在沉淀碳酸鈣生產(chǎn)工藝過(guò)程中, 怎樣做到較好的制取粒徑較小的沉淀碳酸鈣, 達到提高、穩定其沉降體積的目的,調控好以下生產(chǎn)工藝諸因素是重要的。
1 石灰石煅燒
1.1 石灰石
對沉淀碳酸鈣沉降體積的影響主要取決于石灰石的化學(xué)成份、物理性質(zhì)、燃料燃燒熱強度和石灰石煅燒速度。
影響石灰石質(zhì)量的化學(xué)成份主要是Fe2O3 、Al2O3 和堿類(lèi)物質(zhì)等雜質(zhì)的含量。尤其是Fe2O3 含量, 它可以加劇石灰石或石灰表面的燒結過(guò)程, 從而常常阻礙石灰石的完全分解, 降低生石灰的化學(xué)反應活性。由生石灰消化制得的Ca(OH)2 溶液中固相粒子粗大。
石灰石具有的機械強度也是重要的。達不到煅燒要求的石灰石機械強度差, 在石灰窯內煅燒時(shí)易破碎, 窯內產(chǎn)出的生石灰不但灰塊小而易成粉狀。其化學(xué)反應活性也減弱。但有些致密堅硬的石灰石(粗晶結構)可能燒制出非常疏松、幾乎散狀成粉的石灰石。無(wú)疑, 這的化學(xué)反應活性也是減弱的。生石灰化學(xué)反應活性的強弱, 影響著(zhù)Ca(OH)2溶液中固相粒子的質(zhì)量。制約著(zhù)沉淀碳酸鈣粒徑的大小。生產(chǎn)實(shí)踐也足以證明這點(diǎn)。如在生石灰消化過(guò)程中摻加一些化學(xué)反應活性較弱的生石灰, 所制得沉淀碳酸鈣的沉降體積比使用化學(xué)反應活性強的生石灰產(chǎn)出的沉淀碳酸鈣沉降體積明顯降低。
1.2 燃料
粒徑符合生產(chǎn)工藝要求的石灰石在石灰窯內的煅燒速度取決于燃料質(zhì)量。對燃料的質(zhì)量要求, 它不但要滿(mǎn)足石灰石燃燒所需的發(fā)熱量, 而且還要有較強的活性, 適宜的燃料比和良好的熱穩定性, 以保證燃燒熱強度。
燃燒的煅燒熱強度決定了石灰石在石灰窯的煅燒速度, 也就是石灰石的分解速度。石灰石的分解速度與燃料的燒燒熱強度成正比。同時(shí), 我們應注意的是, 前面我們已提到, 由于某些石灰石在石灰窯內煅燒過(guò)程中極易破碎并會(huì )部分成粉狀。這種狀況同樣會(huì )妨礙石灰石的分解速度, 其經(jīng)煅燒后從窯內卸出的生石灰的化學(xué)反應活性會(huì )受到一定影響。石灰石在石灰窯內有足夠的燃燒熱強度作保證, 才能在較短的煅燒時(shí)間內得到完全順利分解所需的煅燒溫度。在這種條件下煅燒出的生石灰才具有較強的化學(xué)反應活性。否則, 生石灰的化學(xué)反應活性會(huì )減弱。尤其是熱穩定性差, 或燃料比過(guò)高的燃料很難滿(mǎn)足石灰石在石灰窯內煅燒時(shí)所需的熱強度, 對燃料的要求同時(shí)還應考慮其粘結性和灰熔點(diǎn)對石灰石在石灰窯內煅燒時(shí)的影響。
1.3 燃料與空氣比
石灰石在石灰窯內煅燒時(shí), 除需配供質(zhì)地合格、數量一定的燃料外, 還需保持燃料與空氣具有適宜的配比。當空氣過(guò)剩系數為1 .05～1 .25 時(shí)能保證石灰窯的正常操作。否則, 會(huì )因石灰窯煅燒狀況的改變, 減弱生石灰化學(xué)反應活性。當石灰窯的給風(fēng)量偏高時(shí), 它不但會(huì )增加窯內熱量損失, 減弱石灰石分解速度, 影響生石灰化學(xué)反應活性, 同時(shí)也降低了窯氣中CO2 含量, 它們不利中和反應過(guò)程中生成物———沉淀碳酸鈣的生成, 其沉降體積往往偏低;當石灰窯的給風(fēng)量小時(shí), 石灰石在窯內完全順利分解所需的煅燒溫度不足, 其生燒狀態(tài)的生石灰化學(xué)反應活性顯然不強, 同時(shí)石灰窯中CO2 濃度也顯著(zhù)降低, 這種狀況將延緩中和反應速度, 其沉降體積的提高和穩定受到制約。尤其是自然給風(fēng)的石灰窯, 要根據四時(shí)季節氣候變化如溫度、風(fēng)向、雨雪量等, 及時(shí)調整燃料和石灰石的配比, 以適應自然給風(fēng)量的變化, 確保石灰石在窯內正常煅燒所需溫度, 使得石灰石具有較強的化學(xué)反應活性。
1.4 石灰石與燃料配比
生石灰窯內煅燒時(shí), 若石灰石與燃料配比失當,石灰窯內煅燒溫度得不到保障, 從窯內卸出的生石灰不是過(guò)燒(或硬燒)就是生燒。同時(shí), 窯氣中CO2 含量也隨之減少。這種現象的出現, 降低了中和反應過(guò)程中反應物的濃度, 大大減緩了中和反應速度, 難以保證沉淀碳酸鈣沉積體積的穩定和提高。
2 生石灰消化
2 .1 生石灰
生石灰的質(zhì)量制約著(zhù)沉淀碳酸鈣沉降體積。除粉狀生石灰外, 還有過(guò)燒或嚴重硬燒和生燒的生石灰, 它們在消化時(shí)制備的Ca(OH)2 溶液中固相粒子是粗大的。過(guò)燒尤其嚴重硬燒的生石灰是當石灰石在煅燒溫度分解時(shí), 形成細晶體多孔結構, 強活性的CaO 。當繼續提高煅燒溫度時(shí), 隨著(zhù)生石灰煅燒溫度的提高, 伴隨著(zhù)CaO 的再結晶, 其細晶體變?yōu)榇志w, 并開(kāi)始燒結。即出現過(guò)燒或硬燒石灰。燒結過(guò)程伴隨著(zhù)CaO 結構的進(jìn)一步密實(shí), 它的化學(xué)反應活性進(jìn)一步減弱。生燒石灰由于它存在著(zhù)末分解或分解不完的CaCO3 , 顯然它的化學(xué)反應活性極弱。略有過(guò)燒、生燒的石灰其化學(xué)反應活性與在正常煅燒條件下燒制出的生石灰, 也就是“輕燒石”差異不大。輕燒石灰具有晶體小, 反應性強, 比表面大, 總氣孔體積大等特點(diǎn)。它在與水反應時(shí), 濃度急劇增高, 結晶時(shí)晶核形成的速度快, 而晶體增長(cháng)速度慢。用其制備Ca(OH)2 溶液, 是生產(chǎn)高沉降體積沉淀碳酸鈣所需的優(yōu)質(zhì)生石灰。
2.2 消化用水
由于水資源的缺短, 特別是生態(tài)環(huán)境保護的需要, 沉淀碳酸鈣生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的CaCO3 母液, 常常用來(lái)生石灰的消化。母液中含有微量沉淀碳酸鈣。如生產(chǎn)工藝操作控制有誤, 其含量過(guò)高時(shí), 用其進(jìn)行生石灰消化得到的Ca(OH)2 溶液進(jìn)中和反應時(shí), 它可促成大晶體粒子沉淀碳酸鈣的形成。另外,控制消化用水溫度, 盡量減少生石灰消化反應放熱損失, 有助增強生石灰水化作用的速度。有助減少Ca(OH)2 溶液中粗糙大顆粒固相粒子。值得注意的是, 生石灰經(jīng)消化精制得到的Ca(OH)2 溶液溫度不能過(guò)高, 應控制在適當幅度內。這是因為適宜的Ca(OH)2 溶液溫度, 利于其固相粒子參與中和反應時(shí)微細晶體粒子的生成。
3 中和反應
3.1 Ca(OH)2 溶液
沉淀碳酸鈣沉降體積往往與中和反應生成物溶液的濃度、溫度等有關(guān)。在生產(chǎn)工藝操作過(guò)程中應調控的是Ca(OH)2 溶液濃度, 必須保證中和反應向有利生成物———沉淀碳酸鈣生成方向進(jìn)行。適當提高Ca(OH)2 溶液濃度, 使液相內的粒子處于飽和狀態(tài)。有利加速中和反應的進(jìn)行, 提高結晶速度。利于微細結晶粒子的生成。但應考慮的是參加化學(xué)反應的Ca(OH)2 溶液濃度的調控幅度, 要綜合石灰窯氣中CO2 含量變化而變化。否則, 事與愿違。
3.2 中和時(shí)間
縮短Ca(OH)2 和CO2 進(jìn)行化學(xué)反應的中和時(shí)間, 也就是說(shuō)加快它們的化學(xué)反應速度, 對微細沉淀碳酸鈣粒子的產(chǎn)生有益?？s短中和反應時(shí)間的關(guān)鍵是提高石灰窯氣中CO2 含量。因在生產(chǎn)工藝操作過(guò)程中Ca(OH)2 溶液濃度可隨控立效。但石灰窯氣中CO2 含量的增加則非立桿見(jiàn)影。
縮短中和反應時(shí)間, 除石灰窯氣中CO2 含量得以保證外, 選擇合理效佳的石灰窯氣冷卻凈化設備、選擇與石灰窯相匹配的輸送機械、設計高徑比合理的中和塔等也是相當重要的。
常用的普通立式石灰窯若具備合理的高徑比、燃燒時(shí)盡量保持接近理論值的過(guò)?？諝庀禂? 而燃料的消耗量又盡可能降低、石灰窯卸灰裝料系統又有良好的密封裝置。石灰窯氣中CO2 含量通?？蛇_35 %以上。
3.3 石灰窯流速
根據石灰窯氣冷卻凈化設備操作參數、中和塔高徑比, 確定合理的窯氣流速, 對生產(chǎn)微細結晶粒子的沉淀碳酸鈣是有好處的。
石灰窯氣在中和反應過(guò)程中, 一方面窯氣中CO2 參與和Ca(OH)2 的化學(xué)反應;另一方面窯氣在化學(xué)反應過(guò)程中起到強力攪拌作用。強力攪拌不但可以破壞沉淀碳酸鈣結晶粒子凝聚, 減少晶族生成機會(huì )。增加獲得微細結晶體、富分散性的沉淀碳酸鈣粒子的機會(huì )。
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