石灰石的雜質(zhì)

　　生石灰是由石灰石燒成的。石灰石的分子式的CaCO3，在大氣壓下達到 %&&’以上就發(fā)生如下的反應：

　　一般往往認為，可以很容易地脫掉CO2得到氧化鈣（CaO），即生石灰。但 并非如此。原料石灰石是天然礦物，并不一定是純凈的物質(zhì)。即使是近乎于 化學純的，有的也因晶粒粗大，加熱時粉化而用于煅燒石灰。還發(fā)現(xiàn)有這樣一 種石灰石，一經(jīng)煅燒，就會因過燒嚴重（CaO晶粒粗大）而達不到市場所要求的 質(zhì)量。為了有效地利用天然石灰石，必須熟知石灰石的特性，從而采用適于其 特性的煅燒方法。因此要建設石灰煅燒工廠首先必須弄清楚的就是打算選用 的石灰石的特性。 作為原料，石灰石含有的雜質(zhì)主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3。供煉鋼用時，還要求 P、S 含量低；在制堿工業(yè)中關注的則是Mn、Cr、Ba、As和重金屬等。這些 雜質(zhì)的來源可以分為三大類：原料石灰石含有的；以泥土、砂粒的形態(tài)粘附在 石灰石表面上的；固體燃料、流體燃料中含有的。將這些來源簡單歸納為：

　　1、石灰石所含有害物:SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、P、S；

　　2、以石灰石以泥土、砂粒形態(tài)粘附的有害物：SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、P、S；

　　3、固體燃料所含有害物：SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、P、S；

　　4、液體燃料所含有害物：S。

　　在石灰煅燒中有害雜質(zhì)是SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O等。這些雜質(zhì)從 比較低的溫度（900℃左右）就開始和燒成的石灰CaO 發(fā)生反應，促進CaO顆粒間的融合，其結果導致顆粒間收縮，晶粒粗大化，反應生成物堵塞了生石灰表 面的細孔，使石灰反應性能下降。同時由于渣化作用，堵塞作為釋放脫除CO2通路的細孔，造成帶芯的石灰。進而和數(shù)量相當大的燒成的石灰反應而結團， 形成結瘤，使石灰煅燒爐的爐況失常，石灰的品位惡化。

　　一般認為，渣化了的低熔點物質(zhì)都是些復合鈣化合物，例如 CS、C2S，CA，C4AF、C2AS、C2F等等。

　　對石灰煅燒爐的產(chǎn)量、品位及功能表現(xiàn)出障礙的雜質(zhì)，按占原料石灰石的重量百分比來劃分，通常的判斷標準是：SiO2、Al2O3、Fe2O3的總量4~5%以上，或者Na2O、K2O的總量在0.1~0.2%以上。但是，由于石灰煅燒爐的形式不 同，燃料的種類不同，所要求的煅燒度不同，上述的判斷標準也不同。

　　石灰石的結晶組織

　　根據(jù)聶金的石灰石煅燒加熱試驗，在分解點以下的800℃時，在石灰石結 晶基體內(nèi)發(fā)生膨脹，并在高度結晶化了的石灰石中產(chǎn)生裂紋。據(jù)說還有幾種 非常大的晶粒，經(jīng)加熱而崩潰成為粉末狀態(tài)。在該試驗中2.5mm以下的晶粒 不發(fā)生裂紋。據(jù)此可以推測：晶粒長得愈大，并且含致密的方解石越多的石灰 石就越容易破碎或粉化。破碎和粉化會堵塞石灰煅燒爐的空隙，故增大了該 部的壓力損失，容易造成偏行，增大了脫除 CO2程度的互差，導致質(zhì)量的惡化。甚至更進一步形成塊狀物，發(fā)生粉塵包層等事故，引起石灰成品率下降，造成 較嚴重的經(jīng)濟損失。

　　不過，馬利根據(jù)市場上出售的43種石灰石的煅燒試驗研究，提出了如下 假說：與最高加熱溫度和在該溫度的保持時間相比，加熱速度（包括預熱和煅 燒）對收縮、氣孔率和反應性的影響更大。因而，通過對煅燒方法的研究和選 擇適當?shù)臓t型，因粉化而不能使用或難以使用的石灰石也會逐漸產(chǎn)生利用價 值，所以不能簡單地下結論，而需要進行仔細研究。

　　按結晶的名稱與大小分類的例子列于表1-1。

　　Hedin還做了晶粒大小和分解速度間關系的實驗。該實驗取 15~20mm 的粒度均勻的七種石灰石，在100% CO2一個大氣壓下進行恒溫煅燒，并連續(xù) 測定了由于分解出CO2導致的減量。如圖 1-1所示，CO2的分解速度有很大 的差別。

　　分解最差的1號和2號石灰石是致密而且結晶粗的石灰石，3號也顯然是結晶質(zhì)石灰石，以上三種屬不易燒成的種類。5號和 6號是白亞質(zhì)小結晶石 灰石。最易煅燒的4號是含有機物的小結晶石灰石。這樣，結晶好的密度高 的石灰石，由于其結構致密、缺乏 CO2逸出的通道，導致 CO2氣體難以發(fā)生轉(zhuǎn) 移。在這方面，晶粒小的石灰石晶間不嚴實，而且在含有機物的情況下，有機 物燃燒而形成多孔狀，CO2容易分離，也便于煅燒。

　　再有，岸等人在《回轉(zhuǎn)窯用石灰石評價的一個嘗試》中，將晶粒為2~3mm石灰石的A和晶粒為0.2~0.3mm石灰石的 B 進行了對比試驗，認為晶粒在1mm以下的石灰石作為回轉(zhuǎn)爐用原料更為適宜。他們根據(jù)表面洛氏硬度試驗 （表1-1）、高溫線膨脹試驗、原料石灰石的磨損試驗，燒成石灰的磨損試驗、 燒成石灰的吸油率試驗等，認為結晶小的石灰石粉化和散裂少，容易分解，因 而，經(jīng)煅燒而產(chǎn)生CaO 的結晶也容易長大，形成晶粒大而結構緊密的石灰。