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楼主 发表于：2009-07-04 02:38:34 粉体碳酸钙煅烧分解技术及应用
概述
氧化钙产品由于用途广需求量大生产规模也大，由于传统的煅烧生产方式存在不少弊端，都不同程度地存在能耗高、污染排放量大，产品质量均一性不强，工人作业环境恶劣等问题。
节能、降耗、减排以成为全球共同的迫切的需要。限制有害气体排放，在氧化钙的煅烧生产行业因产品需求量大而首当其冲。碳酸钙的煅烧如不需回收二氧化碳作原料时，会对环境增加大量二氧化碳气体的排放 ，伴随窑气排放的NO2有害气体，不仅污染环境还危害工人的身体健康。将二氧化碳回收利用，降低单位能耗指标就可以减低NO2有害气体的总排量。对于降低氧化钙的生产成本和减小对环境的污染都是有极大意义的。
理论和大量的生产实践已经证明：特征粒径只有几十个μ的碳酸钙，在接近千度高温的环境条件下，只需1-3秒的时间就可以达到98%的分解率。依据这一特点，开发出可行的工业设计，可使煅烧生产氧化钙的传统方式发生革命性的变革。
一、碳酸钙的煅烧分解反应过程
我们通过碳酸钙的煅烧分解生产氧化钙： CaCO3 △ CaO+CO2
理论上当碳酸钙加热至530℃时，分解出来的CO2大于空气中CO2的分压，CO2就能不断向空气中扩散，当温度达到898℃时，碳酸钙分解的理论平衡压力与周围空气的总压力相等，碳酸钙会发生剧烈的分解。但是在窑炉的实际生产中，我们用于煅烧的碳酸钙块体有一定的物理尺寸，其表面在898℃温度下生成的氧化钙形成热阻，使逐步向块体内核位移的分解面温度达不到898℃，因此不提高炉温碳酸钙的煅烧分解反应就难以快速进行。
假设煅烧分解中的碳酸钙其煅烧反应界面总是第一时间处于898℃的温度中，哪么碳酸钙的煅烧分解反应就可以快速完成。碳酸钙完成煅烧分解反应的速度。受煅烧反应界面向块体内核位移的速度限制，而煅烧反应界面位移的速度又取决于煅烧温度的高低，因此碳酸钙完成煅烧分解反应的过程，不但与碳酸钙块体的特征粒径，也与煅烧温度相关。虽然反应界面的位移速率与碳酸钙块体粒径无关。但一定粒径的块体，煅烧温度越高，完成分解反应的时间就越短。特征粒径细至几十个μ的碳酸钙，在接近1000℃的温度条件下仅需1—3秒时间就能达到98%的分解率。是因为细小颗粒物体比表面积很大，传热速度极快的原因，在此情况下高温热气流可以瞬间“穿透”颗粒内核，使碳酸钙快速完成煅烧分解反应。
二、碳酸钙的煅烧
我们简单地将煅烧度合适的氧化钙产品具备的优良特性总称为“活性”。活性氧化钙的制备关键在于适合的煅烧度。过烧氧化钙是碳酸钙在超过千度以上的高温环境中煅烧时间过长生成的。在运用块状物料作原料的窑炉生产中，这种情况无法完全避免。采用粒径细小的粉体材料作原料，使之于高温热气流中迅速混合，瞬间完成热分解反应后即脱离是获得高活性氧化钙的理想办法。
煅烧细小粒径的粉体碳酸钙来生产高活性氧化钙，要解决好以下几个方面的问题：
1、 物料粒径
物料粒径细到一定程度时其自由运动处于非重力加速度的 “布朗” 状态。在采用旋风收集器构成的收集系统中，此种置于高温高压的热气流中的物料，会给我们的产品收集系统带来许多麻烦，因此物料粒径的选取，为了简化和压缩收集系统的设备投资，最好选择在旋风收集器极限能力的下限为好。为了达到瞬间穿透分解即脱离的效果，选取物料合适的特征粒径，还需从系统设备工艺设计能达到的效果综合考虑。
2、 物料的分散
自然堆积的粉体物料，堆体积密度小，体积大，热导率极差。是无法直接进行煅烧处理的，只有在单位体积空间中均匀分散，并调整到合适的气固浓度，才最有利于粉体物料的煅烧处理。因此采用粉体物料进行煅烧，在煅烧前或开始煅烧的同时就使物料得到充分均匀分散的设备装置是必不可少的。
3、 煅烧方式
悬浮煅烧，直接用供热的热气流将粉体物料分散并混合，可以获得较高的热比。但是在产品纯度有要求时，限制了对燃料品种的选择性。另外物料及燃料中的硅、铝等杂质，在高温的窑炉中极易生成硅、铝酸钙等碳酸盐产物，可至窑炉造成结瘤结疤的危害，不利延长窑炉寿命和稳定运行。
直接将热气流与粉体物料分散并混合的悬浮煅烧，完成分解的氧化钙和析出的大量二氧化碳，要依靠热气流的压强输送至分离系统再压出窑外。此种方式通过窑内的气体流量是十分可观的。而大流量气体加热的能耗指标也是非常可观的。氧化钙产品依靠窑炉热气流带出窑外，除了面临大流量气体加热的问题外，假如我们日产100吨氧化钙的窑炉，炉高30米，我们等于还得额外增加将100吨物料举升到30米以上高度的能耗，显然这是一笔大帐。如果你没有更好的设计，这种煅烧方式实际上是不可取的。因此我们必须寻求一种既可充分分散物料又不须大流量气体运行的方式来对粉体物料进行煅烧处理。无论采取何种煅烧方式，我们总希望使热效率尽可能的得到提高，回转窑的热效率很难超过40%，立窑因为供风大热损失也大。流化床或水泥预分解的流化悬浮系统很难直接用于特征粒径大于100目以上的细粉煅烧。为了达到快速分解反应的目的，我们需要采用特征粒径只有几十个μ的碳酸钙粉体物料作原料，因为只有这样的粒径我们才能实现瞬间煅烧分解。试验表明，在温度800℃、12m/s的热气流中加入合适浓度的粉体物料，粉体物料在0.1秒的瞬间就被加热至500度左右，其传热系数极大。为此只要设计出适合的装置，使物料在不同梯度的高温气流中连续多次地被提升至分解温度，细粉物料就能实现快速煅烧分解反应。
三、碳酸钙煅烧分解反应生成氧化钙的产品特征
碳酸钙的煅烧使碳酸钙发生化学与物理变化。杂质元素较少的碳酸钙理论上含约55%的氧化钙和44%左右的二氧化碳，碳酸钙煅烧分解要析出大量的二氧化碳，经煅烧分解得到的氧化钙，以其煅烧度衡量，由表及里可以形成过烧、中烧、轻烧与欠烧的剖面。其过烧部分通常为10μ以上的多晶体，中烧和轻烧部分多为5μ以下的单晶体，这是因为过烧情况下，氧化钙体积密度增大体积收缩的结果。轻烧、中烧氧化钙与过烧氧化钙产品相比，有晶体小、比表面积大、总气孔体积大和反应性强等特点。相关检测得知，轻烧氧化钙由于晶体小其比表面积约为9000-25000㎝2 /g，中烧氧化钙约3000-9000㎝2/g，而过烧氧化钙仅为300-3000㎝2/g。
氧化钙加水生成氢氧化钙（俗称“熟石灰”）继续加水消化得石灰乳，轻烧氧化钙比过烧氧化钙乳化得率高1.5倍以上，轻烧氧化钙的乳化粒度90%以上在0.01-1μ之间，而过烧氧化钙乳化后乳化粒度在0.01-1μ之间范围的仅约20%。以上归纳的特征，无论是对氧化钙产品的直接使用也还是作为后续深加工产品的原料，其意义都是决定性的。特别是作为纳米钙生产的原料时更是如此，直接制约着纳米钙的产品得率。
总结:采用煅烧分解方式生产高活性的氧化钙，且达到环保节能的效果，选取特征粒径细小的粉体物料作原料是有效办法。针对粉体物料的特性，需要对粉体物料的分散、煅烧及收集的过程有独到的设计，可行的工业化设计，就能使传统的碳酸钙煅烧分解生产方式带来革命性的变革。
经过大量的实验，我们已成功地设计出碳酸钙粉体原料煅烧系统的成套设备，其产品分解率达95%以上，无生烧、过烧等现象。产品结晶细微、活性提高、消化过程无灰渣产生，可无需改造地与生产轻钙、纳米钙的后续工艺配套。全套工艺设备自动化运行程度高，工人劳动强度低，生产效率高。设备占地面积小，可以适应不同燃烧值的液体或固体燃料，能耗指标视采用不同燃料约为传统立窑设备的三分之二。由于能耗低有效地减少了NO2排放总量，是目前小立窑改造的理想选择。目前本项目技术正在进行生产力转化推广过程，欢迎合作。
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