石灰活性影响因素研究

刘润静，谷 丽，张志昆，郭志伟

（1.河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄 050018；2河北迁安市杨店子高级中学）

石灰活性影响因素研究

刘润静1，谷 丽1，张志昆1，郭志伟2

（1.河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄 050018；2河北迁安市杨店子高级中学）

高活性度石灰可以明显提高产乳率。为了得到高活性度石灰，对不同煅烧温度、不同升温方式以及不同粒度下的石灰活性进行了研究，测定了石灰的消化温升，并采用激光粒度仪和扫描电镜对石灰消化产物进行了表征。研究结果表明，煅烧温度过高、时间过长以及石灰粒径增大，都会导致石灰活性降低，使消化时间延长、消化产物颗粒增大。实验得出，在1 000℃保温2 h条件下煅烧所得石灰消化活性较高，且粒径范围在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，在钢铁冶金、电石工业、造纸业、制糖、制碱、渔业、农业、环保等行业均被广泛应用［1］。当生石灰为高活性石灰时，由于其具有表面积大、空隙率高的特点，能使消化反应速率加快，使液相中 Ca（OH）2和 OH-浓度急剧上升，从而提高溶液的过饱和度，提升消化产物氢氧化钙晶核的形成速度，制备出高分散性的固相氢氧化钙［2］。基于高活性度的石灰对于制备高活性的石灰乳具有决定性作用，为了使制备的石灰活性达到最大，提高以生石灰为原料的产品质量，故而对生石灰活性进行了研究。测定CaO的活性，即测定CaO在消化过程中温升的速率，是表征生石灰水化反应速度的一个重要指标［3］。这是因为，温度升高的速率和幅度与生石灰的活性有着不可分割的关系：单位时间内温升越高则消化时间越短，说明石灰活性越高；当生石灰反应完全时，温升速率为零［4］。所以，对于生石灰活性的测定一般采用单位时间内水化温升的方法。此种测定生石灰活性的方法简单易行，适用于工业生产。另外，活性高的石灰其消化产物颗粒细小、分散均匀，可以利用激光粒度仪和扫描电镜对其进行表征。所以，实验中采用温升和激光粒度分析相结合的方法对生石灰活性进行评价表征。

1 实验方法

石灰消化温升测量装置示意图见图1。将20 g石灰迅速加入装有100 mL 84℃热水的水浴锅中［5］，开动搅拌，开始消化反应。在反应起始阶段，每隔5 s读取温度数据，随着反应的进行，每隔10 s读取温度数据，直到两个数据温差小于0.5℃为止［6］。

石灰消化产物颗粒形貌及尺寸分析采用S-4800型扫描电子显微镜；石灰及消化产物粒度分布分析采用LS-pop（8A）型激光粒度分析仪。

2 结果与讨论

2.1 煅烧温度对石灰活性的影响

将石灰石（纯度97%）分别在900、1 000、1 100℃煅烧2 h，测定不同煅烧温度下所得石灰消化温升，结果见图2。由图2看出：1）前20 s石灰消化温升显著，随后趋于平缓；2）1 000℃煅烧的石灰，其消化温升比900、1 100℃高。这是因为，石灰石在低温下煅烧，由于分解速度慢而不能完全分解，石灰活性度较低，消化温升较小；随着煅烧温度的升高，石灰石的分解速率快速增大，石灰石便能完全分解，石灰的活性度较高，消化温升较大［7］；而煅烧温度过高，又会出现过烧现象，导致温升降低。

图3为不同煅烧温度所得石灰消化产物扫描电镜照片。由图3可以看出，1 000℃煅烧所得石灰消化产物的粒度较900℃细，比1 100℃分散性好，这与图2结论相符。这是因为，煅烧温度在1 000℃时，石灰石分解完全，避免了温度过低导致的石灰石分解不充分和温度过高导致的过烧，达到了温升和分散性都比较理想的状态，石灰的活性度达到最大值。因此，通常控制煅烧温度在1 000℃左右。

2.2 煅烧升温方式对石灰活性的影响

将石灰石采用3种不同的升温方式进行煅烧，比较升温方式对石灰活性的影响。3种升温方式分别为：1）500℃保温2 h再升温到1 000℃煅烧2 h；2）800℃保温2 h再升温到1 000℃煅烧2 h；3）不用程序升温，直接在1 000℃煅烧2 h。图4为不同升温方式所得石灰消化温升。由图4可以看出：第1、2种升温方式所得石灰其消化温升速率和幅度较第3种方式有所下降。这是因为，石灰石的分解反应是由表及里，煅烧过程可以分为3个步骤：1）CaO晶体的形成，但仍保持原来CaCO3的结构；2）CaO开始重结晶，原来的CaCO3晶体结构开始转换成更稳定的CaO晶体结构；3）CaO晶体开始烧结［8］。随着煅烧时间的延长，氧化钙活性是一个逐步变化的过程。煅烧时间过长，石灰晶粒会逐步发育长大，气孔率和比表面积减小，活性降低，导致温升速率下降。

图5为不同升温方式所得石灰消化产物激光粒度分布图。由图5看出，1 000℃煅烧2 h所得石灰消化产物粒度更细，说明该煅烧方式所得石灰的活性比其他两种方式要好。这是因为，煅烧时间延长使石灰晶粒长大，降低了气孔率，降低了消化产物氢氧化钙晶核的形成速度，难以制备出高分散性的固相氢氧化钙，进而导致消化时间的延长和消化产物的粒度增大［9］。因此，选择煅烧方式为1000℃煅烧2h。

2.3 石灰粒径对消化活性的影响

表1为石灰粒径对消化参数的影响；图6为不同石灰粒径消化产物激光粒度分布图。从表1和图6看出，石灰粒度越小，消化产物粒径越小，消化用时越短，消化越完全。这是因为，石灰粒径越小，与水反应的表面积越大，使反应原料和反应产物Ca2+和OH-的扩散加快；同时，反应放出大量热量使溶液温度迅速升高，又促进了物相之间的传质，从而进一步加快了石灰的消化过程，提高了溶液的过饱和度［10］，即氢氧化钙晶核形成速度快、晶核成长速度慢。

表1 石灰粒径对消化参数的影响

3 结论

1）石灰石在1 000℃煅烧所得氧化钙活性比900、1 100℃高。2）采用1 000℃煅烧2 h的方式较500℃（或800℃）保温2 h再升温到1 000℃煅烧2 h的方式所得氧化钙的活性高。 3）石灰颗粒越小，消化时间越短，消化活性越高，如dp为0.075～0.106 mm的石灰较dp为0.106～0.150 mm的石灰有更高的活性。

［1］马俊彪，邓辉鹏.干法脱硫石灰消化工艺［J］.华电技术，2010，32（5）：74-79.

［2］严鑫，卢云峰，邓新云.石灰消化过程质量控制技术的研究［J］.化工文摘，2008（2）：58-62.

［3］陈先勇，周贵云.小颗粒石灰石煅烧制备高活性度石灰的研究［J］.化工矿物与加工，2004，33（2）：15-17.

［4］郭秀建.脱硫剂特性及石灰消化的试验研究［D］.济南：山东大学，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］王轶.NID消化过程特点及生石灰活性的测定与分析［J］.中国环保产业，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］钟伟飞.石灰消化工艺参数及氢氧化钙溶解速率实验研究［D］.杭州：浙江大学，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］钟伟飞，吴忠标.石灰消化工艺的研究与优化［J］.环境污染与防治，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

刘润静（1962— ），男，博士，教授，发表学术论文或著作40余篇，长期从事化工工艺和无机纳米粉体材料的研究工作。

联系方式：gabb120@yahoo.cn