本发明涉及纳米级碳酸钙生产领域，具体涉及一种以电石渣为原料生产纳米级碳酸钙的装置及方法。
背景技术：
电石渣是电石(CaC2)水解获取乙炔气(C2H2)后的以氧化钙为主要成分的废渣，目前我国的电石渣只有很少量的用于混凝土和水泥浆，大部分的作为固体废渣没有得到充分的利用。电石渣不但占用大量的土地堆放，而且污染堆放场地附近的水资源，容易风干形成粉尘对环境污染严重，传统的电石渣处理方式已经不能符合环境及经济的要求，电石渣是必须重视和优先处理和利用的工业废弃物。
传统的碳酸钙生产均以石灰石为原材料，在原料的开采过程中对环境造成危害，同时产生大量的能耗。利用电石渣生产纳米碳酸钙是一个很好的选择，纳米碳酸钙是一种新型固体材料，由于碳酸钙粒子的超细化、白度高、填充量大和具有补强效果等特点，在橡胶、塑料、造纸、油墨等工业领域有着广泛的应用。国内纳米碳酸钙的市场潜力巨大，市场价格因性能和应用领域的不同而相差较大。随着固体废弃物资源化利用技术的不断发展，以电石渣代替石灰石生产纳米碳酸钙成为一种新型、环保、经济的电石渣处理及纳米碳酸钙生产技术，不但可以消除电石渣对环境的影响，还能够节约纳米碳酸钙的生产成本，“变废为宝”实现环境治理与经济利益的双赢。
现有的电石渣生产纳米碳酸钙的技术中存在着生产设备复杂、反应时间长、设备占地面积大等诸多缺点。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种以电石渣为原料生产纳米级碳酸钙的装置及方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明流程简单、反应设备配置简单、占地面积小、操作简单方便，碳化反应速度快，生产效率高。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种以电石渣为原料生产纳米级碳酸钙的装置，包括用于使电石渣和水发生消化反应的消化反应槽，消化反应槽的出口端连接有自动反洗表面过滤器，自动反洗表面过滤器的渣浆出口连接至渣浆槽，清液出口连接至缓冲槽，缓冲槽的出口端连接至溶气反应装置，溶气反应装置上连接有二氧化碳进气管道，溶气反应装置的出口端连接有碳化反应槽，碳化反应槽的出口端连接有干渣过滤器，干渣过滤器的干渣出口端连接有高速离心喷雾干燥系统，干渣过滤器的清液出口端连接至消化反应槽的入口端。
进一步地，消化反应槽包括串联设置的一级消化反应槽和二级消化反应槽，且一级消化反应槽和二级消化反应槽中均设有搅拌装置。
进一步地，碳化反应槽包括串联设置的一级碳化反应槽、二级碳化反应槽和三级碳化反应槽，且一级碳化反应槽、二级碳化反应槽和三级碳化反应槽中均设有搅拌装置。
进一步地，消化反应槽与自动反洗表面过滤器之间以及缓冲槽和溶气反应装置之间均依次连接有抗干扰水处理器和提升泵。
进一步地，碳化反应槽和干渣过滤器之间连接有提升泵。
一种以电石渣为原料生产纳米级碳酸钙的方法，包括以下步骤：
1)向电石渣中加入工业用水进行消化得到消化混合液；
2)将消化混合液进行固液分离，得到饱和氢氧化钙水溶液；
3)向饱和氢氧化钙水溶液中加入晶型控制剂和分散剂，得到缓冲液；
4)向缓冲液中加入二氧化碳发生碳化反应，得到碳化混合液；
5)将碳化混合液进行过滤后，得到碳酸钙滤饼和清液；
6)将清液与步骤1)中工业用水混合回用，将碳酸钙滤饼进行高速离心喷雾干燥即得到纳米碳酸钙粉末。
进一步地，步骤1)中采用两级消化进行消化反应，且每580L工业用水中加入1.65kg电石渣。
进一步地，步骤3)中晶型控制剂和分散剂的加入量为饱和氢氧化钙水溶液质量的1‰。
进一步地，步骤4)中的二氧化碳是将纯度＞99％的液态二氧化碳通过减压装置和空温气化器气化后得到的，且碳化反应的pH＝7～8，温度为室温。
进一步地，步骤5)中得到的碳酸钙滤饼的含水率为40～60％，步骤6)中纳米碳酸钙粉末的含水率＜0.5％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明装置设置消化反应槽将电石渣中的氢氧化钙溶解，进而通过自动反洗表面过滤器进行固液分离得到饱和氢氧化钙水溶液，饱和氢氧化钙水溶液在溶气反应装置中与二氧化碳气体充分接触并反应，溶气反应装置能够提高二氧化碳与氢氧化钙溶液的接触面积，加速反应速率，节省碳化时间，随后进入碳化反应槽进一步充分反应，经碳化反应完全后混合液输送至干渣过滤器进行固液分离，干渣过滤器配备有压缩空气管道用于系统内碳酸钙滤饼的吹干，同时干渣过滤器过滤后的清液设置回流管道直接回流至电石渣消化反应槽循环使用，最后采用高速离心喷雾干燥系统进行干燥，以提高干燥效率，且不用任何粉碎及筛选装置能够直接得到粉体碳酸钙产品，其中所使用的自动反洗表面过滤器及干渣过滤器均可自动排渣，且自带反洗功能，人员需求量大大减少，本发明反应设备配置简单、占地面积小、操作简单方便，碳化反应速度快，生产效率高。
进一步地，消化反应槽采用两级消化反应槽串联设置，可以有效提高电石渣消化效率。
进一步地，碳化反应槽采用三级碳化反应槽串联设置，可以有效提高碳化反应效率。
进一步地，在消化反应槽和碳化反应槽中设置搅拌装置能够防止碳酸钙的沉积且能够加快反应速度。
进一步地，通过设置抗干扰水处理器以增强管道中溶液流动的活性从而防止因钙离子存在而引起的管道结垢等。
本发明方法将电石渣中的氢氧化钙溶解，进而进行固液分离得到饱和氢氧化钙水溶液，加入晶型控制剂和分散剂以达到在碳化后能够得到特定形貌的碳酸钙粒子且能够有效抑制碳酸钙粒子团聚的目的，使最终产品粒径更小、分布更均匀，具有更加良好的加工性能，然后通入二氧化碳使饱和氢氧化钙水溶液与二氧化碳气体充分接触并发生碳化反应，经碳化反应完全后混合液进行固液分离，最后对滤饼进行干燥处理即得到纳米碳酸钙粉末，本发明无需其他原材料，以电石渣为主要原料生产碳酸钙及解决了电石渣的污染问题，使其资源化利用，同时还产生高附加值的产品，生产过程当中无其他副产物生成，且生产用水可循环使用，补水量少，操作简单方便，碳化反应速度快，生产效率高。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
其中：1-一级消化反应槽；2-二级消化反应槽；3-抗干扰水处理器；4-提升泵；5-自动反洗表面过滤器；6-缓冲槽；7-溶气反应装置；8-碳化反应槽；9-干渣过滤器；10-高速离心喷雾干燥系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
参见图1，一种以电石渣为原料生产纳米级碳酸钙的装置，包括用于使电石渣和水发生消化反应的消化反应槽，消化反应槽包括串联设置的一级消化反应槽1和二级消化反应槽2，且一级消化反应槽1和二级消化反应槽2中均设有搅拌装置，消化反应槽的出口端通过依次连接的抗干扰水处理器3和提升泵4连接至自动反洗表面过滤器5，自动反洗表面过滤器5的渣浆出口连接至渣浆槽，清液出口连接至缓冲槽6，缓冲槽6的出口端通过依次连接的抗干扰水处理器3和提升泵4连接至溶气反应装置7，溶气反应装置7上连接有二氧化碳进气管道，溶气反应装置7的出口端连接有碳化反应槽8，碳化反应槽8包括串联设置的一级碳化反应槽、二级碳化反应槽和三级碳化反应槽，且一级碳化反应槽、二级碳化反应槽和三级碳化反应槽中均设有搅拌装置，碳化反应槽8的出口端通过提升泵4连接至干渣过滤器9，干渣过滤器9的干渣出口端连接有高速离心喷雾干燥系统10，干渣过滤器9的清液出口端连接至消化反应槽的入口端。
一种以电石渣为原料生产纳米级碳酸钙的方法，包括以下步骤：
1)向电石渣中加入工业用水，采用两级消化进行消化得到消化混合液，其中，每580L工业用水中加入1.65kg电石渣；
2)将消化混合液进行固液分离，得到饱和氢氧化钙水溶液；
3)向饱和氢氧化钙水溶液中加入晶型控制剂和分散剂，得到缓冲液，其中，晶型控制剂和分散剂的加入量为饱和氢氧化钙水溶液质量的1‰；
4)向缓冲液中加入二氧化碳，控制pH＝7～8，在室温下发生碳化反应，得到碳化混合液，其中二氧化碳是将纯度＞99％的液态二氧化碳通过减压装置和空温气化器气化后得到的；
5)将碳化混合液进行干燥过滤后，得到清液和含水率为40～60％的碳酸钙滤饼；
6)将清液与步骤1)中工业用水混合回用，将碳酸钙滤饼进行高速离心喷雾干燥即得到含水率＜0.5％的纳米碳酸钙粉末。
下面结合附图对本发明的实施过程作进一步描述：
如图所示，电石渣与水在一级消化反应槽1中进行消化反应(同时开启搅拌)，电石渣中氢氧化钙溶解于水其他不溶物及杂质沉淀，消化反应完成后混合液通过一级消化反应槽1上部溢流槽溢流至二级消化反应槽2(带搅拌)，随后消化液经提升泵4输送至自动反洗表面过滤器5进行固液分离，把溶液中杂质及其他不溶物去除以获得饱和氢氧化钙水溶液(此水溶液pH大于12)备用。过滤后的氢氧化钙清液自流进入缓冲槽6中(若需要得到特定形貌和粒径的碳酸钙可在此加入饱和氢氧化钙水溶液质量1‰的分散剂及晶型控制剂)，随后经提升泵4输送至溶气反应装置7与二氧化碳气体充分均匀混合，并在加压溶气反应器7中充分反应完全，此过程以反应后溶液pH值控制二氧化碳的加入量及氢氧化钙饱和溶液的流量。经加压溶气反应装置7反应后的碳酸钙浆液(反应终点pH控制在7～8)从溶气反应装置7底部自流进入碳化反应槽8，随后经提升泵4输送至干渣过滤器9中进行固液分离以获得含水率40～60％的碳酸钙滤饼和呈中性的清液，清液自流返回消化反应槽循环使用，碳酸钙滤饼最终经过高速离心喷雾干燥系统10干燥脱水以获得含水率小于5％的纳米碳酸钙粉末。
基于上述电石渣制备纳米碳酸钙装置，具体实施包括以下步骤：
(1)电石渣的消化制取饱和氢氧化钙水溶液：通过对电石渣中氢氧化钙含量分析以及氢氧化钙在水中溶解度的考量，按照每580L工业用水中加入1.65kg电石渣的比例将两者混合并搅拌反应，反应后在经过固液分离获得饱和氢氧化钙水溶液(此溶液pH值大于12)。
(2)晶型控制剂及分散剂的投入：根据目标产品的特征及要求在碳化反应前或反应中添加饱和氢氧化钙水溶液质量的1‰的晶型控制剂及分散剂以获得特定形貌及粒径的碳酸钙产品。
(3)碳化反应：通过溶气反应装置7使氢氧化钙饱和水溶液及二氧化碳充分混合均匀，同时在碳化反应槽8中反应完全以获得碳酸钙浆液，此过程通过反应后混合液的pH值调整二氧化碳的加入量及氢氧化钙溶液的流量保证碳化反应完全、彻底。
(4)分离、干燥：碳化反应后的碳酸钙浆液经过干渣过滤器9进行分离以获得含水率40％～60％的碳酸钙滤饼及呈中性的清液，清液返回消化反应槽继续循环使用，滤饼通过高速离心喷雾干燥系统10进行脱水干燥以获得含水率小于0.5％的碳酸钙粉末。