石灰活性的测定方法及高活性石灰的制备

石灰活性的测定方法及高活性石灰的制备
谷丽* 闫皙
（河北科技大学化学与制药工程学院 石家庄 050018）
摘要：高活性度的石灰可以明显提高产乳率，对于制备高活性的石灰乳具有决定性作用，有利于矿产资源得到合理利用。

本文对石灰活性测定方法进行了汇总分析，并且以最优的测定方法对不同煅烧温度、煅烧方式、石灰粒径下的石灰活性进行了评价，通过消化温升的方法和激光粒度仪对消化产物氢氧化钙进行表征，结果表明当煅烧温度为1000℃恒温2h时石灰消化活性较高，且粒径范围在0.075mm<dp<0.106mm的石灰比0.106mm<dp<0.150mm的石灰活性要高。

关键词：石灰；高活性；测定
THE MEASUREMENT OF LIME ACTIVITY AND THE
PREPARATION OF HIGH ACTIVITY LIME
GU Li *YAN Xi
(Chemical and phamarcutical engineering college,Hebei University of science and technology,
Shijiazhuang 050018)
Abstract:High activity lime can promote the milk rate of lime,which is helpful to the preparation of high activity lime milk and the good usage of mine resource.In this paper ,the measurement of lime activity was highly summarized ,this paper mainly studied the influence of operating parameters including the different calcining temperature,calcining method and particle size by the best measurement.Experiments were indicated by temperature and laser particle size analyzer.The results show that when the calcining temperature for a constant temperature of 1000 ℃for 2 hours,the higher activity lime is obtained .Besides the particle size in the range of 0.075mm < dp< 0.106mm reflects a higher activity than 0.106mm < dp < 0.150mm .
Key words: Lime, High activity, Measurement
1 前言
石灰是一种基本的化工原料，在钢铁冶金、造纸业、制糖、电石工业、制碱、农业、渔业、环保等行业均被广泛应用[1]。

由石灰消化制得的石灰乳，广泛应用于湿法烟气脱硫、酸性工业废水理等环境保护领域，以及轻质碳酸钙、漂白粉等化工、冶金生产过程[2]。

当生石灰为高活性石灰时，由于表面积大，空隙率高等特点，能使消化反应速率加快，使液相中Ca(OH)2和OH-浓度急剧上升，从而提高溶液的过饱和度，在这种溶液中氢氧化钙的晶核形成速度快、晶核成长慢，可以获得高分散性的固相氢氧化钙。

高活性度的石灰可以明显提高产乳率，对于制备高活性的石灰乳具有决定性作用，并能提高以生石灰为原料的产品质量及应用[3]、使矿产资源得到合理利用[4]，故而在此对生石灰活性进行研究。

2 石灰活性评价方法
2.1 酸碱中和法
消化好后的石灰乳，主要成分为氧化钙，按其表面现象可分为活性的CaO（即ACaO）和非活性的CaO，两者之和称为总CaO(即TCaO)。

采用酸碱中和法测定石灰活性的方法时，灰乳中部分CaCO3也将参与反应，并且反应终点的三次变白(红)的判断也并不客
观。

再者此种方法要求操作者在一定时间内尽快完成酸碱中和滴定操作以减小误差。

所以说酸碱中和法测定石灰乳中活性CaO的方法是在没有可靠方法情况下的一种不完善的方法。

2.2 EDTA方法
杨思强[5]等采用EDTA法测定石灰乳中活性氧化钙含量。

当用EDTA滴定Ca2+时，平衡将向右移动，直到能够离解的OH-全部离解，同时Ca2+也完全离解，而未离解的那部分CaO此时不会发生反应，由此可以认为，把能够被EDTA滴定的那部分Ca2+为活性CaO由离解，这更符合生产实际。

EDTA不像HCl那样，由于强酸性的HCl可以溶解未离解的那部分CaO甚至碳酸钙而勿以为ACaO。

所以说根据石灰乳与生产中各反应物反应机理，EDTA直接反应的只能是离解成Ca2+的那部分CaO，即活性CaO。

需要注意的是滴定应保持匀速进行，如若滴定太快而导致终点提前，而且滴定近终点时应补加2~3滴钙指示剂否则将难以明显观察到终点的变化。

2.3 草酸法
薛绵绵[6]等采用酚酞作指示剂，用不足量的草酸与石灰乳反应来测定石灰乳的活性度。

在试验过程中将氮氧化钙总量2/3摩尔数的草酸倒入石灰乳中，在恒温及定速搅拌下，由体系颜色变红所需时间作为依据来测定不同性质石灰乳的活性。

这其中的原理可能是由于在反应开始时，大部分氢氧化钙来不及溶解出OH-与草酸反应，所以当时的反应体系呈酸性(酚酞呈无色)，由反应开始至酚酞变红的时间就可反应出石灰乳中Ca(OH)2溶解速度的快慢，也即反应出石灰中石灰的活性。

2.4 温升法
温升法测定CaO的活性，即测定CaO在水中的消化温升速率，这是生石灰水化反应速度的一个重要指标。

温度升高的速率和幅度与石灰的活性有关，在单位时间内温升越高则消化时间越短，同时说明石灰活性越高；当所有生石灰全部反应时，温升的速率为零[7]。

此种采用单位时间内水化温升测定生石灰活性的方法，简单易行，适用于工业生产。

3结果讨论
3.1煅烧温度对石灰活性的影响
石灰石经过煅烧后的石灰，注意成分为氧化钙，称取氧化钙20g迅速加入到有100ml 的84℃恒温的水浴锅中[8]，同时开启电动搅拌装置，设置适宜转速；在反应起始阶段，每10s读取温度的数据，直到两个数据温差小于0.5℃，测温终止。

实验中所选的石灰石矿相同、消化水温一致条件下，消除了原料和消化水温不一致带来的影响，此时影响石灰活性的主要因素是煅烧温度，所以实验中分别将石灰石在900℃、1000℃和1100℃下煅烧2h，测定煅烧温度与石灰活性的关系，如图1所示：
温度/℃时间/s
图1 不同煅烧温度消化产物的温升图 由图1可以看出：（1）同一煅烧温度下，石灰的消化温升随着时间的延长在前20s
内温升显著，随后变化趋于平缓；（2）经1000℃煅烧后的石灰消化温升比900℃煅烧产物的温升要高，可见适当对煅烧温度的适当提高,可以加快碳酸钙的分解速度。

这是因为在一定煅烧温度下,CaCO 3在煅烧初期分解不完全,生成石灰的量少,石灰的活性度低。

随着煅烧时间的延长, 石灰的分解率快速增加，石灰的活性度表现出明显增大的趋势。

待石灰石完全烧透时, 石灰的活性度便达到最大极限值，所以会导致同一煅烧温度下的
石灰活性有先增大后趋于平缓的趋势[9]。

煅烧温度过低时，石灰石分解不充分，出现内
部生烧现象；而温度过高，又会出现过烧。

因此，合理的温度是保证石灰高活性的条件之一，通常控制温度在1000℃左右较为适宜。

3.2 煅烧升温方式对石灰活性的影响
分别将石灰石在500℃保温2h 后再提高温度到1000℃煅烧2h （即方式一）、在800
℃保温2h 后再在1000℃煅烧2h 后（即方式二）及不采用程序升温而直接在1000℃下煅烧2h（即方式三），由此测定不同煅烧方式与石灰活性的关系，如图2所示：
温度/℃时间/s
图2不同煅烧方式消化产物的温升图
由图2可以看出：采用第二种方式煅烧后的石灰的活性度较第一种方式下石灰活性有所下降。

这可能是因为石灰石的分解反应是由表及里的，锻烧过程分为三部分:①石灰
②重结石分解阶段，此阶段形成CaO晶体，但仍有部分保持原来CaCO3的结构；CaO
③晶体开始晶阶段，此时原来的CaCO3晶体结构逐步转换成更稳定的CaO晶体；CaO
烧结阶段[10]。

随时间推移氧化钙活性是一个随之逐步变化的过程。

如若煅烧时间过长，石灰晶粒会逐步长大，气孔率和比表面积变小，活性降低，即发生了过烧，消化时间会延长、消化温升偏低[11]。

因此，适当的煅烧时间是获得高活性度石灰的根本保证。

3.3 石灰粒径对石灰消化活性的影响
表1显示了石灰粒径对消化温升过程及消化产物粒径的影响，从图中可以看出，石灰的粒度越小，消化产物的粒径也会越小，石灰乳越细腻，消化就越快也越完全。

这是因为石灰的粒径减小，致使氧化钙与水反应的表面积增大，反应产物Ca2+和OH-的扩散加快；同时反应放出更大量的热量使溶液温度升高更明显，进一步促进了物相之间的传质，加快石灰的消化过程，提高溶液的过饱和度[12]，所以在此条件下石灰的活性较高。

表1 石灰粒径对石灰消化参数的影响
粒度/μm
0.106<d p<0.1500.075<d p<0.106
石灰粒径/mm
总消化时间/s 42 47
总温升/℃ 20 23
D50/μm 4.32 3.57
D90/μm 12.797.61
4 结论
本文通过对石灰消化实验，结果表明：(1) 选取同一种井陉石灰石在不同温度下煅烧，在1000℃左右温度适当升高有利于石灰的活性的提高；(2) 煅烧温度过高、时间过长，相反会导致石灰活性降低、消化时间的延长，消化温升偏低；(3)进行消化反应的
石灰颗粒越小，则消化的时间越短，证明石灰活性越高，如采用0.075mm<dp<0.106mm
的石灰较0.106mm<dp<0.150mm的石灰有更高的活性。

所以力争通过对消化工艺条件的
优化，以提高生石灰的活性，这对提高以石灰为原料的产品质量使矿石等矿产资源得到更加合理、充分的利用具有一定现实意义。

参考文献：
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