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生產輕質碳酸鈣用的石料與燃料選用原則

2016-04-14 16:18:01 來源：

生產輕質碳酸鈣用的石料與燃料選用原則

輕鈣（沉淀碳酸鈣）的產品質量在很大成度上取決于原料石灰石的質量。石灰石的化學成分不僅影響產品的技術質量指標，而且還對石灰石的煅燒過程有很大影響。

輕質碳酸鈣生產工藝流程圖
碳酸鈣鏈以生產氧化鈣、氫氧化鈣、重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、活性碳酸鈣、納米級碳酸鈣以及鈣系列化延伸產品。以機械方法將天然的碳酸鈣礦物加工到適當的粒徑，國際上通常稱為重質碳酸鈣——簡稱GCC；以天然碳酸鈣礦物為原料，經過煅燒，消化、碳酸化等化學方法制備，經沉淀反應而生成的結晶產品，國際上通常稱為輕質碳酸鈣——簡稱PCC。
在無機鹽工業產品中，碳酸鈣是屬于生產量*、用途極廣的化工產品，在碳酸鈣工業生產中產生的優質石灰（CaO），廣泛用于冶金、建材、干燥劑、環保處理劑；另外還可以生產氫氧化鈣Ca（OH）₂，也稱為消石灰，用于有色冶金和原子能工業中的酸中和劑，也是建材中的優質粘合劑。
生產輕鈣對石灰石化學成分的要求

項目	要求	項目	要求
CaO %	＞54.0	Al₂O₃ %	＜0.4
灼燒失量 %	≥43	Fe₂O₃ %	＜0. 2
MgO %	＜0.70	Mn %	＜0.0045
SiO₂ %	＜1.5	P+S %	微量

生產沉淀碳酸鈣對石灰石物理性能的要求：
要求：石灰石致密塊狀、結晶顆粒細膩、不重結晶。
密度：2.65～2.80ｇ/㎝³
氣孔率:≤1%
莫式硬度: ≥3
抗壓強度：147.11Mpa
由于石灰石生成年代不一，因此形成的結晶不一樣，所以要對石灰石做煅燒試驗。一般選用奧陶紀的石灰石，*好不要用石炭二疊紀的石灰石，特別是含鐵、含鎂、含硅變化大的礦點，一般不能選用。在化學指標中堿鎂鹽的指標往往是很多人忽視的指標，幾乎沒人檢測，實際這對生產的得率有關，和能否生產出優質的不同晶型的PCC十分有關。
一、石料（石灰石）技術要求：
1、化學成分：
成分要了解，粒度要均勻。各地的石料成分差異較大，即使是同一礦山的不同采礦點，礦石的成分都有較大的區別，一般的用戶需要了解的成分是氧化鈣，氧化鎂，二氧化硅，三氧化二鋁以及氧化鐵的含量。
氧化鈣的含量越高，說明石料的質量越好。低于50的是質量差的，50-52的是一般的石料，高于52的是質量好的。高于55的就是特好的，一般把石料直接磨粉就是重鈣粉了。沒有化驗的石料咋判斷呢，一般是燒成石灰后，晶體越小的氧化鈣的含量就越高，含量是53的石料燒成的石灰水化后像面粉一樣的細膩。
在具體的操作中，氧化鈣含量不同的區別在燒成溫度的高低上，一般的燒成溫度是900-1100之間，因為碳酸鈣分解溫度高，含量越大的燒成需要的溫度就越高，比如53的石料燒成的溫度定在1080度，52的石料定在1050度，而50的石料定在950度，各家根據情況定出適合自己的操作溫度來。
氧化鎂的含量對燒成的影響是*大的，同一塊石料中主要的成分有氧化鈣與氧化鎂，它們之間分解的溫度相差比較大，一般的是氧化鎂分解完畢后才開始分解氧化鈣，如果把氧化鈣全分解完，氧化鎂就過燒了，活性就大大的降低了，所以才有了輕燒白云石這一說，實際就是保證氧化鎂的反應活性，這種燒法因為操作的溫度較低，部分碳酸鈣分解不完，生燒就是難免的了。
對原料中氧化鎂的要求，因為用途不同差別太大，一般的冶煉要求不高，甚至不專門設氧化鎂一欄的指標，只要求氧化鈣和氧化鎂的總含量，也有煉鋼用高鎂灰的，要求含量要大于百分之十五，這就要求石料的含量要超過百分之八才能燒出。做金屬鎂的用灰要求的原料含鎂量越高越好，一般的在百分之十八以上。如果是做電石用灰的話，石灰中的含鎂量是越低越好，一般的要求是百分之一以下，*高也不能超過一點二的。
正是氧化鈣與氧化鎂的分解溫度相差大，才有了輕燒，重燒，死燒這幾種說法，需要指出的是這是針對氧化鎂說的，在實際操作中，它們的溫度是階梯式的要求高的。當然在這個過程中氧化鈣分解到啥程度，只能是客隨主便了。
2、粒度的要求
輕鈣生產工藝立窯煅燒石料的要求是50-150毫米，現在的立窯大都是按照這個粒度來設計的，在實際生產中，有的原料粒度會稍大點，他們主要是把原料盡量利用，特別是自己的礦山，更想把各種粒度的都盡量燒完。如果配法不對產品的生過燒率就會提高。正確的方法是*大的不能超過*小的3倍，也就是說如果*小的是30毫米，*大的就不能超過90毫米，否則操作的難度就會加大，用分級的方法把原料按不同的批次入爐，效果要好的多。
因為各種條件的限制，大小比例超過三比一的情況在有些窯上也是司空見慣的，在操作中需要注意的是哪些地方呢？先說一個各比例的量的問題，一般這個問題容易忽略，有的窯在開爐時還沒有點火，料就懸住了，有的窯在生產中操作的溫度也不高，出的灰中也沒有過燒，就是懸住不下料，或者一會兒懸一會兒下，就沒法正常生產，這個問題曾經困惑了我一段時間，后來終于想通，改變比例的量，大的多一點或者小的多一點都行，就不會懸住。出現這種情況倒是十分容易解決，但在什么情況下會出現懸料，沒有準確的說法，我處理的幾個懸料大都是30毫米的占三分之一，30-80的占三分之一，80以上的占三分之一，另外鄂式破碎機出來的片狀料比錘式破碎機出來的園型料容易懸料。也就是說這個問題只能等出現后解決，沒有預防的辦法。除非粒度合格。
石料粒度越小，分解需要的時間越短，石料粒度越大，分解需要的時間越長，如果是一塊直徑60毫米的圓形石料，在1050度的條件下，大約需要三個小時分解完全。如果直徑加大到100毫米，則需要五個小時才能完全分解。在石料粒度相差過大的爐子中，產品的大粒度往往有夾心就很好理解了。
在生產中，*石料的粒度跟利用系數有關，通俗地說就是和進出料的速度有關，粒度越大，其它條件不變的話，進出料的速度越慢，也就是利用系數越低。第二石料的粒度在設計上跟爐子的有效高度有關，從理論上講，粒度越大，爐子的要求有效高度越高。第三從能耗上說，石料粒度越大，配的煤越多，粒度越小，同樣的重量，燒的煤越少。
立窯跟其它的窯型比較，確實不先進，特別是燒煤的不如燒氣的立窯，在操作中可以調節的手段不多，除了可以改變鼓風參數和進出料速度外，改變石料和燃料的粒度也是很重要的手段了。
二、燃料的要求：
一般的立窯都采用焦炭或無煙煤做燃料，因焦炭的成本問題，采用無煙煤的居多，也有用接近無煙煤性質的煙煤，俗稱半無煙煤的，還有用焦炭粉末或者無煙煤粉末做的型煤燒的。與操作關系較大的有這么幾個指標需要了解。
1、熱值的高低
一般的立窯的熱耗大約是每公斤成品灰需要1100大卡的熱量，每公斤灰需要石料1.7公斤，也就是說每公斤石料配450大卡熱量的煤，比如說6000大卡的煤，每次上料的料車裝石料1.5噸，需要的熱量就是1500 ×450=675000大卡，換算成煤就是675000￥6000=112.5公斤煤，需要注意的是兩個條件，一個是這是指的十成的灰，如果灰的質量要求不是很高的話，可以少配點了，另一個這是指揮發份不超過百分之九的煤，如果揮發份過高的話要適量的多配點了。
2、揮發份
一般的立窯無煙煤的揮發份在百分之八左右是比較合適的，揮發份過低的話燃燒太慢，爐子的利用系數低，也就是產量低，如果出料稍快點，出灰溫度又很高，也不節能，只有在設計爐子的時候加高窯身是*合理的，可一般的辦不到。揮發份過高也不好，首先不節能，揮發出的甲烷氫氣一氧化碳等可燃性的氣體，真正在爐子里面燃燒的很少，大部分都隨著尾氣從煙筒里跑掉了，就是燃燒的這部分，放出熱量的位置也不太合適，所以揮發份在預熱和分解需要的熱量上起的作用不大，用揮發份過高的煤從經濟上是*不劃算的，唯一的好處是其它條件不變的話，揮發份的高低基本上和燃燒的速度呈正比，揮發份的高低和粒度的大小絕對地控制著煅燒帶的長度。
3、粒度的大小
粒度的大小跟煅燒帶的長度成正比關系，粒度越大，在爐內燃燒的時間越長，煅燒帶就越長，粒度越小，在爐內燃燒的時間越短，煅燒帶就越短。一般的煤和石料的配比入爐前就配好了，也就是說煤燃燒釋放出多少熱量是一定的，區別的是用多長時間釋放出來，時間短了容易在局部形成高溫，產生過燒和結塊，時間長了，又容易低溫，分解的溫度不夠，形成生燒過大。比較先進的爐子都是設計好的煅燒帶的長度，它跟出灰量剛好匹配，石料經過煅燒帶用的時間和這個粒度在這個溫度下需要分解的時間是基本吻合的。煅燒帶的長度和高度都基本上是相對穩定的。以前用的土爐子大都是燒的混煤，是一層一層布料的，對煤的粒度要求不嚴，但它的爐子利用系數太低，能耗太高了。爐子越先進，利用系數越高，能耗越低，同時對原料的要求也是越嚴，有的時候煤里的粉末占的比例大了，一是跟石料不能均勻混合，有時候入爐后從石料縫隙里鉆到一起，形成局部高溫，散開的粉末到預熱帶下部或者煅燒帶上部就燃燒完了，熱量主要進入尾氣了，如果我們配煤的熱量剛好把石料分解完，那就是有過燒的地方多消耗了熱量，就一定會有欠缺熱量的地方形成生燒。要想保證沒有生燒，只有多配煤，還對爐襯形成威脅，所以說煤里的粉末是有百害無一利的。有時候煤里有粒度明顯大的塊，它們在煅燒帶燒不完，到冷卻帶時外層燃燒脫落粒度已經變得很小了，在出灰下落的過程中，有的落入已經完全分解完的石灰中，繼續放熱，產品中的過燒大部分都是在冷卻帶的上部形成的，在煅燒帶形成的占的比例是很小的。煤里有粉末或者大的粒度，從經濟上到操作上都不合算。有的石灰窯配的是制造型煤的輔助生產線，從使用效果來看，是值得推廣的，用型煤做燃料，操作穩定，能降低能耗，也能提高產品的質量。粉末煤和塊煤在全國各地的差價都很大，從經濟角度來看也是很合算的。
4、灰熔點的高低
一般的無煙煤灰熔點都沒有問題，很少的一部分燃燒后剩下的灰分熔點太低，在煅燒帶呈漿糊狀，隨著下移的石灰逐漸冷卻很容易就形成了掛壁或者結塊，這種燃料是不能用的，在操作中只有降低操作溫度才能緩解這種狀況，可低溫操作會帶來出灰慢，生燒多，煤燒不完等許多不利的情況，遇到這種情況，不用過多的考慮，就是換煤才能從根本上解決。
5、著火點的高低
也就是燃料開始燃燒的溫度，著火溫度越低，預熱帶就越短，尾氣的溫度就越高。尾氣帶走的熱量在爐子的熱損失中是*大的，大概的數據是；每公斤石灰需要熱量是1050大卡左右，從常溫加熱到分解溫度需要250大卡。從開始分解到完全分解需要400大卡。冷卻時還能放出100大卡的熱量，從理論上講燒一公斤灰450大卡的熱量就夠了，為什么在實際中要配到1050甚至1100大卡呢？有熱損失，包括尾氣帶走的，沒有參加燃燒的揮發份跑掉的，爐壁散發的，還有灰冷卻不到常溫帶走的。其中*大的就是尾氣帶走的熱量，約占總損失的百分之七十左右，降低尾氣溫度，選擇著火點高的煤從經濟的角度是合理的。用尾氣發電或者燒水等都是在這個理論的基礎上來搞的。

5、含硫量的大小
這個指標的高低在操作上區別不大，主要影響兩個方面，一是尾氣設備容易壞，因為含硫的氣體對管道和風機等設備腐蝕都很快。二是對產品的質量影響大，因為有一部分硫進入石灰中，有的用戶要求含硫不能超標，像煉鋼的要求是硫的含量低于0.1。一般的石料中含硫的量超標的比較少，主要是燃料里面帶進去的，而有的產品對硫含量就沒有多高的要求，像電石灰等。一般的發熱量相同的煤，含硫量的不同在市場上差價很大，了解這一點，在經濟上的意義比較大。
作者：何凌贏
       北方爐窯協會整理 推薦
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