可行性报告编制关于预计世界碳酸钙市场的需求将继续增长，低档产品销售顺畅，高档产品需求殷切，但由于中国碳酸钙企业技术进步和产量增长，普通沉淀碳酸钙因为难以进行大量跨国贸易，在相当长一段时间内价格将不会出现明显波动，中档进口纳米碳酸钙将会略微下降，而高档纳米碳酸钙将因为技术壁垒保持高位。对国产沉淀碳酸钙（包括纳米碳酸钙）而言，技术进步和产能提升促使价格降低，而生产成本提高促使价格升高，综合起来考虑价格将会在较长时期内保持稳定。

本项目建成后，因为采用新工艺和设备，本项目将推出中高品质纳米碳酸钙，价格将介于目前中档纳米碳酸钙和高档纳米碳酸钙之间。

第三章  建设规模及产品方案

3.1 建设规模

项目建设规模合理化的制约因素主要有市场因素、技术因素和环境因素。通过对本项目的上述制约因素分析，本项目主导产品市场需求旺盛，项目拟采用的工艺技术先进且节能环保，项目所在地石灰石等原料储量丰富，项目拟选址于邯郸市磁县白土镇张二庄村，场址位置为荒山，不占用农田，通过一系列环保措施，项目在建设与运营过程中基本不会对周边环境造成影响。

综合上述因素，本项目拟规划用地为265亩用于本项目生产基地的建设；项目新建建筑面积约7.9万平方米，主要包括厂房、仓库、研发中心、办公楼、宿舍楼等。建成纳米级沉淀碳酸钙3条生产线，年产纳米碳酸钙系统产品10万吨。

3.2 产品方案

3.2.1 产品介绍

碳酸钙按制造工艺的不同主要分为两大类。一类是直接用天然碳酸钙（方解石）进行多级粉碎，分级后得到的产品，称为重质碳酸钙或天然碳酸钙，简称重钙。另一类是通过化学沉淀的方法将石灰石经过煅烧，加水消化，加二氧化碳碳化，再经过过滤和干燥得到的产品，称为沉淀碳酸钙或轻质碳酸钙，简称轻钙。普通碳酸钙是指普通的轻钙和重钙，其颗粒表面未经表面活性包覆处理，一般粒径在1um以上，沉降体积小于2.8ML/g。活性碳酸钙是指碳酸钙颗粒表面经过表面活性剂包覆处理后的产品。0.1um以下的沉淀碳酸钙称为纳米碳酸钙或纳米级碳酸钙。

3.2.2 产品标准

本项目产品符合符合HG/T2776-1996质量要求。

3.2.3 生产规模

综合考虑市场发展情况和现有技术水平等因素，本项目建设规模确定为年产10万吨纳米级碳酸钙。产品类型结构、质量技术指标见表3.2-1。

表3.2-1：            产品类型结构、质量技术指标

 

第四章  工艺技术方案

4.1 生产技术选择

4.1.1 现行主要生产技术

我国沉淀碳酸钙生产始于1931年，于20世纪80年代初开始研制和生产纳米碳酸钙，至今有关技术已趋于成熟。除各碳酸钙生产企业外，国内从事沉淀碳酸钙生产及应用研究的单位主要有北京化工大学、华东理工大学、清华大学、河北科技大学、河北工业大学、四川大学、中科院合肥固体物理研究所和天津化工研究院等。

碳酸化反应过程是沉淀碳酸钙生产过程中的核心操作单元，现行的沉淀碳酸钙生产技术正是依据碳酸化反应工艺和设备的不同进行分类的，主要类型如下：

（1）鼓泡碳酸化法

一般在塔式反应器内进行，间歇式操作，石灰浆注入反应器后，含CO2的窑气从反应器底部通入，实现CO2与Ca(OH)2之间的反应，生成沉淀CaCO3。影响产品质量的主要工艺参数包括石灰浆浓度、温度，窑气流量、温度等。窑气在反应器中的分布影响经济性和产品质量的重要因素，为促进窑气分散加强传质，一般将反应器设计为环流反应器或加装搅拌装置。该法被国内外沉淀碳酸钙（包括纳米碳酸钙）生产企业广泛采用，美国SMI公司，欧洲Solvay公司，日本Shiraishi公司，国内的******、广平化工、上海耀华、上海卓越、河南科力等公司都应用这一生产方法。此法具有设备投资小、操作简单、综合效益好特点。

（2）超重力法

基于分子混合与反应结晶理论，北京化工大学于21世纪初研制开发了具有国际领先水平的超重力法合成反应器，可制备粒径介于15～30nm的纳米级碳酸钙。该装置是一高速旋转床，石灰浆经旋转床加速后可获得较重力加速度大2～3个数量级的离心速度，极大地增加了气液接触面，加强了传质过程，大大提高了碳酸化反应速度。同时，由于反应混合物在旋转床中得到高度分散，限制了晶粒的长大，可轻易制备粒径极小的纳米沉淀碳酸钙。采用该技术的碳酸钙生产企业有：广平化工、蒙西高新材料、芮城华新纳米材料、巢东纳米材料、山东盛大等。生产成本过高是这种方法最为突出的缺点。

（3）喷雾法

石灰浆喷嘴是这种方法的关键设备，由其雾化后的石灰浆与窑气得到充分混合（逆向或同向），气液接触面积大，碳酸化反应快。喷雾法可进行简单间歇操作；或组成“喷雾+鼓泡”的间歇式操作；也可采用串联操作，控制各塔的碳酸化率，使碳酸化工艺实现连续化生产。如超重力法，微米级沉淀碳酸钙一般也不用这种方法生产，仅用于生产纳米碳酸钙。对于此法，良好的雾化效果和顺畅的连续生产不易获得，使其未能得到广泛应用。国外只有日本Shiraishi公司运用这一技术，国内有广平化工采用。

（4）膜反应技术

窑气通过微孔膜被分散为微米级的气泡，然后与循环流动的石灰浆混合，由此可制备得与超重力法相似的纳米级碳酸钙。这项技术由清华大学发明，并于2006年在山东盛大得到实际应用，已通过国家级鉴定。但如何保持微孔膜的畅通和实现高产是此项技术面临的巨大难题。

4.1.2 生产技术选择

基于技术先进性、成熟性的对比和承办单位实际情况考虑，本项目拟采用间歇式鼓泡碳酸化的技术路线。针对项目中不同目标产品的特性，具体的碳酸化工艺和设备的实现形式因产品而异。

4.2 生产工艺流程

4.2.1 生产工艺

本项目拟采用较经济的间歇式鼓泡碳化工艺生产纳米碳酸钙。石灰石经超过900℃的高温煅烧后分解得到氧化钙（CaO）和二氧化碳（CO2）气体。氧化钙经水消化成石灰浆，石灰浆与二氧化碳反应生成碳酸钙悬浮浆料，浆料再经脱水即得沉淀碳酸钙。相关化学反应式及工艺路线（图4.2-1）如下。

 

图4.2-1：沉淀碳酸钙生产工艺路线图

 

本项目沉淀碳酸钙生产工艺流程中的主要步骤（操作单元）：

§  石灰石煅烧：一定块度分布的石灰石（CaCO3）和煤按一定比例通过布料器填装于立窑。在窑内，矿石受燃煤加热至800℃后逐渐分解放出CO2并得到生石灰（CaO）。石灰石在分解反应过程中放热，有助于加速煅烧过程并节约燃料，窑内温度最高可达1400℃。

§  生石灰消化：由立窑煅烧出来的生石灰在消化机内按一定质量比与水发生反应得石灰浆（Ca(OH)2）。在这一过程中，须通过调节反应速率及添加剂的作用来控制中间品质量，控制指标包括石灰浆温度、浓度、粘度及活性度。

§  石灰浆陈化：由消化机制备的石灰浆排入陈化池陈化，其过程机理为Ostwald熟化原理。石灰浆活性度和目标产品种类决定添加剂类型、添加量及陈化时间。

§  碳酸化反应：陈化后的石灰浆经精制，调温，调浓后输入碳酸化反应釜。由立窑输出窑气经除尘，洗涤，压缩，降温后通入碳酸化反应釜与石灰浆反应生成碳酸钙（CaCO3）。碳酸化反应温度，浓度，搅拌速率，晶型控制剂类型，窑气流量及CO2浓度等是碳酸化反应操作单元中的关键工艺参数。碳酸化反应是制备不同晶体形貌和大小的决定性步骤。

§  表面处理：于表面处理罐中，沉淀碳酸钙浆液物料在一定温度和搅拌强度下加入硬脂酸等有机或无机化合物完成表面处理。这一过程中的工艺路线、表面处理剂类型及其复配技术是制备应用于不同领域的高品质沉淀碳酸钙的关键。

§  过滤：经表面处理的碳酸钙浆液经框板式压滤机过滤得滤饼进入下一道操作单元，排除的滤水经处理后循环使用。所得滤饼水份含量是影响决定技术经济先进性的重要因素。

§  干燥：纳米碳酸钙滤饼进入烘箱，逐渐脱出其中水份直至达到质量指标要求。在这一操作步骤中，干燥形式、设备结构及操作工艺都是影响干燥效率及产品成本的重要因素。

§  粉碎（解聚）：干燥后物料由粉碎机粉碎，旋风分离器分选，最后包装得纳米碳酸钙产品。粉碎机类型及其与旋风分离器的匹配程度直接决定最终制品的综合性能，包括分散性、视比容、吸油值等。

4.2.2 工艺流程示意图

图4.2-2 生产流程图

序号	设备名称	规格型号	单位	数量	备注
一、	煅烧工段
1	立窑	300立方机械立窑	套	3
2	振动出料机	ZC600/3	套	3
4	自动装窑系统	ZZ790/15	套	3
5	装载机	Z50	台	2
6	窑气净化系统		套	9
二、	消化、陈化工段
1	振动筛		套	30
2	管道渣浆泵	GD100-19	台	32
3	旋液分离器	150、100	台	15
4	储浆池	150立方	套	6
5	成套搅拌设备	150池	套	6
6	污水泵	3寸泵	套	6
7	储浆池	40立方	套	30
8	成套搅拌设备	40池	套	30
三、	碳化工段
1	CO2气体压缩机	40/2	套	6
2	板式换热器	BSR55-50	套	6
3	制冷机	1050KW	套	2
4	冷却塔	150系列	套	2
5	碳化塔	2200型	套	12
6	储浆池	40立方	套	30
7	成套搅拌设备	40池	套	30
8	储浆池	80立方	套	2
9	成套搅拌设备		套	15
10	冷水库	GD100-19	套	15
11	振动筛	BP500	套	3
12	管道渣浆泵	1000立方	套	15
13	剥片机	80立方	套	2
14	储浆罐		套	25
四、
1	处理池	40立方	套	8
2	成套搅拌设备	40池	套	8
3	处理剂反应釜	2立方	套	6
4	泵		台	12
5	不锈钢热水锅炉	1.5/0.2	套	4
6	储油罐	60立方	套	4
7	振动筛		套	20
五、	脱水、干燥、粉碎、包装
1	高压隔膜压滤机	120平方	套	12
2	储浆池	40立方	套	4
3	皮带输送机		套	20
4	泵	G100-50	套	15
5	热风炉	600万大卡	套	4
6	刮板式除渣机		套	4
7	自动上煤机		套	4
8	成品料仓	60立方	套	4
9	半成品料仓	30立方	套	4
10	双层链网循环风干燥箱	28X3.5X3	套	4
11	提升机		套	4
12	粉碎机	650	套	16
13	分级机	630	套	16
14	粉体收集系统		套	4
15	布袋收尘系统		套	20
16	关风机325	350	套	50
17	各种风机	30L	批	4
18	螺旋输送机		套	16
19	双辊轮造粒机	350	套	4
20	包装机		套	15