为了正常的体验网站,请在浏览器设置里面开启Javascript功能!
首页 > 石灰生产工艺讲座

石灰生产工艺讲座

2019-02-03 14页 doc 60KB 41阅读

用户头像

is_279425

暂无简介

举报
石灰生产工艺讲座石灰生产工艺讲座 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...
石灰生产工艺讲座
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,分类方式也不尽相同。 ⑴按化学成份分:可将石灰分为钙质石灰和镁质石灰。 ⑵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。 ⑶按物理性能分:水硬性石灰、气硬性石灰等。 ⑷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)。 ⑸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40~50kg/t,日本为30~42kg/t,我国的钢铁企业平均为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1.5~1.7g/cm3 2、气孔率高。达到50%以上 3、比表面积大。1.5~2m2/g 4、CaO晶体细小。一般为3um 5、化学成份纯度高。CaO含量90%以上 6、杂质少。SiO2+Al2O3+Fe2O3〈 2% 7、残余CO2低。2~3% 8、活性度高。360~400 ml 表一冶金石灰质量标准(ZBQ27001—89)   CaO% MgO% SiO2% P% S% 生过烧率% 活性度ml 特级 92 ∠5 ≤1.5 ≤0.01 ≤0.025 5 360 一级 90 ∠5 ≤2.5 ≤0.02 ≤0.03 12 250 二级 85 ∠5 ≤3.5 ≤0.03 ≤0.03 15 200 三级 80 ∠5 ≤5 ≤0.04 ≤0.04 20 160 四级 80 ∠5 ≤6 ≤0.04 ≤0.04 20 160                 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(%)   CaO MgO SiO2 P S 特级 ≥54 ∠3 ≤1.0 ≤0.005 ≤0.002 一级 ≥53 ∠3 ≤1.5 ≤0.01 ≤0.08 二级 ≥52 ∠3 ≤2.2 ≤0.02 ≤0.10 三级 ≥51 ∠3 ≤3.0 ≤0.03 ≤0.12 四级 ≥50 ∠3 ≤4.0 ≤0.04 ≤0.15             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+CO2 2、碳酸镁的分解:    MgCO3    =        MgO+CO2 3、硅酸钙的生成:    SiO2+XCaO    =  XCaO·SiO2 4、铝酸钙的生成:    Al203+XCaO  =    XCaO·Al203 5、铁酸钙的生成:    Fe203+XCaO  =    XCaO· Fe203 6、硫化钙的生成:    2CaO+SO2  =  Ca2S+2O2 7、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,以单独包裹的形式存在或均匀分布于碳酸盐中。纯SiO2熔点为1713℃,在700~800℃就能以固态与氧化钙发生反应,生成物有CaO·SiO2(偏硅酸钙)、3CaO·2SiO2(二硅酸钙)、2CaO·SiO2(硅酸二钙)及3CaO·SiO2(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。800℃~900℃时CaO与Fe203生成CaO·Fe203、2CaO·Fe203,另外还伴有反应生成氧化亚铁。亚铁酸钙在1225℃~1325℃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500℃~900℃开始反应,当温度达到1000℃时反应加快,首先生成CaO·Al203,随着温度的升高生成3CaO·Al203。 铝酸三钙与亚铁酸钙反应生成铁铝酸四钙(4CaO·Al203·Fe203),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1250℃~1400℃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。下面是整个物理变化示意图: (1)          (2)        (3)          (4)          (5) ⑴是常温下的石灰石。 ⑵是分解前的膨胀。 ⑶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。 ⑷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。 ⑸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/cm3 1.51 2.44 晶体长度u m 2 10 比表面积m2/g 〉1 〈0.3       2、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℃ 500 600 700 800 900 1000 CO2分压pa 9.7 245.3 2959.7 22264.8 105724.4 392033.3               3、碳酸钙分解热力学: CaCO3  =      CaO +CO2—177.9kJ 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1050℃~1100℃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40~80mm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Vda≤10 2,烟煤:  干燥无灰基挥发分Vda≥10 ⑴贫煤:  干燥无灰基挥发分Vda  10~20  粘结指数≤5 ⑵叟煤:  干燥无灰基挥发分Vda  10~20  粘结指数 >20~65 ⑶焦煤:  干燥无灰基挥发分Vda  20~28  粘结指数 >65 ⑷气煤:  干燥无灰基挥发分Vda  >37    粘结指数 >50~65 ⑸褐煤:  干燥无灰基挥发分Vda  >37  低发热量: KJ/Kg  阳泉快煤: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+33858kJ 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。 12∶32=1×0.7∶X              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     CH2  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1.05~1.10,所以实际风量应为6.22×1.1=6.842(Nm3/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、定样:1~5mm的50g。 五、测试:⑴2000ml蒸馏水,40℃ ± 1℃ ⑵酚酞加入8~10滴。 ⑶将试样倒入水中。 ⑷搅拌器启动。 ⑸用4N的HCl滴定,红色消失为止。 ⑹10分钟滴定HCl毫升数,即为活性度。 2、活性度曲线分析: 下面是两个典型的活性度曲线: 虽然样一与样二活性度都是325ml,但其活性度曲线是有很大差别的。样一是逐渐上升的而且5分钟以后速度加快,这说明这个样品略显过烧,使水化速度减慢而后期随着温度的提高而逐渐发生水化。这说明参数控制不太合理应予以微量调整;样二在4分钟之内活性度即达到325ml,之后没再增加。这种石灰是我们理想化的石灰,说明参数控制合理,使石灰品质达到极值。
/
本文档为【石灰生产工艺讲座】,请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑, 图片更改请在作品中右键图片并更换,文字修改请直接点击文字进行修改,也可以新增和删除文档中的内容。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生,若发现您的权利被侵害,请联系客服邮件isharekefu@iask.cn,我们尽快处理。 本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用。 网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。

历史搜索

    清空历史搜索