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生产轻质碳酸钙用的石料与燃料选用原则
来源: 作者: 发布时间:2016-04-14

    生产轻质碳酸钙用的石料与燃料选用原则

     轻钙(沉淀碳酸钙)的产品质量在很大成度上取决于原料石灰石的质量。石灰石的化学成分不仅影响产品的技术质量指标,而且还对石灰石的煅烧过程有很大影响。


轻质碳酸钙生产工艺流程图
       碳酸钙链以生产氧化钙、氢氧化钙、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、活性碳酸钙、纳米级碳酸钙以及钙系列化延伸产品。以机械方法将天然的碳酸钙矿物加工到适当的粒径,国际上通常称为重质碳酸钙——简称GCC;以天然碳酸钙矿物为原料,经过煅烧,消化、碳酸化等化学方法制备,经沉淀反应而生成的结晶产品,国际上通常称为轻质碳酸钙——简称PCC
       
在无机盐工业产品中,碳酸钙是属于生产量极大、用途极广的化工产品,在碳酸钙工业生产中产生的优质石灰(CaO),广泛用于冶金、建材、干燥剂、环保处理剂;另外还可以生产氢氧化钙CaOH2,也称为消石灰,用于有色冶金和原子能工业中的酸中和剂,也是建材中的优质粘合剂。
生产轻钙对石灰石化学成分的要求
项    目
要    求
项    目
要    求
CaO       %
>54.0
Al2O3      %
<0.4
灼烧失量  %     
≥43
Fe2O3      %
<0. 2
MgO       %
<0.70
Mn        %
<0.0045
SiO2      %
<1.5
P+S       %
微量
生产沉淀碳酸钙对石灰石物理性能的要求:
       
要求:石灰石致密块状、结晶颗粒细腻、不重结晶。
       
密度:2.652.80/3
       
气孔率:≤1%
       
莫式硬度
: ≥3
       
抗压强度:
147.11Mpa
       
由于石灰石生成年代不一,因此形成的结晶不一样,所以要对石灰石做煅烧试验。一般选用奥陶纪的石灰石,最好不要用石炭二叠纪的石灰石,特别是含铁、含镁、含硅变化大的矿点,一般不能选用。在化学指标中碱镁盐的指标往往是很多人忽视的指标,几乎没人检测,实际这对生产的得率有关,和能否生产出优质的不同晶型的PCC十分有关。

一、石料(石灰石)技术要求:
1、化学成分:
       
成分要了解,粒度要均匀。各地的石料成分差异较大,即使是同一矿山的不同采矿点,矿石的成分都有较大的区别,一般的用户需要了解的成分是氧化钙,氧化镁,二氧化硅,三氧化二铝以及氧化铁的含量。
       
氧化钙的含量越高,说明石料的质量越好。低于50的是质量差的,50-52的是一般的石料,高于52的是质量好的。高于55的就是特好的,一般把石料直接磨粉就是重钙粉了。没有化验的石料咋判断呢,一般是烧成石灰后,晶体越小的氧化钙的含量就越高,含量是53的石料烧成的石灰水化后像面粉一样的细腻。
       
在具体的操作中,氧化钙含量不同的区别在烧成温度的高低上,一般的烧成温度是900-1100之间,因为碳酸钙分解温度高,含量越大的烧成需要的温度就越高,比如53的石料烧成的温度定在1080度,52的石料定在1050度,而50的石料定在950度,各家根据情况定出适合自己的操作温度来。
       
氧化镁的含量对烧成的影响是最大的,同一块石料中主要的成分有氧化钙与氧化镁,它们之间分解的温度相差比较大,一般的是氧化镁分解完毕后才开始分解氧化钙,如果把氧化钙全分解完,氧化镁就过烧了,活性就大大的降低了,所以才有了轻烧白云石这一说,实际就是保证氧化镁的反应活性,这种烧法因为操作的温度较低,部分碳酸钙分解不完,生烧就是难免的了。
       
对原料中氧化镁的要求,因为用途不同差别太大,一般的冶炼要求不高,甚至不专门设氧化镁一栏的指标,只要求氧化钙和氧化镁的总含量,也有炼钢用高镁灰的,要求含量要大于百分之十五,这就要求石料的含量要超过百分之八才能烧出。做金属镁的用灰要求的原料含镁量越高越好,一般的在百分之十八以上。如果是做电石用灰的话,石灰中的含镁量是越低越好,一般的要求是百分之一以下,最高也不能超过一点二的。
       
正是氧化钙与氧化镁的分解温度相差大,才有了轻烧,重烧,死烧这几种说法,需要指出的是这是针对氧化镁说的,在实际操作中,它们的温度是阶梯式的要求高的。当然在这个过程中氧化钙分解到啥程度,只能是客随主便了。
2、粒度的要求
       
轻钙生产工艺立窑煅烧石料的要求是50-150毫米,现在的立窑大都是按照这个粒度来设计的,在实际生产中,有的原料粒度会稍大点,他们主要是把原料尽量利用,特别是自己的矿山,更想把各种粒度的都尽量烧完。如果配法不对产品的生过烧率就会提高。正确的方法是最大的不能超过最小的3倍,也就是说如果最小的是30毫米,最大的就不能超过90毫米,否则操作的难度就会加大,用分级的方法把原料按不同的批次入炉,效果要好的多。
       
因为各种条件的限制,大小比例超过三比一的情况在有些窑上也是司空见惯的,在操作中需要注意的是哪些地方呢?先说一个各比例的量的问题,一般这个问题容易忽略,有的窑在开炉时还没有点火,料就悬住了,有的窑在生产中操作的温度也不高,出的灰中也没有过烧,就是悬住不下料,或者一会儿悬一会儿下,就没法正常生产,这个问题曾经困惑了我一段时间,后来终于想通,改变比例的量,大的多一点或者小的多一点都行,就不会悬住。出现这种情况倒是十分容易解决,但在什么情况下会出现悬料,没有准确的说法,我处理的几个悬料大都是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,另外鄂式破碎机出来的片状料比锤式破碎机出来的园型料容易悬料。也就是说这个问题只能等出现后解决,没有预防的办法。除非粒度合格。
       
石料粒度越小,分解需要的时间越短,石料粒度越大,分解需要的时间越长,如果是一块直径60毫米的圆形石料,在1050度的条件下,大约需要三个小时分解完全。如果直径加大到100毫米,则需要五个小时才能完全分解。在石料粒度相差过大的炉子中,产品的大粒度往往有夹心就很好理解了。
       
在生产中,第一石料的粒度跟利用系数有关,通俗地说就是和进出料的速度有关,粒度越大,其它条件不变的话,进出料的速度越慢,也就是利用系数越低。第二石料的粒度在设计上跟炉子的有效高度有关,从理论上讲,粒度越大,炉子的要求有效高度越高。第三从能耗上说,石料粒度越大,配的煤越多,粒度越小,同样的重量,烧的煤越少。
       
立窑跟其它的窑型比较,确实不先进,特别是烧煤的不如烧气的立窑,在操作中可以调节的手段不多,除了可以改变鼓风参数和进出料速度外,改变石料和燃料的粒度也是很重要的手段了。
二、燃料的要求:
       
一般的立窑都采用焦炭或无烟煤做燃料,因焦炭的成本问题,采用无烟煤的居多,也有用接近无烟煤性质的烟煤,俗称半无烟煤的,还有用焦炭粉末或者无烟煤粉末做的型煤烧的。与操作关系较大的有这么几个指标需要了解。
1、热值的高低
       
一般的立窑的热耗大约是每公斤成品灰需要1100大卡的热量,每公斤灰需要石料1.7公斤,也就是说每公斤石料配450大卡热量的煤,比如说6000大卡的煤,每次上料的料车装石料1.5吨,需要的热量就是1500 ×450=675000大卡,换算成煤就是6750006000=112.5公斤煤,需要注意的是两个条件,一个是这是指的十成的灰,如果灰的质量要求不是很高的话,可以少配点了,另一个这是指挥发份不超过百分之九的煤,如果挥发份过高的话要适量的多配点了。
2、挥发份

       
一般的立窑无烟煤的挥发份在百分之八左右是比较合适的,挥发份过低的话燃烧太慢,炉子的利用系数低,也就是产量低,如果出料稍快点,出灰温度又很高,也不节能,只有在设计炉子的时候加高窑身是最合理的,可一般的办不到。挥发份过高也不好,首先不节能,挥发出的甲烷氢气一氧化碳等可燃性的气体,真正在炉子里面燃烧的很少,大部分都随着尾气从烟筒里跑掉了,就是燃烧的这部分,放出热量的位置也不太合适,所以挥发份在预热和分解需要的热量上起的作用不大,用挥发份过高的煤从经济上是最不划算的,唯一的好处是其它条件不变的话,挥发份的高低基本上和燃烧的速度呈正比,挥发份的高低和粒度的大小绝对地控制着煅烧带的长度。
3、粒度的大小
       
粒度的大小跟煅烧带的长度成正比关系,粒度越大,在炉内燃烧的时间越长,煅烧带就越长,粒度越小,在炉内燃烧的时间越短,煅烧带就越短。一般的煤和石料的配比入炉前就配好了,也就是说煤燃烧释放出多少热量是一定的,区别的是用多长时间释放出来,时间短了容易在局部形成高温,产生过烧和结块,时间长了,又容易低温,分解的温度不够,形成生烧过大。比较先进的炉子都是设计好的煅烧带的长度,它跟出灰量刚好匹配,石料经过煅烧带用的时间和这个粒度在这个温度下需要分解的时间是基本吻合的。煅烧带的长度和高度都基本上是相对稳定的。以前用的土炉子大都是烧的混煤,是一层一层布料的,对煤的粒度要求不严,但它的炉子利用系数太低,能耗太高了。炉子越先进,利用系数越高,能耗越低,同时对原料的要求也是越严,有的时候煤里的粉末占的比例大了,一是跟石料不能均匀混合,有时候入炉后从石料缝隙里钻到一起,形成局部高温,散开的粉末到预热带下部或者煅烧带上部就燃烧完了,热量主要进入尾气了,如果我们配煤的热量刚好把石料分解完,那就是有过烧的地方多消耗了热量,就一定会有欠缺热量的地方形成生烧。要想保证没有生烧,只有多配煤,还对炉衬形成威胁,所以说煤里的粉末是有百害无一利的。有时候煤里有粒度明显大的块,它们在煅烧带烧不完,到冷却带时外层燃烧脱落粒度已经变得很小了,在出灰下落的过程中,有的落入已经完全分解完的石灰中,继续放热,产品中的过烧大部分都是在冷却带的上部形成的,在煅烧带形成的占的比例是很小的。煤里有粉末或者大的粒度,从经济上到操作上都不合算。有的石灰窑配的是制造型煤的辅助生产线,从使用效果来看,是值得推广的,用型煤做燃料,操作稳定,能降低能耗,也能提高产品的质量。粉末煤和块煤在全国各地的差价都很大,从经济角度来看也是很合算的。
4、灰熔点的高低
       
一般的无烟煤灰熔点都没有问题,很少的一部分燃烧后剩下的灰分熔点太低,在煅烧带呈浆糊状,随着下移的石灰逐渐冷却很容易就形成了挂壁或者结块,这种燃料是不能用的,在操作中只有降低操作温度才能缓解这种状况,可低温操作会带来出灰慢,生烧多,煤烧不完等许多不利的情况,遇到这种情况,不用过多的考虑,就是换煤才能从根本上解决。
5、着火点的高低
       
也就是燃料开始燃烧的温度,着火温度越低,预热带就越短,尾气的温度就越高。尾气带走的热量在炉子的热损失中是最大的,大概的数据是;每公斤石灰需要热量是1050大卡左右,从常温加热到分解温度需要250大卡。从开始分解到完全分解需要400大卡。冷却时还能放出100大卡的热量,从理论上讲烧一公斤灰450大卡的热量就够了,为什么在实际中要配到1050甚至1100大卡呢?有热损失,包括尾气带走的,没有参加燃烧的挥发份跑掉的,炉壁散发的,还有灰冷却不到常温带走的。其中最大的就是尾气带走的热量,约占总损失的百分之七十左右,降低尾气温度,选择着火点高的煤从经济的角度是合理的。用尾气发电或者烧水等都是在这个理论的基础上来搞的。
6、含硫量的大小
       
这个指标的高低在操作上区别不大,主要影响两个方面,一是尾气设备容易坏,因为含硫的气体对管道和风机等设备腐蚀都很快。二是对产品的质量影响大,因为有一部分硫进入石灰中,有的用户要求含硫不能超标,像炼钢的要求是硫的含量低于0.1。一般的石料中含硫的量超标的比较少,主要是燃料里面带进去的,而有的产品对硫含量就没有多高的要求,像电石灰等。一般的发热量相同的煤,含硫量的不同在市场上差价很大,了解这一点,在经济上的意义比较大。
作者:何凌赢
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