石灰石的杂质

　　生石灰是由石灰石烧成的。石灰石的分子式的CaCO3，在大气压下达到 %&&’以上就发生如下的反应：

　　一般往往认为，可以很容易地脱掉CO2得到氧化钙（CaO），即生石灰。但 并非如此。原料石灰石是天然矿物，并不一定是纯净的物质。即使是近乎于 化学纯的，有的也因晶粒粗大，加热时粉化而用于煅烧石灰。还发现有这样一 种石灰石，一经煅烧，就会因过烧严重（CaO晶粒粗大）而达不到市场所要求的 质量。为了有效地利用天然石灰石，必须熟知石灰石的特性，从而采用适于其 特性的煅烧方法。因此要建设石灰煅烧工厂首先必须弄清楚的就是打算选用 的石灰石的特性。 作为原料，石灰石含有的杂质主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3。供炼钢用时，还要求 P、S 含量低；在制碱工业中关注的则是Mn、Cr、Ba、As和重金属等。这些 杂质的来源可以分为三大类：原料石灰石含有的；以泥土、砂粒的形态粘附在 石灰石表面上的；固体燃料、流体燃料中含有的。将这些来源简单归纳为：

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

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

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

　　4、液体燃料所含有害物：S。

　　在石灰煅烧中有害杂质是SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O等。这些杂质从 比较低的温度（900℃左右）就开始和烧成的石灰CaO 发生反应，促进CaO颗粒间的融合，其结果导致颗粒间收缩，晶粒粗大化，反应生成物堵塞了生石灰表 面的细孔，使石灰反应性能下降。同时由于渣化作用，堵塞作为释放脱除CO2通路的细孔，造成带芯的石灰。进而和数量相当大的烧成的石灰反应而结团， 形成结瘤，使石灰煅烧炉的炉况失常，石灰的品位恶化。

　　一般认为，渣化了的低熔点物质都是些复合钙化合物，例如 CS、C2S，CA，C4AF、C2AS、C2F等等。

　　对石灰煅烧炉的产量、品位及功能表现出障碍的杂质，按占原料石灰石的重量百分比来划分，通常的判断标准是：SiO2、Al2O3、Fe2O3的总量4~5%以上，或者Na2O、K2O的总量在0.1~0.2%以上。但是，由于石灰煅烧炉的形式不 同，燃料的种类不同，所要求的煅烧度不同，上述的判断标准也不同。

　　石灰石的结晶组织

　　根据聂金的石灰石煅烧加热试验，在分解点以下的800℃时，在石灰石结 晶基体内发生膨胀，并在高度结晶化了的石灰石中产生裂纹。据说还有几种 非常大的晶粒，经加热而崩溃成为粉末状态。在该试验中2.5mm以下的晶粒 不发生裂纹。据此可以推测：晶粒长得愈大，并且含致密的方解石越多的石灰 石就越容易破碎或粉化。破碎和粉化会堵塞石灰煅烧炉的空隙，故增大了该 部的压力损失，容易造成偏行，增大了脱除 CO2程度的互差，导致质量的恶化。甚至更进一步形成块状物，发生粉尘包层等事故，引起石灰成品率下降，造成 较严重的经济损失。

　　不过，马利根据市场上出售的43种石灰石的煅烧试验研究，提出了如下 假说：与最高加热温度和在该温度的保持时间相比，加热速度（包括预热和煅 烧）对收缩、气孔率和反应性的影响更大。因而，通过对煅烧方法的研究和选 择适当的炉型，因粉化而不能使用或难以使用的石灰石也会逐渐产生利用价 值，所以不能简单地下结论，而需要进行仔细研究。

　　按结晶的名称与大小分类的例子列于表1-1。

　　Hedin还做了晶粒大小和分解速度间关系的实验。该实验取 15~20mm 的粒度均匀的七种石灰石，在100% CO2一个大气压下进行恒温煅烧，并连续 测定了由于分解出CO2导致的减量。如图 1-1所示，CO2的分解速度有很大 的差别。

　　分解最差的1号和2号石灰石是致密而且结晶粗的石灰石，3号也显然是结晶质石灰石，以上三种属不易烧成的种类。5号和 6号是白亚质小结晶石 灰石。最易煅烧的4号是含有机物的小结晶石灰石。这样，结晶好的密度高 的石灰石，由于其结构致密、缺乏 CO2逸出的通道，导致 CO2气体难以发生转 移。在这方面，晶粒小的石灰石晶间不严实，而且在含有机物的情况下，有机 物燃烧而形成多孔状，CO2容易分离，也便于煅烧。

　　再有，岸等人在《回转窑用石灰石评价的一个尝试》中，将晶粒为2~3mm石灰石的A和晶粒为0.2~0.3mm石灰石的 B 进行了对比试验，认为晶粒在1mm以下的石灰石作为回转炉用原料更为适宜。他们根据表面洛氏硬度试验 （表1-1）、高温线膨胀试验、原料石灰石的磨损试验，烧成石灰的磨损试验、 烧成石灰的吸油率试验等，认为结晶小的石灰石粉化和散裂少，容易分解，因 而，经煅烧而产生CaO 的结晶也容易长大，形成晶粒大而结构紧密的石灰。