活性石灰的煅烧工艺研究

国外建材科技

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活性石灰的煅烧工艺研究

冯小平! 张正文" 田华峰! 周晓东"
#!$武 汉 理 工 大 学 %"$武 钢 乌 龙 泉 矿 &

摘 要’ 以 石 灰 石 为 研 究 对 象(研 究 了 石 灰 石 在 煅 烧 活 性 石 灰 的 过 程 中(石 灰 石 粒 度)煅 烧 温 度)保 温 时 间 及 煤
中硫质量分数等因素对石灰活性的影响*确定了 最 佳 的 活 性 石 灰 的 煅 烧 工 艺(为 活 性 石 灰 的 实 际 生 产 提 供 了 重 要 参数*
关键词’ 活性石灰% 工艺参数% 煅烧

冶金用活性 石 灰 是 一 种 化 学 性 能 活 泼)反 应 能 力 强(在炼钢造 渣 过 程 中 熔 炼 速 度 快 及 造 渣 能 力 强 的优质轻烧石灰*它是炼钢生产中最重要的辅助原 料 (其 质 量 直 接 影 响 到 钢 铁 过 程 )精 练 阶 段 的 成 渣 速 度 )能 量 的 消 耗 等 *衡 量 活 性 石 灰 质 量 的 重 要 指 标 之 一 是 活 性 度 *因 此 (研 究 影 响 石 灰 活 性 的 煅 烧 工 艺 是 一项十分有意义的工作*随着我国炼钢工业的快速 发 展 (对 活 性 石 灰 的 需 求 越 来 越 大 * 近 年 来 (国 内 也 纷 纷开展了这一方面的研 究 工 作+!,-.* 在 实 验 室 条 件 下 (对 影 响 石 灰 活 性 的 煅 烧 工 艺 条 件 进 行 了 研 究 *

/ 实验方法

/$/ 样品的制备 选 取 乌 龙 泉 矿 优 质 石 灰 石 若 干(分 别 制 成 不 同
粒 径 的 颗 粒 (待 用 *为 了 考 查 煤 中 硫 对 石 灰 活 性 的 影 响(实验在石灰 煅 烧 的 过 程 中 加 入 不 同 硫 质 量 分 数 的煤* /$0 实验方法
实 验 采 用 正 交 实 验 (在 硅 碳 棒 电 炉 中 进 行 (样 品 放在刚玉管中进行煅烧*在实验的过程中不断旋转 刚 玉 管 (使 样 品 受 热 均 匀 *实 验 着 重 探 讨 了 石 灰 石 颗 粒)烧成温 度)保 温 时 间)硫 质 量 分 数 1因 素 对 石 灰 活 性的影响*实验方案依据正交表 23#-1&进行*因 素水平位级见表 !*实验结果以石灰活性度为指标*
表 / 因素位级表

位 颗粒度 烧成温度 保温时间 硫质量发数

级 455

46

47

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489 ;$-< ;$1;$:=

/$> 石灰活性度的测定 按 照原西德 ?@A 法 测 定 石 灰 的 活 性 度* 将 煅

万方数据

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烧好的石灰迅速冷却(并制成粒径小于 !;55 的样 品(每 次取 :;B(放入 "21;6的 温水中(以 酚 酞 为 指示剂(在电动搅拌机的搅拌下(用浓度 为 1C 的盐 酸 进 行 滴 定(直 到 !;5DE内 红 色 消 失(盐 酸 消 耗 总 体 积 数 #52&即 为 石 灰 的 活 性 度 * /$F 活性石灰中硫质量分数的测定
将煅烧 好的石 灰制 成粉末(采 用美 国 2G?H 公 司生 产的 I?J!-"型 定硫仪 进 行 测 定 硫 质 量 分 数 灵 敏*

0 结果分析与讨论

0$/ 正交实验

正交实验结果见表 "*

表 0 正交实验结果

实验 颗粒度 烧成温度 保温时间 硫质量分 活性度

号 #K&455

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3 活O 性P 度Q 水平级
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1;"$3 -<<$< 因素主次

1;!$3 -3-$= ?KLM -!1$- -:N$N 较优生产条件’

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实验 结 果 表 明’在 颗 粒 度)烧 成 温 度)保 温 时 间 和硫质 量分 数 1个 因 素 中(保 温 时 间 对 石 灰 活 性 影

响 最 大 (其 次 为 石 灰 石 的 粒 度 *煅 烧 温 度 和 含 硫 量 也

对石灰的活性有一定的影响*碳酸钙在加热的过程

中(在 3;;6左右就开始分解*由于实验所选取的温 度均大于 !;;;6(在此温度范围内(碳酸钙均能分

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解!碳酸钙分解后得到氧化钙"碳酸钙分解的速度与 氧化钙 的时 候!硫 作 为 杂 质 会 影 响 到 氧 化 钙 的 晶 体

煅 烧温度 和 颗 粒 大 小 有 关" 煅 烧 温 度 越 高#颗 粒 越 结构!使其缺陷增加!从而增加石灰的活性"另一方

小!分解反应的速度越快!分解程度越完全"但是!随 面!当硫质量分数较多和反应时间较长时!硫会与氧

着 煅 烧温度的提 高 和 保 温 时 间 的 延 长!石 灰 的 活 性 化钙及 其它 物质 发 生 反 应!以 硫 酸 盐 的 形 式 沉 积 在

反而降低"这主要是由于 $%& 晶体发育较完全!使 石灰中!降低活性氧化钙的质量分数!进而影响到石

活性氧化钙向非活性氧化钙转化的结果"

灰活性"通过对活性石灰中硫质量分数的测定结果

(见 图 /)表 明8随 着 温 度 的 升 高#保 温 时 间 的 延 长!

石灰 中硫质 量分 数 升 高!这 说 明 硫 与 氧 化 钙 及 其 它

物质反应程度越高"

图 ’ 各因素对石灰活性度的影响
从 各 因 素 对 石 灰 活 性 度 的 影 响 (见 图 ’)来 看! 随 着 温 度 的 升 高 #保 温 时 间 的 延 长 !石 灰 活 性 度 逐 渐 降 低!这说 明 在 煅 烧 的 过 程 中!存 在 着 过 烧 的 现 象" 因 此 !煅 烧 温 度 不 宜 过 高 !保 温 时 间 不 宜 过 长 " 而 石 灰石的粒度和硫质量分数对石灰活性的影响则出现 极值" *+* 保温时间对石灰活性的影响
为 了 探 讨 最 佳 的 保 温 时 间!实 验 在 ’’,,-和 ’’.,-分别保温 ’.#/,#0.#1,#2.#3,#’,.456后! 对石灰进行活性度的测定"结果如图 7所示"
图 7 保温时间对活性度的影响
实 验 结 果 表 明 8随 着 时 间 的 延 长 !石 灰 的 活 性 度 增 加!当达 到 最 大 值 后!活 性 度 随 时 间 延 长 而 降 低" 对于颗粒直径为 7,44 的石灰石!保温 0.456时! 石灰 的 活 性 最 大!其 活 性 度 大 于 /.,49!即 达 到 二 级品的质量要求" *+: 硫对石灰活性的影响
正 交 实 验 结 果 表 明 !硫 对 石 灰 活 性 的 影 响 较 小 " 一 方 面 !由 于 硫 质 量 分 数 较 少 !当 碳 酸 钙 在 分 解 形 成
万方数据

图 / 石灰中硫质量分数的变化

*+; 讨论

石灰的活性与石灰的矿物组成及结构有关"石

灰的 组成中 有游 离 氧 化 钙 和 结 合 氧 化 钙!游 离 氧 化

钙又可分为活性氧化钙和非活性氧化钙"而石灰的

活性主要取决于活性氧化钙的质量分数"当石灰石

加 热 到 分 解 温 度 后 !会 发 生 如 下 反 应 8

$%$&/(固体)<$%&(固体)= $&7(气体)=’2>+’1?@ 此 反 应 为 吸 热 反 应 !该 过 程 可 由 以 下 阶 段 构 成 8

A $%$&/ 微 粒 破 坏!在 $%$&/ 中 生 成 $%& 过 饱 和 溶体BC过饱和溶体分解!生成 $%& 晶体BD$&7 气 体 解 吸 !向 晶 体 表 面 扩 散 " 当 分 解 反 应 发 生 时 !由 于

有 $&7 气 体 产 生!$%& 晶 体 会 形 成 疏 散 结 构!并 保 留 着 多 晶 结 构 "此 时 晶 体 发 育 不 完 全 #存 在 着 大 量 的

缺 陷 !使 得 石 灰 的 活 性 增 加 "但 是 随 着 保 温 时 间 的 延

长 或 煅 烧 温 度 的 进 一 步 提 高 !晶 体 会 慢 慢 发 育 完 全 !

活 性 石 灰 向 非 活 性 石 灰 转 化 !从 而 降 低 石 灰 的 活 性 "

另 一 方 面!在 高 温 下!氧 化 钙 还 可 以 与 其 它 杂 质 如

EF7&/#GH7&/ 等 反 应!生 成 其 他 物 质!从 而 降 低 活 性

氧化钙的质量分数"

(下转第 ’,页)

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以磷石膏为原料制取水泥缓凝剂有两条主要技术路
线!"#半水石膏法与 $#半水石膏法%由于具体实施的 不 同 &生 产 工 艺 流 程 也 各 有 特 点 %
日 产 水 泥 缓 凝 剂 的 主 要 生 产 流 程 如 下!过 滤 机 来 的 磷石膏先在 回 转 干 燥 机 中 干 燥&并 在 送 到 转 窑 煅 烧 前加入石灰&控 制 件 使 煅 烧 得 到 可 溶 性 的 无 水 物和半水物%然后在混合装置中加水使其在造粒的 同时进行水合和杂质的中和反应%产品粒状石膏的 粒度为 ’()*(++&含水 ,-)’.-%
/012341156水 泥 缓凝剂生 产流程!与日 产 公 司 流 程 相 同&德国的 流 程 也 采 用 半 水 技 术 路 线 生 产 水 泥 缓 凝剂&同样采 用 钙 质 添 加 剂 如 石 灰 等 中 和 反 有 的 有 害 杂 质 &使 其 转 化 成 惰 性 物 质 &所 不 同 的 采 用 气 流 式煅烧器代替回转器%
7结 语
磷 石 膏 能 在 水 泥 中 得 到 广 泛 的 应 用&综 合 利 用 磷化工所生产的副产品既能降低磷石膏堆放而造成
的 环 境 污 染 8同 时 能 降 低 水 泥 的 生 产 成 本 %开 展 磷 石 膏的应用研究具有重要的理论价值和实用意义%
参考文献

建 材 &’,,,&.!’:) .(9 . 张昌清9磷石膏制水泥缓凝剂工艺评述9化 学 工 业 与 工 程
技 术 &.((’&;!’<) .(9 * 蓝丽红9磷石膏作水泥缓凝剂的研究9广西 民 族 学 院 学 报
=自 然 科 学 版 >&.(((&;!.:.) .:;9 ; 彭 家 惠&张 家 新&万 体 智&等9磷 石 膏 预 处 理 工 艺 研 究9重
庆 建 筑 大 学 学 报 &.(((&?!@;) @<9 ? 杨 钦 元&贾 明 英&李 明 佑9磷 石 膏 作 水 泥 缓 凝 剂 的 试 验 研
究 9重 庆 环 境 科 学 &’,,@&.!?<) :’9 : 吕 天 宝9大 型 磷 铵 工 程 磷 石 膏 制 硫 酸 联 产 水 泥 装 置 的 三
废 治 理 及 利 用 9化 工 环 保 &’,,?&’?=?>!*(.) *(:9 @ 黄 新&王 海 帆9我 国 磷 石 膏 制 硫 酸 联 产 水 泥 的 现 状9硫
酸 工 业 &.(((&*!’() ’;9 < 张 丕 兴9磷 石 膏 低 碱 度 水 泥 及 其 水 化 特 性9硅 酸 盐 通 报&
’,,:&.!’,) .;9 , 宋廷寿&芦令超&胡佳山&等9用磷石膏烧 成 硫 铝 酸 盐 水 泥
的 研 究 9水 泥 &’,,,&.!;) :9 ’( 周 玉 琴9磷 石 膏 制 水 泥 缓 凝 剂 装 置 的 应 用 及 改 进9安 徽
化 工 &.(((&*!;’) ;;9 ’’ 王学文9磷石膏制水泥缓凝剂生产线的设 计 特 点 与 达 标
措 施 9硫 磷 设 计 与 粉 体 工 程 &.(((&.!.@) *(9
收 稿 日 期 !.((*#(:#’; 路 向 前!男&’,:,年 生&工 程 师8昆 明&云 南 开 远 水 泥 股 份 公

’ 张 述 善&陈 峰9改 性 磷 石 膏 作 水 泥 缓 凝 剂 的 试 验9江 西

司 昆 明 分 公 司 =:?(’((>9

=上接第 @页>

因 此 &在 进 行 活 性 石 灰 的 煅 烧 工 艺 参 数 设 计 时 & 既要 保 证有足够 的 时 间 来 让 碳 酸 钙 完 全 分 解&同 时 又要减少氧化钙与其他杂质的反应机会%最终的目 的 是 要提高活性 氧 化 钙 的 质 量 分 数&从 而 提 高 石 灰 的活性%在实验中&煅烧温度选择 ’’?(AB颗粒大 小 为 .(++B保 温时间 ;?+4C为 最 佳 的 工 艺 条 件& 得到的活性石灰达到二级品以上的质量标准%
7结 论
通 过 对 石 灰 石 的 煅 烧 实 验 &可 以 得 到 如 下 结 果 ! =’>最 优 化 的 煅 烧 工 艺 条 件 为 !石 灰 石 的 煅 烧 温 度 为 ’’?(A&颗 粒 大 小 为 .(++&保 温 时 间 为 ;? +4C左 右 % =.>通 过 煅 烧 石 灰 石 可 以 得 到 优 良 的 活 性 石 灰 &

其质量可达到二级品质量要求%
参考文献
’ 温 午 未9酒 钢 改 造 回 转 窑 生 产 活 性 石 灰 研 究9甘 肃 冶 金& .(((=’>!’@) .(9
. 姜德虎9国产小型回转窑煅烧活性石灰的 经 济 价 值9化 工 设 计 &’,,<=;>!*.9
* 杨 建 华&梁 伦 竹9气 烧 石 灰 竖 窑 生 产 活 性 石 灰 的 关 艺 特 点 9炼 钢 &’,,<=:>!:) ,9
; D西 德 EFG 席 勒BHG IG 贝 伦 丝9石 灰9北 京!中 国 建 筑 工 业 出 版 社 &’,<’9
收 稿 日 期 !.((*#(,#’, 冯 小 平!男&’,@.年 生&讲 师8武 汉&武 汉 理 工 大 学 材 料 学 院 =;*((@(>9

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