上期推文,介绍了【系列专题】石灰石跻身上流社会第1步:生产氧化钙,本期继续介绍石灰石进阶的第2步:生产氢氧化钙。
1、氢氧化钙的概念及分类
石灰石经高温煅烧后生产氧化钙,而氢氧化钙则是由氧化钙加水消解而成,化学式Ca(OH)2,俗称熟石灰、消石灰。
按纯度可分为工业级氢氧化钙(纯度90%-95%,含少量碳酸钙、氧化镁等杂质)、食品级氢氧化钙(纯度≥98%,重金属及杂质含量极低)、医药级氢氧化钙(高纯度≥99%,无菌处理)。
按物理形态可分类粉状氢氧化钙(细度为80-400目,易溶于水,反应速度快)、膏状氢氧化钙(含水率约40%-50%,粘稠状)。
2、氢氧化钙的生产工艺与设备
氢氧化钙是由氧化钙和水发生化学反应而得,原料石灰石经过清洗,高温煅烧后得到生石灰(氧化钙),工业上用生石灰生产氢氧化钙的过程有干法和湿法2种。
某公司普通氢氧化钙(干法)和超细氢氧化钙(湿法)生产工艺
(1)氢氧化钙干法生产工艺
合格的生石灰经鄂式破碎机破碎至40mm左右,经由斗式提升机,送入碎氧化钙储存罐,料仓中的石灰经稳流螺旋输送机或定量称重系统进入预消石灰搅拌机,在搅拌杆的强烈搅拌下初步消化(根据产量不同可分为单、双、三轴),然后进入二消石灰搅拌机完成消化过程。消化好的石灰由消石灰提升机和进仓螺旋输送机输入消石灰仓,然后由加灰螺旋风分离器得到合格的精消石灰。精消石灰卸入成品消石灰仓,根据用户需要再进行分包装。
干法生产氢氧化钙是目前常见的加工方式,可实现自动生产,生产过程环保,产量大,质量稳定,生产的氢氧化钙产品无杂质,活性好等优点,逐步成为主流的加工工艺。
干法工艺生产的氢氧化钙产品比乳状氢氧化钙应用更广泛,主要用于化工、环保、建筑、食品、医疗等多个域,另外储存、运输也比较方便。
(2)氢氧化钙湿法生产工艺
原料生石灰由装载机加入料仓中,并由振动加料机均匀加入颚式破碎机中破碎至30-50mm左右,在破碎过程中产生的粉尘由引风机经颚式破碎机上部的除尘罩引至车间外部的脉冲布袋除尘器中除尘,除尘器中的氧化钙粉每周清理数次。
破碎后的生石灰经斗式提升机提升,送入位于消化车间消化机上部的石灰料仓中,生石灰经石灰料仓的下部的插板阀,称重给料器均匀送入消化机中,同时以灰水比1:3.5的比例向消化机中加水,消化机启动时15分钟内可使用热水罐内加热至80℃的热水(热水罐的加热介质为饱和蒸汽),当消化机温度已经达到90度以上时,可停止热水罐的热水改用冷水消化(可用环化下水)。
消化机可使生石灰和水在搅拌桨叶高强度搅拌下进行消化反应,水化成氢氧化钙乳液。大部分残渣由消化机出渣口和振动筛中筛分出,残渣被输送机送至车间外的渣池,消化过程中产生的水蒸汽由消化机尾部的除尘罩收集排至车间外经水膜除尘器处理后排放,水膜除尘器排水用于消化机尾部洗渣。
经过滤后的粗浆液(约25%)自流进入粗浆池中,由浆泵抽取粗浆池中的浆液送至旋液除渣器,旋液除渣器分离出的不溶性灰渣经振动筛分离后送入车间外渣池。经旋液除渣器处理后的浆液约22%,进入精浆储罐中加水配制氢氧化钙含量至20%再由泵抽取送至环化塔,为更好的满足环化工艺要求,可对精浆储罐进行加热使之升温至65℃并保温,加热介质为饱和蒸汽。
精致氢氧化钙浆液再次经旋液除渣器处理,然后进入导热油加热滚筒连续干燥机进行初步干燥,然后进入喷雾干燥机进行喷雾干燥。将喷雾干燥机进行喷雾干燥后的氢氧化钙粉末经气流进入分级机进行筛选分级,分级后的氢氧化钙经料仓进入包装车间,包装机进行包装,得到湿法食品添加剂氢氧化钙成品。
氢氧化钙湿法生产工艺吸收剂利用率高(可大于90%),设备运转率高,系统工作的可靠性高。
3、氢氧化钙的应用
氢氧化钙是非常重要的化工原料,由于自身的碱性、抗菌作用及对CO2、SO2 的吸附作用等特性,可广泛用于建筑、食品、医药、塑料、造纸、石油添加剂等行业,是当前常用的吸附剂与烟气处理材料。
(1)工业级氢氧化钙
工业氢氧化钙主要用作生产漂白粉、钙化合物、钙基热稳定剂等化工产品的原料,用作水处理剂、土壤修复剂、染料分散剂等,还用于烟气脱硫、涂料行业、建筑材料行业等。
《HG/T 4120-2024工业氢氧化钙》指标要求
烟气脱硫:氢氧化钙-石膏湿法脱硫工艺,通过烟气大面积与Ca(OH)2的吸收液接触,使烟气中的SO2溶解于水并于氢氧化钙浆液反映生成亚硫酸钙,在鼓入大量空气的条件下,使亚硫酸钙氧化生成硫酸钙,从而达到降低烟气中SO2的目的。钙法脱硫工艺中实际参与固硫作用的是钙离子,碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙都可以作为脱硫剂。作为脱硫剂应用,氢氧化钙脱硫效率比碳酸钙更高,用量比碳酸钙少,能耗比碳酸钙低,且没有二氧化碳排放。
固废处理:氢氧化钙可中和废水中的游离酸、酸性盐,与金属离子反应生产不溶于水的沉淀物,调节废水的pH值。氢氧化钙可以用于垃圾填埋场的渗滤液处理,中和渗滤液的酸性,降低重金属离子浓度,减少渗滤液对土壤和地下水的污染。
建材:氢氧化钙可以作为填料和颜料应用于建筑涂料中,赋予涂料良好的遮盖力和白度。还可以与胶凝材料(如水泥、石膏等)混合,制成腻子,用于填补墙面裂缝和不平整处,为后续的装饰装修提供良好的基础。
文物修复:氢氧化钙易与空气中的水和二氧化碳反应生成具有较好的化学相容性和老化稳定性的碳酸钙,具有一定的固结作用,因此是一种十分有效的文物修复材料。
医药:氢氧化钙糊剂凭借其强碱性(pH>12),能渗透牙本质小管,高效杀灭细菌、抑制根管内病原体,现代根管治疗的“黄金搭档”。
功能填料:氢氧化钙可作为环境消纳塑料的助剂,对塑料分解具有脱氯作用、崩裂作用及促使碱性降解作用。在高分子材料中加入氢氧化钙能够提高复合材料材料的热稳定性和阻燃性能,同时氢氧化钙遇热可生成水,可以起到降温,阻氧和阻燃的效果。
农业:氢氧化钙可降低土壤酸性,改良土壤结构;农药波尔多液是用石灰乳和硫酸铜水溶液按一定比例配制而成;树木根部以上涂80公分的石灰浆,利于过冬防虫
化工:氢氧化钙是许多化工产品的重要原料。例如,它可以用于生产漂白粉、环氧氯丙烷、环氧丙烷等化工产品。
(2)食品级氢氧化钙
氢氧化钙具有碱的通性,是一种强碱。由于氢氧化钙的溶解度比氢氧化钠和氢氧化钾的小很多,因而其溶液的腐蚀性和碱性也相对较小,所以在食品中可用作酸度调节剂,起缓冲、中和、固化等作用。食品级氢氧化钙活性比较高,结构比较疏松,纯度高,白度较好,杂质含量少,不含Pb、As等有害元素。
《GB 1886.375-2024 食品安全国家标准 食品添加剂 氢氧化钙》指标要求
钙剂:氢氧化钙作为原料广泛应用于钙剂生产工业,其中常见的有葡萄糖酸钙,在我国目前均采用发酵法生产,其工艺过程为:淀粉经糖化后用黑曲霉发酵,发酵液用石灰乳(氢氧化钙)中和后经浓缩、结晶、精制得到葡萄糖酸钙成品。
奶粉:氢氧化钙在作为酸度调节剂,可使用在乳粉(包括加糖乳粉)和奶油乳粉及其调制产品、婴幼儿配方食品中,在乳粉中添加一定量的氢氧化钙,起到调节乳粉pH以使其在水中溶解时可以分散均匀,且钙离子也可以起到营养强化的作用。
米豆腐和冰凉粉:米浆中熟石灰起到凝固剂的作用,同时也提供钙元素。冰凉粉的制作过程中,也需要加入熟石灰,同样,起到凝固剂的作用。
皮蛋:用熟石灰、纯碱和草木灰等为原料调成浆状包裹在蛋的表面,一段时间后,经化学作用就成了能直接食用的皮蛋。
魔芋食品:在魔芋凝胶食品制作过程中,行业中惯例使用的是氢氧化钙,因为魔芋食品必须在碱中才能凝固,同时使用氢氧化钙制造出的魔芋凝胶食品,从凝胶、口味、色泽和经济性几方面都优于其他碱,这也是我国自古以来一直使用的碱,且钙离子还可以被人体吸收。另一方面,制成的魔芋凝胶食品又必须浸泡在液体中保存,因此氢氧化钙又起到酸度调节剂的作用。在日本,氢氧化钙也是魔芋食品行业公认使用的碱(酸度调节剂)。
制糖:在制糖过程中,要用氢氧化钙来中和糖浆里的酸,然后再通入二氧化碳使剩余的氢氧化钙变成沉淀过滤出去,这样才能减少糖的酸味。还能和蔗糖结合形成蔗糖盐,故能用于糖蜜脱糖或砂糖精制。
其他:氢氧化钙作为缓冲剂、中和剂、固化剂,可用于啤酒、干酪和可可制品。因其pH调节和凝固的作用,还可用于医药、食品添加剂的合成、高技术生物材料HA的合成、饲料添加剂的VC磷酸脂的合成,及环烷酸钙、乳酸钙、柠檬酸钙、制糖业的添加剂和水处理及其他高档有机化工的合成。对制备食用肉类半制品、饮料制品、医药灌肠剂等酸度调节剂和钙源提供有帮助。
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