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1 碳酸钙工业概述1

1.1碳酸钙工业历史和现状1

1.1.1世界碳酸钙工业的发展历史和现状1

1.1.2中国碳酸钙工业的发展历史和现状4

1.1.3中国纳米碳酸钙工业的发展历史和现状6

1.2碳酸钙的分类及其鉴别方法14

1.2.1碳酸钙工业的分类14

1.2.2按照是否进行表面处理分类15

1.2.3按其专门的用途分类16

1.2.4按照碳酸钙的不同晶型和形貌分类16

1.2.5按粒径进行分类23

1.3碳酸钙的主要技术指标24

1.3.1普通轻钙、活性轻钙、专用纳米钙的主要质量控制指标比较24

1.3.2沉淀碳酸钙的主要技术指标分析比较25

1.4纳米碳酸钙与普通轻钙和活性轻钙的工艺比较32

1.4.1工艺流程图的比较32

1.4.2工艺条件的比较34

1.4.3纳米碳酸钙与普通轻质碳酸钙的性能比较37

1.5我国碳酸钙工业存在的主要问题37

1.5.1结构与规模问题38

1.5.2体制与技术问题39

1.6碳酸钙工业在化学工业中的重要地位和作用39

1.7纳米碳酸钙产品的物化性质41

1.7.1纳米碳酸钙产品的物理性质41

1.7.2纳米碳酸钙产品的主要化学性质42

1.8纳米碳酸钙产品的主要纳米特性45

1.8.1量子尺寸效应46

1.8.2表面效应47

1.8.3小尺寸效应49

1.8.4宏观量子隧道效应53

2 纳米碳酸钙生产的关键技术54

2.1纳米碳酸钙生产对原料的关键要求54

2.1.1对石灰石的关键要求54

2.1.2对燃料的关键要求57

2.1.3对石灰的关键要求61

2.1.4对碳化气的关键要求62

2.1.5对工艺用水的关键要求64

2.2生石灰生产关键技术64

2.2.1石灰石的块度与煅烧时间、温度的关系65

2.2.2石灰石煅烧速度与温度关系67

2.2.3纳米碳酸钙生产对固体燃料块度的要求69

2.2.4石灰石煅烧与风量的关系69

2.2.5轻烧石灰与过烧石灰72

2.2.6石灰窑的热效率与燃料配比73

2.2.7自动上料石灰窑的自动控制系统73

2.2.8石灰活性与原生碳酸钙的关系74

2.3消化关键技术75

2.3.1石灰消化的基本原理与工艺流程75

2.3.2石灰乳波美度与质量分数的关系76

2.3.3熟浆波美度与质量分数的关系78

2.3.4消化过程工艺条件的优化78

2.4精浆陈化关键技术82

2.5晶型导向及分散关键技术83

2.5.1结晶导向关键技术83

2.5.2分散关键技术86

2.6碳化关键技术89

2.6.1低温间歇鼓泡碳化关键技术89

2.6.2常温连续喷雾碳化关键技术91

2.6.3低温带搅拌器的反应釜碳化关键技术92

2.6.4超重力反应结晶关键技术93

2.6.5碳化过程游离碱控制技术95

2.6.6碳化过程平均粒径控制技术96

2.6.7熟浆陈化关键技术99

2.7表面改性关键技术99

2.7.1表面活化改性的必要性99

2.7.2碳酸钙分子的结构模型100

2.7.3活性碳酸钙的结构模型示意图102

2.7.4活化机理探讨106

2.7.5常用的表面活性剂和改性方法107

2.7.6表面活性剂的选择原则117

2.7.7碳酸钙的表面处理工艺120

2.7.8纳米碳酸钙表面改性新技术126

2.7.9国内表面活化改性技术现状及存在问题129

2.7.10我国纳米碳酸钙表面改性技术的发展方向132

2.8干燥关键技术134

2.8.1烘房干燥关键技术135

2.8.2回转滚筒间接干燥关键技术136

2.8.3喷雾干燥关键技术138

2.8.4旋转闪蒸干燥关键技术140

2.8.5带式干燥工艺关键技术141

2.8.6二级组合干燥法关键技术143

2.8.7二级组合干燥法的优势与不足146

3 生产轻质（纳米）碳酸钙的主要设备150

3.1石灰石原料准备工段的主要设备选择150

3.1.1石灰石原料的特点150

3.1.2石灰石的矿石开采150

3.1.3石灰石选矿与加工的生产流程152

3.1.4选矿与加工设备153

3.2石灰窑及其附属设备的选择156

3.2.1石灰窑的选择156

3.2.2窑气净化系统及洗气塔、吸收塔159

3.2.3直线振动筛160

3.3消化机的选择161

3.3.1对消化机的基本要求162

3.3.2箱式消化机的结构特点162

3.3.3回转式后排消化机164

3.3.4消化机的自动控制165

3.4浆液精制设备167

3.4.1初级分离设备167

3.4.2旋液分离器及多级旋液分离器的工艺流程169

3.5鼓泡碳化塔及窑气压缩设备的选择170

3.5.1鼓泡碳化塔的选择170

3.5.2空压机和罗茨鼓风机的选择171

3.6增浓脱水及设备的选择174

3.6.1斜板增浓器174

3.6.2固液分离设备175

3.7干燥设备的选择177

3.7.1轻质碳酸钙专用导热油加热滚筒连续干燥机177

3.7.2盘式连续干燥器180

3.7.3旋转闪蒸干燥器183

3.7.4链（带）式干燥器184

3.7.5桨叶式干燥机185

3.8干法改性设备186

3.9解聚筛分及包装设备187

3.9.1 QS-160型气流筛粉机187

3.9.2自动定量包装机的工作原理189

3.10主要经济技术指标191

3.10.1纳米碳酸钙生产成本估算191

3.10.2纳米碳酸钙生产主要设备191

3.10.3分析检验仪器192

4 高浓度二氧化碳生产纳米碳酸钙的关键技术194

4.1高浓度二氧化碳生产纳米碳酸钙的有利条件194

4.1.1高浓度CO2生产纳米碳酸钙的提出194

4.1.2氮肥厂富余CO2的估算194

4.1.3合成氨弛放气可作干燥热源197

4.1.4高浓度CO2生产纳米碳酸钙的有利条件198

4.2高浓度CO2联产纳米碳酸钙的工艺流程199

4.3高浓度CO2生产纳米碳酸钙的生产技术特点200

4.4技术经济分析201

5 三级连续加压鼓泡碳化新工艺203

5.1三级连续加压鼓泡碳化法的局部流程示意图、说明及其分析203

5.1.1三级连续加压鼓泡碳化法的局部流程示意图203

5.1.2工艺流程说明203

5.1.3工艺流程特点分析205

5.1.4三级连续鼓泡碳化新工艺的优势与不足210

5.2三级连续加压鼓泡碳化法的理论基础211

5.2.1碳化反应是气-液-固[Ca（OH）2（s）]-固[CaCO3（s）]四相反应体系211

5.2.2连续鼓泡碳化塔为拟平推流反应器212

5.2.3碳化过程跟踪及碳化终点判断213

5.2.4不同碳化反应阶段固体粒子的微观形态214

5.3连续鼓泡碳化法的工艺流程215

5.4碳化反应过程工艺条件分析215

5.4.1碳化反应温度对产品晶型和粒径的影响215

5.4.2浆液浓度对产品晶型和粒径的影响218

5.4.3 CO2气体的浓度对产品晶型和粒径的影响221

5.4.4碳化气体流量对产品平均粒径和反应时间的影响221

5.4.5晶型导向剂的加入时间对碳酸钙晶型和粒径的影响222

5.4.6搅拌速度对碳酸钙晶型和粒径大小的影响224

5.5生产纳米碳酸钙的三联产绿色新工艺226

5.5.1现有纳米碳酸钙生产过程中的废渣、废水、废气数量226

5.5.2生产纳米碳酸钙的三联产绿色新工艺228

5.5.3消化过程的物料衡算233

5.5.4石灰乳的配制234

5.5.5碳化过程的物料衡算235

5.5.6活性剂的物料衡算236

5.5.7碳化后处理工序的物料衡算236

5.5.8主要物料衡算237

5.6连续鼓泡碳化新工艺的热量衡算238

5.6.1连续消化机的热量衡算238

5.6.2副产蒸汽连续消化罐的热量衡算239

5.6.3碳化塔的热量衡算241

5.6.4带式串闪蒸二级干燥系统的热量衡算243

5.7碳化反应过程及机理分析245

5.7.1碳化过程的化学反应机理245

5.7.2碳化过程化学反应机理分析247

5.7.3碳化过程的传质模型——四膜模型249

5.8主要设备的选型256

5.8.1制冷机的选型256

5.8.2连续鼓泡碳化塔的设备计算259

6 纳米碳酸钙与其他化工产品联合生产的关键技术261

6.1氮肥厂联产纳米碳酸钙关键技术262

6.1.1氮肥厂联产纳米碳酸钙可行性分析262

6.1.2氮肥厂联产纳米碳酸钙碳化过程的化学反应机理及分析263

6.1.3氮肥厂联产纳米碳酸钙碳化过程的碳化终点判断264

6.1.4尿素生产过程的未反应气对碳化反应速度和产品质量的影响265

6.1.5氮肥厂联产纳米碳酸钙的新工艺流程及流程分析265

6.1.6氮肥厂联产纳米碳酸钙的应用前景269

6.2电石渣联产纳米碳酸钙的关键技术269

6.2.1电石渣的应用研究综述270

6.2.2用电石渣制备碳酸钙的基本原理272

6.2.3电石渣联产纳米碳酸钙工艺流程273

6.2.4电石渣生产纳米碳酸钙工艺流程275

6.2.5电石渣联产纳米碳酸钙的应用前景276

6.3硝酸厂联产纳米碳酸钙的关键技术277

6.3.1硝酸厂联产纳米碳酸钙的可行性和有利条件277

6.3.2“三联产绿色新工艺”流程280

6.3.3硝酸厂联产纳米碳酸钙的效益分析283

6.4纯碱厂联产纳米碳酸钙的关键技术285

6.4.1联碱厂联产纳米碳酸钙的可行性与优势285

6.4.2“四联产绿色新工艺”流程与特点287

6.4.3“四联产绿色新工艺”的效益分析290

7 纳米碳酸钙生产过程质量控制关键技术293

7.1石灰生产过程质量控制关键技术293

7.1.1石灰石的理化性质293

7.1.2纳米碳酸钙生产对石灰石的品质要求293

7.1.3石灰石煅烧质量控制关键技术294

7.1.4石灰立窑的操作规程294

7.1.5石灰立窑常见故障及其处理技术298

7.2石灰消化过程质量控制关键技术300

7.2.1石灰乳制备关键技术300

7.2.2石灰乳精制关键技术300

7.3碳化过程质量控制关键技术301

7.3.1石灰乳浓度控制关键技术301

7.3.2碳化温度控制关键技术302

7.3.3碳化搅拌速度控制关键技术303

7.3.4碳化反应CO2浓度、流量、压力控制关键技术304

7.3.5碳化反应中晶种控制关键技术306

7.3.6碳化反应添加剂的选择和控制关键技术306

7.3.7过碳化控制关键技术307

7.4碳化终点的指示关键技术308

7.4.1根据电导率的变化来指示终点308

7.4.2根据pH值的变化来指示终点308

7.4.3根据溶液的温度变化来指示终点308

7.4.4根据体系的压力变化来指示终点308

7.5纳米碳酸钙湿法活化改性生产过程控制关键技术309

7.5.1活化处理方式的选择309

7.5.2湿法活化处理剂的选择309

7.5.3湿法活性剂的用量309

7.5.4湿法活化处理温度的选择310

7.5.5浆液浓度的选择311

7.5.6活化反应器的选择311

7.5.7搅拌速度的选择311

7.5.8活化时间的选择312

7.6纳米碳酸钙脱水生产的控制关键技术312

7.7纳米碳酸钙干燥过程的质量控制关键技术312

7.8轻质碳酸钙生产碱度偏高的原因及控制措施313

7.8.1碱度偏高的原因314

7.8.2控制碱度偏高的措施316

7.9沉降体积大小的控制关键技术316

7.10 PCC白度控制及化学增白关键技术318

8 纳米碳酸钙生产过程检验与分析关键技术320

8.1初级原料检验与分析关键技术320

8.1.1石灰石分析关键技术320

8.1.2煤焦分析关键技术325

8.1.3水分析关键技术330

8.1.4添加剂、活性剂及其他辅助原材料的分析337

8.2二级原料检验与分析关键技术337

8.2.1生石灰质量检验与分析关键技术337

8.2.2碳化气各组分检验与分析关键技术338

8.3中间产品检验与分析关键技术351

8.3.1石灰乳检验与分析关键技术351

8.3.2碳化过程中碳酸钙悬乳液碳化度的测定353

8.3.3碳酸钙滤饼及干燥过程中水分的测定353

8.4纳米碳酸钙产品质量检验与分析关键技术354

8.4.1纳米碳酸钙产品质量的国家标准及检测标准354

8.4.2纳米碳酸钙产品与应用性能相关的指标的检验与分析关键技术355

8.4.3纳米碳酸钙产品质量检验规则360

8.4.4纳米碳酸钙产品的标志和标签360

8.4.5纳米碳酸钙产品的包装、运输和贮存361

9 纳米碳酸钙应用关键技术362

9.1纳米碳酸钙在塑料工业中应用的关键技术362

9.1.1纳米碳酸钙填料在塑料中重要作用362

9.1.2纳米碳酸钙填充在塑料中的关键技术364

9.1.3纳米碳酸钙在塑料工业中的应用前景366

9.2纳米碳酸钙填充在橡胶制品中的关键技术367

9.2.1纳米碳酸钙填充在橡胶中的作用367

9.2.2纳米碳酸钙填充在橡胶中的关键技术368

9.2.3纳米碳酸钙在橡胶工业中的应用前景369

9.3纳米碳酸钙在胶黏剂、密封胶工业中应用的关键技术370

9.3.1纳米碳酸钙用在胶黏剂、密封胶中的作用370

9.3.2胶黏剂、密封胶中对纳米碳酸钙的几个关键技术370

9.3.3纳米碳酸钙在胶黏剂、密封胶工业中应用的前景372

9.4纳米碳酸钙在涂料工业中应用的关键技术373

9.4.1纳米碳酸钙填充在涂料中的作用373

9.4.2纳米碳酸钙在涂料工业中应用的关键技术373

9.4.3纳米碳酸钙在涂料工业中的应用前景374

9.5纳米碳酸钙在造纸工业中应用的关键技术374

9.5.1纳米碳酸钙在纸张中的重要作用及其对纸张性能的影响374

9.5.2纳米碳酸钙在造纸工业应用的关键技术375

9.5.3纳米碳酸钙在造纸工业的应用前景379

9.5.4风头正劲的“石头纸”生产技术380

9.6纳米碳酸钙在油墨工业中应用的关键技术382

9.6.1纳米碳酸钙在油墨工业中的重要作用382

9.6.2油墨工业对纳米碳酸钙的个性化要求382

9.6.3影响纳米碳酸钙在油墨中应用的关键技术383

9.6.4纳米碳酸钙在油墨工业中的应用前景384

9.7保健食品、饲料工业、医药工业与日化385

9.8在针状硅灰石晶体表面纳米修饰应用技术386

9.8.1试验部分387

9.8.2结果与讨论389

9.8.3结论396

10 纳米碳酸钙安全生产与环境保护关键技术399

10.1纳米碳酸钙安全生产关键技术399

10.1.1工艺过程安全生产关键技术399

10.1.2碳酸钙生产的化工单元安全技术403

10.2碳酸钙生产的环境保护关键技术409

10.2.1碳酸钙生产中的粉尘及其治理410

10.2.2碳酸钙生产中的废水及其治理414

10.2.3碳酸钙生产中的废渣及其治理416

11 纳米碳酸钙生产技术的展望418

11.1碳酸钙工业依然是朝阳工业418

11.1.1从发达国家来看碳酸钙行业418

11.1.2从中国的角度来看碳酸钙行业发展前景421

11.2纳米碳酸钙生产技术的发展展望422

11.2.1管理要科学化、系统化422

11.2.2设备要现代化、精密化423

11.2.3人员要知识化、专业化426

11.2.4产品要系列化、精细化426

11.2.5活化技术要复合化427

11.2.6干燥工序要组合化428

11.2.7系统工程化428

11.2.8应用研究与基础理论研究要双管齐下429

附录431

一、CO2在水中的溶解度（101.3kPa）431

二、氢氧化钙在水中的溶解度431

三、碳酸钙在15℃水中的溶解度432

四、Ca（OH）2和CaCO3的密度与质量分数对照（25℃）432

五、常用液体的重要物理性质（20℃，101.3kPa）432

六、常用筛网规格型号（平织）433

七、常用筛网（材料为304或316）规格型号（斜织）434

八、干空气的物理性质（101.3kPa）434

九、常用气体的重要物理性质（101.3kPa）435

参考文献436