一种样品用量少的氧化钙活性检测方法_张薇

第29卷第4期 硅 酸 盐 通 报

Vo.l 29 N o .4

2010年8月 B U LLET I N OF THE CH I N ESE CERAM IC SOC I ETY

A ugust ,2010

一种样品用量少的氧化钙活性检测方法

张 薇,曹纯保,邓福军

(南京工业大学材料学院,南京 210009)

摘要:本文设计了一种样品用量很少的氧化钙活性检测装置,所需样品量仅0.5g ,且测试过程简单,易操作,成本低。采用此装置所做的重复性试验最大相对误差为3.33%,误差分布基本符合正态分布。本测试方法定义水化反应时间达到10s 时检测的温升v T 为所测氧化钙样品活性度。关键词:氧化钙;活性;水泥;悬浮态;中图分类号:TQ172.1

文献标识码:A

文章编号:1001-1625(2010)04-0926-04

A TestM ethod that N eeds Fewer Sa mples to Exa m i ne the A ctivity of Ca O

Z HANG W ei ,CAO Chun-bao ,DENG Fu-jun

(College ofM aterial s Sci en ce and E ngi neeri ng ,Nan ji ng Un i versit y ofT echnol ogy ,Nan ji ng 210009,Ch i n a)

基金项目:国家/9730项目(2009CB623100)

作者简介:张 薇(1958-),女,教授.主要从事硅酸盐工程、高温反应工程的研究.E-m ai:l pt333.11@163.co m

Abst ract :A test m ethod that needs fe w er sa m ples to exa m ine the activ ity o f Ca O is deve l o ped i n this

paper .By using this dev ice ,sa mp les needed are only 0.5g .The dev ice w orks easil y ,and costs l o w er .The m ax i m um relative error o f duplicated experi m ents by usi n g th is dev ice i s 3.33%and the error is i n acco r dance w ith nor m al d istri b uti o n .The te m peratures that w ere m easured 10s after hydrati n g are defined as t h e activ ity o f Ca O sa m ples wh ich are m easured.K ey w ords :ca lci u m ox ide ;activ ity ;ce m en;t suspended state

1 引 言

碳酸盐的分解过程是水泥生产过程中最重要的反应过程,它是一个强吸热反应,所吸收的热量占到水泥熟料形成总热耗的一半以上,氧化钙是碳酸钙分解反应的产物,同时它也是后续一系列固相反应过程的反应物,它的质量好坏,会直接影响到后续固相反应进行的速率和程度。水泥窑外分解技术的基础理论经过多年研究,现在已经是比较成熟了,但是对碳酸钙分解产物氧化钙的活性及与后续固相反应的关系,一直无人关注,因此研究悬浮状态下,碳酸钙分解产物氧化钙的活性,从理论上探讨新生态分解产物活性及对后续反应的影响,探讨充分利用这一活性,降低水泥孰料热耗的新途径,挖掘节能减排的潜力,是十分有意义的。目前国内外测试氧化钙活性的检测标准都是针对工业应用制定的,为保证检测过程的准确性,要求待测样品量很多,大多数标准都要求试样量在75g ,但是在实验室里进行悬浮态试验研究时,在悬浮反应器(模拟分解炉)里,固体样品反应后的产物收集是比较困难的,而且由于试验反应器规模较小,加料量很少,采用上述方法,无法满足检测的要求,如果取多次试验累积样品进行检测则大大的增加了试验的工作量,并且由于新生态氧化钙样品对温度和湿度条件极为敏感,很难保证样品的稳定性。为解决悬浮反应器中新生态氧化钙活性的检测问题,本文研究了专门的测试和表征方法。

第4期张 薇等:一种样品用量少的氧化钙活性检测方法927

2 实验方法的选择

目前国内外各行业采用的氧化钙活性测试和表征方法主要有以下三种:

(1)H C l 滴定法(国家冶金石灰物理检验方法)。通过测量石灰在一定消化时间所消耗的盐酸体积,作为石灰活性度的评价指标。具体过程如下:量筒量取40e 、2L 的去离子水于烧杯中,开动搅拌器,加8~10滴0.1%的酚酞指示剂于水中,将50g 粒径适当的石灰一次倒入水中消化,同时开始计时,当消化开始出现红色时,便用4m o l/L 的盐酸滴定,并保持溶液到红色刚刚消失。待又出现红色时则继续滴入盐酸,直到红色退去。整个过程始终保持溶液滴定到红色刚刚消失,记录消化时间为10m in 时消耗的盐酸体积,作为石灰的活性度[1,2]

。

这种测定方法容易受指示剂加入量、滴定速度及操作因素等的影响,另外所用样品量大。

(2)温升速率法,也称水解温度法。通过生石灰在水中溶解时升温速度比较活性度的强弱,定义溶液达到最高温度与所用时间的比值来评估其活性,所用样品量最少为25g 。以上两种方法测定的石灰活性度曲

线变化趋势一致,但第一种方法的灵敏度不如第二种方法[3]

。

(3)热活性法,即溶渣自由氧化钙滴定法。用一定量的活性石灰在和熔渣反应后,未反应的-f Ca O 用甘油乙醇法滴定,测出-f C a O 量,用已反应石灰的量作为石灰的活性。这种表征方法无法反映时间对反应过程的影响,故应用较少[4]

。

三种表征和测试方法都是基于工业反应测试,所用样品均比较多,不适合直接采用,需要建立适合本项目研究的氧化钙活性表征和测试方法。

3 适宜悬浮试验氧化钙活性测试方法和装置的研究

3.1 适宜悬浮试验氧化钙活性测试方法

经过对上述几种方法的分析比较,确定采用温升速率法的原理,重新设计相应的测试装置和表征方法,使得采用少量样品进行测试时,仍能得到较为可靠的测试结果,便于在试验研究中进行横向比较。

氧化钙是一种碱性氧化物,溶于水发生放热反应会产生热量,可使反应体系温度升高,反应产生热量的多少取决于参与反应的氧化钙的量,采用相同数量的氧化钙样品进行测试比较时,其水化反应速度的差异则与测试样品中氧化钙活性的高低有关,经实验已经证实氧化钙的水化活性与温升速率相关性较好,所以温升速率反映了石灰消化反应速度的快慢,若消化反应急剧发生,则瞬间放出大量的热,温度迅速升高,温升速率

大,反之,温升速率小[1,2]

,所以可以用温升速率表示氧化钙的活性。但如果待测样品量少,检测就很困难,所以要采取相应的技术措施,提高测试精度,如设计专门的锥式加料装置,提高加料的准确性和重现性,设计恒定的边界条件以减少散热误差。其流程示意图和实验操作过程如下。

图1 测试装置示意图

F i g .1 Sche m atic d iag ram o f test equ i p m ent

图2 水化反应测试曲线F i g .2 H ydrati on reacti on test curve

图1中管式水化反应器加上适当厚度的保温层放入保温桶中,称取0.5g 待测物料,采用专门的加料装