燒結(jié)生石灰粉活性度的檢測

尹顯武，安志勇（天津天鐵冶金集團(tuán)技術(shù)中心，河北涉縣056404）

0 引言

燒結(jié)是高爐煉鐵過程中重要的生產(chǎn)工藝流程。生石灰是燒結(jié)過程中一種重要的輔助原料，不僅可以保證燒結(jié)順利地進(jìn)行，同時(shí)能保證燒結(jié)礦質(zhì)量。生石灰在燒結(jié)過程中有3個(gè)主要作用：一是作為黏結(jié)劑，可用于提高混合料的成球性，改善混合料的原始透氣性；二是石灰中CaO經(jīng)充分與水消化放熱后提高混合料的原始溫度，提供燒結(jié)所需要的熱量；三是CaO能調(diào)控?zé)Y(jié)礦堿度，高爐中鐵礦粉與生石灰的反應(yīng)生成液相鐵酸鈣，形成的液相流動(dòng)性直接關(guān)系到黏結(jié)相的質(zhì)量，從而決定燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量。

活性度可以用來衡量生石灰中有效CaO水化的程度。由此可見，評價(jià)燒結(jié)用的生石灰是粉狀的，粒度基本上小于3 mm，冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T105-2005《冶金石灰物理檢測方法》[1]中活性度的檢測方法只針對粒度較大的冶金石灰，生石灰活性度檢測未見報(bào)道。本文就生石灰粉活性度檢測進(jìn)行了一系列的條件試驗(yàn)，提出了生石灰粉活性度的檢測方法，為生石灰粉的質(zhì)量評價(jià)提供了參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

JJ-1型全自動(dòng)攪拌儀；

HCl標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液：4 mol/L；

燒杯，3 000 mL；

基準(zhǔn)無水碳酸鈉；

酚酞指示劑，1 g/L。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

稱取試樣50 g于干燥燒杯中，量取稍高于（40±10）℃的蒸餾水2 L，倒入3 L的大燒杯中，開動(dòng)攪拌儀，把攪拌桿轉(zhuǎn)速調(diào)至250～300 r/min，用溫度計(jì)測量水溫，待水溫達(dá)到（40±10）℃時(shí)，加1%酚酞指示劑8～10滴，將試樣一次倒入水中消化并開始計(jì)錄時(shí)間，當(dāng)消化液開始呈紅色時(shí)，用4 mol/L的鹽酸標(biāo)液滴定，直到紅色消失，如果又出現(xiàn)紅色，繼續(xù)滴入鹽酸，直到混合液中紅色再消失，記錄第10 min時(shí)鹽酸的毫升數(shù)V。

2 結(jié)果與討論

2.1 全粒度對比試驗(yàn)

按照冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T105-2005《冶金石灰物理檢測方法》中規(guī)定的活性度檢測方法，要求試樣粒度為1～5 mm。燒結(jié)用的生石灰粉是粉狀的，粒度基本上小于3 mm，按照國家標(biāo)準(zhǔn)對1～5 mm粒度的樣品進(jìn)行活性度檢測，同時(shí)選取全粒度試樣進(jìn)行對比試驗(yàn)，見表1。

表1 不同粒度活性度檢測結(jié)果

從表1可以看出，盡管生石灰粉可以得到部分1～5 mm的樣品，但其活性度檢測值異常偏低，由此可見，這部分粒度的樣品大都為生燒石灰石，不具有代表性。因此，國家標(biāo)準(zhǔn)推薦的粒度不適用于生石灰粉活性度的檢測，而使用全粒度測定的生石灰粉的活性度結(jié)果基本能反映出試樣的實(shí)際情況。

2.2 試樣稱樣量和攪拌儀轉(zhuǎn)速

活性度方法原理[2]：50 g試樣溶于2 L的（40±10）℃的蒸餾水中，在不斷攪拌下，用4.00 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，10 min內(nèi)所消耗該鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。

基于上述反應(yīng)方程式，CaO的水化程度將直接影響測定的最終結(jié)果。因此，試樣加入水后通過攪拌儀可以將試樣攪拌起來，以使試樣完全水化。本文參照冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T105-2005《冶金石灰物理檢測方法》推薦的轉(zhuǎn)速250～300 r/min進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，然而實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)在該轉(zhuǎn)速攪拌下，試樣均沉于燒杯底部，說明轉(zhuǎn)速不夠，沒有將試樣全部攪拌均勻，造成水化不完全，導(dǎo)致結(jié)果偏低。在此基礎(chǔ)上，分別選取不同轉(zhuǎn)速，即 300、500、800、900、1 000 r/min分別進(jìn)行活性度測試實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖1。

從圖1中可以看出，同一個(gè)試樣活性度的測試結(jié)果，隨著攪拌速度的增加而增加。從實(shí)驗(yàn)過程中可以看出，在800 r/min轉(zhuǎn)速下，試樣基本不會(huì)沉積到燒杯底部，均能被全部攪拌起來，同時(shí)也可以看出，當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速在800 r/min以后，攪拌速度對活性度檢測結(jié)果影響較小。因此，生石灰粉活性度測定攪拌轉(zhuǎn)速控制在800 r/min比較合適。

圖1 攪拌速度對活性度的影響

2.3 試樣稱樣量和測試水溫

除了粒度與攪拌速度，本方法與YB/T105-2005《冶金石灰物理檢測方法》的對比見表2。

表2 不同測定結(jié)果的影響

理論上，隨著樣品量多，活性度會(huì)逐漸增高，但如果樣品加入量太多，會(huì)導(dǎo)致攪拌難以全部被攪拌混勻，從而影響生石灰粉的水化反應(yīng)。經(jīng)多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)測試，最終采用25.0～50.0 g稱樣量，從中隨機(jī)選取4個(gè)生石灰粉試樣，進(jìn)行比對實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 不同稱樣量對結(jié)果的影響

從表3中可以看出，稱樣量是呈2倍關(guān)系，但測試結(jié)果活性度均按平行試驗(yàn)進(jìn)行，得出結(jié)果不是呈2倍關(guān)系，在1.63～1.93之間。由于活性度檢測結(jié)果是一個(gè)相對量，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)測試過程中保持條件一致，其檢測結(jié)果可以作為生產(chǎn)日用生石灰的質(zhì)量評價(jià)。本方法選擇的條件為：稱樣量25.0 g；蒸餾水1 000 mL；水溫（30±2）℃，指示劑為酚酞指示劑。

2.4 活性度與CaO的關(guān)聯(lián)

冶金石灰的活性度是石灰的水化反應(yīng)速度，石灰中主要是CaO構(gòu)成，本次就針對活性度與CaO的關(guān)聯(lián)進(jìn)行測試[3]，選取14對進(jìn)行活性度與CaO含量進(jìn)行檢測，結(jié)果統(tǒng)計(jì)見圖2。

圖2 活性度與CaO的關(guān)聯(lián)

從圖2中可以看出，R=0.947，根據(jù)方程可知，生石灰粉活性度檢測結(jié)果與CaO含量具有正相關(guān)聯(lián)，從而也間接證明了本方法測定生石灰粉的活性度的相對準(zhǔn)確性。

2.5 方法重復(fù)性驗(yàn)證試驗(yàn)

為驗(yàn)證該方法的重復(fù)性，隨機(jī)選取了14組生石灰粉樣品，對活性度檢驗(yàn)進(jìn)行平行試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 方法的重復(fù)性結(jié)果

從表4可以看出，生石灰粉平行性試驗(yàn)活性度檢測結(jié)果偏差均在YB/T105-2005《冶金石灰物理檢測方法》規(guī)定的允許差范圍之內(nèi)（4%）。

2.6 方法比對試驗(yàn)

按照本方法的試驗(yàn)條件，隨機(jī)選取6組生石灰粉樣品和鄰廠實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行比對試驗(yàn)，測試結(jié)果見表5。

表5 比對性試驗(yàn)結(jié)果

YB/T105-2005《冶金石灰物理檢測方法》中未說明方法標(biāo)準(zhǔn)的再現(xiàn)性要求，按實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)處理要求，不同實(shí)驗(yàn)室，在方法條件一致的情況下，不能超過同一實(shí)驗(yàn)室重復(fù)性的2倍偏差，本方法選擇1.5倍作為評價(jià)該方法的再現(xiàn)性結(jié)果質(zhì)量評價(jià)[4]，符合分析結(jié)果要求。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)方法是在YB/T105-2005《冶金石灰物理檢測方法》的基礎(chǔ)上建立的用全粒度樣品進(jìn)行生石灰粉的活性度測定，在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)對該方法進(jìn)行條件優(yōu)化、比對、重復(fù)性和再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)，解決了我廠燒結(jié)使用生石灰粉活性度的質(zhì)量評價(jià)及數(shù)據(jù)支持難題。經(jīng)和鄰近實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行對比試驗(yàn)，該方法操作簡易可行，可以推廣普及用于生石灰粉活性度的檢測工作。