[发明专利]一种对置式偶数喷嘴复合碳化生产纳米碳酸钙的装置及方法

说明书

本发明公开了一种对置式偶数喷嘴复合碳化生产纳米碳酸钙的装置，包括预碳化釜本体；预碳化釜本体的顶端设有清洗喷嘴，预碳化釜的底端设有晶种出口；预碳化釜内部设有碳化剂喷嘴和钙源喷嘴，且碳化剂喷嘴和钙源喷嘴以预碳化釜本体内部的中心呈中心对称。本发明提供的预碳化釜的独特结构关键在于可形成左右同平面、同轴、相向、对称的一对喷嘴，或左右前后分别同平面、同轴、相向、对称的两对喷嘴，每一对喷嘴分别喷入相同量的碳化剂和钙源，无需设置搅拌装置。对喷撞击极大强化了预碳化反应，可瞬间形成大量晶核，有效控制产品粒径大小，提高产品质量和生产效率，不设置搅拌装置明显降低了能耗，采用三级连续碳化工艺显著提高了二氧化碳的利用率。

技术领域

本发明涉及化工生产技术领域，具体的说涉及一种对置式偶数喷嘴复合碳化生产纳米碳酸钙的装置及方法。

背景技术

电石是一种重要的大宗化工产品，据统计，2021年我国电石生产总量为2825万吨。采用电石生产乙炔及下游化工产品，如PVC、维尼纶、石灰氮、双氰胺、氯丁橡胶、炭黑、聚氯乙烯、聚乙烯醇等产品时会排放大量的电石废渣。1吨电石和水反应产生的湿电石浆约为6吨，折合成干电石渣为1.2吨左右，2021年全国附产干电石渣达3390万吨之多。电石渣的主要成份为：氢氧化钙含量85-90％，是高碱性物质，pH值可达12.5，同时还含有氧化硅，氧化铝，少量的碳酸钙、三氧化二铁、氧化镁、二氧化钛、碳渣、硫化钙等杂质。电石渣浆的含水量大、碱性高，且流量大，是污水管网的重点污染源，故电石渣问题成为影响PVC等电石下游产品生产厂家规模扩大、生产发展的主要瓶颈，如何将电石渣综合回用、变废为宝已是众多企业迫在眉睫的课题。

对电石渣的综合利用，目前国内外尚无成熟、可持续、低成本、高值化的资源化处理方法。主要的应用领域有以下四个方面：一是作为建材和路基材料使用，这是对电石渣的简单利用，要求就近原则，否则运输成本过高，对电石渣难以进行长期和稳定的消纳和利用；二是应用于酸性废水和酸性废气处理，如冶金工业的大量酸性废水，硫酸厂和火电厂的含硫废气、磷肥工业和氯碱工业的含氟化氢或氯化氢废气等的中和处理，这也要求就近原则，能采用管道或皮带输送更好，但该法会产生新的钙盐废渣，带来新的环境问题；三是用来生产水泥，这要求是干法电石渣，因为湿法电石渣的含水量较高不适合于水泥生产；同时水泥生产在电石生产的主产地——大西北受到季节影响较大，冬季通常因建筑行业停工而不能生产；四是代替氢氧化钙生产一些普通化工产品，如氧化钙、漂白粉、轻质碳酸钙、氯酸钾、环氧氯丙烷等，由于电石渣中有害杂质含量较多，代替氢氧化钙的生产过程中会造成有害杂质的不断积累，使这种替代不可持续，且影响到产品质量。现在很多科研机构都在研究电石渣的高附加值的利用途径，其中最主要的研究方向是用电石渣来生产纳米碳酸钙，但目前大多还停留在实验研究和中试阶段，没有见到有关工业化的报道。

以电石渣为原料生产纳米碳酸钙过程中，首先需要将电石渣用氯化铵或硝酸铵溶液为浸取剂进行浸取反应，然后过滤洗涤，制得氯化钙(硝酸钙)-氨水溶液；最后用二氧化碳进行碳化反应以制得轻质碳酸钙。氯化钙(硝酸钙)-氨水体系完全不同于石灰乳体系，二者在生产轻质碳酸钙的碳化过程和机理也完全不同。

以氯化钙(硝酸钙)的氨水溶液为钙源，以二氧化碳为碳化剂进行碳化反应生产碳酸钙过程中，如果不添加任何分散剂和改性剂，发现所生产的碳酸钙的粒径要明显大于传统方法生产轻质碳酸钙的平均粒径，团聚现象非常严重，D₅₀达到了27.61μm，更不用说用于生产纳米级碳酸钙。实现证明，氯化钙(硝酸钙)-氨水体系与单纯CO₂碳化过程相比，时间长、速度慢、粒子粗、团聚严重。其根源在于，氯化钙(硝酸钙)-氨水体系中虽然钙离子浓度很大，但溶液pH值低，吸收CO₂反应速度慢，碳化初期不可能形成大量碳酸钙晶核，因而不利于粒子超细化。