高比表面积氢氧化钙的生产及应用

1 高比表面积氢氧化钙简介

氢氧化钙（消石灰，熟石灰 hydrated lime）是指由生石灰和（受控）过量的水反应得到粉状产物，一般含游离水小于百分之一。
在350℃以下：CaO＋H2O Ca（OH）2＋276（Kcal/KgCaO）
上世纪八十年代，高比表面积氢氧化钙主要用于脱除废气中的酸性气体，显然，增加氢氧化钙的表面积有利于提高效率，因此，人们着手研究开发高比表面氢氧化钙。并广泛应用于医药、食品添加剂的合成，高技术生物材料HA的合成，饲料添加剂VC磷酸脂的合成，食品魔芋，钙剂合成及环烷酸钙，乳酸钙、柠檬酸钙、可乐的添加剂及其他高档有机化工的合成。
表面积表征方法：（1）BET法测比表面；（2）测总孔体积，孔尺寸分布；（3）测粒子大小及分布；（4）电镜观察粒子形态
高比表面积氢氧化钙的生产目前有两种方法：一是从石灰乳经干燥，研磨得到的氢氧化钙比表面可达30m2/g（简称湿法）；二是采用多种措施可获得高比表面氢氧化钙（简称干法），如：（1）用水、醇溶液消解；（2）蔗糖水溶液；（3）添加磺化木质素；（4）胺的衍生物等。
消解工艺参数也会影响表面积的大小，如水温高低、生石灰煅烧程度、生石灰进料颗粒大小、生石灰的比表面大小、物料在消解器中滞留时间及其最高温度等等，详见表1和表2。

表1 不同煅烧度对氢氧化钙比表面的影响

	SB（软烧石灰）	HB（硬烧石灰）
生石灰比表面（m2/g）	1.18	0.55
氢氧化钙比表面（m2/g）	24	14.6

表2 消解条件对氢氧化钙比表面的影响

消解条件	氢氧化钙比表面（m2/g）
加5℃的水	6.67
蔗糖溶液	37～46.3
醇溶液	36～45.6

                                                            

              图1a 高比表面氢氧化钙 图1b 低比表面氢氧化钙
            图1 不同比表面氢氧化钙的电子显微图

实际上，氢氧化钙的物理性质其中最有意义的是表面积，例如氢氧化钙的两个显微粒子，它们的形态不同，一个是三维颗粒见显微照片（图1b），另一个是薄膜状的二维粒子见显微照片（图1a），后者的表面积比之前者可大数倍，它的物化性质（化学活性、沉降速率、塑性、石灰乳产率等）随之有很大的不同。
2 高比表面积氢氧化钙的生产方法
2.1 干法生产高比表面积氢氧化钙
干法生产系将石灰同水或蒸汽按等摩尔比例相混进行消化反应（实际水的摩尔数略大于氧化钙摩尔数），然后进行风选分级，剔除杂质达到一定粒度要求后，包装待销。
目前国内一般用干法生产，其工艺流程见图2、图3。
                                                                     

                                   图2 干法生产高比表面积氧氧化钙工艺流程图
1.仓顶除尘器 2.原料仓 3.手动棒阀 4.皮带称 5.水箱 6.管道泵 7.流量计 8.预化器 9.熟化器 10.除尘器 11.风机 12.锁风阀 13.提升机 14.锁风阀 15.高效分离器 16.锁风阀 17.螺旋输送机 18.提升机 19.粗粉仓 20.仓顶除尘器 21.手动闸阀 22.收集器 23.风机 24.螺旋输送机 25.卸料阀 26.提升机 27.仓顶除尘器 28.成品仓 29.手动闸阀 30.包装机
                                                                        
                                              图3 三级消解器图解
a.水 b.生石灰 c.预消解器 d.消解器 e.蒸汽通往集尘器 f.末级消解器 g.消石灰
mixer paddles(混合器桨叶)

干法生产高比表面积氢氧化钙，是通过控制进料粒度，消解温度，物料停留时间，添加其它化学添加剂等手段来提高氢氧化钙的比表面积的。比表面积的变化见表1、表2。

2 湿法生产高比表面积氢氧化钙
湿法生产系将石灰同水的质量比例大于4的情况下进行消化反应，然后过滤除渣、脱水、烘干、分级。其反应完全，便于除杂，产品纯度高，质量优，但设备投资较大。
国外一般采用湿法生产。工艺流程如下：

                                                         

                                 图4 高比表面积氢氧化钙（湿法）工艺流程图

3 高比表面积氢氧化钙的应用
氢氧化钙的应用领域很广泛，不过要针对应用的场合，作出制备工艺相应的设计，也就是“量体裁衣”，生产“专用氢氧化钙”，以取得好的使用效果，如药用，就要高纯氢氧化钙（铅、砷、汞等有害重金属含量一定要达到药典指标）；又如脱酸性气体，用高比表面氢氧化钙以达到高效率等。
主要应用领域：
●环境保护（制造漂粉精、硬水软化剂、酸性水处理、污水处理、垃圾焚烧烟气脱硫、脱氯等。）
●化学品生产（诸多钙盐等）
●润滑油脂生产（高碱值磺酸钙等润滑油添加剂、钙基润滑脂等）
●食品、药用（乳酸钙等食品添加剂、医用氢氧化钙糊剂等、）
●其他应用
下面是年产1.5万吨湿法高比表面积氢氧化钙生产实施方案：
3.1 工艺及主要设备方案
本方案以石灰为原料（CaO≥90%；SiO2酸不溶物≤0.1%；粒度8～10㎜）采用湿法生产高比表面积氢氧化钙工艺及设备方案。优质石灰经螺旋槽式消化、振动筛、旋液分离器除渣后，固液分离、干燥、分级、包装制取粉状氢氧化钙产品。其工艺流程见图4，主要设备见表3。

表3 1.5万吨/年高比表面积氢氧化钙主要生产设备表

序号	设备名称	规格性能	数量	备注
1	环锤破碎机		1
2	斗式提升机		1
3	电磁振动给料机		1
4	料仓		1
5	双搅化灰机		1	不锈钢
6	出渣机		1
7	热水槽		1
8	振动筛		1	不锈钢
9	粗浆槽		2
10	粗浆泵		1	不锈钢
11	旋液分离器		2	不锈钢
12	旋液分离器		2	不锈钢
13	旋液分离器		2	不锈钢
14	旋液泵		2	不锈钢
15	渣液槽		1
16	渣液分离器		1	不锈钢
17	渣液泵		1
18	精浆槽		4
19	精浆泵		2	不锈钢
20	压滤机		2	橡塑
21	滤液槽		2
22	滤液泵		1
23	粉碎机		1	不锈钢
24	双螺旋干燥机		1	不锈钢
25	提升机		1	不锈钢
26	料仓		1	不锈钢
27	电子皮带秤		1
28	盘式干燥机		1	不锈钢
29	打散机		1	不锈钢
30	旋风分离器		1
31	袋滤器		1
32	包装机		1	不锈钢
33	引风机		1
34	排气管		1
35	冷凝液槽		1
36	冷凝液槽		1

说明：设备材质（1）全部为不锈钢；（2）从压滤以后全部为工程塑料

及不锈钢。

3.2 非工艺条件
（1）土建条件
主要建筑物见表4。

表4 主要建筑物一览表

序号	建筑物名称	长×宽×高 （m）	面积㎡	结构要求	备注
1	消化与精制	36×21×6	756
2	压滤、干燥与包装	36×21×6	756		全系统密封
3	产品库	18×18×6	324
4	办公楼		600
5	食堂宿舍门卫		600
	合计		3036

（2）供水量：4.0～5.0m3/h
（3）装机容量：约300kw
（4）蒸汽：0.4Mpa饱和蒸汽约4t/h。（或用天然气，150m3/h）
3.3 投资估算
详见表5。

表5 投资估算表

序号	名称	金额	比例	备注
1	生产设备	660万元
2	设备安装费	60万元
3	厂房	330万元		300㎡
4	分析仪器	100万元
5	其它辅助设施	370万元
6	设计费	50万元
7	不可预见费	50万元
8	固定资产合计	1620万元
9	流动资金	300万元
	总计	1920万元

3.4 经济分析
（1）消耗定额，详见表6。

表6 消耗定额

项目名称	规格	单位	数量
石灰	CaO≥90%	t	0.93
天然气	＞8000kal	m3	66.7
一次水		m3	3
电	380/220V	kw·h	100.0
包装袋		个	20

（2）人均工资及原辅料价格，详见表7。

表7 人均工资及原辅料价格

项目名称	单位	价格	税率
人均工资	元/年	18000	-
石灰	元/吨	280	17%
水	元/ m3	2.2	6%
电	元/kw·h	0.55	17%
天然气	元/ m3	2.2	17%

（3）1.5万吨医药食品级氢氧化钙成本效益测算
总项目投资：1620万元
生产成本：718元/吨
产品出厂价：2500元/吨
应缴增值税：103万元/年
税前利润：2206万元/年
税后利润：1478万元/年
投资回收期：1.82年
本项目生产工艺成熟，产品质量稳定。

                  

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