钙工艺流程235
5.2.5电石渣联产轻质(纳米)碳酸钙的应用前景236
5.3硝酸厂联产轻质(纳米)碳酸钙关键技术236
5.3.1硝酸厂联产轻质(纳米)碳酸钙的可行性和有利条件236
5.3.2“三联产绿色新工艺”流程238
5.3.3硝酸厂联产纳米碳酸钙的效益分析239
5.4纯碱厂联产轻质(纳米)碳酸钙241
5.4.1联碱厂联产轻质(纳米)碳酸钙的可行性与优势242
5.4.2“四联产绿色新工艺”流程与特点242
5.4.3“四联产绿色工艺”的效益分析244
5.5纸厂锅炉尾气联产造纸专用PCC新工艺246
5.5.1纸厂锅炉尾气联产造纸专用PCC新工艺246
5.5.2纸厂锅炉尾气联产造纸专用PCC关键技术247
5.5.3纸厂锅炉尾气联产造纸专用PCC新工艺经济效益分析248
5.6高档卷烟纸专用PCC生产关键技术249
5.6.1高档卷烟纸专用PCC平均粒径及粒度分布控制技术250
5.6.2高档卷烟纸专用PCC的沉降体积控制技术252
5.6.3游离碱控制技术256
5.7卤水净化工艺中PCC回收质量控制关键技术256
5.7.1目前石灰烟道气卤水净化工艺的缺陷257
5.7.2卤水净化工艺中PCC回收质量控制关键技术257
6轻质(纳米)碳酸钙生产过程检验与分析关键技术261
6.1初级原料检验与分析关键技术261
6.1.1石灰石分析关键技术261
6.1.2煤焦分析关键技术265
6.1.3水分析关键技术268
6.2二级原料检验与分析关键技术274
6.2.1生石灰质量检验与分析关键技术274
6.2.2碳化气各组分检验与分析关键技术274
6.3中间产品检验与分析关键技术284
6.3.1石灰乳检验与分析关键技术284
6.3.2碳化过程中碳酸钙悬乳液碳化度的测定286
6.3.3碳酸钙滤饼及干燥过程中水分的测定286
6.4纳米碳酸钙产品质量的检验与分析关键技术287
6.4.1纳米碳酸钙产品质量的国家标准287
6.4.2纳米碳酸钙产品应用性能指标的检验与分析关键技术287
6.5分析检验仪器一览292
7轻质(纳米)碳酸钙应用关键技术293
7.1轻质(纳米)碳酸钙在塑料工业中应用的关键技术293
7.1.1轻质(纳米)碳酸钙填料在塑料中的重要作用293
7.1.2轻质(纳米)碳酸钙在塑料中填充的关键技术295
7.1.3塑料母料关键技术296
7.1.4轻质(纳米)碳酸钙在塑料工业中应用的前景299
7.2轻质(纳米)碳酸钙填充在橡胶制品中的关键技术300
7.2.1轻质(纳米)碳酸钙在橡胶中的填充作用300
7.2.2轻质(纳米)碳酸钙在橡胶中填充的关键技术300
7.2.3轻质(纳米)碳酸钙在橡胶工业中的应用前景301
7.3轻质(纳米)碳酸钙在胶黏剂、密封胶工业中应用的关键技术301
7.3.1轻质(纳米)碳酸钙用在胶黏剂、密封胶中的作用301
7.3.2胶黏剂、密封胶中对纳米碳酸钙的几个关键技术要求302
7.3.3轻质(纳米)碳酸钙在胶黏剂、密封胶工业中应用的前景303
7.4轻质(纳米)碳酸钙在涂料工业中应用的关键技术304
7.4.1轻质(纳米)碳酸钙填充在涂料中的作用304
7.4.2轻质(纳米)碳酸钙在涂料工业中应用的关键技术304
7.4.3轻质(纳米)碳酸钙在涂料工业中应用的前景305
7.5轻质(纳米)碳酸钙在造纸工业中应用的关键技术305
7.5.1轻质(纳米)碳酸钙在纸张中的重要作用305
7.5.2轻质(纳米)碳酸钙在造纸工业应用的关键技术306
7.5.3轻质(纳米)碳酸钙在造纸工业的应用前景309
7.5.4风头正劲的“石头纸”生产技术310
7.6纳米碳酸钙在油墨工业中应用的关键技术314
7.6.1纳米碳酸钙在油墨工业中的重要作用314
7.6.2油墨工业对纳米碳酸钙的个性化要求314
7.6.3影响纳米碳酸钙在油墨中应用的关键技术315
7.6.4纳米碳酸钙在油墨工业中的应用前景316
7.7轻质(纳米)碳酸钙在保健食品、饲料工业、医药工业与日化应用的关键技术316
7.8在针状硅灰石晶体表面纳米修饰应用的技术317
7.8.1硅灰石针状纤维表面纳米化修饰及改性工艺流程318
7.8.2产品性能测试319
7.8.3硅灰石针状纤维表面纳米化修饰及改性产品应用的前景326
8纳米碳酸钙安全生产与环境保护关键技术327
8.1纳米碳酸钙安全生产关键技术327
8.1.1工艺过程安全生产关键技术327
8.1.2碳酸钙生产的化工单元安全技术330
8.2碳酸钙生产的环境保护关键技术334
8.2.1碳酸钙生产中的粉尘及其治理334
8.2.2碳酸钙生产中的废水及其治理338
8.2.3碳酸钙生产中的废渣及其治理339
9轻质系列碳酸钙生产技术的未来展望341
9.1我国轻质系列碳酸钙工业存在的主要问题341
9.1.1结构与规模问题341
9.1.2体制与技术问题342
9.1.3工艺和工程设计问题342
9.1.4企业管理与人员素质问题343
9.2碳酸钙依然是朝阳工业343
9.2.1从发达国家来看碳酸钙行业343
9.2.2从中国的角度来看碳酸钙行业发展前景345
9.3纳米碳酸钙生产技术的发展展望346
9.3.1管理要科学化、系统化346
9.3.2设备要现代化、精密化347
9.3.3人员要知识化、专业化349
9.3.4产品要系列化、精细化349
9.3.5活化技术复合化350
9.3.6干燥工序组合化350
9.3.7系统工程化351
9.3.8应用研究与基础理论研究要双管齐下351
附录一碳酸钙生产常用数据353
1. CO2在水中的溶解度(101.3kPa)353
2.氢氧化钙在水中的溶解度353
3.碳酸钙在15℃水中的溶解度354
4. Ca(OH)2和CaCO3的密度与质量分数对照(25℃)354
5.常用液体的重要物理性质(20℃,101.3kPa)354
6.目数与粒度(微米)对照表(美国标准)355
7.常用筛网规格型号(平织)355
8.常用筛网(材料为304或316)规格型号(斜织)355
9.干空气的物理性质(101.3kPa)356
10.常用气体的重要物理性质(101.3kPa)356
附录二普通工业沉淀碳酸钙化工行业标准(HG/T2226—2010)358
附录三工业活性沉淀碳酸钙化工行业标准(HG/T 2567—2006)370
附录四纳米碳酸钙国家标准(GB/T 19590—2011)378
参考文献385