张丽等：烧结用生石灰所含杂质对其消化性能的影响 ·1689· 生石灰消化性能的影响，并选用五种烧结现场使用的 生石灰对研究结果进行了验证 绝热外壳 样品池 1实验原料和方法 加热元件 参比物 穿孔器 1.1实验材料 水 首先选用化学试剂进行研究，即在CaCO,试剂中 隔离膜 分别配入不同量的Si02、AL,0,和Mg0杂质，混合均匀 燈烧产物生石灰 后在电阻炉中煅烧：然后选择烧结现场用的五种生石 图1 Setaram C80型卡尔维式量热仪示意图 灰以验证研究结果的可靠性，其主要化学成分如表1 Fig.I Schematic diagram of the Setaram C80 Calvet calorimeter 所示 量降低.少量的L,0,对生石灰的消化放热量影响较 表1实验用生石灰的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of limes used in the experiment 小，甚至略有上升.其原因在于少量的A山，O在煅烧 过程中与Ca0反应形成的铝酸盐(3Ca0·AL,0,),如图 编号Ca0Si02 A山203Mg0烧损 3(b)所示，该铝酸盐可以与水反应放热.当A山，0，质 A90.560.330.220.328.460.040.07 量分数超过0.5%时，生石灰的总消化放热量缓慢下 降，当超过2%时，生石灰的总消化放热量急剧下降. B77.80.370.120.3521.220.050.09 其原因在于：煅烧产物晶粒长大，反应形成的低熔点化 C85.112.30.964.187.030.110.31 合物3C0·Al,0,含量增加，其随着温度升高而熔化并 D86.963.460.280.737.920.090.56 产生液相，形成连接桥，提高了离子迁移率，促进Ca0 E83.534.252.531.147.820.20.53 晶粒聚集成团：而液相冷却后形成致密的外壳，阻止水 1.2实验方法 分子向生石灰晶粒内部扩散，从而恶化生石灰的消化 化学试剂实验分成三组，每组都是在CaC0,中单 性能.Mg0含量增加，生石灰的消化放热量先缓慢减 独加入SiO2、AL,0,或Mg0,按照煅烧后产物中杂质质 小.其原因在于Mg0+H,0=Mg(OH)2的放热量为 量分数为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%和3%分别配 38731Jmol-,低于Ca0的消化放热量.当Mg0超过 入.将配好的试样放置于电阻炉中煅烧，煅烧温度为 2%后，消化放热量加速下降.其原因在于其煅烧产物 1200℃，煅烧时间为30min.待试样冷却后，通过称重 晶粒长大，降低消化速率 煅烧后产物计算煅烧前后的失重量，从而确保CaC0 1400 ■-Si 煅烧完全 煅烧后产物的消化性能采用Setaram C80型卡尔 1200 维式量热仪进行研究，如图1所示.本实验过程中温 度控制在(300.5)℃，称量200mg煅烧产物或生石 1000 灰，粒度研磨至180目以下，并置于样品池中静置.然 后，用穿孔器刺透样品池上方的隔离膜，使水流入样品 800 池中，与样品开始消化反应，实验持续24h,进而测得 消化反应的消化放热量与消化放热曲线.最后，采用 X射线衍射分析及扫描电镜观察等方法测定煅烧后生 600 0 0.510152.02.53.0 石灰的矿物组成及微观结构，以分析其对生石灰消化 杂质质量分数/% 性能的影响. 图2燬烧产物的消化放热量与其S0,、A,O1和Mg0含量的 关系 2结果与讨论 Fig.2 Relationship between the hydration heat of calcined products and the Si02,Al203 and Mgo contents 2.1杂质含量对生石灰消化放热量的影响 三种杂质及其含量对CaCO,煅烧产物消化放热 2.2杂质含量对生石灰消化速率的影响 量的影响如图2所示.生石灰的消化放热量随S02含 图4分别为不同Si02、AL20,和Mg0含量条件下 量增加而降低，且近似呈线性关系.由图3(a)的X射 CCO,煅烧产物的消化放热曲线，曲线斜率以及热流 线衍射分析可知，在煅烧过程中，Si02杂质会与Ca0 峰值对应时间可以直观地显示出生石灰的消化速 结合形成2Ca0Si02,从而使生石灰中的游离Ca0含 率.由图4(a)可知，纯CaCO,试剂煅烧后，其消化速张 丽等: 烧结用生石灰所含杂质对其消化性能的影响 生石灰消化性能的影响，并选用五种烧结现场使用的 生石灰对研究结果进行了验证． 1 实验原料和方法 1. 1 实验材料 首先选用化学试剂进行研究，即在 CaCO3 试剂中 分别配入不同量的 SiO2、Al2O3 和 MgO 杂质，混合均匀 后在电阻炉中煅烧; 然后选择烧结现场用的五种生石 灰以验证研究结果的可靠性，其主要化学成分如表 1 所示． 表 1 实验用生石灰的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of limes used in the experiment % 编号 CaO SiO2 Al2O3 MgO 烧损 S Fe2O3 A 90. 56 0. 33 0. 22 0. 32 8. 46 0. 04 0. 07 B 77. 8 0. 37 0. 12 0. 35 21. 22 0. 05 0. 09 C 85. 11 2. 3 0. 96 4. 18 7. 03 0. 11 0. 31 D 86. 96 3. 46 0. 28 0. 73 7. 92 0. 09 0. 56 E 83. 53 4. 25 2. 53 1. 14 7. 82 0. 2 0. 53 1. 2 实验方法 化学试剂实验分成三组，每组都是在 CaCO3 中单 独加入 SiO2、Al2O3 或 MgO，按照煅烧后产物中杂质质 量分数为 0. 5% 、1% 、1. 5% 、2% 、2. 5% 和 3% 分别配 入． 将配好的试样放置于电阻炉中煅烧，煅烧温度为 1200 ℃，煅烧时间为 30 min． 待试样冷却后，通过称重 煅烧后产物计算煅烧前后的失重量，从而确保 CaCO3 煅烧完全． 煅烧后产物的消化性能采用 Setaram C80 型卡尔 维式量热仪进行研究，如图 1 所示． 本实验过程中温 度控制在( 30 "0. 5) ℃，称量 200 mg 煅烧产物或生石 灰，粒度研磨至 180 目以下，并置于样品池中静置． 然 后，用穿孔器刺透样品池上方的隔离膜，使水流入样品 池中，与样品开始消化反应，实验持续 24 h，进而测得 消化反应的消化放热量与消化放热曲线． 最后，采用 X 射线衍射分析及扫描电镜观察等方法测定煅烧后生 石灰的矿物组成及微观结构，以分析其对生石灰消化 性能的影响． 2 结果与讨论 2. 1 杂质含量对生石灰消化放热量的影响 三种杂质及其含量对 CaCO3 煅烧产物消化放热 量的影响如图 2 所示． 生石灰的消化放热量随 SiO2 含 量增加而降低，且近似呈线性关系． 由图 3( a) 的 X 射 线衍射分析可知，在煅烧过程中，SiO2 杂质会与 CaO 结合形成 2CaO·SiO2，从而使生石灰中的游离 CaO 含 图 1 Setaram C80 型卡尔维式量热仪示意图 Fig． 1 Schematic diagram of the Setaram C80 Calvet calorimeter 量降低． 少量的 Al2O3 对生石灰的消化放热量影响较 小，甚至略有上升． 其原因在于少量的 Al2O3 在煅烧 过程中与 CaO 反应形成的铝酸盐( 3CaO·Al2O3 ) ，如图 3( b) 所示，该铝酸盐可以与水反应放热． 当 Al2O3 质 量分数超过 0. 5% 时，生石灰的总消化放热量缓慢下 降，当超过 2% 时，生石灰的总消化放热量急剧下降． 其原因在于: 煅烧产物晶粒长大，反应形成的低熔点化 合物 3CaO·Al2O3 含量增加，其随着温度升高而熔化并 产生液相，形成连接桥，提高了离子迁移率，促进 CaO 晶粒聚集成团; 而液相冷却后形成致密的外壳，阻止水 分子向生石灰晶粒内部扩散，从而恶化生石灰的消化 性能． MgO 含量增加，生石灰的消化放热量先缓慢减 小． 其原因在于 MgO + H2O Mg( OH) 2 的放热量为 38731 J·mol － 1 ，低于 CaO 的消化放热量． 当 MgO 超过 2% 后，消化放热量加速下降． 其原因在于其煅烧产物 晶粒长大，降低消化速率． 图 2 煅烧产物的消化放热量与其 SiO2、Al2O3 和 MgO 含量的 关系 Fig． 2 Ｒelationship between the hydration heat of calcined products and the SiO2，Al2O3 and MgO contents 2. 2 杂质含量对生石灰消化速率的影响 图 4 分别为不同 SiO2、Al2O3 和 MgO 含量条件下 CaCO3 煅烧产物的消化放热曲线，曲线斜率以及热流 峰值对应时间可以直观地显示出生石灰的消化速 率． 由图 4( a) 可知，纯 CaCO3 试剂煅烧后，其消化速 ·1689·