活性石灰煅燒條件及其活性評價指標(biāo)的研究*

王樹軒，李 寧，李 波，李玉龍，2

（1.中國科學(xué)院青海鹽湖研究所，青海西寧810008；2.中國科學(xué)院研究生院）

活性石灰煅燒條件及其活性評價指標(biāo)的研究*

王樹軒1，李 寧1，李 波1，李玉龍1，2

（1.中國科學(xué)院青海鹽湖研究所，青海西寧810008；2.中國科學(xué)院研究生院）

摘 要：研究了不同粒徑石灰石和煅燒條件對活性石灰的影響。并對比了石灰活性評價的2種指標(biāo)，即活性度法和碳化率（EDTA）法。 在700℃下預(yù)熱1 h、1 150℃下煅燒石灰石，結(jié)果表明，粒徑為1～2 cm石灰石煅燒后所得石灰活性高于粒徑為4～5 cm的石灰活性。在相同的粒徑下，1 150℃下煅燒的活性優(yōu)于700℃下預(yù)熱1 h、1 150℃下煅燒的活性。實驗表明，采用活性度法和EDTA法測定石灰活性的結(jié)果基本一致，都能定性地衡量石灰活性。

關(guān)鍵詞：活性度法；石灰；石灰石；碳化率法

活性石灰是一種化學(xué)性能活潑、反應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)煅燒石灰。它是煉鋼生產(chǎn)和化工生產(chǎn)中重要的原料，其質(zhì)量直接影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，研究影響石灰活性的煅燒工藝是一項十分有意義的工作［1-3］。衡量活性石灰質(zhì)量的指標(biāo)有活性度法和碳化率（EDTA）法。筆者在實驗室條件下，對影響石灰活性的煅燒條件進(jìn)行了研究，并對這2種衡量指標(biāo)做了對比研究。

1 實驗方法

1.1 樣品的制備

選取德令哈產(chǎn)石灰石，破碎至粒徑分別為1～2 cm和4～5 cm，待用。石灰石化學(xué)成分采用HG/ T 2504—1993《化工用石灰石》分析方法測定［4］。石灰石化學(xué)主要成分如表1所示。

表1 石灰石化學(xué)主要成分 %

1.2 實驗方法

分別取粒徑為1～2、4～5 cm的石灰石，用馬弗爐煅燒，在700℃下預(yù)熱1 h、1 150℃下煅燒不同時間，并測定其活性。粒徑在4～5 cm的石灰石不經(jīng)預(yù)熱直接在1 150℃下煅燒不同時間，并測定其活性。

以活性為指標(biāo)，考察相同煅燒條件下粒徑對活性石灰的影響；并對比粒徑為4～5 cm時，不同煅燒條件對活性石灰的影響。

1.3 石灰活性的測定

碳化率為石灰乳中碳酸鈣的鈣離子與氫氧化鈣的鈣離子物質(zhì)的量比。碳化率測定的方法：取一定質(zhì)量的石灰乳，以酚酞作指示劑并用1mol/L的HCl滴定，滴定至溶液從微紅色到無色，記錄HCl用量（V1），再用甲基橙作指示劑，滴定至溶液從黃色變?yōu)榧t色，記錄體積（V2），按下式測碳化率（%）：

碳化率=V2/（V1+V2）×100% （1）

活性度指石灰的水化反應(yīng)速度，采用CGT法測定，即將2 000mL、40℃的蒸餾水加入3 000mL的燒杯中，開動攪拌器，加0.5mL酚酞指示劑，再把制備好的50 g粒徑為1.0～10mm的石灰樣加入燒杯中，并立即用4mol/LHCl連續(xù)滴定，始終保持等當(dāng)量點，從石灰樣品加入燒杯用HCl滴定開始，記錄5min和10min HCl消耗量，根據(jù)10min、4mol/L的HCl消耗量區(qū)分石灰的活性級別。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 粒徑對石灰活性的影響

取一定質(zhì)量的不同粒徑石灰石，在700℃下預(yù)熱1 h、1 150℃下煅燒不同的時間，消化石灰的碳化率和活性度如圖1所示。從圖1可見，粒徑1～2 cm石灰石隨著煅燒時間的延長，石灰的碳化率逐漸降低，煅燒時間分別為75、90min時，肉眼觀察石灰消化幾乎沒有雜質(zhì)，而在煅燒時間為15～60min時，石灰消化后雜質(zhì)較多。所以，當(dāng)石灰石粒徑在1～2 cm時，700℃預(yù)熱1 h、1 150℃下煅燒90min最佳；粒徑在4～5 cm的石灰石隨著煅燒時間的延長，石灰的碳化率逐漸降低，煅燒90min以上時，石灰消化反應(yīng)快，肉眼觀察石灰消化后的灰乳液中幾乎沒有大顆粒石灰石和其他不能消化的雜質(zhì)，而在15～90min時，石灰消化后雜質(zhì)較多。所以，當(dāng)石灰石粒徑在4～5 cm時，700℃預(yù)熱1 h、1 150℃煅燒105min左右最佳。不管煅燒時間長短，粒徑為1～2 cm的石灰石比粒徑為4～5 cm的石灰石所得石灰碳化率都低，隨著煅燒時間的延長，碳化率的差值降低，說明粒徑小的石灰石煅燒后的石灰碳化率低，石灰活性高。

圖1 700℃下預(yù)熱1 h、1 150℃下煅燒不同粒徑對碳化率的影響

圖2為在700℃下預(yù)熱1 h、1 150℃下煅燒，不同粒徑對活性度的影響。從圖2可以看出，粒徑為1～2 cm的石灰石煅燒時間為90min時，滴定5min和10min時的活性最佳。粒徑為4～5 cm的石灰石煅燒時間為90min時，滴定5min和10min活性最佳，但測得的結(jié)果波動性大。

圖2 700℃下預(yù)熱1h、1 150℃下煅燒不同粒徑對活性度的影響

綜上所述，不管是用碳化率還是活性度指標(biāo)，不同粒徑的石灰石在700℃下預(yù)熱1 h、1 150℃下煅燒90min時活性最佳。石灰石粒徑越小，所得石灰的活性越高，煅燒時間則對石灰的活性幾乎無影響。

2.2 煅燒條件對石灰活性的影響

取一定質(zhì)量粒徑為4～5 cm的石灰石，在700℃下預(yù)熱1h、1150℃下煅燒和未經(jīng)預(yù)熱直接在1150℃下煅燒不同時間，消化石灰的碳化率和活性度如圖3所示。從圖3可以看出，在1 150℃下隨著煅燒時間的延長，石灰的碳化率逐漸降低，煅燒時間在90min以上時，石灰石消化反應(yīng)快，肉眼觀察石灰消化后幾乎沒有雜質(zhì)，而煅燒時間為15～90min時，石灰消化后雜質(zhì)較多。所以，當(dāng)石灰石粒徑在4～5 cm時，在1 150℃煅燒 120min左右時效果最佳。煅燒時間大于15min時，直接煅燒的碳化率低于經(jīng)預(yù)熱的碳化率。

圖3 不同煅燒條件對碳化率的影響

圖4為不同煅燒條件對石灰活性的影響。從圖4可見，700℃下預(yù)熱1 h、1 150℃煅燒時間75min以上時，滴定5min消耗HCl480mL以上，滴定10min以上時消耗HCl503mL左右?？梢钥闯鲮褵?5min、滴定5min和10min時石灰活性最佳。直接煅燒的活性度高于預(yù)熱的，直接煅燒的石灰活性好。

圖4 不同煅燒條件對活性度的影響

綜上所述，在相同的粒徑下，不管煅燒時間的長短，1 150℃下煅燒的活性均優(yōu)于700℃下預(yù)熱1 h、1 150℃下煅燒的活性。

3 結(jié)論

在700℃下預(yù)熱1 h、1 150℃下煅燒石灰石，粒徑為1～2 cm石灰石煅燒后所得的石灰活性高于粒徑4～5 cm所得的石灰活性。在相同的粒徑條件下，1 150℃下煅燒的活性優(yōu)于700℃下預(yù)熱1 h、1 150℃下煅燒的活性?；钚远确ê虴DTA法測定石灰活性的結(jié)果基本一致，都能定性地衡量石灰活性。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 段玉震.活性石灰的煅燒試驗研究［J］.安陽工學(xué)院學(xué)報，2007（4）：28-31.

［2］ 張學(xué)龍.煉鋼活性石灰的生產(chǎn)與應(yīng)用［J］.萊鋼科技，2007（10）：181-183.

［3］ 陳鴻偉，吉云，王春波，等.石灰石顆粒煅燒特性的模擬與分析［J］.電站系統(tǒng)工程，2004，20（6）：12-14.

［4］ HG/T 2504—1993 化工用石灰石［S］.

聯(lián)系方式：wangsxuan@163.com

碳酸鉻及其制法

過去，鍍鉻及金屬表面的處理使用六價鉻，由于六價鉻對人體有害，廢鍍液處理費用高，目前使用三價鉻代替六價鉻。使用氯化鉻、硫酸鉻等三價鉻化合物配制鍍鉻液時，鉻逐漸被消耗，但陰離子即氯離子或硫酸根殘存于鍍液中，并隨著新液的補(bǔ)充不斷積累，最終使鍍液組成無法保持穩(wěn)定，需全部更換成新鍍液，并對廢鍍液進(jìn)行處理。為避免陰離子積累，擬使用不含陰離子的氫氧化鉻或碳酸鉻。碳酸鉻的傳統(tǒng)制法是，將氯化鉻或硫酸鉻水溶液置于反應(yīng)器內(nèi)，不斷攪拌下加入碳酸鈉或碳酸氫鈉水溶液，由于三價鉻鹽極易局部過濃，析出的一級粒子（電子顯微鏡見到的初級顆粒）過小，靜電引力過強(qiáng)，容易聚集成粒徑（激光粒度分布儀所測平均粒徑）過大的聚集體，致在酸性水溶液中難溶解。

日本化工株式會社新專利提出，在反應(yīng)溫度為0～50℃條件下，將碳酸鈉水溶液和含三價鉻的水溶液同時添加到水介質(zhì)中反應(yīng)，制得的碳酸鉻呈淡青色（淺藍(lán)色），L*a*b*色系的L*=50～70，a*=-4～-2，b*=-10～-7。其在酸性水溶液中溶解性高，且固態(tài)長期保存后溶解性仍然優(yōu)良。用其作為三價鉻源可以縮短三價鉻溶液的配制時間，進(jìn)行鍍鉻或金屬表面處理時不會有陰離子在鍍液中積累。例如：取10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）碳酸鈉水溶液500 g、35%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）氯化鉻水溶液85.4 g，分別裝入各自容器備用；兩種溶液的溫度均調(diào)至20℃，在不斷攪拌（300 r/min）下將兩溶液同時加到溫度已調(diào)至20℃的純水中，碳酸鈉溶液添加速度為10 g/min，氯化鉻溶液添加速度為1.7 g/min，用50min連續(xù)加完，添加期間，反應(yīng)液維持pH約為7，溫度為20～30℃；將生成的沉淀過濾、水洗至洗出水30℃的電導(dǎo)率為1mS/cm；濾餅于40℃真空干燥48 h，得到含水率為18.6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的淡青色碳酸鉻粉末。其聚集體粒徑為 9.8μm，一級粒子粒徑為 355 nm；L*=60.93，a*= -3.08，b*=-8.19；w(Cr2O3)=38.6%、w(CO2)=17.1%、w(H2O)= 25.7%，n(CO2)/n(Cr)=0.77；在溫度為25℃、pH為0.2的1 L鹽酸水溶液中加入相當(dāng)于含有1 g Cr的碳酸鉻時，若生成后立即加入可在18min全溶，保存90 d后加入可在26min全溶。紀(jì)柱摘譯自WO，2010/026915A1

USC研究者公布CO2捕集新技術(shù)

2012年1月，美國南加州大學(xué)（USC）的研究人員公布了一項CO2捕集的新技術(shù)，該技術(shù)對于從空氣以及其他工業(yè)廢水中分離CO2具有顯著的功效，并且可以反復(fù)回收利用。其主要步驟是采用市面上最為常見的氣相法白炭黑和聚乙烯，在室溫下吸收CO2，并于85℃時再次釋放出CO2。傳統(tǒng)的方法采用氫氧化鈉或氫氧化鈣與CO2反應(yīng)，生成碳酸鹽。在實際應(yīng)用中，傳統(tǒng)方法往往受到濕度等因素的影響。新工藝與傳統(tǒng)工藝相比吸收效率更高，易于回收利用，只需改變吸收和釋放工序時的溫度即可，且成本低廉，具有更為實用的應(yīng)用前景。USC的Surya Prakash教授稱，“當(dāng)前這項技術(shù)正應(yīng)用于燃料電池等相關(guān)領(lǐng)域里，未來希望可以在燃煤發(fā)電廠、水泥廠、釀酒廠等企業(yè)得到大規(guī)模推廣。”

該研究報告刊載于《Journal of the American Chemical Society》雜志［2011，133（33）：12881-12898］上。 賈磊譯

中圖分類號：TQ132.32

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-4990(2012)02-0017-03

收稿日期：2011-08-28

作者簡介：王樹軒（1968— ），男，副研究員，本科，主要研究方向為建筑材料和鹽湖化工，已公開發(fā)表文章14篇。

*基金項目：中國科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計劃項目（0812021010），中國科學(xué)院支青項目（0910101030）。

Study on calcination conditionsand activity evaluation indexesof active lime

Wang Shuxuan1，LiNing1，LiBo1，LiYulong1，2
（1.Qinghai Institute ofSalt Lakes，Chinese Academy ofScineces，Xining 810008，China；2.Graduate University，Chinese Academy ofScinece）

Abstract：Differentparticle diameters and calcination conditions thataffectactive limewere investigated，and two evaluation indexesofactivity ofactive limewere compared aswell：activity degreemethod and carbonation rate（EDTA）method.Results showed when lime stone thatwas preheated at700℃for 1 h，and then calcined at1 150℃，the lime thatparticle diameter between 1～2 cm had higheractivity than thatparticle diameter between 4～5 cm；when the particle diameterswere the same，the activity of lime thatwas calcined at1 150℃had higheractivity than thatwas preheated at700℃for1 h firstly and then calcined at1 150℃.Activity degreemethod and EDTAmethod were used for determination of activity of lime respectively，and the resultswerebasically in accordancewith each other.

Keywords：activity degreemethod；lime；limestone；carbonation rate