制备高纯碳酸钙的装置及工艺的制作方法

本发明属于化工机械领域，具体涉及用氧化钙或氢氧化钙制备高纯度碳酸钙的装置和循环生产方法。

背景技术：

轻质碳酸钙作为优质的颜料和填料，在塑料、造纸、橡胶、涂料、油墨、日化等领域用途广泛。纯度、白度、粒度为轻质碳酸钙的重要指标，决定其分散性、吸油量等性能及应用领域，而高纯度、细粒级的轻质碳酸钙是行业的发展趋势。

制备轻质碳酸钙的方法一般是将石灰石、方解石等高温煅烧得到以氧化钙为主要成分的生石灰，再加水消化，通入二氧化碳碳化，经过滤、干燥得到目标产物，该方法工艺简单、产量大、成本低，但产品中夹带难以去除的氧化铁、氧化铝等杂质，降低纯度及白度，产品缺乏竞争力。

另一方面，电石行业在生产乙炔气体中副产大量电石渣，其中氢氧化钙含量可达80～90％，据统计我国每年电石渣产量可达2000万吨以上。电石渣呈强碱性，可用于制造水泥、烟气脱硫等，但由于电石渣产能巨大，利用率仍难以超过30％，大部分通过防渗处理后填埋，造成矿物资源浪费和土地资源浪费。

以煅烧后的氧化钙为原料，用铵盐浸出，过滤除去不溶性杂质，再碳化得到碳酸钙，铵盐回收利用，已有报道(陈吉明.循环法制备高纯超细碳酸钙.[j],矿产综合利用,2004,2:15-17、us9725330)。该方法产物纯度高，且符合原料循环利用的绿色生产原则，但生产过程中伴随氨水产生，在碳酸钙、浸出渣固体的过滤、洗涤、干燥过程中易挥发溢出，对生产环境和生态环境产生不良影响，同时，通常生产工艺中需要蒸氨塔、储存氨的庞大设备，投资大，占地面积大。

技术实现要素：

本发明针对以上技术缺陷和不完善之处，提供了制备碳酸钙的装置及使用方法，既能保证氨密封，防止挥发污染空气，同时保证制备出细粒径高纯度碳酸钙，用途前景广泛。

为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种制备高纯碳酸钙的装置，其特征在于包括如下结构：碳化反应槽、蒸馏水收集槽、碳酸钙过滤槽、浸出渣过滤槽、第一离心泵、第二离心泵、水喷射泵、二氧化碳接入口端；所述碳化反应槽、碳酸钙过滤槽、第一离心泵通过管道构成闭合回路；所述蒸馏水收集槽、第二离心泵、水喷射泵构成闭合回路；所述碳酸钙过滤槽、浸出渣过滤槽结构相同，均位于碳化反应槽正上方，均在上方各自连接第一离心泵出液口，均在上方各自连接第二离心泵出液口的一条支路，均在侧面各自连接水喷射泵的气体入口端，均在底部各自连接碳化反应槽；所述水喷射泵液体入口端连接第二离心泵出口端的另一条支路，气液混合物出口端连接正下方的蒸馏水收集槽；所述二氧化碳接入口端连接在碳化反应槽上部；所述第一离心泵和碳酸钙过滤槽之间的管道上安装有阀门a，第一离心泵和浸出渣过滤槽之间的管道上安装有阀门c；所述第二离心泵和碳酸钙过滤槽之间的管道上安装有阀门b，第二离心泵和浸出渣过滤槽之间的管道上安装有阀门d，第二离心泵和水喷射泵之间的管道上安装有阀门g；所述水喷射泵和碳酸钙过滤槽之间的管道上安装有阀门e，水喷射泵和浸出渣过滤槽之间的管道上安装有阀门f。

在上述技术方案中，碳酸钙过滤槽和浸出渣过滤槽均包括如下结构：滤饼筒、滤液筒、抽真空气体出口端，洗涤水入口端，浸出固液入口端，滤液出口端，干燥滤饼出口端，过滤板，搅拌装置；滤饼筒在滤液筒正上方，用过滤板隔开；所述出口端位于滤液筒部位的侧面上部，洗涤水入口端、浸出固液入口端位于滤饼筒顶部，滤液出口端位于滤液筒底部，出口端位于滤饼筒侧面下部，搅拌装置位于滤饼筒中间。出口端为干燥后物料出口端，过滤板将过滤筒分成上下两部分，下部分用于临时存储滤液，上部分用于过滤、洗涤、干燥及临时存储滤饼，搅拌装置用于混合滤饼，促进过滤，干燥及固体物料排出。

在上述技术方案中，碳酸钙过滤槽和浸出渣过滤槽还在位于滤液筒部位包括水浴加热结构，位于筒体的外围，水浴加热能促进碳酸钙或浸出渣干燥，提高生产率。

在上述技术方案中，碳酸钙过滤槽和浸出渣过滤槽在位于滤液筒部位还包括水浴加热结构，位于筒体的外围，水浴加热能促进过滤槽中的水蒸发进入水收集槽，保证水槽水量平衡。

在上述技术方案中，水收集槽外围还有水浴温控外套，能够通过加热或冷却提升水喷射泵产生负压的能力和减少氨在水槽中的溶解度。

一种制备高纯碳酸钙的方法，采用上述装置进行，包括如下步骤：

1)准备阶段，在水收集槽2中预先加入蒸馏水；

2)浸出阶段，在碳化反应槽1中加入铵盐溶液，在碳化反应槽1中加入含有氢氧化钙或氧化钙的物料，搅拌，生成可溶性钙盐、氨水及固体渣的固液混合物；

3)浸渣过滤除杂-浸出同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤2)浸出所得固液混合物泵入浸出渣过滤槽4，开启第二离心泵6，在浸出渣过滤槽4成真空，抽滤，在碳化反应槽1中加入铵盐溶液，在碳化反应槽1中加入含有氢氧化钙或氧化钙的物料，搅拌，生成可溶性钙盐、氨水及固体渣的固液混合物；

4)浸渣过滤除杂-碳化同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤3)浸出所得固液混合物泵入浸出渣过滤槽4，开启第二离心泵6，在浸出渣过滤槽4成真空，抽滤，将步骤3)钙盐导入至碳化反应槽1中通入二氧化碳反应得到碳酸钙、铵盐溶液的固液混合物；

5)碳酸钙过滤-碳化同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤4)中的碳酸钙和铵盐溶液泵入至碳酸钙过滤槽3，开启第二离心泵6，在碳酸钙过滤槽3成真空，抽滤，将步骤4)中浸出渣过滤槽4的钙盐溶液导入至碳化反应槽1，通入二氧化碳碳化，得到碳酸钙和铵盐溶液；

6)碳酸钙过滤-浸出同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤5)中的碳酸钙和铵盐溶液泵入至碳酸钙过滤槽3，开启第二离心泵6，在碳酸钙过滤槽3成真空，抽滤，将步骤5)中碳酸钙过滤槽3铵盐溶液导入至碳化反应槽1，加入氧化钙或氢氧化钙，得到钙盐溶液；

7)重复步骤3)～6)，进入下一个反应周期，多次循环生产碳酸钙；

8)洗涤、干燥碳酸钙和浸出渣及排料，开启阀门b、阀门d，开启第二离心泵6，向碳酸钙过滤槽3、浸出渣过滤槽4中注入蒸馏水洗涤，再关闭阀门b、阀门d将碳酸钙过滤槽3、浸出渣过滤槽4抽真空干燥，排料。

在上述方案中，氢氧化钙可以是来源广泛的电石渣，将电石渣废弃物资源化生产碳酸钙，具有可观的环保效益和经济效益。

本发明原理包括：

氧化钙与水反应得到氢氧化钙或以氢氧化钙为原料与铵盐直接反应：

ca(oh)2+2nh4⁺＝ca²⁺+2nh3·h2o

选择性浸出钙离子后，过滤达到除杂目的。

除杂后的钙盐溶液与氨水及二氧化碳反应得到碳酸钙：

ca²⁺+2nh3·h2o+co2＝caco3↓+2nh4⁺+2h2o

在本装置中过滤，洗涤，干燥后即可得高纯、细粒径产品。

可见，本装置兼有除杂、反应、过滤、洗涤、干燥的功能，不依赖外加洗涤水，能防止氨气溢出，生产便捷、清洁。

本发明的有益效果是：1)氨和铵盐在工艺中循环使用，并未实际消耗，降低成本；2)碳酸钙产物纯度高，粒径细，应用潜力广；3)密封条件下操作，防止了氨气溢出环保；4)反应、过滤、洗涤、干燥能在同一装置中进行，便捷，避免了产物转移污染；5)装置利用率高，循环运作中，铵盐浸出、浸出渣过滤、钙盐碳化、碳酸钙过滤交替进行，未出现装置停机，能将产率最大化。

附图说明

图1是本发明的生产碳酸钙的装置图。

图2是本发明的碳酸钙过滤槽或浸出渣过滤槽装置图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1构建生产高纯碳酸钙的装置

构建制备高纯碳酸钙的装置，包括如下结构：碳化反应槽1、蒸馏水收集槽2、碳酸钙过滤槽3、浸出渣过滤槽4、第一离心泵5、第二离心泵6、水喷射泵7、二氧化碳接入口端8；所述碳化反应槽1、碳酸钙过滤槽3、第一离心泵5通过管道构成闭合回路；所述蒸馏水收集槽2、第二离心泵6、水喷射泵7构成闭合回路；所述碳酸钙过滤槽3、浸出渣过滤槽4结构相同，均位于碳化反应槽1正上方，均在上方各自连接第一离心泵5出液口，均在上方各自连接第二离心泵出液口的一条支路，均在侧面各自连接水喷射泵7的气体入口端，均在底部各自连接碳化反应槽1；所述水喷射泵7液体入口端连接第二离心泵6出口端的另一条支路，气液混合物出口端连接正下方的蒸馏水收集槽2；所述二氧化碳接入口端8连接在碳化反应槽上部；所述第一离心泵5和碳酸钙过滤槽3之间的管道上安装有阀门a，第一离心泵5和浸出渣过滤槽4之间的管道上安装有阀门c；所述第二离心泵6和碳酸钙过滤槽3之间的管道上安装有阀门b，第二离心泵6和浸出渣过滤槽4之间的管道上安装有阀门d，第二离心泵6和水喷射泵7之间的管道上安装有阀门g；所述水喷射泵7和碳酸钙过滤槽3之间的管道上安装有阀门e，水喷射泵7和浸出渣过滤槽4之间的管道上安装有阀门f。

碳酸钙过滤槽3和浸出渣过滤槽4均包括如下结构：滤饼筒a1、滤液筒a2、抽真空气体出口端a，洗涤水入口端b，浸出固液入口端c，滤液出口端d，干燥滤饼出口端e，过滤板f，搅拌装置g；滤饼筒a1在滤液筒a2正上方，用过滤板f隔开；所述出口端a位于滤液筒a2部位的侧面上部，洗涤水入口端b、浸出固液入口端c位于滤饼筒a1顶部，滤液出口端d位于滤液筒a2底部，出口端e位于滤饼筒a1侧面下部，搅拌装置g位于滤饼筒a1中间。

碳酸钙过滤槽3和浸出渣过滤槽4在位于滤饼筒a1部位还包括水浴加热结构h1，位于筒体的外围；碳酸钙过滤槽3和浸出渣过滤槽4在位于滤液筒a2部位还包括水浴加热结构h2，位于筒体的外围；水收集槽2外围还有水浴温控外套。

实施例2生产高纯碳酸钙

采用实施例构建的装置生产高纯碳酸钙，包括如下步骤：

1)准备阶段，在水收集槽2中预先加入蒸馏水；

2)浸出阶段，在碳化反应槽1中加入含氯化铵12kg的溶液，在碳化反应槽1中加入氢氧化钙7.5kg，搅拌，生成可溶性钙盐、氨水及固体渣的固液混合物；

3)浸渣过滤除杂-浸出同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤2)浸出所得固液混合物泵入浸出渣过滤槽4，开启第二离心泵6，在浸出渣过滤槽4成真空，抽滤，在碳化反应槽1中加入含氯化铵12kg的溶液，在碳化反应槽1中加入氢氧化钙7.5kg，搅拌，生成可溶性钙盐、氨水及固体渣的固液混合物；

4)浸渣过滤除杂-碳化同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤3)浸出所得固液混合物泵入浸出渣过滤槽4，开启第二离心泵6，在浸出渣过滤槽4成真空，抽滤，将步骤3)钙盐导入至碳化反应槽1中通入二氧化碳反应得到碳酸钙、铵盐溶液的固液混合物；

5)碳酸钙过滤-碳化同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤4)中的碳酸钙和铵盐溶液泵入至碳酸钙过滤槽3，开启第二离心泵6，在碳酸钙过滤槽3成真空，抽滤，将步骤4)中浸出渣过滤槽4的钙盐溶液导入至碳化反应槽1，通入二氧化碳碳化，得到碳酸钙和铵盐溶液；

6)碳酸钙过滤-浸出同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤5)中的碳酸钙和铵盐溶液泵入至碳酸钙过滤槽3，开启第二离心泵6，在碳酸钙过滤槽3成真空，抽滤，将步骤5)中碳酸钙过滤槽3铵盐溶液导入至碳化反应槽1，加入氢氧化钙7.5kg，得到钙盐溶液；

7)重复步骤3)～6)，进入下一个反应周期，20次循环生产碳酸钙；

8)洗涤、干燥碳酸钙和浸出渣及排料，开启阀门b、阀门d，开启第二离心泵6，向碳酸钙过滤槽3、浸出渣过滤槽4中注入蒸馏水洗涤，再关闭阀门b、阀门d将碳酸钙过滤槽3、浸出渣过滤槽4抽真空干燥，排料。

排料产品碳酸钙质量为180kg，纯度依次分别为99.2％，颗粒d50为2.3μm。

实施例3生产高纯碳酸钙

采用实施例构建的装置生产高纯碳酸钙，包括如下步骤：

1)准备阶段，在水收集槽2中预先加入蒸馏水；

2)浸出阶段，在碳化反应槽1中加入含硝酸铵10kg的溶液，在碳化反应槽1中加入氧化钙6kg，搅拌，生成可溶性钙盐、氨水及固体渣的固液混合物；

3)浸渣过滤除杂-浸出同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤2)浸出所得固液混合物泵入浸出渣过滤槽4，开启第二离心泵6，在浸出渣过滤槽4成真空，抽滤，在碳化反应槽1中加入含硝酸铵10kg的溶液，在碳化反应槽1中加入氧化钙6kg，搅拌，生成可溶性钙盐、氨水及固体渣的固液混合物；

4)浸渣过滤除杂-碳化同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤3)浸出所得固液混合物泵入浸出渣过滤槽4，开启第二离心泵6，在浸出渣过滤槽4成真空，抽滤，将步骤3)钙盐导入至碳化反应槽1中通入二氧化碳反应得到碳酸钙、铵盐溶液的固液混合物；

5)碳酸钙过滤-碳化同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤4)中的碳酸钙和铵盐溶液泵入至碳酸钙过滤槽3，开启第二离心泵6，在碳酸钙过滤槽3成真空，抽滤，将步骤4)中浸出渣过滤槽4的钙盐溶液导入至碳化反应槽1，通入二氧化碳碳化，得到碳酸钙和铵盐溶液；

6)碳酸钙过滤-浸出同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤5)中的碳酸钙和铵盐溶液泵入至碳酸钙过滤槽3，开启第二离心泵6，在碳酸钙过滤槽3成真空，抽滤，将步骤5)中碳酸钙过滤槽3铵盐溶液导入至碳化反应槽1，加入氧化钙6kg，得到钙盐溶液；

7)重复步骤3)～6)，进入下一个反应周期，20次循环生产碳酸钙；

8)洗涤、干燥碳酸钙和浸出渣及排料，开启阀门b、阀门d，开启第二离心泵6，向碳酸钙过滤槽3、浸出渣过滤槽4中注入蒸馏水洗涤，再关闭阀门b、阀门d将碳酸钙过滤槽3、浸出渣过滤槽4抽真空干燥，排料。

排料产品碳酸钙质量为188kg，纯度依次分别为99.1％，颗粒d50为2.5μm。

实施例4利用电石渣生产高纯碳酸钙

1)准备阶段，在水收集槽2中预先加入蒸馏水；

2)浸出阶段，在碳化反应槽1中加入含氯化铵12kg的溶液，在碳化反应槽1中加入含氢氧化钙80％的电石渣10kg，搅拌，生成可溶性钙盐、氨水及固体渣的固液混合物；

3)浸渣过滤除杂-浸出同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤2)浸出所得固液混合物泵入浸出渣过滤槽4，开启第二离心泵6，在浸出渣过滤槽4成真空，抽滤，在碳化反应槽1中加入含氯化铵12kg的溶液，在碳化反应槽1中加入含氢氧化钙80％的电石渣10kg，搅拌，生成可溶性钙盐、氨水及固体渣的固液混合物；

4)浸渣过滤除杂-碳化同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤3)浸出所得固液混合物泵入浸出渣过滤槽4，开启第二离心泵6，在浸出渣过滤槽4成真空，抽滤，将步骤3)钙盐导入至碳化反应槽1中通入二氧化碳反应得到碳酸钙、铵盐溶液的固液混合物；

5)碳酸钙过滤-碳化同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤4)中的碳酸钙和铵盐溶液泵入至碳酸钙过滤槽3，开启第二离心泵6，在碳酸钙过滤槽3成真空，抽滤，将步骤4)中浸出渣过滤槽4的钙盐溶液导入至碳化反应槽1，通入二氧化碳碳化，得到碳酸钙和铵盐溶液；

6)碳酸钙过滤-浸出同时进行阶段，开启第一离心泵5，将步骤5)中的碳酸钙和铵盐溶液泵入至碳酸钙过滤槽3，开启第二离心泵6，在碳酸钙过滤槽3成真空，抽滤，将步骤5)中碳酸钙过滤槽3铵盐溶液导入至碳化反应槽1，加入含氢氧化钙80％的电石渣10kg，得到钙盐溶液；

7)重复步骤3)～6)，进入下一个反应周期，20次循环生产碳酸钙；

8)洗涤、干燥碳酸钙和浸出渣及排料，开启阀门b、阀门d，开启第二离心泵6，向碳酸钙过滤槽3、浸出渣过滤槽4中注入蒸馏水洗涤，再关闭阀门b、阀门d将碳酸钙过滤槽3、浸出渣过滤槽4抽真空干燥，排料。

排料产品碳酸钙质量为173kg，纯度依次分别为99.3％，颗粒d50为3.9μm。