(完整版)8000t_a輕質(zhì)碳酸鈣的工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

1、本科畢業(yè)論文( 科研訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì))題目： 8000ta 輕質(zhì)碳酸鈣的工藝設(shè)計(jì)姓名：張衛(wèi)麗學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院系：化學(xué)工程與生物工程系專業(yè)：化學(xué)工程與工藝年級：03 級學(xué)號：10000ta 輕質(zhì)碳酸鈣的工藝設(shè)計(jì) 摘要 本文主要介紹了國內(nèi)外碳酸鈣生產(chǎn)，發(fā)展和研究方向的最新內(nèi)容。介紹了輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品在各種日用化工中的應(yīng)用。詳細(xì)闡述了碳化法制備輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)原理，生產(chǎn)方法，工藝指標(biāo)，操作要求，采用的主要設(shè)備及其三廢治理等。 關(guān)鍵詞 沉淀碳酸鈣碳化法工藝流程設(shè)備布置The design of 10000ta Ultrafine Calcium Carbonate technicsAbstractThe

2、textintroducesthelatest contentsaboutthe production,developmentand theresearchofUltrafineCalcium Carbonate. It also introduces the daily chemicalapplicationofUltrafineCalciumCarbonateproducts.Paticularly It expatiates the principle of production,methodsofproduction,technicstargetaim,andrequestionsof

3、work,main equipments, waste manage and soon.KeywordsUltrafineCalciumCarbonatecarbonizationtechnic flow equipments collocation目錄第一章總論 .1.1概述 .1.2文獻(xiàn)綜述 .1.3設(shè)計(jì)依據(jù) .1.4.產(chǎn)品主要來源、規(guī)格，水電汽（氣）等供應(yīng)方式.第二章生產(chǎn)流程和生產(chǎn)方案的確定.2.1輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)方法 .2.2碳化法流程簡圖： .第三章生產(chǎn)流程簡述.3.1 煅燒 . .3.2 消化精制與碳化 .3.3 窯氣凈化 . .3.4 過濾干燥 . .3.5 后續(xù)加工 . .第四章

4、工藝計(jì)算 .4.1計(jì)算基準(zhǔn)： .4.2煅燒工段物料衡算 .4.3消化工段物料衡算 .4.4凈化系統(tǒng)物料衡算 .4.5碳化過程物料衡算 .4.6碳酸鈣漿液后處理物料衡算 .第五章主要設(shè)備的工藝計(jì)算和選型.5.1燃料、礦石料倉設(shè)計(jì)計(jì)算 .5.2石灰窯設(shè)計(jì)計(jì)算： .5.3石灰料倉設(shè)計(jì)計(jì)算： .5.4消化設(shè)備設(shè)計(jì)選型： .5.5粗漿槽設(shè)計(jì)計(jì)算： .5.6石灰乳初調(diào)槽設(shè)計(jì)計(jì)算： .5.7旋液分離器設(shè)計(jì)選型： .5.8碳化塔設(shè)計(jì)計(jì)算： .5.9碳酸鈣漿液池設(shè)計(jì)計(jì)算： .5.10過濾設(shè)備選型計(jì)算： .5.11碳酸鈣料倉設(shè)計(jì)計(jì)算： .5.12 設(shè)備一覽表 .第六章原材料、動力消耗定額及消耗量.第七章環(huán)境保護(hù)

5、.7.1氣體的治理與應(yīng)用 .7.2廢渣的處理與應(yīng)用 .7.3廢水處理與應(yīng)用 .7.4粉塵處理與回收 .第八章勞動安全與工業(yè)衛(wèi)生.8.1勞動安全 .8.2工業(yè)衛(wèi)生 .設(shè)計(jì)體會和收獲.致 謝 . 參考文獻(xiàn) .附件 .A. 手繪 10000TA沉淀碳酸鈣工藝流程圖. .B. 設(shè)備一覽表 .C.翻譯英文文獻(xiàn)：中文；原文. .D.帶控制點(diǎn)的工藝流程圖. .E. 工廠平面與車間設(shè)備平面布置圖.第一章總論1.1 概述本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是年產(chǎn)10000 噸輕質(zhì)碳酸鈣工藝設(shè)計(jì)，輕質(zhì)碳酸鈣是以石灰石為原料，經(jīng)煅燒、消化、碳化、分離、干燥分級制取的產(chǎn)品，通常以PCC表示。1.1.1輕質(zhì)碳酸鈣的主要用途輕質(zhì)碳酸鈣是用量最

6、大，使用范圍最廣的一種無機(jī)填充劑（又稱無機(jī)填料），主要應(yīng)用于橡膠、塑料、建材、紙張、涂料、油漆、醫(yī)藥、食品、飼料、牙膏、化妝品、油墨等的生產(chǎn)、加工和應(yīng)用中。輕質(zhì)碳酸鈣最主要的作用就是增加產(chǎn)品的體積，降低生產(chǎn)成本。碳酸鈣的應(yīng)用范圍：（1） 碳酸鈣在紙張中的應(yīng)用在紙張中添加適量的碳酸鈣，可以保證紙張具有一定的強(qiáng)度和白度，同時降低成本。碳酸鈣還在銅版紙的涂料中作白色顏料，并在紙張中起一些特殊作用，如在郵票中，因?yàn)猷]票加工中需要打孔，紙張的添料要求柔軟，這就需要特殊的碳酸鈣，這種碳酸鈣約為纖維的40%。（ 2） 碳酸鈣在涂料中的應(yīng)用在涂料中，碳酸鈣用作填料，起骨架作用，所以在涂料工業(yè)中，碳酸鈣被稱為體

7、質(zhì)顏料。由于碳酸鈣價格便宜，顆粒細(xì)，能在涂料中均勻分散，所以碳酸鈣在涂料中也是用量較大的添料。在油性涂料中，碳酸鈣的填入可以增強(qiáng)底漆對基層表面的沉積性和滲透性，可以在厚漆中使涂料增稠和加厚，起填充和補(bǔ)平作用，在罩面漆中是理想的消光填料，在金屬防銹涂料中是體制顏料，還有一點(diǎn)防銹作用。在水性涂料中，由于碳酸鈣為白色，且親水、價格便宜，因此獲得大量的應(yīng)用。另外，隨著碳酸鈣工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了不少專用涂料碳酸鈣，在涂料中達(dá)到高光澤、不沉降、易分散等特性。（ 3） 碳酸鈣在塑料中的應(yīng)用碳酸鈣也是塑料工業(yè)中使用較早、用量較大的填充劑。碳酸鈣廣泛的填充在聚氯乙烯（ PVC）、聚乙烯（ PE）、聚丙烯（ PP

8、）、丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物（ ABS）等樹脂中，以增加塑料（制品）的體積，節(jié)約昂貴的樹脂，降低產(chǎn)品成本。碳酸鈣的添加在塑料中起到一定的骨架作用，對塑料的尺寸穩(wěn)定有很大作用。在塑料（特別是軟質(zhì)聚氯乙烯）中，塑料的硬度隨碳酸鈣配入量的增加而增大，塑料的伸長率又隨其硬度的增加而降低，因此碳酸鈣的加入可以調(diào)節(jié)塑料的硬度和剛性。加入碳酸鈣還可以改善塑料的加工性能、提高塑料的耐熱性、改進(jìn)塑料的散光性，并可使塑料具有絕緣、阻燃等特殊性能。（ 4） 碳酸鈣在橡膠中的作用碳酸鈣是橡膠工業(yè)中使用最早、用量最大的填充劑。碳酸鈣大量的填充在橡膠制品之中，可以增加產(chǎn)品的體積，從而節(jié)約昂貴的天然橡膠或合成橡

9、膠，達(dá)到降低成本的目的。碳酸鈣不僅可以與橡膠成任意比例混煉，而且可以和其他助劑一起混入橡膠中進(jìn)行混煉，并且碳酸鈣的添加比例的變化不會影響橡膠的硫化體系，所以在橡膠制品中加入適量的碳酸鈣可以改進(jìn)橡膠的加工性能。近年隨著活性碳酸鈣、超細(xì)碳酸鈣等的發(fā)展，碳酸鈣在起填充作用的同時，還可以改進(jìn)硫化橡膠的性能，起補(bǔ)強(qiáng)或半補(bǔ)強(qiáng)的作用。另外，碳酸鈣還在橡膠加工中發(fā)揮一些特殊作用，例如，在硫化橡膠中碳酸鈣可以調(diào)節(jié)硬度；在乳膠、膠漿中，碳酸鈣（特別是活性碳酸鈣）的添加可以調(diào)節(jié)粘度；在半透明或透明制品中添加超細(xì)碳酸鈣可以達(dá)到透明或半透明效果等。（5） 碳酸鈣在粘結(jié)劑、密封劑中的作用碳酸鈣廣泛用于粘結(jié)劑和密封劑中作填

10、料。粘結(jié)劑和密封劑應(yīng)用范圍很廣，從住宅建筑嵌縫水泥到地毯背膠，從瓷磚嵌縫到玻璃幕強(qiáng)密封膠，所以各種碳酸鈣都可用于其中，各國的建住房時不一，所以材料不同，在美國FGCC作為填料用于粘結(jié)劑和密封劑年消費(fèi)量大約為200 萬噸，其中最大市場是嵌縫水泥，占總消費(fèi)量的45%，其次是地毯背膠，占30%，密封劑和其他粘結(jié)劑占 25%。一般 FGCC價格低一些，用于大量的嵌縫，而高性能的 PCC用于密封劑。（ 6） 碳酸鈣在化學(xué)建材中的作用隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了一種新型復(fù)合材料鈣塑材料，這種材料是在少量的聚烯烴樹脂中添加大量的碳酸鈣填充劑和適量的其他添加劑制成，可用作建筑材料，所以又稱為化學(xué)建材。由于

11、它可以廣泛的代替鋼材和木材，所以在當(dāng)今世界中化學(xué)建材與鋼材、木材和水泥并列，統(tǒng)稱為“四大材”?；瘜W(xué)建材以碳酸鈣為主要成分，一般用量在 30%90%范圍內(nèi)，最大可達(dá)到 95%。因此，碳酸鈣在化學(xué)建材市場中占有極重要的地位。（ 7） 碳酸鈣在醫(yī)藥、食品、飼料、牙膏、化妝品、油墨等中的應(yīng)用碳酸鈣是制藥工業(yè)中培養(yǎng)基的重要組成部分之一，其作用除了提供金屬鈣外，還對穩(wěn)定發(fā)酵培養(yǎng)過程中 pH值變化發(fā)揮緩沖作用，所以碳酸鈣成為制藥工業(yè)微生物發(fā)酵的緩沖劑。在藥品的片劑中，碳酸鈣一般可作為填料，在止酸片中則起一定的藥效。碳酸鈣可作為食品添加劑。在食品中添加少量的碳酸鈣，通常不超過 2%，以保證人體所必須的鈣的攝入

12、。 在某些食品中，如口香糖、巧克力等，碳酸鈣作強(qiáng)化劑，即降低成本，又作為基質(zhì)材料。碳酸鈣還是飼料的添加劑，作為牲畜家禽體內(nèi)鈣質(zhì)的主要來源，促進(jìn)牲畜家禽的健康成長。在牙膏中，碳酸鈣作為摩擦劑使用，一般填充量大于40%。在化妝品中，較細(xì)的優(yōu)質(zhì)碳酸鈣也作為填充劑。碳酸鈣還用于印刷油墨、油灰、封蠟、膠粘劑中，大多是起增加體積和降低成本的填充作用。1.1.2輕質(zhì)碳酸鈣市場前景及價格分析目前國內(nèi)橡膠行業(yè)是輕質(zhì)碳酸鈣的最大用戶，其用量占輕質(zhì)碳酸鈣總產(chǎn)量的40% 左右。預(yù)計(jì)明年輕質(zhì)碳酸鈣在橡膠行業(yè)用量的增長率約10%。涂料、建筑等行業(yè)輕質(zhì)碳酸鈣的用量占其總產(chǎn)量的 30%左右。由于國家一直在大力實(shí)施安居工程，建

13、筑業(yè)明年將有較大幅度增長，預(yù)計(jì)該行業(yè)消費(fèi)輕質(zhì)碳酸鈣將增長14% 左右。國內(nèi)塑料市場中，輕質(zhì)碳酸鈣用量占輕質(zhì)碳酸鈣總產(chǎn)量的 15% 左右。油墨、牙膏等行業(yè)輕質(zhì)碳酸鈣的用量占其總產(chǎn)量 10%左右。造紙工業(yè)是國內(nèi)碳酸鈣最具開發(fā)潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。目前我國造紙用輕質(zhì)碳酸鈣用量占輕質(zhì)碳酸鈣總產(chǎn)量的 5%。在沿海地區(qū)，許多新建、擴(kuò)建的大中型中外造紙企業(yè)已采用中性工藝，與之配套的新增輕質(zhì)碳酸鈣年需求量超過 35 萬噸。隨著這些行業(yè)的發(fā)展，輕質(zhì)碳酸鈣用量將穩(wěn)定增長，市場前景樂觀。近年來，英國、西班牙、日本等國的碳酸鈣生產(chǎn)商紛紛看好我國市場，在廣東、江蘇、安徽、浙江等省相繼建起一些年產(chǎn) 2050kt 超細(xì)碳酸鈣的獨(dú)

14、資或合資企業(yè)，目前英國瓷土公司已在安徽建設(shè)了 20kta 的造紙用超細(xì)碳酸鈣生產(chǎn)廠，并準(zhǔn)備在寧波再建 1 套 50kta 的生產(chǎn)裝置。瑞士的有關(guān)公司也派專家來我國考察碳酸鈣原料礦的情況，探討與我國合作的可能性。我國碳酸鈣市場對國外公司的吸引力由此可見一斑，同時也顯示了超細(xì)碳酸鈣在我國有著廣闊的發(fā)展前景。目前我國市場普通輕質(zhì)碳酸鈣的價格為500650 元 t ，活性輕質(zhì)碳酸鈣為8001200 元 t ，油墨用超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣為18002000 元 t 。輕質(zhì)碳酸鈣的價格比同一細(xì)度的重質(zhì)碳酸鈣高一倍以上。1.2 文獻(xiàn)綜述1.2.1碳酸鈣的定義碳酸鈣是一種無機(jī)化合物，是石灰?guī)r石（簡稱石灰石）的主要成分

15、，其分子式為CaCO3，相對分子質(zhì)量為 100.09 。其中氧化鈣（ CaO）占 56.03%，二氧化碳（ CO2）占 43.97%。1.2.2碳酸鈣產(chǎn)品分類1. 按生產(chǎn)方法分類根據(jù)碳酸鈣生產(chǎn)方法的不同，可以將碳酸鈣分為輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣和活性碳酸鈣。（1）輕質(zhì)碳酸鈣又稱沉淀碳酸鈣，簡陳輕鈣，是將石灰石等原料煅燒生成石灰（主要成分為氧化鈣）和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳（主要成分為氫氧化鈣），然后再通過二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀，最后經(jīng)脫水、干燥和粉碎而制得。或者先用碳酸鈉和氧化鈣進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，然后經(jīng)脫水、干燥和粉碎而制得。由于輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積（2.4 2.

16、8mLg）比重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積（1.1 1.4mLg）大，所以稱之為輕質(zhì)碳酸鈣。（2）重質(zhì)碳酸鈣 簡陳重鈣，是機(jī)械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白堊、貝殼等而制得。由于重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積比輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積小，所以稱之為重質(zhì)碳酸鈣。（3）活性碳酸鈣 又稱改性碳酸鈣、表面處理碳酸鈣、膠質(zhì)碳酸鈣或白艷華，簡稱活鈣，是用表面改性劑對輕質(zhì)碳酸鈣或重質(zhì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性而制得。由于經(jīng)表面改性劑改性后的碳酸鈣一般都具有補(bǔ)強(qiáng)作用，即所謂的“活性” ，所以習(xí)慣上把改性碳酸鈣都稱為活性碳酸鈣。2. 按粉體粒徑分類碳酸鈣產(chǎn)品是一種粉體，根據(jù)碳酸鈣粉體平均粒徑（d）的大小，可以將碳酸鈣分為微粒碳酸鈣（d

17、5m）、微粉碳酸鈣（ 1md5m）、微細(xì)碳酸鈣（ 0.1 md1m）、超細(xì)碳酸鈣（ 0.02 md0.1 m）和超微細(xì)碳酸鈣（ d0.02 m）。（ 1）輕質(zhì)碳酸鈣的粉體特點(diǎn)a顆粒形狀規(guī)則，可視為單分散粉體，但可以是多種形態(tài)，如紡錘形、立方形、針形、鏈形、球形、片形和四角柱形。這些不同形狀的碳酸鈣可由控制反應(yīng)條件制得。b粒度分布較窄。c粒徑小，平均粒徑一般為13m。要確定輕質(zhì)碳酸鈣的平均粒徑，可用三軸粒徑中的短軸粒徑作為表觀粒徑，再取中位粒徑作為平均粒徑。以后除說明外，平均粒徑，即指平均短軸粒徑。（ 2）重質(zhì)碳酸鈣的粉體特點(diǎn)a顆粒形狀不規(guī)則，是多分散粉體。b粒徑分布較寬。c粒徑大，平均粒徑一般

18、為510m。要確定重質(zhì)碳酸鈣的平均粒徑，需要測定粒徑分布函數(shù)和諸如顆粒沉降速度或比表面積之類的粉體現(xiàn)象函數(shù)。作為一種簡便的方法是在電子顯微鏡照片上測量顆粒投影的長度和寬度，計(jì)算幾何平均粒徑作為表觀粒徑，再取中位粒徑作為平均粒徑。（ 3）活性碳酸鈣的平均粒徑取為表面改性前輕質(zhì)碳酸鈣或重質(zhì)碳酸鈣的平均粒徑。3. 按微觀排列分類根據(jù)組成碳酸鈣的原子和離子的排列是否有規(guī)律， 可以將碳酸鈣分為晶體碳酸鈣和非晶體碳酸鈣。其中，根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)不同，可將晶體碳酸鈣分為方解石形碳酸鈣、霰石（又稱文石）形碳酸鈣、球霰石形碳酸鈣。4. 按結(jié)晶形狀分類據(jù)碳酸鈣結(jié)晶形狀的不同， 可將輕質(zhì)碳酸鈣分為紡錘形碳酸鈣、立方形碳酸

19、鈣、針形碳酸鈣、鏈形碳酸鈣、球形碳酸鈣、片形碳酸鈣和四角柱形碳酸鈣。這些不同晶形的碳酸鈣可由控制反應(yīng)條件制得。重質(zhì)碳酸鈣則為不規(guī)則形碳酸鈣?；钚蕴妓徕}的形狀一般為表面鈣性前輕質(zhì)碳酸鈣或重質(zhì)碳酸鈣的形狀。（ 1）紡錘體碳酸鈣 紡錘體是輕質(zhì)碳酸鈣中最常見的一種晶形。顧名思義，紡錘體碳酸鈣的形狀像紡錘，其平均長軸粒徑為 512m，平均短軸粒徑為 13m。控制一定的反應(yīng)條件，也可以得到平均短軸粒徑為0.1 1.0 m 的小紡錘形碳酸鈣。（ 2）立體形碳酸鈣晶形呈小立方狀，平均粒徑為0.02 0.1 m。（ 3）針形碳酸鈣晶形呈針狀，平均粒徑為 0.01 0.1 m，平均長短軸粒徑之比為510。（ 4）

20、鏈形碳酸鈣晶形呈鏈鎖狀，平均粒徑為0.01 0.1 m，平均長短軸粒徑之比為 550。（ 5）球形碳酸鈣 晶形呈球狀，通常由碳酸鹽與鈣鹽在濃堿性溶液中經(jīng)低溫反應(yīng)制得。平均粒徑為0.03 0.5 m。（ 6）片形碳酸鈣 晶形呈片狀，平均粒徑為 13m。（ 7）四角柱形碳酸鈣 晶形呈四角柱狀，平均粒徑為 25 m。（ 8）不規(guī)則形碳酸鈣 用機(jī)械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白堊、貝殼等而制得的重質(zhì)碳酸鈣的形狀都是不規(guī)則的，其顆粒大小差異較大，而且顆粒有一定的棱角。1.2.3碳酸鈣的性質(zhì)1. 物理性質(zhì)（1）密度：各種碳酸鈣的同質(zhì)異構(gòu)體的密度不同。密度平均值：方解石為 2.710gcm3 ，霰石為

21、 2.929gcm3 ，球霰石為2.650gcm3。（2）硬度：方解石的莫氏硬度為3，霰石約為 3.5 4。（3）強(qiáng)度：只可測出方解石根據(jù)直徑d（mm）不同，經(jīng)多大力 P（kgf ，1kgf=9.8N ）就被壓碎。直徑在0.1 2mm之間時關(guān)系為 P=0.95d+0.091d 2 。（4）分解溫度：在常溫下，方解石的分解溫度為898，霰石的分解溫度為825，球霰石則在溫度升到分解溫度之前已轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐?，所以球霰石的分解溫度不存在。?）熔點(diǎn)：在較大的壓力范圍內(nèi)，方解石在溫度升到熔點(diǎn)之前已分解為氧化鈣和二氧化碳，所以在較大的壓力范圍內(nèi)，方解石的熔點(diǎn)不存在。當(dāng)壓力為10.4MPa 時，方解石的熔點(diǎn)

22、為1339。由于霰石在高溫高壓下會轉(zhuǎn)變成方解石，所以霰石的熔點(diǎn)不存在。球霰石是不穩(wěn)定型，其熔點(diǎn)也不存在。（6）濃度積、溶解度和pH 值：各種碳酸鈣的同質(zhì)異構(gòu)體的濃度積是相同的。在25時，碳酸鈣在水中的濃度積為8.710-9 。碳酸鈣在冷水 （25）和熱水（100）中的溶解度 （100克水中溶解克數(shù)）分別為0.0014 和 0.0020 。在常溫下，碳酸鈣水溶液的 pH 值為 9.5 10.2 。水中如溶解有二氧化碳，則碳酸鈣的溶解度會增大。在常溫下，被空氣飽和的水中，碳酸鈣水溶液的 pH 值為 8.0 8.6 。（7）熱膨脹系數(shù)：方解石的熱膨脹系數(shù)取決于測量時的方向。在常溫下，平行于 c 軸的

23、熱膨脹系數(shù)約為 2.5 10-6 。C-1 ，垂直于 c 軸方向的熱膨脹系數(shù)約為 510-6 。C-1 ，而垂直于菱面體晶格面的熱膨脹系數(shù)約為 1110-6 。C-1 。在常溫下。霰石在晶軸 a、b、c 方向的熱膨脹系數(shù) aa、ab 和 ac 約為分別約為 10 10-6 -1 、 1610-6 -1 、和 3210-6 -1 。（8）比熱容：方解石和霰石在普通溫度和較高溫度下的熱溶差別不大，在1200以內(nèi)的平均定壓比熱容Cp=0.825+0.000762T kJ （kgK）。（9）熱導(dǎo)率：方解石的熱導(dǎo)率與測量時的溫度和方向有關(guān)，方解石的熱導(dǎo)率無論是平行于 c 軸還是垂直于 c 軸都隨溫度的升

24、高而減小，而且平行于 c 軸方向的導(dǎo)熱系數(shù)比垂直于 c 軸方向的熱導(dǎo)率大。（10）反射率：方解石的反射率取決于所用光的波長。從235nm開始，隨著波長的縮短， 反射率逐漸增加， 到 170nm以下，則迅速增加。 約從波長 187nm開始，有 11%14%的入射光波被反射回。（11）折射率：當(dāng)光在方解石中傳播時，被分成兩種波，即尋常光線和非常光線。其中尋常光線的傳播速度與折射方向無關(guān)，而非常光線的傳播速度則隨折射方向而異。因而有尋常光線折射率 n0 和非常光線折射率ne 之分。兩種折射率的差（n0-n-e）機(jī)為衡量雙折射的尺度。（12）介電常數(shù)：方解石的介電常數(shù)取決于頻率以及與光軸所呈的方向。

25、在常溫下，平行于 c 軸方向的介電常數(shù)為 7.5 8.8 ，垂直于 c 軸方向的介電常數(shù)為 8.5 8.8 。霰石的介電常數(shù)與方向的關(guān)系更為突出。在常溫下，霰石在晶軸 a、b 和 c 方向的介電常數(shù) a、b 和c 分別約為9.5 、7.3 和 6.5 。（13）電導(dǎo)率：方解石的電導(dǎo)率與測量時的溫度和方向有關(guān)，方解石的電導(dǎo)率無論是平行于 c 軸還是垂直于 c 軸都隨溫度的升高而增大，而且平行于 c 軸方向的電導(dǎo)率比垂直于 c 軸方向的電導(dǎo)率大。（14）顏色：天然方解石的最純形式冰洲方解石是無色透明的，而其他形式的方解石（如白堊）通常呈白色。霰石則通常呈白色或黃白色。2. 化學(xué)性質(zhì)（1）在常壓下加

26、熱到898（方解石）或825（霰石）時，碳酸鈣將分解成氧化鈣（CaO）和二氧化碳（ CO2）：CaCO3=CaO+CO2（2）碳酸鈣幾乎與所有的強(qiáng)酸發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的鈣鹽，同時放出二氧化碳。如：CaCO3+2HCl=CO+CaCl2+H2 O（3）碳酸鈣在含二氧化碳的水中的溶解度比在無二氧化碳的水中高得多，這是因?yàn)檫@是碳酸鈣生成了比較易溶的碳酸氫鈣（ Ca（HCO3）2）:CaCO3+ H2O+ CO2=Ca（HCO3）2（4）碳酸鈣可以形成6 個水的水合物CaCO3 6H2O，可以通過往單蔗糖鈣溶液中通入CO2而制得。普通碳酸鈣則不形成水合物。（5）除酸以外，許多腐蝕性物質(zhì)都不能腐蝕或只能

27、緩慢的腐蝕碳酸鈣。1.2.4沉淀碳酸鈣的生產(chǎn)原理本節(jié)以碳化法生產(chǎn)沉淀碳酸鈣為主要介紹沉淀碳酸鈣的生產(chǎn)原理。碳化法生產(chǎn)沉淀碳酸鈣的原理主要有以下幾步反應(yīng)：（1）石灰石的煅燒沉淀碳酸鈣的生產(chǎn)，首先是石灰石經(jīng)高溫煅燒分解生成氧化鈣（生石灰）和二氧化碳。石灰石在石灰窯中的分解主要決定于溫度，一般空氣中含有少量二氧化碳，其含量為空氣體積的 0.03%，在大氣壓力下，二氧化碳的分壓為 29.43Pa，而當(dāng)碳酸鈣加熱到 530，其表面分解所產(chǎn)生的二氧化碳也正好為29.43Pa，可以認(rèn)為高于530碳酸鈣就開始分解，由于其表面二氧化碳的分解壓大于空氣中二氧化碳的分解壓，所以石灰石表面的二氧化碳就向空氣中擴(kuò)散。此

28、過程雖在進(jìn)行，但其速率卻很小。當(dāng)溫度達(dá)到 850時，其表面分解放出的二氧化碳分壓為 4.91 104Pa，可明顯地看出分解的進(jìn)行。當(dāng)溫度上升到接近910（1183K）時，碳酸鈣表面二氧化碳分壓達(dá)到9.81 104Pa，分解則急劇進(jìn)行，二氧化碳會騰涌而出，其反應(yīng)方程式如下：CaCO3=CaO+CO2H0由于石灰石中含有一定量的碳酸鎂，在高溫下它也有類似的反應(yīng)。與碳酸鈣相比，碳酸鎂的分解溫度較低，約為540，其反應(yīng)式為：MgCO3=MgO+CO2H0以上兩個反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，焓變大于零，需要由燃料的燃燒來提供必要的能量。為了使反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，根據(jù)化學(xué)平衡的原理，一方面應(yīng)加熱，另一方面應(yīng)將分解出的二氧

29、化碳?xì)怏w迅速移走。另外，石灰石中還含有少量其他化合物，如氧化鋁（Al 2O3）、氧化鐵（ Fe2O3）、二氧化硅（ SiO2）等，在高溫下可以與氧化鈣進(jìn)行反應(yīng)。X CaO+Al2OX CaOAl O323Y CaO+Fe2O3Y CaOFe2O3Z CaO+SiO2Z CaO SiO2上式的反應(yīng)產(chǎn)物按不同的成分組合，可以形成一系列的低熔點(diǎn)物質(zhì)，在高溫下引起窯體結(jié)瘤，影響正常的生產(chǎn)。尤其是主要成分為二氧化硅的泥沙很容易生成玻璃狀的熔體覆蓋在石灰塊的表面，降低石灰的消化性能。而氧化鋁含量高時，在石灰消化過程中會形成一種粘性大的膏體，以致堵塞化灰機(jī)的篩網(wǎng)。這些氧化物的存在要消耗CaO，影響生石灰的得

30、率。為了保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，必須對入窯石灰石進(jìn)行沖洗和雜質(zhì)剔除。在燃燒過程中，碳燃燒成二氧化碳：C+O2 CO2燃料中的硫則燃燒后生成了二氧化硫酸性氣體：S+O2 SO2這些燃燒產(chǎn)物都會進(jìn)入窯氣中，前者可以增加窯氣的二氧化碳的含量，而后者將對窯氣凈化設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕。（ 2）生石灰的消化將石灰窯所得的生石灰，即氧化鈣（CaO），加水消化，產(chǎn)生消石灰，即氫氧化鈣（Ca(HO)2），其反應(yīng)如下：CaO+H2OCa(OH)2H0生石灰中所含的氧化鎂也有類似的反應(yīng)MgO+H2OMg(OH)2H0以上兩個反應(yīng)為放熱反應(yīng)，生成兩種堿， 其中氫氧化鈣為強(qiáng)堿，而氫氧化鎂為中強(qiáng)的堿。氫氧化鈣在水中的溶解度較氫氧

31、化鎂大，如在 20水中的溶解度，Mg(OH)2 為 510-4 molL，Ca(OH)2為 6.9 10-3 molL。由于鈣、鎂離子性質(zhì)相近，且都難溶于水，因此石灰乳中不易將氫氧化鎂除去。為了獲得顆粒度細(xì)、分散度高的石灰乳，消化反應(yīng)最好在較高溫度下進(jìn)行。（3）窯氣的凈化降溫石灰窯氣分解出的二氧化碳隨同窯氣一起排出，由于窯氣中含有硫的氧化物、炭粒粉塵和焦油，同時窯氣溫度較高，所以窯氣需要凈化、降溫。凈化降溫采用水洗滌方式。在洗滌過程中，吸收了二氧化硫氣體，同時也損失了一部分二氧化碳?xì)怏w。CO2 +H2O=H2SO4CO2+H2O=H2CO3CO2與水的反應(yīng)一般在常溫常壓下很難進(jìn)行，只有在壓力下

32、才能部分反應(yīng)。CO2損失的部分是由于它在水中的溶解所引起的，CO2在水中的溶解度較大， 在常壓下 100 單位體積的水所能溶解CO2的單位體積如下：當(dāng)0oC 時為 171；15oC 時為 100；42oC 時為 50，它隨著溫度的升高而降低。二氧化硫在水中的溶解度也同樣隨著溫度上升而降低， 100 克水在 10oC 時能溶解 16.21 克SO2，而 40oC時僅能溶解 5.14 克，10oC為 40OC時的三倍。對于凈化過程用水量以及最終窯氣溫度應(yīng)有所限制，用水量應(yīng)考慮能盡量除去二氧化碳，且窯氣溫度在30-40 度范圍內(nèi)，這樣既可以除去二氧化硫氣體，又可以使粉塵得以洗滌去除，損失的二氧化硫一

33、般為用水量的0.67-0.52倍（體積比）。洗滌的目的還為了使含塵量降低到50 毫克米 3 以下 , 以保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn), 實(shí)際上這個限制一般不易達(dá)到 , 目前洗滌后的窯氣含塵量一般在 100 毫克米 3 左右。（4）消石灰的碳（酸）化氫氧化鈣與二氧化碳在碳化塔內(nèi)反應(yīng)，生成碳酸鈣，其反應(yīng)為：Ca(OH)2+CO2CaCO3 +H2OH0另一類似的反應(yīng)為：Mg(OH)2+CO2MgCO3+H20H0以上前兩式為放熱反應(yīng)，實(shí)際上碳化反應(yīng)首先是溶解在水中的那部分氫氧化鈣先與二氧化碳反應(yīng)，然后固相迅速補(bǔ)充到液相中使反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行下去。故氫氧化鈣活性越大，對碳化反應(yīng)越有利。對碳化反應(yīng)而言，無疑壓力高，

34、二氧化碳的分壓高，使反應(yīng)向生成沉淀的方向進(jìn)行，對反應(yīng)有利。窯氣的壓力可以通過壓縮機(jī)來增壓，但窯氣中的二氧化碳濃度一般是取決于石灰窯的類型，不同的石灰窯產(chǎn)生的窯氣質(zhì)量不同，鐵殼立窯的窯氣二氧化碳含量高，而簡易窯的二氧化碳含量低。碳化溫度一般控制在5565oC，此時，所得到的產(chǎn)品一般為紡錘體的形狀， 其顆粒直徑在 0.5 5m，但由于它們粒子之間的相互吸引，顆粒一般呈聚集狀態(tài)。碳酸鈣后處理的離心脫水干燥粉碎篩分等均系物理過程，后處理所采用的設(shè)備對碳酸鈣的物理性質(zhì)有一定的影響。1.2.5沉淀碳酸鈣生產(chǎn)方法及新工藝試驗(yàn)概況目前，國內(nèi)輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)廠家大都采用碳化法工藝，碳化法主要工藝過程為：將石灰石和

35、無煙煤從石灰窯頂加入石灰窯內(nèi)與空氣進(jìn)行煅燒，從石灰窯底部出來的石灰與熱水進(jìn)消化機(jī)進(jìn)行消化反應(yīng)，得到的石灰乳精制后送入碳化塔中與窯氣進(jìn)行碳化反應(yīng)。從石灰窯頂部出來的窯氣經(jīng)換熱、除塵凈化、壓縮后進(jìn)入碳化塔與精灰乳進(jìn)行碳化反應(yīng)生產(chǎn)碳酸鈣沉淀。從碳化塔出來的碳酸鈣懸浮液通過重力沉降增濃后經(jīng)脫水、干燥和粉碎便制得輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。碳化法是生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣比較成熟的一種工藝，其主要設(shè)備包括石灰石煅燒設(shè)備、碳化設(shè)備、脫水設(shè)備和干燥設(shè)備，目前國內(nèi)針對這些設(shè)備的改進(jìn)試驗(yàn)進(jìn)展如下：1. 石灰石煅燒設(shè)備（1）中國新式石灰普通立窯 現(xiàn)正在推廣的“中國新式石灰普通立窯”與舊式普通立窯相比，其窯形結(jié)構(gòu)上主要特點(diǎn) : 一是采用

36、曲線錐形窯形（舊式窯形常采用直筒形、矮壇形、截圓錐形等）；二是窯的上部設(shè)置窯口環(huán)形煙道和煙囪聯(lián)合排煙，下部采用軸流式通風(fēng)機(jī)送風(fēng)的“上抽下送”的通風(fēng)排煙方式；三是采用傘型爐柵（舊式窯采用平爐柵）。這種窯型是兩個大小不同的正截圓錐形和一個曲線錐形，中間夾一個直筒形所構(gòu)成，其中預(yù)熱帶為一正截圓面積，煅燒帶為正截錐形加另外半個直筒形。（2）旋流動態(tài)煅燒設(shè)備 生產(chǎn)實(shí)踐表明，旋流動態(tài)煅燒設(shè)備的各種參數(shù)穩(wěn)定易控，反應(yīng)速度快，精度高。采用自動煅燒機(jī)具有自動配風(fēng)、自動點(diǎn)火及燃燒充分等多項(xiàng)功能，能保證爐內(nèi)氣氛干凈。耐火材料采用高級不定形耐火澆注料搗實(shí)成型后燒結(jié)而成，能保證高溫條件下表面不剝落，產(chǎn)品無污染。2. 碳

37、化設(shè)備輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)過程對產(chǎn)品晶形、粒徑、堿度等起決定作用的是碳化工序，其設(shè)備選型至關(guān)重要。目前碳化工序設(shè)備絕大多數(shù)廠選用間歇鼓泡式碳化塔，使用壓縮機(jī)的生產(chǎn)廠碳化塔直徑多為 1.2m，還有 1.4m、1.6m，高在 10m以上；使用羅茨風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)廠碳化塔直徑一般在3.0m 左右，高為 57m；其次采用河北科技大學(xué)化工設(shè)計(jì)研究所“雙噴新工藝生產(chǎn)超細(xì)碳酸鈣”技術(shù)的企業(yè)，碳化工序采用三級連續(xù)噴霧碳化塔，其直徑為1.4m、1.6m，高 10m 以上。前二者投資小，操作方便，但氣、液接觸表面積小， 碳化不均勻，時間長，產(chǎn)品平均粒徑510m；后者接觸表面積大，碳化比較均勻，時間短，產(chǎn)品平均粒徑在0.040

38、.08 m。為了提高碳化效率，生產(chǎn)超細(xì)或超微細(xì)碳酸鈣產(chǎn)品，在原碳化塔內(nèi)部或外部加冷凍裝置，降低碳化反應(yīng)溫度，保持低溫下碳化反應(yīng)，這是目前國內(nèi)外碳酸鈣企業(yè)廣泛采用的形式之一?，F(xiàn)就目前國內(nèi)正在研究、中試、生產(chǎn)采用的幾種設(shè)備簡介如下 :（1）噴射碳化器窯氣通過除塵降溫后，經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)送入噴射碳化器中，石灰乳用漿液泵送入噴射碳化器中，在碳化器狹窄的喉管處，窯氣與石灰乳高度分散，相互剪切混合，因而具有很大的氣液接觸面積。氣液沿長長的反應(yīng)管，流入石灰乳液池，實(shí)現(xiàn)充分反應(yīng)。該設(shè)備投資少，碳化器投資為原碳化塔的 50%；設(shè)備簡單，維修方便；碳化效率高，能耗低，可節(jié)省電耗 30%；產(chǎn)品粒度細(xì)，比表面積大，

39、提高了產(chǎn)品質(zhì)量。該設(shè)備由中南工業(yè)大學(xué)滿瑞林等研究并進(jìn)行中試。（2）垂直篩板碳化塔 垂直篩板碳化塔是由河北科技大學(xué)化工設(shè)計(jì)研究所設(shè)計(jì)。該設(shè)備高效、低耗，碳化效率高，體積小。3. 脫水設(shè)備目前輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)中脫水絕大多數(shù)企業(yè)采用上懸式離心機(jī)，該設(shè)備生產(chǎn)能力大，下卸料，操作簡單、適用。為進(jìn)一步提高分離效率，降低水分含量，唐山化工機(jī)械廠最近推出XR1000A微機(jī)控制調(diào)速上懸式離心機(jī)，經(jīng)使用證明相同裝機(jī)容量、相同操作周期時，濾餅水分可降低 13%。生產(chǎn)超細(xì)或超微細(xì)碳酸鈣，脫水一般選用板框過濾機(jī)，根據(jù)多年來生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用增強(qiáng)聚乙烯雙隔膜箱式壓濾機(jī)防腐、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、可靠、操作方便; 由于采用壓榨

40、技術(shù)使濾餅水分降低10%15%，節(jié)煤節(jié)電效果明顯。4. 干燥設(shè)備全國碳酸鈣企業(yè)萬噸級以上生產(chǎn)廠絕大多數(shù)使用回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，單臺設(shè)備可達(dá)1013kta 。小型廠大多數(shù)采用炕式干燥，其優(yōu)點(diǎn)是投資小，電耗低 ; 但產(chǎn)品質(zhì)量不易保證， 操作環(huán)境惡劣等。近年來生產(chǎn)超細(xì)碳酸鈣廠采用噴霧干燥機(jī)、旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)、氣流干燥機(jī)等全動態(tài)干燥設(shè)備，省去篩分等工序，自動化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量好，可達(dá)到清潔生產(chǎn)。1.2.6碳酸鈣研究的發(fā)展趨勢橡膠、塑料、造紙、涂料工業(yè)及復(fù)合材料中，根據(jù)填充的基質(zhì)及應(yīng)用性能不同，對碳酸鈣的性能要求也越來越高。1. 碳酸鈣的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化目前已有紡錘形、立方形、針形、球形、鏈鎖形、片狀及非晶態(tài)沉淀碳酸鈣

41、，同時其晶體結(jié)構(gòu)也從方解石型向文石型發(fā)展，由于后者具有更好的分散性。碳酸鈣的形狀及晶型不同，性能也不同，其用途也就不同。2. 碳酸鈣粒徑微細(xì)化粒子微細(xì)化是工業(yè)碳酸鈣的主要發(fā)展方向之一。碳酸鈣產(chǎn)品粒徑越小，粉體表面積越大，與被填充物的總界面作用力相應(yīng)增大，其補(bǔ)強(qiáng)效果就更好，從而提高碳酸鈣的應(yīng)用價值。3. 碳酸鈣粒子的表面處理普通碳酸鈣作為填料與有機(jī)高聚物并用時存在的主要缺點(diǎn)是碳酸鈣表面親水疏油。在有機(jī)高聚物中分散性差。碳酸鈣對有機(jī)高聚合物不能吸收，因而幾乎沒有補(bǔ)強(qiáng)性，還會導(dǎo)致某些性能降低。碳酸鈣粉末表面處理為碳酸鈣的應(yīng)用注入了新的活力。經(jīng)過表面處理的改性技術(shù)是各國競相開發(fā)的又一熱點(diǎn)，每年都有新的碳酸鈣表面處理技術(shù)專利。1.2.7沉淀碳酸鈣生產(chǎn)方法目前沉淀碳酸鈣生產(chǎn)方法主要有以下幾種方法：碳化