“白色黃金”高比表氫氧化鈣的前景及制備新技術(shù)

一、引言

    氫氧化鈣（Ca(OH)），俗稱熟石灰或消石灰，是一種重要的無機化合物，廣泛應(yīng)用于建筑、環(huán)保、農(nóng)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域。近年來，隨著科技的發(fā)展和環(huán)保要求的提高，高比表氫氧化鈣因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，逐漸成為研究和應(yīng)用的熱點。

    特別是在 “雙碳”目標(biāo)穩(wěn)步推進(jìn)的大背景下，非電行業(yè)，諸如鋼鐵、焦化、垃圾焚燒等領(lǐng)域，對于煙氣治理的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。然而，隨著傳統(tǒng)濕法脫硫因占地大、投資高、系統(tǒng)復(fù)雜，以及“脫白”要求造成極高的運行成本，逐漸失去市場。而近幾年應(yīng)用較多且技術(shù)成熟的鈉基干法脫硫技術(shù)，卻深陷兩大困境之中，其一，鈉基脫硫灰具有極強的水溶性，這導(dǎo)致其處置成本急劇攀升，在部分地區(qū)甚至被列為危險廢物；其二，小蘇打作為該技術(shù)的關(guān)鍵原料，其價格極易受到國際市場波動的影響，穩(wěn)定性極差。與此同時，我國每年都會產(chǎn)生高達(dá)數(shù)千萬噸的工業(yè)副產(chǎn)石灰資源，然而這些資源大多未能得到高效利用，處于閑置浪費狀態(tài)。

    正是在這樣的復(fù)雜背景之下，高比表氫氧化鈣憑借其突出的環(huán)保特性與顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢，猶如一顆璀璨新星，在環(huán)保領(lǐng)域被譽為“白色黃金”，成為推動非電行業(yè)脫硫技術(shù)升級的關(guān)鍵突破口，為行業(yè)發(fā)展帶來了新的曙光。

二、傳統(tǒng)普通氫氧化鈣的特征與應(yīng)用

    氫氧化鈣是一種白色固體，具有較強的堿性，能溶于水形成堿性溶液。它在水中的溶解度較低，隨著溫度的升高，溶解度降低。氫氧化鈣在空氣中容易吸收二氧化碳和水分，轉(zhuǎn)化為碳酸鈣，這一性質(zhì)在建筑領(lǐng)域中用于制作石灰砂漿和石灰乳時非常重要。

     普通氫氧化鈣通常是指通過常規(guī)方法合成的、具有相對較低表面積的品種。它的純度較高，但是其比表面積相對較小，通常在每克約1平方米左右。普通氫氧化鈣廣泛用于各種工業(yè)領(lǐng)域，如污水處理、建筑材料、化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)等。由于其相對較低的成本和易于獲取的特性，普通氫氧化鈣成為許多工業(yè)過程的理想選擇。

氫氧化鈣的制備方法主要有兩種：石灰石煅燒法和石灰水吸收法。

（1）、石灰石煅燒法石灰石煅燒法是工業(yè)上制備氫氧化鈣的主要方法。該方法首先將石灰石（主要成分為碳酸鈣CaCO3）在高溫下煅燒，生成生石灰（氧化鈣CaO）和二氧化碳（CO2）。接著，將生石灰與水反應(yīng)，生成氫氧化鈣和大量的熱量。此過程通常在消化器中進(jìn)行，生石灰與水的反應(yīng)非常劇烈，放出大量熱量，因此需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，以確保安全和提高氫氧化鈣的產(chǎn)率。

（2）、石灰水吸收法石灰水吸收法是利用氫氧化鈉（NaOH）或氫氧化鉀（KOH）與二氧化碳反應(yīng)生成相應(yīng)的碳酸鹽，再與石灰水（Ca(OH)2溶液）反應(yīng)，生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈣溶液。通過過濾和洗滌沉淀，可以得到純凈的氫氧化鈣。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：

    應(yīng)用氫氧化鈣的應(yīng)用非常廣泛，主要包括：建筑材料：在建筑行業(yè)中，氫氧化鈣用于制作石灰砂漿、石灰乳和石灰石等，用于砌墻、抹灰和裝飾等。農(nóng)業(yè)：作為土壤改良劑，氫氧化鈣可以中和土壤酸性，提高土壤肥力。環(huán)保：氫氧化鈣用于處理工業(yè)廢水和廢氣，如酸性廢水的中和處理和煙氣脫硫。食品工業(yè)：在食品工業(yè)中，氫氧化鈣作為食品添加劑，用于調(diào)節(jié)酸堿度和作為營養(yǎng)強化劑。醫(yī)藥：氫氧化鈣在醫(yī)藥領(lǐng)域用作抗酸藥和鈣補充劑。造紙工業(yè)：在造紙工業(yè)中，氫氧化鈣用于紙漿的漂白和提高紙張的白度。

三、高比表氫氧化鈣技術(shù)突破

 通過“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)有限公司技術(shù)研發(fā)中心”提供的技術(shù)資料顯示：

    高比表氫氧化鈣，是生石灰經(jīng)由特殊工藝制備而成的鈣基新材料，屬于無機化合物的范疇，外觀呈現(xiàn)為白色粉末或者微粒狀。與普通氫氧化鈣（其 BET 比表面積大約為 10m/g）截然不同的是，高比表氫氧化鈣借助納米晶重組與多孔結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)，成功將比表面積大幅提升至 40 - 80m/g，并且構(gòu)建出了極為豐富的介孔 - 大孔層級結(jié)構(gòu)（品質(zhì)上乘的產(chǎn)品，其吸附總體積能夠達(dá)到 0.2cm³/g 以上）。

高比表氫氧化鈣技術(shù)參數(shù)如下：

高比表氫氧化鈣特性:

高比表氫氧化鈣所具備的 “分子海綿”特性，實現(xiàn)了三大性能的顯著躍升：

（1）反應(yīng)動力學(xué)優(yōu)化：其微孔結(jié)構(gòu)能夠加速 SO的擴散速度，介孔則為化學(xué)反應(yīng)提供了充足的界面，而大孔能夠有效地存儲反應(yīng)產(chǎn)物，從而巧妙地避免了孔道堵塞的問題（其孔容能夠達(dá)到 0.2cm³/g 以上，這是普通氫氧化鈣望塵莫及的）。

（2）抗衰減設(shè)計：通過先進(jìn)的表面羥基穩(wěn)定化處理技術(shù)，使得高比表氫氧化鈣在 90 天內(nèi)的活性衰減率小于 5%，成功攻克了鈣基脫硫劑容易失活的行業(yè)難題。

（3）智能適配工藝：能夠依據(jù)煙氣的具體組分情況（例如 Cl/SO的比例）靈活定制孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而在焦?fàn)t煙氣（含有焦油等復(fù)雜成分）、垃圾發(fā)電（多 HCl）以及玻璃窯爐（高 SO）等各類復(fù)雜工況場景中，始終保持高于 95% 的脫硫效率。

四、高比表面積氫氧化鈣的生產(chǎn)和制備方法

根據(jù)“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)有限公司技術(shù)研發(fā)中心”提供的*新工藝技術(shù)路線顯示：制備高比表面積氫氧化鈣的創(chuàng)新點和新型生產(chǎn)技術(shù)如下：

（一）、新型生產(chǎn)技術(shù)在提高高比表面積氫氧化鈣性能方面的創(chuàng)新點

新型生產(chǎn)技術(shù)在提高高比表面積氫氧化鈣性能方面的創(chuàng)新點主要包括以下幾個方面：

（1）、生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新：例如，一項發(fā)明提供了一種高比表面積氫氧化鈣生產(chǎn)工藝與設(shè)備，該工藝通過高速混合、消化、熟化等一系列步驟，以及在氧化鈣與消化用水中加入解聚劑，實現(xiàn)了高比表面積氫氧化鈣的生產(chǎn)。

（2）、設(shè)備設(shè)計的改進(jìn)：新型生產(chǎn)技術(shù)采用了“造粒+干燥”工藝，避免了產(chǎn)品水分大、粉化率低、細(xì)度不穩(wěn)定等問題，同時采用了獨特的“氣流干燥”工藝，對原料水分、雜質(zhì)含量及細(xì)度進(jìn)行控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

（3）、自動化程度的提高：新型生產(chǎn)技術(shù)的設(shè)備自動化程度高，操作簡單，運行成本低，有利于提高生產(chǎn)效率和降低人工成本。

（4）、環(huán)保和可持續(xù)性考量：新型生產(chǎn)技術(shù)在提高氫氧化鈣性能的同時，也考慮到了環(huán)保和可持續(xù)性，通過優(yōu)化生產(chǎn)過程減少了廢物的產(chǎn)生，并且對物料進(jìn)行除塵處理，降低了環(huán)境污染。

（5）、智能化生產(chǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用：整套生產(chǎn)系統(tǒng)采用智能化的操作控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)無人值守完成操作與控制，確保物料和水自動跟蹤配比，使質(zhì)量更穩(wěn)定。

（6）、改性劑的引入：在濕法改性制備高比表面積氫氧化鈣的過程中，通過加入含羥基的有機化合物，如丙二醇、三乙醇胺等，可以顯著增大氫氧化鈣的比表面積，制得的氫氧化鈣表面呈現(xiàn)片層狀結(jié)構(gòu)，提高了其性能。

（7）、生產(chǎn)流程的優(yōu)化：新型生產(chǎn)技術(shù)通過對生產(chǎn)流程的優(yōu)化，如篩分的改進(jìn)，可以進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，例如，通過振動篩進(jìn)行篩分，可以得到更高純度和更好分散性的氫氧化鈣產(chǎn)品。新型生產(chǎn)技術(shù)在提高高比表面積氫氧化鈣性能方面主要通過工藝創(chuàng)新、設(shè)備改進(jìn)、自動化和智能化水平的提升、環(huán)保可持續(xù)性的考慮以及改性劑的使用等方面進(jìn)行創(chuàng)新，以適應(yīng)不斷變化的市場需求和技術(shù)進(jìn)步。

（二）、制備高比表面積氫氧化鈣的方法：

主要工藝路線是通過碳酸鈣制備、通過活性石灰制備、工業(yè)制備和濕法電石制乙炔聯(lián)產(chǎn)等。具體方法如下：

工藝路線一：通過活性石灰制備高比表高活性氫氧化鈣

（1）、破碎生石灰：將塊狀生石灰破碎至粉末狀。

（2）、消化反應(yīng)：使用非離子型表面活性劑（如丙二醇、丙三醇等）與水混合，與生石灰粉末在消化反應(yīng)器中反應(yīng)。

（3）、控制條件：生石灰有效氧化鈣含量不小于85％，t60不大于60s，粉末粒徑不大于150μm。

工藝路線二：通過生石灰工業(yè)制備方法

（1）、破碎除雜：將生石灰破碎并除雜得到粉末。

（2）、消化反應(yīng)：活性劑與工業(yè)用水混合后加入三級干式消化器中，與生石灰粉末反應(yīng)。

（3）、分選：反應(yīng)得到的高比表高活性氫氧化鈣干粉經(jīng)分級機分選得到高純度產(chǎn)品。

工藝路線三：通過碳酸鈣制備高比表面積氫氧化鈣

（1）、消化生石灰：將生石灰粉碎后與適宜溫度下的熱水?dāng)嚢柽M(jìn)行消化，然后加入鹽酸水溶液繼續(xù)攪拌，過濾。

（2）、沉淀碳酸鈣：向濾液中加入氨水，在適宜溫度下繼續(xù)攪拌，再加入碳酸銨水溶液和碳酸鈣微球，攪拌后靜置，過濾并清洗濾渣，烘干得到碳酸鈣。

（3）、碳酸鈣微球制備：將十二烷基苯磺酸鈉、正己烷、水混合攪拌，與另一種由聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯胺、碳酸鈉、水混合的溶液混合，超聲振蕩后加入氯化鈣水溶液，攪拌、靜置、過濾、烘干。

（4）、改性碳酸鈣：將碳酸鈣與水混合，加入海藻酸鈉攪拌，滴加氯化鈣水溶液，繼續(xù)攪拌，過濾并烘干濾渣。

工藝路線四：濕法電石制乙炔聯(lián)產(chǎn)高比表氫氧化鈣

（1）、利用電石水解制備乙炔時產(chǎn)生的電石渣，因其鈣質(zhì)資源豐富，可作為優(yōu)良的二次鈣基資源。

（2）、這種方法不僅能制備高比表面積的氫氧化鈣，還能實現(xiàn)電石渣的資源化利用。

這些方法各有特點，具體選擇可根據(jù)實際需求和條件進(jìn)行。

五、2025年高比表氫氧化鈣的發(fā)展趨勢

（1）、技術(shù)創(chuàng)新與生產(chǎn)工藝改進(jìn)，2025年高比表氫氧化鈣的生產(chǎn)技術(shù)將更加成熟。通過優(yōu)化合成工藝，如采用超細(xì)研磨技術(shù)、噴霧干燥技術(shù)和氣相合成法等，制備出具有更高比表面積和更均勻粒徑分布的氫氧化鈣產(chǎn)品。此外，納米技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步提升氫氧化鈣的性能，使其在納米尺度上展現(xiàn)出獨特的物理化學(xué)性質(zhì)。

（2）、環(huán)保領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用隨著全球環(huán)保意識的增強，高比表氫氧化鈣在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。具體應(yīng)用包括：廢水處理：高比表氫氧化鈣可用于吸附廢水中的重金屬離子和有機污染物，有效降低水體污染�？諝鈨艋�：利用其吸附能力，高比表氫氧化鈣可用于去除空氣中的酸性氣體和顆粒物，改善空氣質(zhì)量。土壤修復(fù)：高比表氫氧化鈣可用于中和酸性土壤，吸附土壤中的重金屬和有機污染物，促進(jìn)土壤生態(tài)恢復(fù)。

（3）、建筑行業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用在建筑行業(yè)，高比表氫氧化鈣將用于開發(fā)新型環(huán)保建筑材料。例如：自清潔涂料：利用高比表氫氧化鈣的吸附性和反應(yīng)活性，開發(fā)具有自清潔功能的建筑涂料，減少建筑表面的污垢積累。高性能混凝土：高比表氫氧化鈣可作為添加劑，提高混凝土的強度和耐久性，同時賦予其自愈合功能，延長建筑物的使用壽命。

（4）、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的深入應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，高比表氫氧化鈣將用于：土壤改良：通過中和酸性土壤，補充鈣元素，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量。病蟲害防治：高比表氫氧化鈣可用于制備環(huán)保型農(nóng)藥，利用其堿性特性抑制病蟲害的滋生。

（5）、新能源領(lǐng)域的潛在應(yīng)用

    高比表氫氧化鈣在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用也展現(xiàn)出潛力。例如：二氧化碳捕集與儲存：利用高比表氫氧化鈣的吸附能力，捕集工業(yè)排放的二氧化碳，減少溫室氣體排放。氫能儲存：高比表氫氧化鈣可用于制備儲氫材料，為氫能的安全儲存和運輸提供新的解決方案。

       2025年，高比表氫氧化鈣將在技術(shù)創(chuàng)新和市場需求的雙重驅(qū)動下，展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。隨著各行業(yè)對高性能、環(huán)保型材料需求的增加，高比表氫氧化鈣將在環(huán)保、建筑、農(nóng)業(yè)和新能源等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提升產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要。