熟料煅燒過程中外加晶核技術(shù)的理論分析

張軍虎

摘要：目前，我國對能源的需求量在逐漸增加，而目前的煤炭資源的儲量有限，且燃燒時產(chǎn)生的煙塵、二氧化硫等有害氣體對環(huán)境造成了極大的污染和破壞。因此，為了能夠有效解決這些問題，國家出臺了一系列的政策來進(jìn)行清潔生產(chǎn)。本文主要研究熟料煅燒過程中外加晶核技術(shù)的理論分析。

關(guān)鍵詞：熟料煅燒;外加晶核技術(shù);理論分析

引言

目前，我國對生料煅燒過程中的粉體活性物質(zhì)的研究，主要是通過對原料進(jìn)行活化和煅燒方法的優(yōu)化來實現(xiàn)的;在制備生料的過程中，如何選擇合適的反應(yīng)條件，怎樣控制反應(yīng)物的濃度、最佳溫度、不同的時間等問題都是在實際生產(chǎn)過程中需要考慮到的因素。

一、熟料煅燒及其特點

熟料煅燒是指將原料經(jīng)高溫后在一定的溫度下進(jìn)行加熱，使其成為可溶性的細(xì)粉狀物質(zhì)的過程稱為熟料的煅練。我國的煉鐵工藝主要分 為兩種，一種是干法爐燃燒，另一種則為化學(xué)活化爐。前者采用的是傳統(tǒng)的熔化法，即通過對煤的預(yù)熱，使其形成固態(tài)，然后在爐內(nèi)通入氧氣，使得煤中的焦油氧化成二氧化碳和水，最后再將碳轉(zhuǎn)化為氮氣，從而實現(xiàn)了炭化的目的;后者則是利用現(xiàn)代的生產(chǎn)技術(shù)，如電石或鋁石的粉碎、研磨、磁力研磨等，讓煤的粒度達(dá)到微米級，最終得到的粉末就可以被加工成粒徑相對較小的燃料顆粒。由于生坯的特性不同，所以對生坯的要求也不一樣。

二、煅燒過程中晶核形成的方法

（一）化學(xué)活化法

煅燒時的化學(xué)反應(yīng)是在原料中進(jìn)行的一種復(fù)雜的物理反應(yīng)，它與反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)及組成有關(guān)。在實際生產(chǎn)中，由于各種因素的影響和限制，使得產(chǎn)品的性質(zhì)和特性不同，因此對材料的性能要求也就各不相同。

（二）機(jī)械法

當(dāng)物質(zhì)的內(nèi)部有大量的水分存在時，其分子間的作用力會使其發(fā)生相互碰撞，并產(chǎn)生一系列的熱效應(yīng)，這些現(xiàn)象稱為“熱力”。這種方法是利用物料的密度差，將其分為兩種，一是當(dāng)外部的溫度較高時，使之從高溫到低溫，從而達(dá)到增加的目的;另一部分是外界的熱量直接或間接地從環(huán)境的介質(zhì)傳遞，這叫做“內(nèi)沸式”。這兩類的區(qū)別在于前者的加熱速度快，后者則慢。

（三）氣浮法

當(dāng)物體的表面被一層原子層所構(gòu)成的膜層被破壞，而引起的結(jié)果就是氣浮。

三、熟料煅燒過程中外加晶核技術(shù)

（一）保持熟料煅燒過程中的穩(wěn)定性

當(dāng)原料在一定的溫度下進(jìn)行煅燒時，由于外界環(huán)境的變化會引起反應(yīng)的速率發(fā)生變化，從而影響著產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量。在這個過程中，需要控制好物料的濃度、料液的含水量、攪拌速度等條件，使其達(dá)到最佳的狀態(tài)效果。

（1）料液的過飽和度 因為熟料的過飽和度會直接對實驗的結(jié)果產(chǎn)生很大的干擾作用，因此，要嚴(yán)格的控制好反應(yīng)物的量和混合的均勻性。（2）攪拌的方式與時間 對于不同的化學(xué)反應(yīng)來說，攪拌是一個很重要的環(huán)節(jié)，它可以有效地降低生產(chǎn)成本，提高效率，保證了產(chǎn)物的質(zhì)量;同時，還能避免因加熱的次數(shù)過多而導(dǎo)致的不穩(wěn)定。所以要根據(jù)實際的情況選，擇合適的攪拌方法。一般來講，常采用的攪拌工藝有：先將熟石灰溶解，再用高錳酸鉀的水洗滌干凈，再加入適量的氯化鈣溶液，然后用高錳酸鉀的水洗至水中，最后用去離子水清洗。

（二）前處理

原料破碎是利用機(jī)械方法將物料中的部分或全部的微小碎塊分離的過程;粉碎就是將大顆粒的碎塊從細(xì)骨料中分離出來的過程;振篩是指將大粒的小料從粗骨料中篩選出的過程;球篩則是通過振動把小粒的小石塊或碎石等固體雜質(zhì)和液體進(jìn)行分離的設(shè)備之一。

在前處理的基礎(chǔ)上，對磨礦粉和水泥的混合物進(jìn)行研磨，并在研磨的同時對其進(jìn)一步處理，以提高其強(qiáng)度，降低能耗，減少損失。除上述外，熟料煅燒還可以采用濕法煅燒的方式來實現(xiàn)，即先用粗石灰與煤粉混合，再加入一定量的水（如硅酸鈉、三氧化鋁、硫酸鈉），經(jīng)過攪拌機(jī)的反復(fù)碾壓后，使兩者充分反應(yīng)，從而得到所需的細(xì)度較高的熟礦粉。這種工藝的特點在于，由于煤粉與水的比例不同，決定著兩種物質(zhì)的濃度差，而灰分的含量則取決于煤的性質(zhì)及用水量。

（三）熟料煅燒過程中的物相組成

通過對實驗數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，在煅燒的過程中，由于原料顆粒的大小、形狀等的不同以及溫度的高低，都會影響到反應(yīng)的進(jìn)行程度，同時也會對產(chǎn)物的形貌和成分產(chǎn)生一定的作用力。

（1）料粒的選擇：在制備熟料煅燒時，需要考慮到的是要保證樣品的性質(zhì)不變，并且要盡可能地使產(chǎn)品的粒徑盡量均勻，這樣可以提高制取的效率和質(zhì)量。（2）pH值的設(shè)置：在實際的生產(chǎn)過程中，當(dāng)?shù)V石的硬度較低的時候就容易出現(xiàn)廢水的排放問題，因此，為了避免這種情況的發(fā)生，就要選用合適的pH值，而且還要注意的是，當(dāng)酸性較強(qiáng)或較弱的時候，最好選取中性的酸來作為本品的參考依據(jù)。

（四）熟料煅燒溫度

對于原料的煅燒溫度來說，主要是指料子的揮發(fā)度，即料子在一定的條件下，從一個位置上開始的揮發(fā)度。

當(dāng)物料中的水分含量較高時，其吸熱量就較大，在這個過程中，由于水分子的布朗運(yùn)動，使顆粒之間的作用力增大，從而使得水蒸氣的熱膨脹，導(dǎo)致了水蒸汽的體積變大，因此會引起部分的孔隙被破壞，進(jìn)而產(chǎn)生了化學(xué)吸附，降低了反應(yīng)效率，同時也增加了反應(yīng)物的可溶性固形物的溶蝕性。而當(dāng)物料中的有機(jī)化合物的組成成分比較復(fù)雜時，則需要對其進(jìn)行加熱，使之成為小塊狀，而不是塊狀。一般情況下，可以采用的是連續(xù)的方法來制備熟粒，即先把粉碎好的物料放入到容器里，然后將其放在密閉的鍋內(nèi)，用玻璃棒或石英管等工具將鍋內(nèi)的空氣抽出，讓它變成具有導(dǎo)熱系數(shù)的高溫狀態(tài)，最后再加入少量的蒸餾水，這樣就可以得到粒徑較細(xì)的均勻且?guī)в袎A性的物質(zhì)。

（五）原料的形成與計算

由于原料的種類不同，其化學(xué)組成也就不相同。在實際生產(chǎn)中，要根據(jù)所選的原料性質(zhì)和要求，合理選擇合適的原材料進(jìn)行制備。

（1）粗骨料的制備：首先，將粗骨料制成一定的形狀和大小，然后將其磨細(xì)并研磨到符合標(biāo)準(zhǔn)的尺寸;其次，研磨的細(xì)度必須達(dá)到規(guī)定的范圍;最后，用粉碎機(jī)對細(xì)度較小的顆粒加以去除，使之成為合格的粉體。（2）中粒的測定：先用振動篩對樣品的各部分壓碎，再稱取混合物的重量并記錄。（3）粉體的制備：將粉狀物料破碎成若干個小塊，待篩分好后，再加入適量的水來攪拌均勻。在上述操作完成之后，還要注意觀察是否有泥漿沉淀存在，若沒有則需加水，否則需要重新添加。如果有泥漿沉淀，則需加石灰。

（六）熟料煅燒過程中的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生存的基本要求，而在熟料煅燒過程中，由于原料顆粒的大小、形狀、性質(zhì)等對其生產(chǎn)效率有較大影響，所以在實際的操作中，要根據(jù)不同的情況進(jìn)行調(diào)整。

（1）粉碎處理。將粒徑小于10毫米的細(xì)骨料研磨破碎后，加入一定量的水和石灰，使其成為具有較小孔隙度的粗骨，然后將細(xì)骨與水泥均勻混合，制成粉狀的磚頭，再碾壓成型。（2）研磨溫度。在煅燒的過程中，會產(chǎn)生大量的粉塵，這些粉塵對周圍環(huán)境的污染比較嚴(yán)重，因此要控制好活化條件，盡量減少高溫加熱時間，提高設(shè)備的耐溫性。（3）研磨劑。用量為硅酸鹽類的煤質(zhì)材料研磨時，煤質(zhì)的化學(xué)組成主要是碳，但也含有少量的雜質(zhì)元素，這就需要選擇合適的藥劑來降低煤的熱膨脹系數(shù)，同時還應(yīng)注意選用的藥劑必須無毒無害，且不含危害人體健康的有害物質(zhì)。

四、結(jié)語

在熟料煅燒過程中，由于原料顆粒的大小、性質(zhì)不同，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會隨之改變，因此對物料的細(xì)度和粒度的控制也會有所不同。本文分析了熟料煅燒的基本原理，并在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型的熟料無機(jī)粉體與有機(jī)結(jié)合的制備方法，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了該技術(shù)的可行性及應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱金陽. 率值、外加劑和粘土組成對水泥生料煅燒階段電導(dǎo)的影響[D].廣西大學(xué)，2020.

[2]王一豐. 水泥熟料煅燒過程先進(jìn)控制策略的設(shè)計與實現(xiàn)[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2020.

[3]薛美盛，王一豐，秦宇海.水泥熟料煅燒過程先進(jìn)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].化工自動化及儀表，2020，47（02）：103-109+130.