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一文了解電石渣、磷尾礦等含鈣鎂廢渣制備碳酸鈣技術

   2023-11-21 粉體技術網3200
核心提示:鈣鎂型廢渣是指廢渣中鈣化合物或鎂化合物含量居各組分之首,或者鈣化合物和鎂化合物含量之和占廢渣(干基)總量的50%以上的工業廢渣。常見的鈣鎂型廢渣有電石渣、堿渣、磷尾礦、石灰乳皂化廢渣等。
       一般來說,鈣鎂型廢渣是指廢渣中鈣化合物或鎂化合物含量居各組分之首,或者鈣化合物和鎂化合物含量之和占廢渣(干基)總量的50%以上的工業廢渣。常見的鈣鎂型廢渣有電石渣、堿渣、磷尾礦、石灰乳皂化廢渣等。

根據鈣鎂型廢渣中鈣化合物的類型,可分為Ca(OH)2型、CaCO3型,分別如電石渣、磷尾礦;當CaCO3和Ca(OH)2含量都比較多時,歸入Ca(OH)2型,如皂化廢渣等。當鈣鎂型廢渣中鎂元素含量較高時,又可分為高鎂Ca(OH)2型、高鎂CaCO3型,如高鎂皂化廢渣、高鎂磷尾礦和高鎂堿渣等。

1、Ca(OH)2型廢渣

以干法電石渣粉為例,依次經消化浸取、過濾洗滌、濾液CO2碳化、干燥磨粉等工藝步驟分別得到高純度輕質碳酸鈣產品和不溶性中性殘渣。顏鑫等提出的以石灰石生產電石為龍頭,以電石渣和工業上富余的CO2為原料,將乙炔、食品級輕質碳酸鈣和水泥三大化工產品實現聯合生產的鈣元素充分綜合利用綠色新工藝,達到了對石灰石中鈣元素“吃干榨凈”的目的。實現了“以廢治廢”,變“廢”為資源的循環經濟目標,具有良好的環境效益、社會效益和經濟效益。

2、高鎂Ca(OH)2型廢渣

皂化廢渣同時含有CaCO3和Ca(OH)2,且富含Mg(OH)2,可以歸類為高鎂Ca(OH)2廢渣,其充分綜合利用工藝流程較為復雜。將皂化廢渣轉入消化浸取裝置中,一定的溫度下進行充分攪拌、消化反應、NH4Cl浸取反應、過濾分離;所得浸取液轉入碳化裝置,進行CO2碳化反應I,控制反應溫度和pH,經過濾、洗滌、干燥后得到輕質碳酸鈣,濾液循環用于浸取反應。浸取后的濾渣加適量清水并充分攪拌后通入CO2進行碳化反應II,碳化反應II后再過濾分離,所得濾液為碳酸氫鎂溶液,碳酸氫鎂溶液可以直接蒸發分解得到MgCO3產品,所得濾渣為不溶性中性殘渣。


皂化廢渣經消化浸取、CO2碳化反應I、CO2碳化反應II、加熱分解、多次過濾分離等化學反應和過濾分離等單元操作步驟,可以將有害皂化廢渣分離回收為高純度的輕質碳酸鈣、MgCO3兩種化工新型材料和不溶性中性殘渣,使皂化廢渣得到充分綜合利用,同時消耗大量CO2,實現三廢零排放,是一種完全不同于現有皂化廢渣綜合利用的新技術、新突破,其社會效益、環境效益、經濟效益都十分明顯。

3、高鎂CaCO3型廢渣

磷尾礦粉經煅燒反應、消化浸取反應、浸取液碳化反應I、浸渣碳化反應II、碳化反應II的濾液氨化反應等五步反應,經過多次過濾分離、干燥磨粉等物理單元操作之后,可分別得到食品級輕質碳酸鈣、Mg(OH)2和磷精礦等3個產品。


磷尾礦中大量的CaCO3和MgCO3分離出來后,分別成為了食品級輕質碳酸鈣、Mg(OH)2產品,殘渣是P2O5質量分數達到30%以上的磷精礦,整個分離過程得到了3個附加值較高的產品,使磷尾礦得到了充分綜合利用,其經濟效益相當可觀,且沒有三廢排放,是一個典型的循環經濟項目。

4、廢渣綜合利用效益分析

不管是CaCO3型廢渣,還是Ca(OH)2型廢渣,無論是高鎂或者是低鎂廢渣,其綜合利用新工藝中都包含了浸取反應和CO2碳化反應,經浸取反應后鈣離子都是以CaCl2或Ca(NO3)2的形式存在,碳化反應都是CaCl2或Ca(NO3)2的氨水溶液與CO2的反應。由于CaCl2或Ca(NO3)2的氨水溶液是澄清透明溶液,不同于傳統輕質碳酸鈣生產工藝中采用石灰乳來制備輕質碳酸鈣,石灰本身夾帶有少量鐵、鋁、硅、錳等元素的氧化物,傳統方法生產的輕質碳酸鈣的純度和白度較低,因此,CaCl2或Ca(NO3)2的氨水溶液碳化法生產的輕質碳酸鈣,只要經過充分洗滌,其產品純度和白度都是很高的。

實驗證明,產品中CaCO3的質量分數可達99.9%,鎘、砷、鉛、汞等有害元素的含量遠低于食品級輕質碳酸鈣的國家標準或無法檢出,可見,這種高純度、高白度輕質碳酸鈣完全可用做電子級CaCO3和食品級CaCO3,其價值將是普通輕質碳酸鈣價格的2~3倍,可預期其經濟效益、環境效益和社會效益都是相當可觀的。

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