粉體碳酸鈣煅燒分解技術(shù)及應(yīng)用

     氧化鈣產(chǎn)品由于用途廣需求量大生產(chǎn)規(guī)模也大，由于傳統(tǒng)的煅燒生產(chǎn)方式存在不少弊端，都不同程度地存在能耗高、污染排放量大，產(chǎn)品質(zhì)量均一性不強(qiáng)，工人作業(yè)環(huán)境惡劣等問題。
  節(jié)能、降耗、減排以成為全球共同的迫切的需要。限制有害氣體排放，在氧化鈣的煅燒生產(chǎn)行業(yè)因產(chǎn)品需求量大而首當(dāng)其沖。碳酸鈣的煅燒如不需回收二氧化碳作原料時，會對環(huán)境增加大量二氧化碳?xì)怏w的排放 ，伴隨窯氣排放的NO2有害氣體，不僅污染環(huán)境還危害工人的身體健康。將二氧化碳回收利用，降低單位能耗指標(biāo)就可以減低NO2有害氣體的總排量。對于降低氧化鈣的生產(chǎn)成本和減小對環(huán)境的污染都是有極大意義的。
理論和大量的生產(chǎn)實(shí)踐已經(jīng)證明：特征粒徑只有幾十個μ的碳酸鈣，在接近千度高溫的環(huán)境條件下，只需1-3秒的時間就可以達(dá)到98%的分解率。依據(jù)這一特點(diǎn)，開發(fā)出可行的工業(yè)設(shè)計(jì)，可使煅燒生產(chǎn)氧化鈣的傳統(tǒng)方式發(fā)生革命性的變革。
   一、碳酸鈣的煅燒分解反應(yīng)過程
我們通過碳酸鈣的煅燒分解生產(chǎn)氧化鈣： CaCO3  △   CaO+CO2
理論上當(dāng)碳酸鈣加熱至530℃時，分解出來的CO2大于空氣中CO2的分壓，CO2就能不斷向空氣中擴(kuò)散，當(dāng)溫度達(dá)到898℃時，碳酸鈣分解的理論平衡壓力與周圍空氣的總壓力相等，碳酸鈣會發(fā)生劇烈的分解。但是在窯爐的實(shí)際生產(chǎn)中，我們用于煅燒的碳酸鈣塊體有一定的物理尺寸，其表面在898℃溫度下生成的氧化鈣形成熱阻，使逐步向塊體內(nèi)核位移的分解面溫度達(dá)不到898℃，因此不提高爐溫碳酸鈣的煅燒分解反應(yīng)就難以快速進(jìn)行。
假設(shè)煅燒分解中的碳酸鈣其煅燒反應(yīng)界面總是第一時間處于898℃的溫度中，哪么碳酸鈣的煅燒分解反應(yīng)就可以快速完成。碳酸鈣完成煅燒分解反應(yīng)的速度。受煅燒反應(yīng)界面向塊體內(nèi)核位移的速度限制，而煅燒反應(yīng)界面位移的速度又取決于煅燒溫度的高低，因此碳酸鈣完成煅燒分解反應(yīng)的過程，不但與碳酸鈣塊體的特征粒徑，也與煅燒溫度相關(guān)。雖然反應(yīng)界面的位移速率與碳酸鈣塊體粒徑無關(guān)。但一定粒徑的塊體，煅燒溫度越高，完成分解反應(yīng)的時間就越短。特征粒徑細(xì)至幾十個μ的碳酸鈣，在接近1000℃的溫度條件下僅需1—3秒時間就能達(dá)到98%的分解率。是因?yàn)榧?xì)小顆粒物體比表面積很大，傳熱速度極快的原因，在此情況下高溫?zé)釟饬骺梢运查g“穿透”顆粒內(nèi)核，使碳酸鈣快速完成煅燒分解反應(yīng)。
二、碳酸鈣的煅燒
我們簡單地將煅燒度合適的氧化鈣產(chǎn)品具備的優(yōu)良特性總稱為“活性”。活性氧化鈣的制備關(guān)鍵在于適合的煅燒度。過燒氧化鈣是碳酸鈣在超過千度以上的高溫環(huán)境中煅燒時間過長生成的。在運(yùn)用塊狀物料作原料的窯爐生產(chǎn)中，這種情況無法完全避免。采用粒徑細(xì)小的粉體材料作原料，使之于高溫?zé)釟饬髦醒杆倩旌?，瞬間完成熱分解反應(yīng)后即脫離是獲得高活性氧化鈣的理想辦法。
煅燒細(xì)小粒徑的粉體碳酸鈣來生產(chǎn)高活性氧化鈣，要解決好以下幾個方面的問題：
1、 物料粒徑
物料粒徑細(xì)到一定程度時其自由運(yùn)動處于非重力加速度的 “布朗” 狀態(tài)。在采用旋風(fēng)收集器構(gòu)成的收集系統(tǒng)中，此種置于高溫高壓的熱氣流中的物料，會給我們的產(chǎn)品收集系統(tǒng)帶來許多麻煩，因此物料粒徑的選取，為了簡化和壓縮收集系統(tǒng)的設(shè)備投資，最好選擇在旋風(fēng)收集器極限能力的下限為好。為了達(dá)到瞬間穿透分解即脫離的效果，選取物料合適的特征粒徑，還需從系統(tǒng)設(shè)備工藝設(shè)計(jì)能達(dá)到的效果綜合考慮。
2、 物料的分散
  自然堆積的粉體物料，堆體積密度小，體積大，熱導(dǎo)率極差。是無法直接進(jìn)行煅燒處理的，只有在單位體積空間中均勻分散，并調(diào)整到合適的氣固濃度，才最有利于粉體物料的煅燒處理。因此采用粉體物料進(jìn)行煅燒，在煅燒前或開始煅燒的同時就使物料得到充分均勻分散的設(shè)備裝置是必不可少的。
3、 煅燒方式
  懸浮煅燒，直接用供熱的熱氣流將粉體物料分散并混合，可以獲得較高的熱比。但是在產(chǎn)品純度有要求時，限制了對燃料品種的選擇性。另外物料及燃料中的硅、鋁等雜質(zhì)，在高溫的窯爐中極易生成硅、鋁酸鈣等碳酸鹽產(chǎn)物，可至窯爐造成結(jié)瘤結(jié)疤的危害，不利延長窯爐壽命和穩(wěn)定運(yùn)行。
直接將熱氣流與粉體物料分散并混合的懸浮煅燒，完成分解的氧化鈣和析出的大量二氧化碳，要依靠熱氣流的壓強(qiáng)輸送至分離系統(tǒng)再壓出窯外。此種方式通過窯內(nèi)的氣體流量是十分可觀的。而大流量氣體加熱的能耗指標(biāo)也是非常可觀的。氧化鈣產(chǎn)品依靠窯爐熱氣流帶出窯外，除了面臨大流量氣體加熱的問題外，假如我們?nèi)债a(chǎn)100噸氧化鈣的窯爐，爐高30米，我們等于還得額外增加將100噸物料舉升到30米以上高度的能耗，顯然這是一筆大帳。如果你沒有更好的設(shè)計(jì)，這種煅燒方式實(shí)際上是不可取的。因此我們必須尋求一種既可充分分散物料又不須大流量氣體運(yùn)行的方式來對粉體物料進(jìn)行煅燒處理。無論采取何種煅燒方式，我們總希望使熱效率盡可能的得到提高，回轉(zhuǎn)窯的熱效率很難超過40%，立窯因?yàn)楣╋L(fēng)大熱損失也大。流化床或水泥預(yù)分解的流化懸浮系統(tǒng)很難直接用于特征粒徑大于100目以上的細(xì)粉煅燒。為了達(dá)到快速分解反應(yīng)的目的，我們需要采用特征粒徑只有幾十個μ的碳酸鈣粉體物料作原料，因?yàn)橹挥羞@樣的粒徑我們才能實(shí)現(xiàn)瞬間煅燒分解。試驗(yàn)表明，在溫度800℃、12m/s的熱氣流中加入合適濃度的粉體物料，粉體物料在0.1秒的瞬間就被加熱至500度左右，其傳熱系數(shù)極大。為此只要設(shè)計(jì)出適合的裝置，使物料在不同梯度的高溫氣流中連續(xù)多次地被提升至分解溫度，細(xì)粉物料就能實(shí)現(xiàn)快速煅燒分解反應(yīng)。
三、碳酸鈣煅燒分解反應(yīng)生成氧化鈣的產(chǎn)品特征
碳酸鈣的煅燒使碳酸鈣發(fā)生化學(xué)與物理變化。雜質(zhì)元素較少的碳酸鈣理論上含約55%的氧化鈣和44%左右的二氧化碳，碳酸鈣煅燒分解要析出大量的二氧化碳，經(jīng)煅燒分解得到的氧化鈣，以其煅燒度衡量，由表及里可以形成過燒、中燒、輕燒與欠燒的剖面。其過燒部分通常為10μ以上的多晶體，中燒和輕燒部分多為5μ以下的單晶體，這是因?yàn)檫^燒情況下，氧化鈣體積密度增大體積收縮的結(jié)果。輕燒、中燒氧化鈣與過燒氧化鈣產(chǎn)品相比，有晶體小、比表面積大、總氣孔體積大和反應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。相關(guān)檢測得知，輕燒氧化鈣由于晶體小其比表面積約為9000-25000㎝2 /g，中燒氧化鈣約3000-9000㎝2/g，而過燒氧化鈣僅為300-3000㎝2/g。
氧化鈣加水生成氫氧化鈣（俗稱“熟石灰”）繼續(xù)加水消化得石灰乳，輕燒氧化鈣比過燒氧化鈣乳化得率高1.5倍以上，輕燒氧化鈣的乳化粒度90%以上在0.01-1μ之間，而過燒氧化鈣乳化后乳化粒度在0.01-1μ之間范圍的僅約20%。以上歸納的特征，無論是對氧化鈣產(chǎn)品的直接使用也還是作為后續(xù)深加工產(chǎn)品的原料，其意義都是決定性的。特別是作為納米鈣生產(chǎn)的原料時更是如此，直接制約著納米鈣的產(chǎn)品得率。
總結(jié):采用煅燒分解方式生產(chǎn)高活性的氧化鈣，且達(dá)到環(huán)保節(jié)能的效果，選取特征粒徑細(xì)小的粉體物料作原料是有效辦法。針對粉體物料的特性，需要對粉體物料的分散、煅燒及收集的過程有獨(dú)到的設(shè)計(jì)，可行的工業(yè)化設(shè)計(jì)，就能使傳統(tǒng)的碳酸鈣煅燒分解生產(chǎn)方式帶來革命性的變革。
經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，我們已成功地設(shè)計(jì)出碳酸鈣粉體原料煅燒系統(tǒng)的成套設(shè)備，其產(chǎn)品分解率達(dá)95%以上，無生燒、過燒等現(xiàn)象。產(chǎn)品結(jié)晶細(xì)微、活性提高、消化過程無灰渣產(chǎn)生，可無需改造地與生產(chǎn)輕鈣、納米鈣的后續(xù)工藝配套。全套工藝設(shè)備自動化運(yùn)行程度高，工人勞動強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高。設(shè)備占地面積小，可以適應(yīng)不同燃燒值的液體或固體燃料，能耗指標(biāo)視采用不同燃料約為傳統(tǒng)立窯設(shè)備的三分之二。由于能耗低有效地減少了NO2排放總量，是目前小立窯改造的理想選擇。目前本項(xiàng)目技術(shù)正在進(jìn)行生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化推廣過程，歡迎合作。