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影響沉淀碳酸鈣沉降體積諸因素探索
來源: | 作者:haiyangky | 發(fā)布時(shí)間: 2918天前 | 2576 次瀏覽 | 分享到:
       在沉淀碳酸鈣生產(chǎn)工藝過程中, 怎樣做到較好的制取粒徑較小的沉淀碳酸鈣, 達(dá)到提高、穩(wěn)定其沉降體積的目的,調(diào)控好以下生產(chǎn)工藝諸因素是重要的。

1  石灰石煅燒

1.1  石灰石

       對(duì)沉淀碳酸鈣沉降體積的影響主要取決于石灰石的化學(xué)成份、物理性質(zhì)、燃料燃燒熱強(qiáng)度和石灰石煅燒速度。

       影響石灰石質(zhì)量的化學(xué)成份主要是Fe2O3 、Al2O3 和堿類物質(zhì)等雜質(zhì)的含量。尤其是Fe2O3 含量, 它可以加劇石灰石或石灰表面的燒結(jié)過程, 從而常常阻礙石灰石的完全分解, 降低生石灰的化學(xué)反應(yīng)活性。由生石灰消化制得的Ca(OH)2 溶液中固相粒子粗大。


       石灰石具有的機(jī)械強(qiáng)度也是重要的。達(dá)不到煅燒要求的石灰石機(jī)械強(qiáng)度差, 在石灰窯內(nèi)煅燒時(shí)易破碎, 窯內(nèi)產(chǎn)出的生石灰不但灰塊小而易成粉狀。其化學(xué)反應(yīng)活性也減弱。但有些致密堅(jiān)硬的石灰石(粗晶結(jié)構(gòu))可能燒制出非常疏松、幾乎散狀成粉的石灰石。無疑, 這的化學(xué)反應(yīng)活性也是減弱的。生石灰化學(xué)反應(yīng)活性的強(qiáng)弱, 影響著Ca(OH)2溶液中固相粒子的質(zhì)量。制約著沉淀碳酸鈣粒徑的大小。生產(chǎn)實(shí)踐也足以證明這點(diǎn)。如在生石灰消化過程中摻加一些化學(xué)反應(yīng)活性較弱的生石灰, 所制得沉淀碳酸鈣的沉降體積比使用化學(xué)反應(yīng)活性強(qiáng)的生石灰產(chǎn)出的沉淀碳酸鈣沉降體積明顯降低。


1.2  燃料

       粒徑符合生產(chǎn)工藝要求的石灰石在石灰窯內(nèi)的煅燒速度取決于燃料質(zhì)量。對(duì)燃料的質(zhì)量要求, 它不但要滿足石灰石燃燒所需的發(fā)熱量, 而且還要有較強(qiáng)的活性, 適宜的燃料比和良好的熱穩(wěn)定性, 以保證燃燒熱強(qiáng)度。

       燃燒的煅燒熱強(qiáng)度決定了石灰石在石灰窯的煅燒速度, 也就是石灰石的分解速度。石灰石的分解速度與燃料的燒燒熱強(qiáng)度成正比。同時(shí), 我們應(yīng)注意的是, 前面我們已提到, 由于某些石灰石在石灰窯內(nèi)煅燒過程中極易破碎并會(huì)部分成粉狀。這種狀況同樣會(huì)妨礙石灰石的分解速度, 其經(jīng)煅燒后從窯內(nèi)卸出的生石灰的化學(xué)反應(yīng)活性會(huì)受到一定影響。石灰石在石灰窯內(nèi)有足夠的燃燒熱強(qiáng)度作保證, 才能在較短的煅燒時(shí)間內(nèi)得到完全順利分解所需的煅燒溫度。在這種條件下煅燒出的生石灰才具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性。否則, 生石灰的化學(xué)反應(yīng)活性會(huì)減弱。尤其是熱穩(wěn)定性差, 或燃料比過高的燃料很難滿足石灰石在石灰窯內(nèi)煅燒時(shí)所需的熱強(qiáng)度, 對(duì)燃料的要求同時(shí)還應(yīng)考慮其粘結(jié)性和灰熔點(diǎn)對(duì)石灰石在石灰窯內(nèi)煅燒時(shí)的影響。


1.3  燃料與空氣比

       石灰石在石灰窯內(nèi)煅燒時(shí), 除需配供質(zhì)地合格、數(shù)量一定的燃料外, 還需保持燃料與空氣具有適宜的配比。當(dāng)空氣過剩系數(shù)為1 .05~1 .25 時(shí)能保證石灰窯的正常操作。否則, 會(huì)因石灰窯煅燒狀況的改變, 減弱生石灰化學(xué)反應(yīng)活性。當(dāng)石灰窯的給風(fēng)量偏高時(shí), 它不但會(huì)增加窯內(nèi)熱量損失, 減弱石灰石分解速度, 影響生石灰化學(xué)反應(yīng)活性, 同時(shí)也降低了窯氣中CO2 含量, 它們不利中和反應(yīng)過程中生成物———沉淀碳酸鈣的生成, 其沉降體積往往偏低;當(dāng)石灰窯的給風(fēng)量小時(shí), 石灰石在窯內(nèi)完全順利分解所需的煅燒溫度不足, 其生燒狀態(tài)的生石灰化學(xué)反應(yīng)活性顯然不強(qiáng), 同時(shí)石灰窯中CO2 濃度也顯著降低, 這種狀況將延緩中和反應(yīng)速度, 其沉降體積的提高和穩(wěn)定受到制約。尤其是自然給風(fēng)的石灰窯, 要根據(jù)四時(shí)季節(jié)氣候變化如溫度、風(fēng)向、雨雪量等, 及時(shí)調(diào)整燃料和石灰石的配比, 以適應(yīng)自然給風(fēng)量的變化, 確保石灰石在窯內(nèi)正常煅燒所需溫度, 使得石灰石具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性。


1.4  石灰石與燃料配比

       生石灰窯內(nèi)煅燒時(shí), 若石灰石與燃料配比失當(dāng),石灰窯內(nèi)煅燒溫度得不到保障, 從窯內(nèi)卸出的生石灰不是過燒(或硬燒)就是生燒。同時(shí), 窯氣中CO2 含量也隨之減少。這種現(xiàn)象的出現(xiàn), 降低了中和反應(yīng)過程中反應(yīng)物的濃度, 大大減緩了中和反應(yīng)速度, 難以保證沉淀碳酸鈣沉積體積的穩(wěn)定和提高。


2  生石灰消化

2 .1  生石灰

       生石灰的質(zhì)量制約著沉淀碳酸鈣沉降體積。除粉狀生石灰外, 還有過燒或嚴(yán)重硬燒和生燒的生石灰, 它們?cè)谙瘯r(shí)制備的Ca(OH)2 溶液中固相粒子是粗大的。過燒尤其嚴(yán)重硬燒的生石灰是當(dāng)石灰石在煅燒溫度分解時(shí), 形成細(xì)晶體多孔結(jié)構(gòu), 強(qiáng)活性的CaO 。當(dāng)繼續(xù)提高煅燒溫度時(shí), 隨著生石灰煅燒溫度的提高, 伴隨著CaO 的再結(jié)晶, 其細(xì)晶體變?yōu)榇志w, 并開始燒結(jié)。即出現(xiàn)過燒或硬燒石灰。燒結(jié)過程伴隨著CaO 結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步密實(shí), 它的化學(xué)反應(yīng)活性進(jìn)一步減弱。生燒石灰由于它存在著末分解或分解不完的CaCO3 , 顯然它的化學(xué)反應(yīng)活性極弱。略有過燒、生燒的石灰其化學(xué)反應(yīng)活性與在正常煅燒條件下燒制出的生石灰, 也就是“輕燒石”差異不大。輕燒石灰具有晶體小, 反應(yīng)性強(qiáng), 比表面大, 總氣孔體積大等特點(diǎn)。它在與水反應(yīng)時(shí), 濃度急劇增高, 結(jié)晶時(shí)晶核形成的速度快, 而晶體增長(zhǎng)速度慢。用其制備Ca(OH)2 溶液, 是生產(chǎn)高沉降體積沉淀碳酸鈣所需的優(yōu)質(zhì)生石灰。

2.2  消化用水

       由于水資源的缺短, 特別是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需要, 沉淀碳酸鈣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CaCO3 母液, 常常用來生石灰的消化。母液中含有微量沉淀碳酸鈣。如生產(chǎn)工藝操作控制有誤, 其含量過高時(shí), 用其進(jìn)行生石灰消化得到的Ca(OH)2 溶液進(jìn)中和反應(yīng)時(shí), 它可促成大晶體粒子沉淀碳酸鈣的形成。另外,控制消化用水溫度, 盡量減少生石灰消化反應(yīng)放熱損失, 有助增強(qiáng)生石灰水化作用的速度。有助減少Ca(OH)2 溶液中粗糙大顆粒固相粒子。值得注意的是, 生石灰經(jīng)消化精制得到的Ca(OH)2 溶液溫度不能過高, 應(yīng)控制在適當(dāng)幅度內(nèi)。這是因?yàn)檫m宜的Ca(OH)2溶液溫度, 利于其固相粒子參與中和反應(yīng)時(shí)微細(xì)晶體粒子的生成。


3  中和反應(yīng)

3.1  Ca(OH)2 溶液

       沉淀碳酸鈣沉降體積往往與中和反應(yīng)生成物溶液的濃度、溫度等有關(guān)。在生產(chǎn)工藝操作過程中應(yīng)調(diào)控的是Ca(OH)2 溶液濃度, 必須保證中和反應(yīng)向有利生成物———沉淀碳酸鈣生成方向進(jìn)行。適當(dāng)提高Ca(OH)2 溶液濃度, 使液相內(nèi)的粒子處于飽和狀態(tài)。有利加速中和反應(yīng)的進(jìn)行, 提高結(jié)晶速度。利于微細(xì)結(jié)晶粒子的生成。但應(yīng)考慮的是參加化學(xué)反應(yīng)的Ca(OH)2 溶液濃度的調(diào)控幅度, 要綜合石灰窯氣中CO2 含量變化而變化。否則, 事與愿違。


3.2  中和時(shí)間

       縮短Ca(OH)2 和CO2 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的中和時(shí)間, 也就是說加快它們的化學(xué)反應(yīng)速度, 對(duì)微細(xì)沉淀碳酸鈣粒子的產(chǎn)生有益??s短中和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)鍵是提高石灰窯氣中CO2 含量。因在生產(chǎn)工藝操作過程中Ca(OH)2 溶液濃度可隨控立效。但石灰窯氣中CO2 含量的增加則非立桿見影。

       縮短中和反應(yīng)時(shí)間, 除石灰窯氣中CO2 含量得以保證外, 選擇合理效佳的石灰窯氣冷卻凈化設(shè)備、選擇與石灰窯相匹配的輸送機(jī)械、設(shè)計(jì)高徑比合理的中和塔等也是相當(dāng)重要的。

       常用的普通立式石灰窯若具備合理的高徑比、燃燒時(shí)盡量保持接近理論值的過??諝庀禂?shù), 而燃料的消耗量又盡可能降低、石灰窯卸灰裝料系統(tǒng)又有良好的密封裝置。石灰窯氣中CO2 含量通常可達(dá)35 %以上。


3.3  石灰窯流速

       根據(jù)石灰窯氣冷卻凈化設(shè)備操作參數(shù)、中和塔高徑比, 確定合理的窯氣流速, 對(duì)生產(chǎn)微細(xì)結(jié)晶粒子的沉淀碳酸鈣是有好處的。

       石灰窯氣在中和反應(yīng)過程中, 一方面窯氣中CO2 參與和Ca(OH)2 的化學(xué)反應(yīng);另一方面窯氣在化學(xué)反應(yīng)過程中起到強(qiáng)力攪拌作用。強(qiáng)力攪拌不但可以破壞沉淀碳酸鈣結(jié)晶粒子凝聚, 減少晶族生成機(jī)會(huì)。增加獲得微細(xì)結(jié)晶體、富分散性的沉淀碳酸鈣粒子的機(jī)會(huì)。