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重质碳酸钙湿法研磨生产工艺过程及发展发向

时间:2011-5-5 8:31:21 点击:2776

  核心提示:碳酸钙通常分为重质碳酸钙和轻质碳酸钙。重质碳酸钙又称研磨碳酸钙,简称重钙,是用物理加工方法制得的;轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙,简称轻钙,是用化学加工方法制得的。 重钙由于具有众多优点而广泛应用于许多领域,而重钙应用的真正价值是它的深加工产品,即超细、高纯、表面改性产品,因此,制备高附加值超细、高纯重钙...


    碳酸钙通常分为重质碳酸钙轻质碳酸钙。重质碳酸钙又称研磨碳酸钙,简称重钙,是用物理加工方法制得的;轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙,简称轻钙,是用化学加工方法制得的。

   重钙由于具有众多优点而广泛应用于许多领域,而重钙应用的真正价值是它的深加工产品,即超细、高纯、表面改性产品,因此,制备高附加值超细、高纯重钙产品具有很好的工业应用前景。

1. 重质碳酸钙的生产方法

重质碳酸钙的生产方法通常分为干法和湿法两种。干法生产的特点:1)投资较低,且能大量生产质量稳定的产品;2)可以针对不同的使用要求,灵活地控制生产条件,用较低的成本生产不同要求的产品;3)可以对产品进行表面改性处理,提高产品的使用性能。

   湿法生产是将采掘出来的天然碳酸钙经一次、二次粉碎和洗涤,精选后进入湿法研磨设备研磨,再与分散剂混合后二次研磨,经筛选沉淀后取得产品,其生产的特点:1)可大规模生产,成本低;2)产品质量参数可按产品要求进行调整;3)可以达到极细的粒度;4)产品运输困难,如将其干燥则投资和生产成本又提高,故湿法产品,宜就地生产就地使用。另外,干法适用于生产平均粒径大于3um的微细重钙,对于3um以下的粉体,在技术上可行,但成本过高,经济上不可行;而湿法研磨主要用于生产平均粒径小于2um、最大粒径小于10um的填料和涂布级重钙,多应用于造纸和高档涂料。因此,可以根据不同的需求采用不同的生产方法。

2. 湿法研磨重质碳酸钙的主要工艺流程

      湿法研磨重质碳酸钙的主要工艺流程有:

(1) 原矿→颚破→雷蒙磨→湿法搅拌磨或剥片机(间歇、多段或循环)→湿法分级机→过筛→干燥→活化→装袋(涂布级重钙)。该工艺流程中加入了湿法超细分级,可及时把合格的产品分出,提高了效率。湿法超细分级设备主要有小直径旋流器、卧式螺旋分级机和碟式分级机,分级后的矿浆浓度较稀,有时需要加沉淀池。该工艺经济指标好,但分级难操作,目前还没有非常有效的湿法超细分级设备。

(2) 原矿→颚破→雷蒙磨→湿法搅拌磨→过筛→干燥→活化→装袋(填料级重钙)。

(3) 原矿→颚破→雷蒙磨→湿法搅拌磨或剥片机(间歇、多段或循环)→过筛(造纸涂布级重钙浆料)。

湿法生产重钙根据所选用工艺的不同,可生产填料级和涂布级两种产品。填料级重钙一般经一次研磨就可达到产品的要求,涂布级重钙需对研磨后的料浆进行再次研磨。另外,湿法生产中,工艺控制相对复杂,应根据原材料、介质、研磨设备、产品用途等来选择合适的生产工艺。

3. 湿法研磨重质碳酸钙的研究现状

    要使湿法生产的造纸途布级重钙产品能够达到技术指标,我们必须对原材料、研磨设备、研磨助剂、研磨介质等众多关键影响因素进行选择。

    (1)原材料的选择。自然界中纯度较高、具备晶体形式、具有较高利用价值的碳酸钙结晶体主要有方解石、大理石和冰州石。目前国内重钙粉的原料都是来自碳酸盐岩经区域变质作用和热接触变质作用形成的,大理岩型方解石矿床和少数为热液脉状方解石矿床,可利用矿物为方解石。方解石以粒状和片状的晶型居多,光学性能也较优异,适用于高档场合,如造纸,尤其是片状方解石,俗称大方解石。实践证明,由于其片状、3个菱面体解理结构,使其具有高的白度和遮盖力,非常适用于高级白卡纸的填充和涂布,其矿源也相对较少,因此价格相对较高。相对而言,粒状方解石,俗称小方解,遮盖力则次之,而且更重要的是大方解的沉降速度较小方解慢,有利于纸浆的分散。

    (2)研磨设备的选择。上面已经提到,湿法研磨重钙的研磨设备主要有剥片机、搅拌磨机和砂磨机等,但无论选择哪种设备都必须保证重钙的纯度和白度不受污染,比如筒体内衬和磨盘或搅拌器采用聚氨酯、陶瓷或其他高分子耐磨材料制造,而且在高固含量、高黏度、小研磨介质的条件下磨机能够稳定运行。由长沙太冶研究院研制的大型立式湿法超细磨机是一种新型高效超细研磨设备,可用于非金属矿的湿法超细研磨,也是当前众多超细粉碎设备中能是利用率高、产品粒度细的一种设备,其结构简单,操作维修方便。磨机由传动部分(包括电机和减速机),筒体和组合型搅拌器组成。电机经减速机带动组合搅拌呖呖 充满一定磨矿介质(刚玉球、锆球或玻璃球)和被磨物料的筒体内中高速旋转,在研磨介质的重压力和搅拌器回转产生的离心挤压力下,利用摩擦、冲击和剪切而有效地粉磨物料。经过试验和生产实践验证,应用该超细研磨设备经过一段磨可生产出填料级和底涂料级(-2um>=60%-90%)造纸重钙产品,因此,该超细研磨设备具有很好的工业应用前景。另外,湿法研磨重钙应用比较多的研磨设备还有砂磨机,目前国内较先进的砂磨机是改良型MB300砂磨机,它的特点是磨机的输入功率直接作用于搅拌器,从而高速推动研磨介质来达到超细研磨的目的。利用搅拌器高速回转使研磨介质产生撞击和研磨的双重作用,有效地研磨物料并分散均匀。该超细研磨设备经过一级或二级研磨可达到填料级和底涂料级造纸重钙产品,经过三级研磨可达到面涂料级造纸重钙产品。

(3)研磨助剂的选择。研磨助剂对于粉体的湿法超细研磨是必不可少的。我们一般把研磨助剂分为助磨剂和分散剂,它们的作用机理并不相同。

    对于助磨剂的作用机理,根据现有的研究结果表明有两种具有代表性的学说:第一种是以列宾捷尔为首的“吸附降低硬度”学说,即助磨剂分子在颗粒上的吸附降低了颗粒的表面自由能,或者引起表面晶格的位错迁移,产生点缺陷或线缺陷,从而降价颗粒的强度和硬度,促进裂缝的生产和扩展,因而降低磨矿能耗,改善了磨矿效果;第二种是以克兰帕尔为首的“矿浆流变学调节”学说,认为助磨剂能够通过调节浆料的流动性,阻止颗粒之间、颗粒与研磨介质及衬板之间的团聚和粘附。

    在生产实践中,研磨助剂的作用主要表现在以下三个方面:1)改变浆料的流变学性质和颗粒表面电性,进而降低浆料的黏度,提高浆料的分散性,减少生产系统中管道和各进出口阻力,提高系统的稳定性;2)由于浆料黏度的降低,减少了介质运动阻力,同时提高了介质相对运动对浆料颗粒的冲击和研磨作用;3)助剂分子在新生颗粒表面的吸附,大大降低了微颗粒表面的不饱和表面能,因而防止了颗粒的团聚。针对湿法研磨超细重钙,研磨助剂一般采用分散剂,而且应尽量选用纯度高、稳定性好的聚羧酸或聚丙烯酸及其钠盐。

    4)研磨介质的选择。湿法研磨重钙原材料的硬度是莫氏硬度为2.6-3.0之间,因此,研磨介质必须有恰当的硬度和韧性。硬度太大,则对磨机筒体和搅拌器或磨盘磨损过大;而韧性不好,则研磨介质容易破碎。根据经验,研磨介质有的最佳硬度为物料的3倍。针对重钙,常用的研磨介质有刚玉球、锆球和玻璃珠等。对于研磨介质的尺寸,一般来说,尺寸小,接触点多,研磨效率就高,但过小的研磨介质会使浆料的小颗粒部分增多,而对于大的颗粒,小尺寸研磨介质又不能提供足够的动能破碎,赞成产品颗粒分布变宽,而且易于阻塞研磨介质和浆料的分离系统,因此,对于一定细度范围的产品,存在一个最佳的研磨介质直径,这在实践生产中已经得到了验证。对于多台磨机串联的情况,就随着各级进料颗粒的逐渐变小而选择相应小的研磨介质。

    5)部分工艺参数的最优化配置。如给矿粒度、磨机主轴转速、磨矿浓度、研磨介质与原材料质量比、研磨时间、分散剂及助磨剂的用量等等。

4.湿法研磨重质碳酸钙的发展

    我国的重钙应用目前还是初级产品,而重钙应用的真正价值是它的深加工产品,即超细、高纯、表面改性产品,而湿法生产的重钙产品纯度高、粒度细且均匀、粒形好、质量稳定,达到了产品深加工的目的,因此,湿法研磨重钙且有广泛的前景。

    目前,国际上超细重钙的生产及应用主要集中在美国、西欧、日本。从生产能力及消耗量来看,美国的超细重钙年生产能力及消费量均占各国之首,其次是西欧和日本,而我国年年来虽然也取得了令人鼓舞的成绩,但与美国、西欧、日本等国相比,还存在较大的差距。如我国厂家多、规模小、产品质量差;粗料径产品多,超细产品少;普通产品多,专用产品少;多数厂设备陈旧技术落后,自控水平差,产品质量不稳定;干法粗粉多,超细干法或湿法产品少,满足不了市场需求,造成花费大量外汇高价进口超细重钙等。因此,我国超细重钙的发展方向是:

    (1)生产规?;?,设备大型化,生产过程自动化和智能化,提高经济效率;

    (2)采用先进设备,提高研磨效果,降低能耗;

    (3)采用先进工艺流程,使各项工艺参数达到最优化配置,提高生产效率;

    (4)研发更有效的研磨助剂,更好地改善浆料的流变性,为造纸厂提供分散优良的重钙浆料;

    (5)建立卫星式供应系统,减少运输及后续处理而造成的损失

作者:onlyou 来源:沪南资讯网

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