石灰生产工艺讲座

1、石灰生产工艺讲座第一章 基本概念一、石灰的概念及分类1、石灰的概念：石灰通俗叫白灰，因其外观呈白色而得名。其主要化学成份是氧化钙（CaO），通常伴生MgO、SiO2、P、S等杂质。好石灰杂质含量少，而品质差的石灰杂质含量多。石灰是重要的建筑材料和化工材料，同时也是冶金行业炼钢的原材料。我国是石灰大国每年需要石灰约1.5亿吨，其中冶金石灰用量超过8500万吨。石灰的用途相当广泛（冶金8500万吨，电石1900万吨，氧化铝行业2000万吨，轻钙行业600万吨，加气砼及灰砂砖1500万吨，环保用灰200万吨，农业仍然是一个很大的不定数），是与人类生活密不可分的原材料。2、分类：石灰种类很多，分类方式

2、也不尽相同。按化学成份分：可将石灰分为钙质石灰和镁质石灰。按加工方式分：块状生石灰、生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、灰浆等。按物理性能分：水硬性石灰、气硬性石灰等。按溶化速度分：快速消化石灰（10分钟以内）、中速消化石灰（30分钟）、慢速消化石灰（30分钟以上）。按不同用途分：农用石灰、建筑用石灰、饰面用石灰、化学石灰、助熔石灰、耐火石灰、食品用石灰、轻工用石灰、冶金石灰等。二、冶金活性石灰：作为冶金石灰的生产单位，我们最关注的是冶金活性石灰。冶金活性石灰是随着冶金技术的迅猛发展而提出来的，据有关资料介绍，欧美国家的钢铁企业石灰消耗一般为4050kg/t，日本为3042kg/t，我国的钢铁企业平均

3、为89.5kg/t而且一些地方钢铁企业的石灰消耗已达130kg/t，这说明我们与国外比还有很大差距。高活性冶金石灰不仅可以节约造渣时间，提高脱S、P效率，而且还可以提高产品质量、减少渣量、降低钢铁料消耗。因此，对钢铁企业来讲使用冶金活性石灰意义非常重大。所谓冶金活性石灰（或活性氧化钙）是一种性能活泼，反应速度快，反应能力强，在炼钢造渣过程中反应能力很高的优质石灰。其主要特点是：1、体积密度小。一般为1.51.7g/cm32、气孔率高。达到50%以上3、比表面积大。1.52m2/g4、CaO晶体细小。一般为3um5、化学成份纯度高。CaO含量90%以上6、杂质少。SiO2+Al2O3+Fe2O3

4、 2%7、残余CO2低。23%8、活性度高。360400 ml表一冶金石灰质量标准（ZBQ2700189）CaO%MgO%SiO2%P%S%生过烧率%活性度ml特级9251.50.010.0255360一级9052.50.020.0312250二级8553.50.030.0315200三级80550.040.0420160四级80560.040.0420160通过以上叙述，可以看出生产高效活性石灰对冶金行业来讲是十分重要的，据有关资料讲，国外冶金石灰大都达到特级灰的标准，而我国冶金石灰绝大多数采用旧式机械竖窑生产的石灰，仅有的八九家引进窑所生产的石灰能达到特级的仅一两家，这一点严重制约了我国冶

5、金技术的发展。三、生产石灰的原料石灰石石灰石是地球上众多岩石中的一个种类，石灰石种类很多，由于形成的地质年代及成因不同其化学成份及结构形态差异很大，但有一点是共同的即就是其主要化学成份是碳酸钙（CaCO3），它是生产石灰（CaO）的基体。石灰石的分类方式很多，为了简明扼要，我这里仅介绍一种，即按外观分类：灰黑色含碳化物和沥清杂质。微兰黑色含微细沉积的黄铁矿与有机杂质。浅黄色褐色红色棕色，因含铁和锰的氧化物的增加而颜色加深。表面无光泽含镁多。灿烂的结晶光辉含硅量多。一般纯净致密的石灰石呈浅灰色，带有筋脉的石灰石（俗称花筋石）中的白色（或黄色），成份较复杂，含结晶石英，在高温下易结瘤，方解石的筋会

6、造成石灰在窑内碎裂，尤其是当中含有低价铁时，煅烧后会氧化为黑色氧化铁结体，影响石灰白度。石灰石用途十分广泛，不同用途对其品质上要求也有差异，下面仅介绍冶金用石灰石的一般要求。见下表：化学成份（%）CaOMgOSiO2PS特级5431.00.0050.002一级5331.50.010.08二级5232.20.020.10三级5133.00.030.12四级5034.00.040.15第二章 石灰石煅烧理化基础一、化学反应：煅烧石灰过程中化学反应十分复杂，目前已掌握的共有二十余种，下面简单介绍主要化学反应方程：1、碳酸钙的分解： CaCO3 = CaO+CO22、碳酸镁的分解： MgCO3 = M

7、gO+CO23、硅酸钙的生成： SiO2+XCaO = XCaOSiO24、铝酸钙的生成： Al203+XCaO = XCaOAl2035、铁酸钙的生成： Fe203+XCaO = XCaO Fe2036、硫化钙的生成： 2CaO+SO2 = Ca2S+2O27、硫酸钙的生成： CaO+SO2+O2 = CaSO4以上反应式中1为主要反应，其余为次反应。学习探讨石灰煅烧工艺的目的是为了掌握正确的煅烧方法，强化主要生成物的反应，减少次反应，提高石灰活性组份。标准状况下，1公升二氧化碳等于1.96克，即密度1.96/cm3.二、杂质的影响：1、二氧化硅：二氧化硅是碳酸盐矿的经常伴生物，以单独包裹的

8、形式存在或均匀分布于碳酸盐中。纯SiO2熔点为1713，在700800就能以固态与氧化钙发生反应，生成物有CaOSiO2（偏硅酸钙）、3CaO2SiO2（二硅酸钙）、2CaOSiO2（硅酸二钙）及3CaOSiO2（硅酸三钙）。硅酸盐的生成不仅是CaO的损失，而且由于它具有良好的水硬性，大大影响了石灰活性。2、Fe203和Al2O3。氧化铁和氧化铝是碳酸盐矿的必然生成物。800900时CaO与Fe203生成CaOFe203、2CaOFe203，另外还伴有反应生成氧化亚铁。亚铁酸钙在12251325便熔解，很易促成“窑瘤”的生成，而且氧化亚铁易与耐火土发生反应，对窑衬的破坏力很大。氧化铝和氧化钙在

9、500900开始反应，当温度达到1000时反应加快，首先生成CaOAl203，随着温度的升高生成3CaOAl203。铝酸三钙与亚铁酸钙反应生成铁铝酸四钙（4CaOAl203Fe203），这些钙盐不但易结成瘤块，破坏窑炉热工，同时很大程度上降低了石灰活性。3、硫酸钙（CaSO4）：石灰石中含有少量硫酸盐，煤粉中也含有硫。当温度达到550时石灰与SiO2反应生成亚硫酸钙CaSO3，在更高温度下生成CaSO4和CaS，由于硫酸盐的生成降低了液相生成温度，促进铁铝酸钙焙体更易在窑内生成，大大降低了活性度。4、碳酸镁（MgCO3）：其分解温度在750左右，由于其分解温度低于碳酸钙，所以石灰中碳酸镁已被烧

10、失去活性，但它不太影响CaO的活性。但如果石灰石中MgCO3的含量不超过3%不会影响活性，而且可以不看成杂质。因为在转炉炼钢中MgO不仅降低了钢渣中的低价铁的含量，而且可以延长炉衬寿命。综上所述，氧化钙与杂质生成各种钙盐，降低了石灰活性，促使“窑瘤”生成。同时还要认识到，由于各种杂质的存在使各种盐在12501400就发生焙解。被焙解后的MgO、CaO与杂质和窑衬发生强烈反应，当焙体进入砖缝后反应更加剧烈，这更激化了CaO的流失及窑瘤的生成。三、煅烧过程中的物理变化：1、石灰煅烧过程中除了以上讲的各种化学变化以外，还发生着一系列物理变化。即随着温度和时间的变化，气孔和CaO晶体也随着变化。下面是

11、整个物理变化示意图： (1) (2) (3) (4) (5)是常温下的石灰石。是分解前的膨胀。是开始分解，体积变化很小，已经分解了的石灰晶粒，附着在核体上，但气孔体积在增加。分解刚结束，CaO晶粒开始增长，体积变化 不大，但气孔率达到极限。由于继续高温煅烧，CaO晶粒继续增长，发生死烧。体积减少，气孔率下降。下面是一组实验数据：轻烧过烧体积密度g/cm31.512.44晶体长度u m210比表面积m2/g10.32、碳酸盐分解压力学：石灰石在高温下分解过程要受到环境CO2压力的影响。一般空气中CO2体积含量是0.03%，在一个大气压下CO2的分解压是29.43pa，当时其表面分解所产生的CO2

12、也正好是29.43pa，由此可以认为高于530时CaCO3就开始分解，但基本处于萌芽状态，当达到850时表面分解压达到49.0pa分解明显进行，当达到900时分压达到（1kg/cm2）98.1kpa，分解急剧进行，CO2腾涌而出。为了使反应迅速进行，根据化学平衡原理，一方面应加热，另一方面应将分解出的CO2气体迅速排出。CaCO3分解压力与温度的关系温度5006007008009001000CO2分压pa9.7245.32959.722264.8105724.4392033.33、碳酸钙分解热力学： CaCO3 CaO +CO2177.9kJ石灰石分解是吸热反应，因此一提石灰必然与煅烧联系在一

13、起。上图是碳酸钙分解与温度关系，在窑况条件下，为了达到一定的反应速度，并有较多的吸收率，一般保持10501100范围内，这样是比较经济合理的。上式中可以看出，分解1摩尔的CaCO3需要177.9kJ热量。1kgCaCO3分解需要1779kJ（即425kcal）。当然要想在窑况条件下使石灰石分解，这些热量是远远不够的，一般效率的窑需达到4186kJ（即1000kcal）以上，有些窑型甚至更高达到8MJ以上。摩尔：旧称克分子，克原子。是国际单位制七个基本单位之一。表示物质的量（物质的量表示 -一定数目粒子的集合的物理量。属于专用名词。单位为莫尔，符号mol.科学上把含有6.02x1023个微粒的集

14、体作为一个单位，称为摩尔。1摩尔的碳含有6.02x1023个碳原子，质量为12克1摩尔的水含有6.02x1023个水分子，质量为18克1摩尔的氧气含有6.02x1023个氧分子，质量为32克4、石灰石粒度与煅烧： 粒度、温度煅烧时间的关系图石灰石煅烧速度取决于石头粒度和煅烧温度。图表中的数据是理论数，作为现场操作人员需善于观察，勤于实验，要结合自己窑况条件及原燃料情况探索适合自身的温度控制。象我们梁式石灰窑一般掌握在1100左右，而且粒度在4080mm较合适。第三章 窑的操作生产石灰的窑类型很多，象平窑（即土窑）、机械竖窑、斜坡窑、回转窑、双膛窑、梁式窑等等。不同的窑有不同的操作方法，但是它们

15、都有一种共同的追求节能,降耗和提高产品质量,产量。一、燃料：用于烧石灰的燃料种类很多，这里我只简单介绍一下煤。煤中的主要成分是C，一般在70%左右，H一般3%左右，还含有一定的O、N、S、H2O等成份。煤按其成分经常分为：1，无烟煤：干燥无灰基挥发分Vda102，烟煤： 干燥无灰基挥发分Vda10 贫煤： 干燥无灰基挥发分Vda 1020 粘结指数5 叟煤： 干燥无灰基挥发分Vda 1020 粘结指数 2065 焦煤： 干燥无灰基挥发分Vda 2028 粘结指数 65 气煤： 干燥无灰基挥发分Vda 37 粘结指数 5065 褐煤： 干燥无灰基挥发分Vda 37 低发热量: KJ/Kg 阳泉快

16、煤：26780 ；阳泉煤肖：28560 根据其产地和年代的不同，其发热量有大的区别。要想操作好一座窑，首先要对自己的燃料十分了解，尤其是其热值，要经常进行测试。二、风量：燃料燃烧需要空气，这是共所周知的，那么需要多少呢？ C+O2 CO2+kJ空气中的O2的含量是21%，N2是78%。按100%全都燃烧计算，1kg煤含70%的碳。 1232=10.7X X= 1.867kg(O2)1立方米空气为1000升，1摩尔空气的体积为22.4升，1摩尔空气的质量是29克，1立方米空气质量为294.64克。完全燃烧1立方米的焦炉煤气能放出多少升二氧化碳？焦炉煤气的成分：C02 O2 H2 CO CH4 C

17、H2 CHn N2 含量 2.4 0.04 59.5 6 25.5 1.76 0.44 4以甲烷为例： CH4 +2O2 = CO2 + 2H2O由上式可见1标准立方米的焦炉煤气完全燃烧可生成1标准立方米的二氧化碳，其他含碳成分均可按上述方法计算。所以1标准立方米的焦炉煤气完全燃烧可以生成0.4006m3的二氧化碳。换算成空气体积为：V= 6.22(m3) 如果通风不足，燃烧不完全，会发生下列反应： 2C+O2 2CO 这样会浪费燃料，而如果风量过剩又会带走过多的热量。因此风量的控制是窑的操作中十分重要的。一般情况下，空气剩余系数为1.051.10，所以实际风量应为6.221.1=.842(N

18、m3/kg煤），当然这也需要具体情况具体应用不能死搬硬套。三、煅烧实验及优化参数：由于石灰石的种类很多，而且不同矿点的石头由于地质年代及形成成因不同，品位相去甚远，因此要想烧好石灰，对不同的石灰石进行煅烧实验是十分必要的。我个人认为，煅烧实验首先要选好样品，使其具有代表性。其次是化学分析有严格的数据。再次就是分批，分不同控制温度及时间分组煅烧。最后是活性度测试和成品化学、物理分析，进行数据分析和处理。通过煅烧实验，可以摸准每种石头的煅烧性能，从而制定优化参数，以控制窑况，从而达到优质高效的目的。四、活性度曲线分析法的妙用：1、活性度的概念：所谓活性度是指冶金石灰水化的反应速度，单位是ml。国标活性度的测试方法是：一、取样：现场取样（成品样），缩分后取10kg。二、破碎：将成品样全部破碎，缩分取1kg。三、筛分：将样过筛（5mm），筛上物重新破碎，过5mm筛。四、