一种高钙含量液体石灰的制备方法

技术领域

本发明属于氢氧化钙生产领域，涉及一种高钙含量液体石灰的制备方法。

背景技术

氢氧化钙广泛应用于脱硫反应、酸性废水中和、酸根离子和氟离子脱除等水处理领域。氢氧化钙较氢氧化钠碱性弱，对设备腐蚀较小，其价格比氢氧化钠便宜，但面临两方面的发展瓶颈：一是氢氧化钙微溶于水，在发生化学反应时，要先溶解到水中，然后再与废水中的污染物发生反应，其处理速度较液碱要慢，例如液碱为质量分数32%的氢氧化钠溶液，影响污水处理的效率；二是一般氢氧化钙悬浊液分散质含量小于10%，浓度升高会使得悬浊液粘度过大，这显然会增加石灰浆的生产成本和运输成本。因此，从商业角度来说，具有高钙含量和低粘度的石灰乳在污水处理行业是极具发展前景的产品。

研究发现，氢氧化钙在水中的溶解度与分散质的颗粒尺寸大小和添加剂的含量具有较大的相关性。颗粒尺寸越小，越有利于氢氧化钙在水中均匀分散；合适的添加剂有助于提高氢氧化钙的稳定性，避免分散质在浓度较大时发生团聚，进而起到降低氢氧化钙石灰乳粘度的作用。

为了提高氢氧化钙石灰乳的溶解度，人们进行了大量的工艺改进。所做主要改进如下：(1) 通过湿法研磨制备较小尺寸的氢氧化钙颗粒，例如专利US2019002301，虽然分散质颗粒尺寸变小，但后期所需添加剂的比例增加较大，会提高生产成本。(2) 采用向生石灰中逐步加入水的方法来制备氢氧化钙悬浊液，例如专利CN106470960，这种方法生成的部分消化产物呈现粘度极高的糊状，且最终产物分散不均匀。(3) 以高活性生石灰和普通活性生石灰复配物1:2-1:9为原料，控制消化温度80 °C以上，反应时间30至70分钟，通过筛分和过滤操作可制备氢氧化钙悬浮液成品，例如专利CN115108737A，生产工艺较为复杂且增加生产成本。

可以看出，以现有技术提高氢氧化钙的溶解度还存在很多不足，不仅难以制备具有高钙含量和低粘度的氢氧化钙石灰乳，而且生产成本高，效率较低。

发明内容

针对以上存在问题，本发明提供了一种利用氧化钙制备高钙含量和低粘度液体石灰的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种高钙含量液体石灰的制备方法，包含以下步骤：

S1: 氧化钙的预水化过程，将生石灰经过粉碎和过200目筛，筛选出粒径尺寸为75mm的颗粒作为反应原料；称取一定量氧化钙加入带有搅拌器的容器中，搅拌均匀；向反应器中以0.5ml/min滴加添加剂溶液，添加剂用量为氧化钙质量的2%，滴加结束后继续搅拌20分钟使原料充分反应；

S2: 预水化产物的消化反应过程，在持续搅拌条件下，向预水化产物的容器中滴加一定量的水，滴加结束后，继续充分搅拌30分钟，得到牛奶状的液体石灰乳生成，制得液体石灰。

优选地，所述氧化钙的细度为150-200目中的一种或几种混合物。

优选地，生石灰与水的质量比为1:1.5-1:2。

优选地，所述添加剂为葡萄糖、果糖、蔗糖、环糊精、乙二醇、聚乙二醇、甘油、D-山梨醇、木糖醇、赤藓糖醇、硅藻土、聚乙烯醇中的一种或几种。

优选地，所述添加剂的用量为氧化钙质量的1%-3%。

优选地，所述搅拌器的搅拌速度为450-600 转/分钟。

本发明的有益效果是：(1) 本发明将制备过程分为预水化过程和消化过程两个步骤，显著提高了氢氧化钙在水中的分散度；(2) 本发明采用多羟基小分子化合物为稳定剂，避免了氢氧化钙的团聚，显著降低了高钙含量时液体石灰的粘度；(3) 本发明所述的高钙含量液体石灰产品具有较高的反应活性，可高效应用于脱硫和污水处理领域，有利于大幅度降低石灰乳的生产成本和运输成本。

附图说明

图1是本发明所制备液体石灰1和氢氧化钙的X-射线衍射图(XRD)。

图2是液体石灰1的水合半径图。

图3是液体石灰3的水合半径图。

图4为液体石灰5的水合半径图。

实施方式

以下为本发明的具体实施方式，实施例和附图可以进一步描述本发明。下面所具体描述的内容是说明性而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1 液体石灰1的制备：

将回转窑煅烧制备的氧化钙经过粉碎和过200目筛，筛选出尺寸为75 mm 的颗粒作为原料，取10 g氧化钙放入带有搅拌器的反应器中，搅拌均匀，向反应器中以0.5ml/min速度滴加2 mL浓度为0.1g/mL的蔗糖溶液作为添加剂，滴加结束后继续搅拌15-20分钟，保持搅拌速度为450 rpm；再次向预水化产物中滴加18 mL水，持续保持和以上相同的搅拌速度，充分搅拌30分钟，得到牛奶状石灰乳的形成，收集混合液，通过悬液分离操作，将杂质和大颗粒物质除去，即制得目标牛奶状液体石灰产品。

实施例2 液体石灰2的制备：

将回转窑煅烧制备的氧化钙经过粉碎和过100目筛，筛选出尺寸为150 mm的颗粒作为原料，取10 g氧化钙放入带有搅拌器的反应器中，搅拌均匀，向反应器中以0.5ml/min速度滴加2 mL上述制备的蔗糖溶液，滴加结束后继续搅拌15-20分钟，保持搅拌速度为450rpm；再次向预水化产物中滴加18 mL水，持续保持和以上相同的搅拌速度，充分搅拌30分钟左右，未得到均匀分散石灰乳的形成。

实施例3 液体石灰3的制备：

将竖窑煅烧制备的氧化钙经过粉碎和过200目筛，筛选出尺寸约为75 mm 的颗粒作为原料，取10 g氧化钙放入带有搅拌器的反应器中，搅拌均匀，向反应器中以0.5ml/min速度滴加2 mL上述制备的蔗糖溶液，滴加结束后继续搅拌15-20分钟，保持搅拌速度为450rpm；再次向预水化产物中滴加18 mL水，持续保持和以上相同的搅拌速度，充分搅拌30分钟左右，得到到灰色非均匀分散石灰乳的形成。

实施例4 液体石灰4的制备：

将回转窑煅烧制备的氧化钙经过粉碎和过200目筛，筛选出尺寸约为75 mm的颗粒作为原料，取10 g氧化钙放入带有搅拌器的反应器中，搅拌均匀，向反应器中以0.5ml/min速度滴加2 mL浓度为0.1g/mL的葡萄糖溶液作为添加剂，滴加结束后继续搅拌15-20分钟，保持搅拌速度为450 rpm；再次向预水化产物中滴加18 mL水，持续保持和以上相同的搅拌速度，充分搅拌30分钟左右，得到乳白色较稀石灰乳的形成，其状态和液体石灰1差别较大。

实施例5 液体石灰5的制备

将回转窑煅烧制备的氧化钙经过粉碎和过200目筛，筛选出尺寸约为75 mm的颗粒作为原料，取10 g氧化钙放入带有搅拌器的反应器中，搅拌均匀，向反应器中以0.5ml/min速度滴加2 mL浓度为0.1g/mL的甘油溶液，滴加结束后继续搅拌15-20分钟，保持搅拌速度为450 rpm；再次向预水化产物中滴加18 mL水，持续保持和以上相同的搅拌速度，充分搅拌30分钟左右，得到粘度较大的均匀分散石灰乳的形成。

实施例6 液体石灰1的扩量制备

将回转窑煅烧制备的氧化钙经过粉碎和过200目筛，筛选出尺寸约为75 mm的颗粒作为原料，取100 kg氧化钙放入生石灰消化器中，搅拌均匀，向反应器中以5.0L/min速度滴加20 L浓度为100 g/L的蔗糖溶液，滴加结束后继续搅拌30分钟，保持消化器电机工作频率为27 Hz；再次向预水化产物中滴加180 L水，持续保持和以上相同的电机工作频率，充分搅拌30分钟左右，得到牛奶状液体石灰的形成，通过悬液分离操作收集混合液，将杂质和大颗粒物质除去，制得牛奶状液体石灰产品。

实施例7 对液体石灰1进行X-射线粉末衍射表征：

如图1为所制备液体石灰1的X-射线粉末衍射图。可以看出，液体石灰1的分散质是一种新的物质，其衍射峰峰型和氢氧化钙的衍射峰类似。

实施例8 对液体石灰进行动态光散射粒径表征：

参照实施例1，通过改变液体石灰的制备参数，可以制备出一系列液体石灰产物，测试相应液体石灰所对应的分散质的颗粒尺寸，如图1是所制备的液体石灰1的动态光散射DLS图，其分散质水合平均粒径为350 nm，粒径尺寸分布较窄，在水中分散度非常好，图3是制备的液体石灰3的水合半径图，其粒径分布范围宽，颗粒尺寸差别较大，在水中分散性不好，说明以竖窑煅烧的200目氧化钙来制备液体石灰效果不理想，图4是所制备的液体石灰5的水合半径图，其水合粒径分布在400-1000 nm之间，分散质平均水合粒径为590 nm，在水中分散度较好。

实施例9 对液体石灰钙含量的测定：

参照实施例1，通过改变液体石灰的制备参数，可以制备出一系列液体石灰产物，测试相应液体石灰所对应的钙含量，表1所示，经检测发现，添加剂用量为反应物原材料2%、搅拌速度为450 rpm并采用地下水所制备的液体石灰氢氧化钙含量可高达39.96%。

表1 不同液体石灰氢氧化钙含量测定

实施例10 对液体石灰粘度的测定：

参照实施例1，通过改变添加剂的种类和灰水比，即CaO/H

表2 不同液体石灰粘度测定

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的本领域人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，均应涵盖在本发明的保护范围之内。