石灰活性影響因素研究

劉潤靜，谷 麗，張志昆，郭志偉

（1.河北科技大學化學與制藥工程學院，河北石家莊 050018；2河北遷安市楊店子高級中學）

石灰活性影響因素研究

劉潤靜1，谷 麗1，張志昆1，郭志偉2

（1.河北科技大學化學與制藥工程學院，河北石家莊 050018；2河北遷安市楊店子高級中學）

高活性度石灰可以明顯提高產乳率。為了得到高活性度石灰，對不同煅燒溫度、不同升溫方式以及不同粒度下的石灰活性進行了研究，測定了石灰的消化溫升，并采用激光粒度儀和掃描電鏡對石灰消化產物進行了表征。研究結果表明，煅燒溫度過高、時間過長以及石灰粒徑增大，都會導致石灰活性降低，使消化時間延長、消化產物顆粒增大。實驗得出，在1 000℃保溫2 h條件下煅燒所得石灰消化活性較高，且粒徑范圍在0.075～0.106 mm的石灰比0.106～0.150 mm的石灰活性要高。

生石灰；消化；活性度

石灰是基本的化工原料，在鋼鐵冶金、電石工業、造紙業、制糖、制堿、漁業、農業、環保等行業均被廣泛應用［1］。當生石灰為高活性石灰時，由于其具有表面積大、空隙率高的特點，能使消化反應速率加快，使液相中 Ca（OH）2和 OH-濃度急劇上升，從而提高溶液的過飽和度，提升消化產物氫氧化鈣晶核的形成速度，制備出高分散性的固相氫氧化鈣［2］。基于高活性度的石灰對于制備高活性的石灰乳具有決定性作用，為了使制備的石灰活性達到最大，提高以生石灰為原料的產品質量，故而對生石灰活性進行了研究。測定CaO的活性，即測定CaO在消化過程中溫升的速率，是表征生石灰水化反應速度的一個重要指標［3］。這是因為，溫度升高的速率和幅度與生石灰的活性有著不可分割的關系：單位時間內溫升越高則消化時間越短，說明石灰活性越高；當生石灰反應完全時，溫升速率為零［4］。所以，對于生石灰活性的測定一般采用單位時間內水化溫升的方法。此種測定生石灰活性的方法簡單易行，適用于工業生產。另外，活性高的石灰其消化產物顆粒細小、分散均勻，可以利用激光粒度儀和掃描電鏡對其進行表征。所以，實驗中采用溫升和激光粒度分析相結合的方法對生石灰活性進行評價表征。

1 實驗方法

石灰消化溫升測量裝置示意圖見圖1。將20 g石灰迅速加入裝有100 mL 84℃熱水的水浴鍋中［5］，開動攪拌，開始消化反應。在反應起始階段，每隔5 s讀取溫度數據，隨著反應的進行，每隔10 s讀取溫度數據，直到兩個數據溫差小于0.5℃為止［6］。

石灰消化產物顆粒形貌及尺寸分析采用S-4800型掃描電子顯微鏡；石灰及消化產物粒度分布分析采用LS-pop（8A）型激光粒度分析儀。

2 結果與討論

2.1 煅燒溫度對石灰活性的影響

將石灰石（純度97%）分別在900、1 000、1 100℃煅燒2 h，測定不同煅燒溫度下所得石灰消化溫升，結果見圖2。由圖2看出：1）前20 s石灰消化溫升顯著，隨后趨于平緩；2）1 000℃煅燒的石灰，其消化溫升比900、1 100℃高。這是因為，石灰石在低溫下煅燒，由于分解速度慢而不能完全分解，石灰活性度較低，消化溫升較小；隨著煅燒溫度的升高，石灰石的分解速率快速增大，石灰石便能完全分解，石灰的活性度較高，消化溫升較大［7］；而煅燒溫度過高，又會出現過燒現象，導致溫升降低。

圖3為不同煅燒溫度所得石灰消化產物掃描電鏡照片。由圖3可以看出，1 000℃煅燒所得石灰消化產物的粒度較900℃細，比1 100℃分散性好，這與圖2結論相符。這是因為，煅燒溫度在1 000℃時，石灰石分解完全，避免了溫度過低導致的石灰石分解不充分和溫度過高導致的過燒，達到了溫升和分散性都比較理想的狀態，石灰的活性度達到最大值。因此，通常控制煅燒溫度在1 000℃左右。

2.2 煅燒升溫方式對石灰活性的影響

將石灰石采用3種不同的升溫方式進行煅燒，比較升溫方式對石灰活性的影響。3種升溫方式分別為：1）500℃保溫2 h再升溫到1 000℃煅燒2 h；2）800℃保溫2 h再升溫到1 000℃煅燒2 h；3）不用程序升溫，直接在1 000℃煅燒2 h。圖4為不同升溫方式所得石灰消化溫升。由圖4可以看出：第1、2種升溫方式所得石灰其消化溫升速率和幅度較第3種方式有所下降。這是因為，石灰石的分解反應是由表及里，煅燒過程可以分為3個步驟：1）CaO晶體的形成，但仍保持原來CaCO3的結構；2）CaO開始重結晶，原來的CaCO3晶體結構開始轉換成更穩定的CaO晶體結構；3）CaO晶體開始燒結［8］。隨著煅燒時間的延長，氧化鈣活性是一個逐步變化的過程。煅燒時間過長，石灰晶粒會逐步發育長大，氣孔率和比表面積減小，活性降低，導致溫升速率下降。

圖5為不同升溫方式所得石灰消化產物激光粒度分布圖。由圖5看出，1 000℃煅燒2 h所得石灰消化產物粒度更細，說明該煅燒方式所得石灰的活性比其他兩種方式要好。這是因為，煅燒時間延長使石灰晶粒長大，降低了氣孔率，降低了消化產物氫氧化鈣晶核的形成速度，難以制備出高分散性的固相氫氧化鈣，進而導致消化時間的延長和消化產物的粒度增大［9］。因此，選擇煅燒方式為1000℃煅燒2h。

2.3 石灰粒徑對消化活性的影響

表1為石灰粒徑對消化參數的影響；圖6為不同石灰粒徑消化產物激光粒度分布圖。從表1和圖6看出，石灰粒度越小，消化產物粒徑越小，消化用時越短，消化越完全。這是因為，石灰粒徑越小，與水反應的表面積越大，使反應原料和反應產物Ca2+和OH-的擴散加快；同時，反應放出大量熱量使溶液溫度迅速升高，又促進了物相之間的傳質，從而進一步加快了石灰的消化過程，提高了溶液的過飽和度［10］，即氫氧化鈣晶核形成速度快、晶核成長速度慢。

表1 石灰粒徑對消化參數的影響

3 結論

1）石灰石在1 000℃煅燒所得氧化鈣活性比900、1 100℃高。2）采用1 000℃煅燒2 h的方式較500℃（或800℃）保溫2 h再升溫到1 000℃煅燒2 h的方式所得氧化鈣的活性高。 3）石灰顆粒越小，消化時間越短，消化活性越高，如dp為0.075～0.106 mm的石灰較dp為0.106～0.150 mm的石灰有更高的活性。

［1］馬俊彪，鄧輝鵬.干法脫硫石灰消化工藝［J］.華電技術，2010，32（5）：74-79.

［2］嚴鑫，盧云峰，鄧新云.石灰消化過程質量控制技術的研究［J］.化工文摘，2008（2）：58-62.

［3］陳先勇，周貴云.小顆粒石灰石煅燒制備高活性度石灰的研究［J］.化工礦物與加工，2004，33（2）：15-17.

［4］郭秀建.脫硫劑特性及石灰消化的試驗研究［D］.濟南：山東大學，2005.

［5］林文康.改善生石灰的消化效果［J］.四川冶金，2004（5）：31-33.

［6］王軼.NID消化過程特點及生石灰活性的測定與分析［J］.中國環保產業，2006（8）：25-27.

［7］Henrique H M，Santos L C，Parreira P M.Production of milk of lime for sugar cane industry：study of factors influencing lime slaking［J］.Mater.Sci.Forum.，2010，660-661：437-442.

［8］鐘偉飛.石灰消化工藝參數及氫氧化鈣溶解速率實驗研究［D］.杭州：浙江大學，2004.

［9］Potgieter S S，Strydom C A，Gheevarhese O.The effect of ultraaoonic energy on lime slaking ［J］.Miner.Eng.，2003，16 （8）：767-770.

［10］鐘偉飛，吳忠標.石灰消化工藝的研究與優化［J］.環境污染與防治，2004，26（6）：424-426.

Research on influencing factors of lime activity

Liu Runjing1，Gu Li1，Zhang Zhikun1，Guo Zhiwei2
（1.School of Chemistry and Phamarcutical Engineering,Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang 050018，China；2.Yangdianzi Senior Middle-school，Qian′an，Hebei）

High activity lime can obviously improve the milk production rate.In order to maximize lime activity，its activity in different calcining temperatures，heating modes，and particle sizes were investigated.The temperature rising of lime in slaking was tested and the product was characterized by laser particle size analyzer and scanning electron microscopy.Results indicated that decreased activity of lime,increased size of digestion product and extended digestion time will all be caused by any over-high calcining temperature，overlong time,and larger size of lime particles.Experiment showed that，when the calcining temperature was held at 1 000 ℃ for 2 h，lime with higher activity could be obtained.Besides the particle size at 0.075～0.106 mm reflected a higher activity than that of at 0.106～0.150 mm.

quicklime；slaking；activity

TQ132.32

A

1006-4990（2012）09-0029-03

2012-03-13

劉潤靜（1962— ），男，博士，教授，發表學術論文或著作40余篇，長期從事化工工藝和無機納米粉體材料的研究工作。

聯系方式：gabb120@yahoo.cn