一

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900℃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、NaO2、KO2、P、S； 

2、石灰石以泥土、砂粒形态粘附的有害物：

SiO2、Al2O3、Fe2O3、NaO2、KO2、P、S；；3、固体燃料所含有害物：iO2、Al2O3、Fe2O3、NaO2、KO2、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、NaO2、KO2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NaO2、KO2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。

二

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900℃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 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0.3-0.5mm 石灰石的B 进行了对比试验，认为晶粒在 !,, 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1-2）、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。

三

石灰石的粒度

  在石灰石煅烧过程中，原料石灰石粒度的影响是非常大的。由于CO2 的分离是由石灰石表面向内部慢慢进行的，所以大粒径石灰石比小粒径的煅烧 要困难，需要的时间也长。 

  根据Boynton的研究结果，从大粒径石灰石中释放出CO2，因从结晶格子内部排出气体，故必需有高的温度产生高的CO2压力。实际上，粒径超过150mm的石灰石煅烧是非常困难的，而且这样的高温煅烧（125-1350℃），会 使石灰石表面过烧，收缩产生裂纹，在有杂质（SiO2、Al2O3 等）存在的时候还引 起渣化现象，CO2分离不完全，形成为生烧比例大的生灰。在煅烧粒度范围很 宽的石灰石时也会发生同样的情况，即若瞄准小粒度石灰石煅烧，大粒度生烧 的就多，反之，若瞄准大粒度的煅烧，小粒度的就过烧。                   

  另外，Azbe认为，在一定温度下煅烧时间与石灰石厚度的平方成正比， 80mm 石块与 40mm的石块相比，前者需要4倍于后者的煅烧时间。 

  还有，据村上和Wuhrer与Radermacher给出的公式，石灰石热分解所需要 的时间也因石灰石粒度的差别而受到很大影响，该时间与粒度的（2~3）次方成正比，而且随气氛温度而变化。一般认为，许多实际的石灰煅烧炉用的石灰 石最大粒径与最小粒径之比，都处在（2~3）:1 的范围之内。即对竖炉和回转 窑煅烧用的石灰石粒径来说，可从前者大致用的20-100mm，后者大致用的10-50mm 的粒度的范围内，按上述的（2~3）:1 来选定。例如：竖炉选40-90mm或20-60mm，回转窑选 10-30mm，但对流化床煅烧炉而言，一般取 0.2-5mm，气体煅烧炉则取0-0.2mm。