劉潤(rùn)靜，谷 麗，張志昆，郭志偉

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

石灰活性影響因素研究

劉潤(rùn)靜1，谷 麗1，張志昆1，郭志偉2

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

高活性度石灰可以明顯提高產(chǎn)乳率。為了得到高活性度石灰，對(duì)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(jìn)行了研究，測(cè)定了石灰的消化溫升，并采用激光粒度儀和掃描電鏡對(duì)石灰消化產(chǎn)物進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明，煅燒溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)以及石灰粒徑增大，都會(huì)導(dǎo)致石灰活性降低，使消化時(shí)間延長(zhǎng)、消化產(chǎn)物顆粒增大。實(shí)驗(yàn)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(yè)、造紙業(yè)、制糖、制堿、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等行業(yè)均被廣泛應(yīng)用［1］。當(dāng)生石灰為高活性石灰時(shí)，由于其具有表面積大、空隙率高的特點(diǎn)，能使消化反應(yīng)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(guò)飽和度，提升消化產(chǎn)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(duì)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(dá)到最大，提高以生石灰為原料的產(chǎn)品質(zhì)量，故而對(duì)生石灰活性進(jìn)行了研究。測(cè)定CaO的活性，即測(cè)定CaO在消化過(guò)程中溫升的速率，是表征生石灰水化反應(yīng)速度的一個(gè)重要指標(biāo)［3］。這是因?yàn)?，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(guān)系：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)溫升越高則消化時(shí)間越短，說(shuō)明石灰活性越高；當(dāng)生石灰反應(yīng)完全時(shí)，溫升速率為零［4］。所以，對(duì)于生石灰活性的測(cè)定一般采用單位時(shí)間內(nèi)水化溫升的方法。此種測(cè)定生石灰活性的方法簡(jiǎn)單易行，適用于工業(yè)生產(chǎn)。另外，活性高的石灰其消化產(chǎn)物顆粒細(xì)小、分散均勻，可以利用激光粒度儀和掃描電鏡對(duì)其進(jìn)行表征。所以，實(shí)驗(yàn)中采用溫升和激光粒度分析相結(jié)合的方法對(duì)生石灰活性進(jìn)行評(píng)價(jià)表征。

1 實(shí)驗(yàn)方法

石灰消化溫升測(cè)量裝置示意圖見(jiàn)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(kāi)動(dòng)攪拌，開(kāi)始消化反應(yīng)。在反應(yīng)起始階段，每隔5 s讀取溫度數(shù)據(jù)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，每隔10 s讀取溫度數(shù)據(jù)，直到兩個(gè)數(shù)據(jù)溫差小于0.5℃為止［6］。

石灰消化產(chǎn)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(chǎn)物粒度分布分析采用LS-pop（8A）型激光粒度分析儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 煅燒溫度對(duì)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(cè)定不同煅燒溫度下所得石灰消化溫升，結(jié)果見(jiàn)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?yàn)椋沂诘蜏叵蚂褵?，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?。浑S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(guò)高，又會(huì)出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象，導(dǎo)致溫升降低。

圖3為不同煅燒溫度所得石灰消化產(chǎn)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(chǎn)物的粒度較900℃細(xì)，比1 100℃分散性好，這與圖2結(jié)論相符。這是因?yàn)椋褵郎囟仍? 000℃時(shí)，石灰石分解完全，避免了溫度過(guò)低導(dǎo)致的石灰石分解不充分和溫度過(guò)高導(dǎo)致的過(guò)燒，達(dá)到了溫升和分散性都比較理想的狀態(tài)，石灰的活性度達(dá)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(duì)石灰活性的影響

將石灰石采用3種不同的升溫方式進(jìn)行煅燒，比較升溫方式對(duì)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?yàn)?，石灰石的分解反?yīng)是由表及里，煅燒過(guò)程可以分為3個(gè)步驟：1）CaO晶體的形成，但仍保持原來(lái)CaCO3的結(jié)構(gòu)；2）CaO開(kāi)始重結(jié)晶，原來(lái)的CaCO3晶體結(jié)構(gòu)開(kāi)始轉(zhuǎn)換成更穩(wěn)定的CaO晶體結(jié)構(gòu)；3）CaO晶體開(kāi)始燒結(jié)［8］。隨著煅燒時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化鈣活性是一個(gè)逐步變化的過(guò)程。煅燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，石灰晶粒會(huì)逐步發(fā)育長(zhǎng)大，氣孔率和比表面積減小，活性降低，導(dǎo)致溫升速率下降。

圖5為不同升溫方式所得石灰消化產(chǎn)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(chǎn)物粒度更細(xì)，說(shuō)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?yàn)?，煅燒時(shí)間延長(zhǎng)使石灰晶粒長(zhǎng)大，降低了氣孔率，降低了消化產(chǎn)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(jìn)而導(dǎo)致消化時(shí)間的延長(zhǎng)和消化產(chǎn)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(duì)消化活性的影響

表1為石灰粒徑對(duì)消化參數(shù)的影響；圖6為不同石灰粒徑消化產(chǎn)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(chǎn)物粒徑越小，消化用時(shí)越短，消化越完全。這是因?yàn)?，石灰粒徑越小，與水反應(yīng)的表面積越大，使反應(yīng)原料和反應(yīng)產(chǎn)物Ca2+和OH-的擴(kuò)散加快；同時(shí)，反應(yīng)放出大量熱量使溶液溫度迅速升高，又促進(jìn)了物相之間的傳質(zhì)，從而進(jìn)一步加快了石灰的消化過(guò)程，提高了溶液的過(guò)飽和度［10］，即氫氧化鈣晶核形成速度快、晶核成長(zhǎng)速度慢。

表1 石灰粒徑對(duì)消化參數(shù)的影響

3 結(jié)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(shí)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。

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［4］郭秀建.脫硫劑特性及石灰消化的試驗(yàn)研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2005.

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

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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(rùn)靜（1962— ），男，博士，教授，發(fā)表學(xué)術(shù)論文或著作40余篇，長(zhǎng)期從事化工工藝和無(wú)機(jī)納米粉體材料的研究工作。

聯(lián)系方式：gabb120@yahoo.cn