[论文]沉降体积对什么产品影响最大？

[论文]沉降体积对什么产品影响最大？ 沉降体积对什么产品影响最大, 2009/07/02 15:38 主要分析碳酸钙在碳化、脱水、干燥等过程中的沉降体积的变化，对目前一些有关沉降体积的变化提出异议，并从理论上解释发生这种变化的原因。 关键词:沉降体积、碳酸钙、分子间作用力 沉淀碳酸钙的沉降体积值意为以定量水为连续相，定量碳酸钙为分散相，分散均匀后，一定时间内每克样品所占有的体积即为沉降体积值大小。他主要表征粒子粒径大小，分散特性及结晶形态，各生产厂家因工艺条件及设备的不同，其值差异较大，即使同一生产厂家也有较大的波动。沉降体积作为沉淀碳酸钙的重要技术指标之一，他的高低对造纸工业、橡胶、塑料工业、涂料、电线、电缆制品都有直接影响。不同沉降体积值的产品，应用于造纸、橡胶、塑料等制品做填充剂，产品的物理性质将显示不同的结果。我们根据固体粒子在水中的沉降速度，可依照斯托克斯定律分析: u=d2*(r1-r2)/(18*K) 上式中:u——沉降速度; d——粒子直径; r1——粒子重度; r2——分散介质重度; K——分散介质黏度 在Re(雷诺准数)小于1的情况下，球型质点的沉降速度与直径的平方及介质的重度差成正比，而与介质的黏度成反比。一定温度下，以水作介质，则影响沉淀碳酸钙沉降体积的主要因素为固体粒子的直径和重度r1，所以要降低沉降速度，提高沉降体积的值，最有效的途径是获得比较小的粒径，但当粒径小于4微米，由于细小悬浮粒子产生的轻度的布朗运动，也将对沉降体积产生影响。 由于斯托克斯定律主要针对表面光滑、刚性球体颗粒作自由沉降的简要情况，在实际生产过程中，还会发生干扰沉降，此时影响沉降体积的还有下面几个因素: 1、 颗粒的体积浓度: 当颗粒的体积浓度小于0.2%时，使用斯托克斯定律的偏差在1%的范围内，而在我们的生产中，实际的颗粒体积浓度大于0.2%，此时便发生了干扰沉降。 2、 颗粒的形状: 同一种固体物质，球型或近球型颗粒比同体积的非球型颗粒沉降的要快一点，非球型的形状及投影面积均影响沉降体积。 3、 器壁效应 目前，产品碳酸钙要获得比较好的沉降体积值，除原材料的石灰石、生石灰、消化工艺条件适当，石灰乳悬浮液品质以及粒子分散性以外，主要在石灰乳碳化过程中，此外在产品的脱水过程中、干燥的工艺条件的不同也会产生一定的影响。 下面我们主要就石灰浆从碳化开始分析影响沉降体积的主要因素并提出相应的解决办法: 一、 碳化对沉降体积的影响 石灰乳的碳酸化反应是一个多相反应，除受浓度、温度、压力等因素影响外，还与相界面及固体的表面状况，如晶体结构、表面积大小、形状等因素有关: 1、 温度与沉降体积的关系 碳酸钙粒子的大小及晶体形态，同沉降体积值密切相关。晶体的生成速度，决定于溶液的浓度和温度，当溶液的过饱和度很低时，晶体的生成过程，由沉淀和溶液中其他离子表面反应速度所控制，温度升高时，离子间晶体表面的扩散速度就变得非常重要。通过研究可以发现: a、 碳化温度15-25?，可获得六方晶系方解石，各向异性不大的六方菱面体，平均粒径为0.5微米，沉降体积为4.5以上。 b、 碳化温度45-55?，可获得方解石型和纺锤型的混晶，平均粒径为1.0微米，沉降体积为4.5-3.5之间。 c、 碳化温度60-65?，可获得纺锤型的结晶，平均粒径为2.0微米，沉降体积为2.8-3.5之间。 2、 浓度与沉降体积的关系 在石灰乳的碳化过程中，参加反应的为氢氧化钙和二氧化碳，假定二氧化碳始终以一定的气量和压力向塔内输送，这样氢氧化钙的量随时间的增加而逐渐变化减少，前已提到，微细的粒子、良好的径型，是获得较好的沉降体积的主要条件之一，溶液的过饱和度是晶体结晶过程的推动力，过饱和度的大 小直接影响晶核的形成过程和晶体生长过程的快慢，而这两个过程又直接影响产品的粒度大小及粒度分布。 料液中固相氢氧化钙的含量增加的过程中导致水的体积相对减少，液相中氢氧化钙离解的Ca2+离子随之降低，为晶体的粒径变大提供了条件，产品的沉降体积也就相应降低;氢氧化钙存在过量时，化合热量随之增加，促使料液温度升高，由于二氧化碳、氢氧化钙的溶解度因温度升高而降低，这样HCO3-，CO32-，Ca2+同步减少结晶过程的过饱和度失去平衡，结晶速度慢，晶核形成少，晶体的生长速度大于形成速度，大晶体的形成不可避免。因此，控制石灰乳中固相氢氧化钙浓度，是获得粒径微细和粒度分布均匀的碳酸钙产品的必要条件之一。 3、 碳化速率与沉降体积的关系 石灰乳的碳酸化是多相反应过程，除受温度、压力、浓度影响外，与界面及固体的表面状况有关。过程受制于化学反应与扩散速度，欲获得均匀微细而晶形完整的结晶，必须控制晶核的形成速度及晶体的生长条件。过饱和溶液中晶核大量而快速的生成及强有力的搅拌减少晶族的存在，是获得微细晶体的必要条件。 在石灰乳的碳化过程中，碳化前期，为保证溶液中离子的过饱和态，就必须输送大量的窑气，加快碳化速率，提高化学界面的扩散速度，窑气中大量未被利用的气体，在塔内对整个体系形成剧烈的冲击搅动，这样即加快了各项界面的作用过程，又加快了晶核的形成，有利沉降体积的提高;到了碳化反应后期，料液温度上升，化学反应与扩散速度均加快，由于高温下，晶体的生成速度大于晶核的形成速度，为了防止粒子生成为大的粒径，因减少送入窑气量，减慢碳化速率，在缓慢的气速下，将过程进行到终点。 二、 脱水及脱水设备与沉降体积的关系 我们主要使用的脱水设备为离心脱水机、传鼓真空过滤机、板框压滤机，在原来的说法中通常认为由于在脱水过程中，碳酸钙颗粒多会相互凝聚，使颗粒增大，沉降体积值相应会降低;实际上，我们在生产中发现:随着碳酸钙在碳化过程中不同的工艺条件，碳酸钙的粒径在脱水前的不同影响碳酸钙脱水后的粒径，同样会对碳酸钙脱水后产生不同的沉降体积的变化，在我们生产过程中是使用上悬式离心脱水机，在脱水后粒子的粒径变化比较大，沉降体积一般都会有不同程度的上扬。 从理论上而言，虽然在脱水过程中，碳酸钙颗粒多会相互凝聚，使颗粒增大，沉降体积值相应会降低;但以前我们考虑到了他的凝聚，而忽略了由于脱水过程中，由于粒子间原来在水中的各种吸引力由于通过离心机的高速旋转遭到破坏，这样使粒子间的相互作用力减弱;在上述的两个过程中，我们应分析是哪一种因素占主体作用，在我们的生产过程中，由于本身碳酸钙的沉降体积控制得比较好，在脱水前通常维持在3.1以上，这样，脱水过程中由于通过离心机的高速旋转遭到破坏的作用力占了主体作用，所以造成在实际生产过程中，碳酸钙的沉降体积变大，通过我们对粒子的直径测试可以看出，碳酸钙的粒径随着他的脱水而变得较小。而在碳酸钙的粒径本身比较大的情况下，由于脱水造成沉降体积的下降是由于碳酸钙颗粒相互凝聚作用力占了主体作用，沉降体积值相应会降低。 在使用传鼓真空过滤机、板框压滤机与离心脱水机相比，沉降体积值会有所增加，但他们的滤饼含水量也分别比离心脱水机高，如果使用原始的沥滤沉降，沉降体积值比真空过滤机还要高。 三、 干燥和筛分和沉降体积的关系 在传统的理论上认为，采用回转干燥机干燥的过程中，水分迅速蒸发，产生了内聚力，而粉体相互接触的机会增多，产生凝聚，从而降低沉降体积。同样我们在生产过程中，发现经烘干后的碳酸钙粒径下降，沉降体积同样随之上升，这是由于在原来的碳酸钙半干浆料中，由于碳酸钙中含有水分，而所含的水分又分为化合水分、表面吸附水分和附着水分的区别。附着水分是指两个颗粒接触点附近的毛细管水分， 同样水的表面张力的收缩作用将引起对两个颗粒之间的牵引力。 在筛分的过程中，由于机械的剪切、破碎、碰撞力的作用，将原来凝聚的碳酸钙颗粒打散，颗粒变小，沉降体积值升高。 由于在实际生产中，各种因素错综复杂，以上只是我们在生产过程中根据自己的实际情况提出一点自己的看法，因此在有些问题上要具体问题具体对待，而不是全盘照旧，上述只是我的一点粗浅意见，希望得到各位同仁提出的改进和帮助