石灰岩矿的加工--矿物生产教学课件.ppt

矿物工程 石灰岩矿的加工以江油市太白碳酸钙厂等为实例Pre-l石灰岩是广泛分布的矿产资源l碳酸钙工业是无机非金属行业中的重要成员l对石灰岩的深加工，具有重要的意义l举例说明从开采到粉碎，超细粉碎，改性的全部过程内容l 概述l 性质l 分类l 重质碳酸钙：从原料到产品l casel 开采l 粉碎l 筛分l 超细粉碎l 表面改性l 碳酸钙的应用CaCO3化学性质l分子式：CaCO3，相对分子质量100.09l无色或白色，无毒，无臭，无味l离子晶体，熔点和沸点很高l煅烧至910 时分解，生成CaO和CO2l难溶于水，1825 时100g水中溶解度0.0015g，溶解度随温度改变很小l可与酸反应而溶解，可溶于NH4Cl分类生产方法l 轻质碳酸钙：简称轻钙（PCC），化学沉淀方法制备l 重质碳酸钙：简称重钙（G CC），用机械方法直接粉碎天然的石灰石等岩矿制备颗粒大小l 普通碳酸钙：轻质碳酸钙1m，重质碳酸钙800目。l 超细碳酸钙：0.1m以下l 重质碳酸钙分级体系以目数表达产品等级，或直接用粒径分布范围表面处理与否l 普通碳酸钙：未经表面活性剂处理，亲水性好，表面能高，容易团聚l 活性碳酸钙：通过表面处理改性制备而得运输江油市太白碳酸钙厂生产流程图出厂开采 粗磨细磨过筛开采l品质要求l 储量l 储量大，可用30年以上l 质量l 高纯度，均匀，杂质如白云石等尽量少l 经济性l 距离厂区近，交通方便，质量好，开采费用低石灰岩物理力学性质l 密度：2.33.0 g/cm3l 空隙率：1.515%l 纵波波速C0：3.25.5 103/sl 声学阻抗C0：7.3516.5l 抗压强度c：0.91.6 kg/cm2l 抗拉强度P：0.10.15 103kg/cm2l 弹性模量E：47.5 105kg/cm2l 波桑系数：0.20.33 l 单位耗药量：0.5 kg/m3A H 哈努卡耶夫，矿岩爆破物理过程，1974比较开采方式台阶高度设备 装载 运输小型 手工 3-5m 风钻手工装载（避免装入废石泥沙，劳动强度大）自卸汽车（费用低）大中型 机械 10-15m 大型钻孔机轮胎式装载机（机动性大，投资少）履带式挖掘机（挖掘力大，寿命长）皮带（效率高，不带入废石）性能颚式粗碎机l 破碎比大l 产品粒度均匀l 结构简单l 工作可靠l 维修简便l 运营费用低细磨：锤式破碎机l原理l 工作部件为带有锤子的转子。转子由主轴、圆盘、销轴和锤子组成，锤子由销轴铰接分布在圆盘上，圆盘由主轴带动转动。l 当电机带动转子在破碎腔内高速旋转时，物料由上部给料口进入内部破碎腔，受到锤子的打击、冲击、剪切的综合作用而破碎。l 转子的下部设有筛板，被破碎的物料中小于筛孔尺寸的颗粒级部分通过筛孔排出；而大于筛孔尺寸的粗级物料阻留于筛孔上，继续受到锤子的打击和研磨直至小于筛孔尺寸而排出。筛分l振动筛l两电机同步反向旋转，使激振器产生反向激振力，迫使筛体带动筛网做纵向运动，使其上的物料受激振力而周期性向前抛出一个射程，从而完成物料筛分作业 性能l 振动筛l 稳定可靠l 消耗少l 噪音低l 寿命长l 振型稳l 筛分效率高重质碳酸钙企业标准Q沪HG/11-039-83项目指标单飞粉双飞粉三飞粉四飞粉细度(m)74 45 45 37过筛率(%)95 99 99.999.95CaCO3含量(%)90 95 95 95Fe2O3含量(%)0.3 0.3 0.3 0.3产品l 易破碎l 沉降体积11.2 ml/gl 吸油量33.234.5 ml/100gl 白度l 100目88%l 200目90.13%l 320目92%l 符合国家ABG1200988工业天然碳酸钙标准l 大部分为一级品，个别为合格品l 可做为塑料、涂料、造纸、填料铸钢造型用七O砂l平均粒径1mml相对传统的石英砂，优点：l 石灰石，99%以上的碳酸钙l 基本不含二氧化硅l 杜绝造型和清砂时灰尘中矽砂尘粒的吸入l 根除矽肺l 铸造时高温钢水接触型砂的表面l 放出的二氧化碳生成铁绣，杜绝铸件粘砂l 生成石灰，利于清砂超细粉碎设备l 干式超细粉碎设备l 气流磨l 机械冲击式超细磨机l 旋风自磨机l 湿式&干式l 高压射流粉碎机l 搅拌球磨机l 振动球磨机l 旋转筒式球磨机l 塔式磨超细粉碎设备原理机械冲击式超细粉碎机 高速运动的冲击元件冲击并粉碎物料气流磨 在高速气流或过热蒸汽作用下，粉碎通过本身颗粒之间的撞击、气流对物料的冲击剪切作用以及物料与其他部件的冲击、摩擦、剪切而使物料粉碎搅拌磨 通过搅拌棒、齿等直接高速搅动研磨介质，利用介质之间的挤压、冲击、剪切力而使其间的物料粉碎振动磨 利用球形或棒形研磨介质在磨筒内作高频振动，撞击物料产生冲击、摩擦、剪切而使物料粉碎胶体磨 物料细颗粒和液流混合成浆料，以高速进入磨机内窄小空隙，利用液流产生的强大剪切、摩擦、冲击力使物料被粉碎、分散、混合、乳化、微粒化超细重质碳酸钙的生产与应用l 风行二十年l 生产规模，2000年的250万吨l 产品品质l 200目，325目发展到400目，600目，800目，1250目，2500目l 白度大于90l 生产工艺：干法和湿法干法工艺l矿石l颚式破碎机l雷蒙磨（辊压研磨，325目）l气流磨/砂磨机/球磨机/振动磨/冲击式高速粉碎机（4150m）l分级机（离心分级）l产品特征l连续闭路生产l多段分级l单机生产能力较大l 3微米以下粉碎极限nano碳酸钙粒径分布曲线图重质碳酸钙粉质量标准技术指标 400目 800目 1250目粒度分布 38um.98%15um.98%12um.98%白度%94.5 94.5 95吸油量 g/100%18-22 18-22 20-24碳酸钙%98.5 98.5 98.5二氧化硅%0.02 0.02 0.02三氧化二铁%0.03 0.03 0.03三氧二铝%0.01 0.01 0.01氟化物 PPM 50 50 50砷盐 PPM 3 3 3重金属 PPM 20 20 20盐酸不溶物%0.3 0.2 0.2酸碱性 PH 8.5-9.5 8.5-9.5 8.5-9.5水份%0.3 0.3 0.3表面改性l 定义l 利用物理的或是化学的方法对粉体颗粒表面进行处理，改变粉体颗粒表面的物理化学性质l 目的l 改善粉体的分散性，稳定性和相容性l 提高粉体颗粒的化学稳定性，如耐药性，耐光性，耐候性等l 改变粉体的物理性质，如光学效应，机械强度等l 环保和安全生产的目的表面改性剂l 具有两性结构的物质，分子的一端为羧基，醚基，氨基等极性基团，另外一端为一定长度的非极性碳链l 分子中一部分基团可与粉体表面的各种官能团反应，形成化学键合l 另外一部分基团与有机高分子发生化学反应，物理缠绕或是与其他分散相亲和，从而将矿物粉体与有机基体两种性质差异很大的物质牢固结合在一起l 无机粉体和有机基体之间产生具有特殊功能的桥联作用l 与无机粉体颗粒表面发生物理化学吸附反应或化学反应，覆盖与填充表面l 提高矿物粉体与有机物的亲和性，改善综合性能l 抑制粉体团聚，增加填充量，保持分散均匀，改善制品抗张强度，冲击强度，柔韧性和屈挠强度等表面改性方法l化学沉淀法l表面化学改性法l涂覆改性法l机械力化学改性法l高能表面改性法Case：机械力化学改性和包覆改性l 武汉理工大学研制开发的改性气流粉碎系统，利用颗粒碎裂新表面化学键断裂产生的不饱和键所形成的高能自由基，以及粉碎过程中机械力化学激活效应的作用在颗粒表面形成的高活性点，在气流粉碎过程中实现对重质碳酸钙粉体表面的力-化学改性，效果完全达到传统“先粉碎后改性”的工艺水平。l 经过铝酸酯等复合处理剂活化处理的重质碳酸钙，对LDPE/重质碳酸钙复合材料断裂伸长率的改善特别有效。碳酸钙的应用l用量最大，使用范围最广的无机填充剂l资源极为丰富，产品价格低廉，工艺简单，投资少l碳酸钙工业应用主要用作体质填充剂，简单的说就是增加产品体积，降低生产成本l广泛应用于橡胶，塑料，建材，纸张，涂料，油漆，饲料，油墨，医药，食品，牙膏，化妆品等生产中橡胶工业l 填充剂：增加橡胶体积，降低产品成本l 异戊橡胶中，重质碳酸钙最高混炼量可达150g/100g橡胶。l 改善加工性能l 浅色填料中，碳酸钙分散性能最好，且不会改变橡胶的硫化体系，可以任意比例混炼，也可以加入助剂，改进加工性能。l 补强作用l 超细，超微细碳酸钙补强性能优越，明显提高拉伸强度，撕裂强度，曲挠性能l 调节硬度和粘度l 颗粒微细化，一方面提高橡胶性能，一方面由于表面能加大，浸润性增加，混炼时生热而粘辊塑料工业l 填充剂l 聚氯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚树脂中，增加体积，降低成本l 提高塑料的尺寸稳定性l 作为骨架填料，提高硬度和刚性l 填充量加大，硬度提升，伸长率降低l 提高刚性l 加大弹性模量和硬度，但同时带来拉伸强度和极限伸长率下降l 改善塑料加工性能l 添加粉体，尤其是改性产品，可改变表面光泽，表面平整性，减小收缩率，线膨胀系数，蠕变性能，易于加工成型特殊性能l 提高耐热性l 20%填充，耐热温度提高8-12 l 聚丙烯中添加40%，耐热温度提高20 l 改进散光性l 白度在90以上，增白作用明显l 钙塑纸张中，低密度聚乙烯和高密度聚乙烯薄膜中，添加碳酸钙可达到散光和消光作用，取代昂贵的白色颜料l 电缆塑料中的绝缘作用l 提高电镀，印刷性能l 聚氯乙稀中的阻燃作用要求l一定的细度l 细，均一性较好l一定的吸油值l 吸油量大，增塑剂吸收严重，干扰加工性能l 生产中选用重型，微细碳酸钙l一定分散度l 混炼时剪切力有限，不能充分分散l 要求添加的碳酸钙具有一定的分散度l 重质碳酸钙分散度较好造纸工业l 填料l 细磨碳酸钙主要在中性或碱性抄纸时用作填料l 涂层l 超细磨碳酸钙主要作为颜料涂布l 分散性能好，粘度低，可代替部分陶土l 有效地提高纸的白度和不透明度l 改进纸的平滑度、柔软度l 改善油墨的吸收性能，提高保留率l 酸法造纸工艺，采用的填料主要是高岭土和滑石粉l 中性或碱性施胶工艺是造纸业的发展方向，最终会取代酸式施胶l 重质碳酸钙粉作为填料将在很大范围内代替滑石粉或高岭土油漆涂料l重钙的主要消费领域之一l一般是作为填料和体质颜料使用l主要应用的品种是建筑涂料l胶粘剂也是重钙的主要消费领域之一l胶粘剂要求较高，一般要求细度1250目（10m），表面进行有机改性处理l由于重钙在我国的生产水平较低，限制了重钙在胶粘剂中的用量其他l粒度细、纯度高、白度好l油墨、医药、化妆品等领域我国重质碳酸钙的生产l主要问题是产品结构不合理：l 88%左右为60800目的细粉l 1250目以上的超细粉仅占总产量的12%左右l 经过表面改性的活性重质碳酸钙产品仅占10%l 60400目的细粉供大于求l 高品质超细和超细活性重钙粉供不应求l 高级纸张、降解塑料、胶粘剂等领域每年尚需进口部分重质碳酸钙产品主要参考文献l A H 哈努卡耶夫，矿岩爆破物理过程，1974l 丁浩.昝耀辉.姜忠诚.刘四洋.江苏某重质碳酸钙搅拌磨湿法超细磨矿试验研究，非金属矿，1998，vol.21，No.5l 丁明 主编，非金属矿加工工程，北京 化学工业出版社，2003l 胡庆福.胡晓湘.宋丽英.中国碳酸钙工业生产现状及其发展对策，中国非金属矿工业导刊，2004，vol.32，No.4l 罗齐新，重质碳酸钙微粉加工技术与装备.非金属矿，1995，vol.108，No.6l 王国庆，崔英德 编著，轻质碳酸钙生产工艺，北京：化学工业出版社，1999.8l 肖品东 编著，纳米沉淀碳酸钙工业化技术，北京：化学工业出版社，2004.3