一种碳酸钙矿山的矿石资源综合利用方法与流程

本发明涉及一种碳酸钙矿山资源的综合利用方法，具体地说是一种碳酸钙矿山的矿石资源综合利用方法。

背景技术：

碳酸钙矿山中蕴含有大量的碳酸钙资源，是生产钙化工系列产品的主要原料。目前，碳酸钙矿山的开发过程通常是对开采出的原矿进行破碎筛分，然后按照粒径将破碎后的石料分类，再将不同粒径的石料分别进行加工，进而生产重钙粉、石灰、氢氧化钙，比较高级的是生产普通轻钙和活性轻钙，最高级的是生产纳米碳酸钙、柠檬酸钙、乳酸钙等。在破碎过程中产生的15mm以下的碎料、山皮土以及页岩是碳酸钙开采过程中的“废料”，在矿区中需要专门为其设置固体废料堆场，不仅占用众多土地，而且易导致刮风扬尘，污染大气和水体，对矿区及周围环境造成较大污染。而且，各种生产线单一且较为混乱，不能将能源综合利用，浪费巨大，进而使得生产成本大大提高，市场竞争力低。

可见，如何最大限度提高矿产资源利用价值、实现矿产资源的合理开采和综合利用、使废渣得到有效利用、使废气实现低成本和低碳达标排放，成为摆在碳酸钙开发者面前的重大难题。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种碳酸钙矿山的矿石资源综合利用方法，以解决现有碳酸钙矿石的利用过程浪费巨大、污染严重的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种碳酸钙矿山的矿石资源综合利用方法，包括以下步骤：

a、将碳酸钙矿石进行破碎处理，并将破碎后的石料按照粒径大小分为四类，分别是粒径为50~80mm的粗块石料、粒径为30~50mm的中块石料、粒径为10~30mm的细块石料以及由粒径为0~10mm的石料、山皮土和页岩组成的渣石；

b、将粗块石料、中块石料和细块石料分别送入石灰窑氧化钙生产线中生产氧化钙；

c、将渣石制成砖坯送入步进台车窑中，以煤矸石砖坯为燃料生产氧化钙砖和煤矸石砖；

d、对步骤b和步骤c中产生的余热和二氧化碳进行回收；

e、对石灰窑氧化钙生产线生产出的氧化钙进行深加工得深加工产品，深加工过程所需热量和二氧化碳均由步骤d回收而得。

所述步骤b中，粗块石料进入麦尔兹双膛窑进行煅烧，细块石料进入回转窑进行煅烧，中块石料进入麦尔兹双膛窑或回转窑进行煅烧。

所述步骤c中，将渣石与粘合剂、水混合均匀，制成渣石砖坯；将煤矸石与粘合剂、水混合均匀制成煤矸石砖坯，将煤矸石砖坯码放在台车上，然后送入干燥窑中进行干燥处理，干燥完成后再将渣石砖坯码放在干燥后的煤矸石砖坯上方，码放好渣石砖坯的台车进入步进台车窑中，经煅烧后得到煤矸石砖和氧化钙砖。

所述步骤d中，余热通过蒸汽发生器回收用以制备蒸汽或者利用余热锅炉回收用以生产热水。

所述步骤e中，深加工是利用石灰窑氧化钙生产线生产出的氧化钙生产纳米碳酸钙和/或活性碳酸钙，生产纳米碳酸钙的过程中产生的废水直接回用于活性碳酸钙的生产中，生产活性碳酸钙的过程中产生的废水经处理后回用于纳米碳酸钙的生产中。

生产活性碳酸钙的过程为：将来自石灰窑氧化钙生产线的氧化钙送入第一消化机中与热水混合，得到ca(oh)2粗浆；ca(oh)2粗浆经筛选除杂后，通过第一旋液分离器净化成精制的ca(oh)2乳液，ca(oh)2乳液经陈化后进入碳化反应器中，与步骤d回收的二氧化碳进行碳化反应，碳化反应后的反应液经活化处理后送入离心机中脱水，含水25~30%的滤饼进入干燥机中干燥，干燥所用热量来自步骤d中回收的余热，干燥后的成品经风选机筛选，即得到所需粒径的活性碳酸钙，第一旋液分离器分离出的水和离心机脱出的水均回收至水处理罐中。

生产纳米碳酸钙的过程为：将来自石灰窑氧化钙生产线的氧化钙送入第二消化机中与热水混合，得到ca(oh)2粗浆，ca(oh)2粗浆经筛选除杂后，通过第二旋液分离器净化成精制的ca(oh)2乳液，ca(oh)2乳液经陈化后进入三级碳化反应器中，并在添加晶型控制剂的条件下与步骤d回收的二氧化碳进行碳化反应，碳化反应后的反应液经改性处理后送入板框压滤机中压滤，含水35~40%的滤饼进入干燥机中干燥，干燥所用热量来自步骤d中回收的余热，干燥后的成品经旋风磨解聚，分级机筛选，即得到所需粒径的纳米碳酸钙，对第二悬液分离器分离出的水和板框压滤机过滤出的水进行回收。

如图1所示，本发明的碳酸钙矿山的矿石资源综合利用方法是先将从碳酸钙矿山中开采的碳酸钙矿石送入破碎车间进行破碎，然后对破碎后的石料进行分级筛选，根据石料粒径将其分为四级，然后采用三种不同的窑型（双膛窑、回转窑和步进台车窑）分别对不同级别的石料进行煅烧，制得氧化钙，煅烧过程中产生的余热和二氧化碳进行回收，所得氧化钙部分外销，剩余部分利用回收的二氧化碳和余热进行深加工，制备活性碳酸钙和纳米碳酸钙等高端钙产品。由此最大限度地提高了矿山资源的综合利用率，做到对边废石的“吃干榨尽”，变废为宝，实现废弃物的零排放，实现了矿产资源的价值最大化，避免了资源浪费，与传统矿山开采企业相比，减少了碎料、页岩的堆积和占地，避免了刮风扬尘、泥石流等自然灾害的发生，有效保护水、土、大气等生态环境，实现了绿色开采和利用，环境友好，节能减排，降低了产品成本，提高产品的市场竞争力，对钙化工行业的发展具有重大的经济和实践意义。

本发明以煤矸石作为燃料对矿山开采过程中产生的废料进行煅烧生成氧化钙，这样既可以将碳酸钙矿山开采过程中产生的碎料、山皮土、页岩等全部消耗掉，避免堆积而造成的资源浪费，解决了对水体、大气及矿区周围环境的污染问题，消除了灾害隐患，同时以煤矸石这样一种低附加值的废物资源为燃料，代替了煤粉、煤气等燃料，且生产出的煤矸石砖完全可以替代普通红砖进行使用，由此大大提高了资源利用率。

氧化钙深加工中所用的原料氧化钙、二氧化碳及能源全部来自氧化钙生产线，减少了原料的运输费用，这样在大大降低生产成本的同时又实现了余热的利用，既提高了市场竞争力，又保护了生态环境。

活性碳酸钙生产线与纳米碳酸钙生产线相结合，二者相辅相成，在生产纳米碳酸钙的过程中所产生的废水直接用于活性碳酸钙的生产，活性碳酸钙使用过后，通过净化处理，可继续用于纳米碳酸钙的生产，实现了水的有效循环利用，大大降低了水的消耗。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。

图2是本发明步进台车窑生产系统示意图。

图3是本发明氧化钙深加工系统示意图。

图中：1、第一混合器，2、第一制坯机，3、第一皮带机，4、第二混合器，5、第二制坯机，6、第二皮带机，7、码坯机，8、干燥窑，9、步进台车窑，10、出料机，11、煤矸石砖成品仓，12、氧化钙砖成品仓，13、助燃风管道，14、除尘器，15、引风机，16、烟囱，17、第一消化机，18、第一旋液分离器，19、第一陈化池，20、碳化反应器，21、包覆釜，22、离心机，23、第一干燥机，24、第一成品仓，25、第二消化机，26、第二旋液分离器，27、第二陈化池，28、三级碳化反应器，29、改性釜，30、板框压滤机，31、第二干燥机，32、第二成品仓，33、第一热水供应器，34、第二热水供应器，35、水处理罐。

具体实施方式

本发明的碳酸钙矿山的矿石资源综合利用方法，具体包括以下步骤：

（1）采用分层开采、小孔径深孔对称爆破方式从碳酸钙矿山中开采碳酸钙矿石，在开采过程中，对各生产环节产生的粉尘、噪音要采取有效措施进行控制，全部封闭运输，达到国家标准的要求。这种开采方法劳动效率高，安全隐患小，开采的矿石能够得到充分利用，资源浪费少，避免造成大规模山体和植被的破坏，降低引发自然灾害的几率，有利于保护矿区周边的生态环境。

将从碳酸钙矿山中开采的碳酸钙矿石通过全密闭的输送带运送至破碎间进行破碎处理，并将破碎后的石料按照粒径大小分级筛选，分为四种规格后分别储存，分别是粒径为50~80mm的粗块石料、粒径为30~50mm的中块石料、粒径为10~30mm的细块石料以及由粒径为0~10mm的石料、山皮土和页岩组成的渣石。

（2）将粗块石料、中块石料和细块石料分别送入石灰窑氧化钙生产线中进行煅烧，制备氧化钙。

粗块石料进入麦尔兹双膛窑氧化钙生产线，双膛窑具有两个窑膛，分别为a窑膛和b窑膛，两个窑膛在煅烧带底部相互连通，物料沿两个窑膛向下运行。在a窑膛煅烧时，燃烧空气和燃料在窑膛a中与物料并流，使最热的火焰与温度较低且吸收热量最大的物料接触，相对而言，温度较低的燃烧气体与逐步煅烧好的物料接触，以达到均匀煅烧条件，且取得很高热效率，燃烧后的产物与物料分解出的co2经连接通道进入b膛。此时b膛作为蓄热膛，膛中的原料从废气中吸取热量，同时使废气冷却到较低温度，物料蓄积热量，在下一周期时用于加热参加燃烧之前的助燃空气。在这种情形下窑膛a为燃烧膛，体现了并流特点；窑膛b为了蓄热膛，体现了蓄热特点，下一周期将相互轮换，即窑膛a成为蓄热膛，窑膛b成为燃烧膛，如此循环往复，原料得以连续煅烧。双膛窑煅烧过程中，燃烧膛和非燃烧膛相互切换运行，具有以下两个显著的特点：a．燃烧气体和原料在煅烧带并流；b．所有燃烧气体在预热过程中蓄热。

细块石料进入回转窑氧化钙生产线，原料在预热室顶部料仓通过下料管进入预热室后，自上而下运动，与自下而上运动的高温烟气进行逆流热交换，经热交换升温，并部分分解后，在底部由液压推头往复运动推入回转窑。在热交换过程中，原料吸收高温烟气的热量，被加热至750~950℃，约30～40%左右的原料发生分解；同时，高温烟气的温度被降低至230℃左右，从预热室顶部汇集后排出。原料焙烧主要在回转窑内完成，原料在窑体内轴向运动的同时，也作径向运动，即螺旋行进，原料处于翻滚状态，辐射、对流、传导三种热交换方式同时进行，整个焙烧过程非常均匀，焙烧燃料为混合煤气，窑体头部、尾部均为负压操作。原料在回转窑内焙烧成氧化钙后进入竖式冷却器，从冷却器底部鼓入的二次风冷却氧化钙，冷却风帽均匀布置于冷却腔内，氧化钙与二次风在冷却器内形成逆流交换，成品被冷却到100℃以下；二次风被加热到600～700℃，作为助燃风进入窑体内参与燃烧。

中块石料既可以进入双膛窑氧化钙生产线，又可以进入回转窑氧化钙生产线。

（3）粒径为0~10mm的石料、山皮土和页岩组成的渣石进入步进台车窑氧化钙生产系统中制备氧化钙砖。

如图2所示，步进台车窑9氧化钙生产系统主要由煤矸石砖坯供应装置、渣石砖坯供应装置、码坯机7、干燥窑8和步进台车窑9等部分组成。

煤矸石砖坯供应装置用以向码坯机7中供应煤矸石砖坯，包括依次相接的第一混合器1、第一制坯机2和第一皮带机3。第一混合器1用以将煤矸石料、粘结剂和水混合均匀，制成煤矸石料混合液，第一混合器1的混合液出口与第一制坯机2的进料口相连；第一制坯机2用以将煤矸石料混合液制成煤矸石砖坯，第一制坯机2的出坯口与第一皮带机3的上料口相连，第一皮带机3用以将煤矸石砖坯输送至码坯机7中。

渣石砖坯供应装置用以向码坯机7中供应渣石砖坯，包括依次相接的第二混合器4、第二制坯机5和第二皮带机6。第二混合器4用以将渣石（包括10mm以下的石料、山皮土和页岩）、粘结剂和水混合均匀，制成渣石料混合液，第二混合器4的混合液出口与第二制坯机5的进料口相连；第二制坯机5用以将渣石料混合液制成渣石砖坯，第二制坯机5的出坯口与第二皮带机6的上料口相连，第二皮带机6将渣石砖坯输送至码坯机7中。

码坯机7用以将来自第一皮带机3的煤矸石砖坯和来自第二皮带机6的渣石砖坯码放到台车上，煤矸石砖坯码放在下层，渣石砖坯码放在煤矸石砖坯上方，各砖坯之间留有适当的空隙，便于对流换热，避免出现生烧、阴黄等缺陷。在码坯机7与步进台车窑9之间设有台车运行通道，码好砖坯的台车经该台车运行通道进入步进台车窑9中。

在第一皮带机3与码坯机7之间设置有干燥窑8，先将煤矸石砖坯干燥后再进行码放，或者第一皮带机3直接与码坯机7相连，先将煤矸石砖坯码放到台车上之后，再将其送入干燥窑8中干燥，干燥后返回码坯机7进行渣石砖坯的码放。

步进台车窑9为砖坯的烧制提供场所，装有砖坯的台车从步进台车窑9的进车口进入窑体内部，依次经过窑体内部的预热带、烧成带和冷却带，砖坯经过预热带预热后，在烧成带中煤矸石砖坯燃烧，并对位于其上部的渣石砖坯进行烧结，得到煤矸石砖和氧化钙砖，经冷却带冷却后从窑体的出车口排出，再经出料机10分别将得到的煤矸石砖和氧化钙砖送入煤矸石砖成品仓11和氧化钙砖成品仓12中。

在步进台车窑9窑体的一端设有助燃风管道13，助燃风通常为空气；在步进台车窑9窑体的另一端设有排风口，排风口通过管道与除尘器14相连，在除尘器14的出风口连接有引风机15，引风机15通过管道与烟囱16相连。

步进台车窑9氧化钙生产系统的工作流程是，煤矸石、粘结剂和水在第一混合器1中混合均匀，得到的混合液进入第一制坯机2中制成煤矸石砖坯，将煤矸石砖坯通过第一皮带机3输送至码坯机7中，在台车上码放煤矸石砖坯，将码放好煤矸石砖坯的台车送入干燥窑8中进行干燥处理，干燥完成后再返回码坯机7中；渣石、粘结剂和水在第二混合器4中混合均匀，得到的混合液进入第二制坯机5中制成渣石砖坯，将渣石砖坯通过第二皮带机6输送至码坯机7中，并将渣石砖坯码放在干燥后的煤矸石砖坯上方；码放好渣石砖坯的台车通过台车运行通道进入步进台车窑9中，经煅烧后得到煤矸石砖和氧化钙砖，分别存储在煤矸石砖成品仓11和氧化钙砖成品仓12中。

（4）对步骤（2）和步骤（3）中产生的余热和二氧化碳进行回收。

双膛窑氧化钙生产线产生的废气温度为100~120℃，利用余热锅炉将这部分热量回收生产热水，供给生产、生活及取暖使用。

回转窑氧化钙生产线和步进台车窑氧化钙生产线产生的废气温度高达200~350℃，利用蒸汽发生器将这部分热量收集制备蒸汽，蒸汽可以用作氧化钙深加工的干燥热源，剩余的蒸汽可以提供给卫星式工厂作为能源。

三种氧化钙生产线产生的废气中均含有20%左右的二氧化碳，利用变压吸附或溶剂法进行提纯回收，储存到二氧化碳储罐中，作为氧化钙深加工的原料。

通过对废气中所含有的余热和二氧化碳进行回收，做到了“零排放”。

（5）对石灰窑氧化钙生产线生产出的氧化钙进行深加工得深加工产品，深加工过程所需热量和二氧化碳均由步骤（4）回收而得，所用的氧化钙原料全部来自于步骤（2），减少了原料的运输费用，大大降低了生产成本，实现了废气中余热和二氧化碳的利用，既提高了市场竞争力，又保护了生态环境。

如图3所示，氧化钙深加工系统包括活性碳酸钙生产装置和纳米碳酸钙生产装置，活性碳酸钙生产装置包括按照物料输送方向依次相连的第一消化机17、第一旋液分离器18、第一陈化池19、碳化反应器20、包覆釜21、离心机22、第一干燥机23和第一成品仓24，第一消化机17与第一热水供应器33相连，纳米碳酸钙生产装置包括按照物料输送方向依次相连的第二消化机25、第二旋液分离器26、第二陈化池27、三级碳化反应器28、第二包覆釜21、板框压滤机30、第二干燥机31和第二成品仓32，第二消化机25与第二热水供应器34相连；第二悬液分离器的排水口和板框压滤机30的排水口分别通过管道与第一热水供应器33的进水口相连，第一旋液分离器18的排水口和离心机22的排水口分别通过管道连接至水处理罐35，水处理罐35的出水口通过管道与第二热水供应器34的进水口相连。

来自石灰窑氧化钙生产线的部分氧化钙（粒度小于30mm）由振动给料机送入第一消化机17中，与来自第一热水供应器33的热水反应，转化为ca(oh)2粗浆；ca(oh)2粗浆经筛选除杂后进入第一旋液分离器18中进行旋液分离，得到精制的ca(oh)2乳液，分离出的水从排液口排至水处理罐35中，精制的ca(oh)2乳液经输送泵泵入第一陈化池19中进行陈化处理；陈化后的ca(oh)2乳液进入碳化反应器20中与反应器内的co2气体进行碳化反应生成caco3，当反应物ph下降至7~8时，标志着反应即将完成，碳化后的反应液从反应器底部的排料口排出并经输送泵泵入包覆釜21中进行活化处理，反应器内的co2气体由步骤（4）回收而得；活化处理后的浆液送入刮刀式离心机22中脱水，脱除的水排入水处理罐35中与来自第一旋液分离器18的水一起回收利用，滤饼（含水25~30%）则进入第一干燥机23中进行干燥，干燥过程所用的热蒸汽是由步骤（4）中的蒸汽发生器提供，干燥后的成品经风选机筛选、自动装包机包装后进入第一成品仓24中存放。

来自石灰窑氧化钙生产线的部分氧化钙（粒度小于30mm）经电磁震动给料机和皮带秤送入第二消化机25中，与来自第二热水供应器34的热水反应，转化为ca(oh)2粗浆；ca(oh)2粗浆经筛选除杂后进入第二旋液分离器26中进行旋液分离，得到精制的ca(oh)2乳液，分离出的水从排液口排出后直接进入第一热水供应器33中，用于活性碳酸钙生产线的消化过程，精制的ca(oh)2乳液经输送泵泵入第二陈化池27中进行陈化处理；陈化后的ca(oh)2乳液进入三级碳化反应器28中，并在添加晶型控制剂的条件下与反应器内的co2气体进行碳化反应生成caco3，碳化后的反应液从反应器底部的排料口排出并经输送泵泵入改性釜29中进行改性处理，反应器内的co2气体由步骤（4）回收而得；改性处理后的浆液送入板框压滤机30中压滤，脱除的水从排水口排出后直接功过管道进入第一热水供应器33中，用于活性碳酸钙生产线的消化过程，滤饼（含水35~40%）则进入第二干燥机31中进行干燥，干燥过程所用的热蒸汽是由步骤（4）中的蒸汽发生器提供，干燥后蒸发的水汽经脉冲袋式除尘器除尘后由排风机排出，干燥后的半成品经过旋风磨解聚，分级机筛选，未达标的回到旋风磨继续处理，合格品进入自动包装机包装后进入第二成品仓32存放。

水处理罐35中设有膜处理装置，对来自第一旋液分离器18和离心机22的废水进行处理，达到生产用水水质后进入第二热水供应器34中，为纳米碳酸钙的生产提供原料水，由此实现水资源的循环利用。

氧化钙深加工还可以是其他的生产线，例如氢氧化钙生产线等。

本发明方法还可以延伸产业链即引入卫星式工厂，既降低碳酸钙生产企业的销售成本，又降低卫星式工厂所需原料的运输成本，实现双赢，产业园还可为卫星式工厂提供能源介质，大大降低厂家的生产成本，提高其生产竞争力，卫星式工厂可以是所有以产业园生产的产业为原料的企业。本发明方法可操作性强，为碳酸钙矿山循环经济产业链选择与产业链延伸提供全面、客观和科学的依据。