无机材料烧成及设备PPT课件

➢ 将高岭石的温度再升高，至980℃左右， 遂发生放热反应而开始生成莫来石 (3A1203·2SiO2)并发生明显体积收缩。所 以应将70%左右的粘土先行煅烧成熟料， 促使其体积安定后再加工制砖。
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➢ 碳酸盐、硫酸盐类矿物在500~1000℃进行 分解反应，成为多孔质的氧化物：
CaCO3 600~1050C CaO CO2 MgCO3 400~900C MgO CO2 4FeCO3 O2 800C 2Fe2O3 4CO2 Fe2 (SO4 )3 560~750C Fe2O3 3SO3 MgSO4 氧化焰900C,还原焰900C MgO SO3
➢ 该分解属一级化学反应，温度每升高 100℃， 其分解速度就加快一倍。
➢ 在烧制陶瓷制品时，当温度为200～ 500℃这一阶段，排除的即为此类结构水 (粘土矿物中的结晶水和层间水)，此时分解 速度快，制品也不致开裂。
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➢ 在快速烧成窑中，若坯体干燥(入窑水 分<0.5%)，脱水温度提高到700℃，只需 几分钟就可以达到完全脱水的程度。
➢ 固体和固体之间反应的特点是反应只在相 界面上进行。首先在相界生成一产物层， 接着在相界上继续进行反应。因此反应物 在产物层中的扩散往往成为控制反应速度 的主要因素。
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➢ 水滑石 (Mg(OH)2)、 ➢ 蛇纹石(3MgO 2SiO2·2H2O)、 ➢ 菱苦土(MgCO3)， ➢ 白云石(CaCO3·MgCO3)及 ➢ 方解石(CaCO3) ➢ 加热时因脱水或分解出CO2而呈现的吸
热峰。
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➢ 高岭石在500—650℃左右开始脱水，放 出约14％的水分，生成偏高岭石： A12O3·2SiO2·2H2O→A12O3·2SiO2+2H20
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原料的配合，成型加工过程，燃料的选 用等也至关重要。
如原料在烧成过程中的物理化学变化、 窑炉结构及操作原理、燃料燃烧与炉内传 热等，以期达到优质、高产、低消耗和改 善操作条件的目的。
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第一节 烧成反应与煅烧的热工设备
➢ 一、烧成反应的分类 ➢ (一) 分解反应(热分解) ➢ (二）晶型转换 ➢ （三）固相反应 ➢ （四）烧结 ➢ （五）熔融 ➢ 二、窑炉的分类 ➢ 三、窑炉参数控制
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(一)分解反应(热分解)
➢ 热分解是由氢氧化物、碳酸盐等所组成 的原料，在加热到一定的温度时，逸出其 中的水分或CO2的过程。分解后所得为无水 物或氧化物。分解反应为吸热反应。
➢ 见图6-1： ➢ 高岭石(Al203·2SiO2·2H2O)、 ➢ 水铝石(Al203·H2O)、 ➢ 叶蜡石(A12O3·4SiO2·H2O)、
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dy
= d = kFPCO2
(6 -1-1)
式中 - - - 碳酸钙的分解速度；
y
-
-
-时间后CaCO
被分解的量；
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k - - - 分解速度常数
PCO2 - - - CaCO3分解压和气相中CO2分压力之差；
F - - - 分解反应的表面大小。
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➢ 分解反应的表面即两相界面，在分解过 程中不断缩小，且正比于未分解碳酸钙量 的2／3次方，即
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➢ 在以石灰石为主要原料的水泥熟料烧成 过程中，由于碳酸盐分解吸热量很大(一般 为1800 ~2060kJ／kg料)，分解反应对烧 成的速度与热耗影响都很大。
➢ 这时，碳酸盐的分解不仅取决于化学反 应过程，还受到热量传递和质量传递 (CO2 的扩散)的影响；
➢ 在只考虑化学动力学过程时，碳酸钙分 解速度可用下式表示：
第六章 无机材料产品烧成设备
硅酸盐制品如:陶瓷、耐火材料、水泥、玻璃以 及石膏、石灰等, 一般都是将经过加工处理的原料置 于高温下经煅烧反应而制得的。此高温加工的过程称 之为烧成。
烧成所需设备在硅酸盐工业中称之为窑炉。 烧成在硅酸盐工业生产过程中是的工序。制品的 产量，质量以及能耗高低在很大程度上取决于烧成工 序，即与制品的烧成工艺(温度制度、气氛与压力制 度)、窑炉的类型及流程等有密切的关系。
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F = c(Y - y) 3
式中 Y - - - CaCO3的原始质量； c - - - 比例常数。
如果将 y Y 用分解程度来表示，则有：
= 1- (1- c,PCO2 )3
(6 -1- 2)
式中 - - - 分解率；
c, - - - 系数。
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➢ 考虑到分解过程中ΔPCO2 的变化很小, 把它归纳到系数c’项中去，则可得：
= 1- (1- k' )3
(6 -1- 3)
➢ 反应速度常数k’ 是物料温度、周围环 境CO2分压和颗粒大小等因素的函数。
➢ 缪勒 (Muller)根据试验，将温度、原料
因素并入比速率常数k” 中，得到：
k' = k" (
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1 -)
dk PCO2 Peq
(6 -1- 4)
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➢ 式中 k”---比速率常数， ➢ k"=A×exp(-E/RT); ➢ dk---颗粒平均直径； ➢ Pco2---在试验条件下环境中CO2的分压
(在工业性分解炉内为CaCO3分解出的CO2 的分压与燃料燃烧生成CO2分压之 和)； ➢ Peq---CO2的平衡分压力。
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➢ 分解反应所生成的氧化物富于反应活性。 ➢ 如果这种氧化物立即进一步反应生成所需
化合物，则这种反应活性是有利的，如在 水泥熟料烧成中那样。 ➢ 如果这种氧化物不需要进一步反应，则这 种反应活性是不利的，因为它们易于水化、 碳化，这就需要在更高的温度下烧成更稳 定的形态，如用做耐火材料原料时的情况。
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➢ 对于陶瓷制品，碳酸盐、硫酸盐的分 解应在釉面玻化以前完成，以便生成的 CO2 SO3体排除干净，否则在釉面玻化 时反应还在进行，气体排不出，就会使 制品起泡，影响制品质量。
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(二)晶型转换
➢ 天然矿物一般均呈低温晶型，烧成时就 会转变成高温晶型。
➢ 在转换温度下，有的产生可逆的急剧变 化，如β α型之转换；
➢ 有的成非可逆的迟钝型转换。 ➢ 这些转换伴有显著的体积膨胀或收缩，
如果使用会发生这类变化的原料时，在烧 成过程中，必须使其变成稳定的高温晶型。 石英就是最好的例证。
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(三)固相反应
➢ห้องสมุดไป่ตู้固相反应是传统硅酸盐材料以及新型无机 功能材料生产过程中的基本反应，它直接 影响到这些材料的生产过程和产品质量。