一种氧化钙的制备方法及其应用
文献发布时间：2024-04-18 19:52:40
技术领域
本发明属于资源循环利用领域，涉及一种氧化钙的制备方法及其应用。
背景技术
电石渣主要成分是氢氧化钙，可作为优质的二次钙基资源用于化工、环保等多领域，在电石渣的诸多资源化利用途径中，通过物理或化学手段提纯制备氧化钙，用于电石制备以实现“电石渣→氧化钙→电石”的循环利用途径，一方面可以实现钙质资源的充分循环，同时降低固废处理成本及原料成本；另一方面，循环过程中可以实现运输距离的极大缩短，有效降低了运营成本。
CN113087002A公开了一种利用电石渣制备氧化钙球的方法几系统，经过给料、干燥、煅烧、冷却后分级、压球，制备氧化钙球。
CN105502460A公开了一种利用电石渣生产电石原料的方法，通过磁选、磨矿、矿浆调制、悬液分离、除水、混碳、造粒成型、烘干和煅烧过程，将部分杂质分离筛除后制备氧化钙。
CN112010336A公开了一种电石渣制备电石用工业氧化钙的方法，通过分级、粗选、精选、扫选等一系列工序，利用捕获剂对电石渣中杂质进行深度分离，并对各级电石渣颗粒进行分级利用，分别制备硅铁原料、盐基度调整剂、工业氧化钙等产品。
但是，在现有的煅烧回收制备氧化钙过程中，仅将其作为石灰石制备氧化钙的替代原料，而电石渣主要成分为氢氧化钙，与碳酸钙分解行为并不相同，在焙烧过程中，影响氧化钙产品品质的碳酸钙组分实际为电石渣中碳元素在有氧环境中逐渐反应生成的，并未出现专门针对电石渣的高效、低能耗回收方案。
因此，如何利用电石渣工艺简单、低能耗和大规模制备氧化钙，是本领域重要的研究方向。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种电石渣制备的氧化钙的制备方法和应用，具有工艺简单、烧结温度低、能耗少和良好的经济和社会价值。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一在于提供一种氧化钙的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将电石渣和粘结剂混合后依次进行压球制样、烘干和烧结，得到所述氧化钙，所述烧结在无氧气氛下进行。
本发明电石渣制备活性氧化钙，通过控制烧结的环境气氛，可以实现在低温度下电石渣制备活性氧化钙的目的，实现电石渣的资源化利用，氧化钙的制备工艺简单，烧结的温度低、烧结能耗少，可以有效解决干法电石渣回收过程中的困难，具有良好的经济和社会价值。
本发明烘干后再烧结，电石渣自身残留部分水分，进行先烘干可避免高温失水过快，破坏产品结构，起到一定程度的养护效果，部分粘结剂需要在烘干温度下进行一定程度预处理，增强产品强度、性能。
本发明中烧结在无氧条件下进行，在焙烧过程中，400~700℃时，电石渣中少量碳在氧气参与下反应生成碳酸钙，隔绝氧气时，可以避免碳酸钙生成。
作为本发明优选的技术方案，所述电石渣由电石法乙炔生产工艺产生。
本发明中的电石渣的生产可选的包括干法电石渣生产和湿法电石渣生产。
作为本发明优选的技术方案，所述粘结剂包括糊精、聚丙烯酸钠、磷酸或氧化钙中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：糊精和聚丙烯酸钠的组合、聚丙烯酸钠和磷酸的组合或磷酸和氧化钙的组合等。
作为本发明优选的技术方案，所述压球制样包括造球和/或压样。
作为本发明优选的技术方案，所述烘干的温度为80~180℃，其中所述温度可以是80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，所述烘干的气氛包括空气气氛。
作为本发明优选的技术方案，所述烧结的气氛包括惰性气氛和/或真空气氛。
作为本发明优选的技术方案，所述烧结的温度为600~800℃，其中所述温度可以是600℃、620℃、640℃、660℃、680℃、700℃、720℃、740℃、760℃、780℃或800℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明制备氧化钙的温度可以降至600~800℃，有效减少制备活性氧化钙过程中的能量消耗。
本发明目的之二在于提供一种如目的之一所述的氧化钙的制备方法的应用，所述制备方法应用于资源循环利用领域。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中将电石渣与粘结剂混合，进行压球制样；将制备好球团进行初步烘干，将烘干好球团在中低温隔绝氧气条件下进行焙烧，制备活性氧化钙。
本发明中基于电石渣直接焙烧过程中，氧气与电石渣及燃料中碳元素在中高温范围下首先生成碳酸钙，导致直接焙烧电石渣制备活性氧化钙需要较高温度的过程，通过控制焙烧过程中环境气氛，实现中低温度下电石渣制备活性氧化钙，实现电石渣资源化利用，工艺简单，焙烧温度低、能耗少，有效解决了干法电石渣回收过程中的困难，具有良好的经济和社会价值。
本发明中电石渣可在600~800℃下生产氧化钙，得到的氧化钙的产品品质基本保持稳定，有效的降低了工艺能耗，相较于传统的氧化钙的烧结温度降低了200~400℃。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种氧化钙的制备方法，所述制备方法包括：
采用干法电石渣，添加电石渣干重1%的氧化钙作为粘合剂，在40MPa压力下混料成型，在惰性气氛（氩气）下，经过干燥（95℃，1h）及焙烧（600℃，1h），得到所述活性氧化钙，经过测试，所得氧化钙冶金活性度364.2Nml盐酸，常温抗压强度5.23MPa。
实施例2
本实施例提供一种氧化钙的制备方法，所述制备方法包括：
采用湿法电石渣，添加电石渣干重1%的磷酸作为粘合剂，在30MPa压力下混料成型，经过干燥（95℃，2h）及焙烧（620℃，1h），得到所述活性氧化钙，经过测试，所得氧化钙冶金活性度371.5Nml盐酸，常温抗压强度3.17MPa。
实施例3
本实施例提供一种氧化钙的制备方法，所述制备方法包括：
采用干法电石渣，添加电石渣干重0.5%的糊精作为粘合剂，在40MPa压力下混料成型，经过干燥（95℃，1h）及焙烧（650℃，1h），得到所述活性氧化钙，经过测试，所得氧化钙冶金活性度387.7Nml盐酸，常温抗压强度4.66MPa。
实施例4
采用干法电石渣，添加电石渣干重0.5%的氧化钙和0.5%的糊精作为粘合剂，在30MPa压力下混料成型，经过干燥（95℃，0.5h）及焙烧（700℃，1.5h），得到所述活性氧化钙，经过测试，所得氧化钙冶金活性度392.2Nml盐酸，常温抗压强度3.75MPa。
实施例5
本实施例除将在600℃下焙烧1h，替换为在900℃下焙烧1h外，其他条件均与实施例1相同。
实施例6
本实施例除将在600℃下焙烧1h，替换为在500℃下焙烧1h外，其他条件均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种氧化钙的制备方法，所述制备方法包括：
采用干法电石渣，不添加粘合剂，在50MPa压力下混料成型，经过干燥（95℃，0.5h）及焙烧（780℃，0.5h），得到所述活性氧化钙，经过测试，所得氧化钙冶金活性度381.7Nml盐酸，常温抗压强度2.87MPa。
对比例2
本对比例除不进行压球制样，也就是将电石渣和氧化钙直接干燥后焙烧外，其他条件均与实施例1相同。
对比例3
本对比例除不进行干燥的步骤外，其他条件均与实施例1相同。
对比例4
本对比例除将烧结的气氛替换为空气氛围（含氧气）外，其他条件均与实施例1相同。
对实施例1-6和对比例1-4中制备得到的氧化钙进冶金活性度及抗压强度测试。
其中，冶金活性度按YB/T 105规定进行测试，抗压强度利用万能试验机进行测试，测试结果如表1所示。
表1
通过上述表格可知，本发明中氧化钙制备过程中，提高焙烧温度，产品冶金活性度提高、但产品强度降低，达到一定焙烧温度后，继续提高焙烧温度并无明显提升效果，但过低温度冶金活性度降幅极大，因此选择600~800℃作为焙烧控温范围，不隔绝氧气状态下，由于电石渣中残留碳、氧气及钙组分反应生成碳酸钙，产品冶金活性度大幅降低，抗压强度并无明显变化。
实施例1-3制备得到的氧化钙具有较高的冶金活性度和常温抗压强度，氧化钙的性能优异。
实施例4中采用两种粘结剂与电石渣一起烧结，不同粘结剂起效方式不同，产生效果不同，糊精等固态有机粘结剂在焙烧过程中会分解，产生的少量空位对活性有一定影响。
实施例5-6中，烧结温度过高或过低，制备得到的氧化钙的总和性能均下降。
对比例1中不添加粘结剂，制备得到的氧化钙的常温抗压强度下降。
对比例2中不进行压球制样，制备得到的氧化钙的为粉料，无法进行冶金活性度和常温抗压强度的测试，不适用于生产测试。
对比例3中不进行干燥，制备得到的氧化钙的常温抗压强度下降。
对比例4中将烧结的气氛替换为空气气氛，制备得到的氧化钙的冶金活性度和常温抗压强度均下降。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。