CN110104969A - 一种活性石灰的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开提供了一种活性石灰的生产工艺。包括以下步骤：(1)石灰石的筛选与前处理；(2)混料；(3)预热；(4)煅烧；(5)冷却；(6)后处理。首先，本发明中使用的添加剂减少了石灰的生烧和过烧，加快了CaCO3的分解速度，减少了煅烧时间，从而降低了能源消耗，有利于工业化推广。进一步的，本发明还添加了碳素以及在预热后和冷却前均采用了减压的操作，使得残留在石灰原料中的硫元素以及碳元素能够更加彻底的挥发出去，避免再次与氧化钙结合，从而提高了活性石灰的纯度，进一步提高了生石灰的活性度。
Description
技术领域
本发明涉及活性石灰制备技术领域，更具体的说是涉及一种活性石灰生产工艺。
背景技术
活性石灰是一种优质轻烧石灰，它具有晶粒细小(0.1～3μm)、气孔率高(50％)、比表面积大(1.5～2.0m2/kg)、体积密度小：(1.5～1.7g/cm3)、活性度高(≥300ml)、残余CO2含量低(≤2％)等优点。活性石灰主要作为炼钢用“造渣剂”，也广泛用于湿法烟气脱硫、酸性工业废水等环境保护领域，以及轻质碳酸钙、电石、型煤粘合剂、环氧氯丙烷、烧结法氧化铝等化工生产过程。
活性石灰是通过煅烧石灰石使其中的碳酸钙(CaCO3)受热分解而得到的。传统工艺煅烧石灰石时，由于石灰石的粒度区间较大，煅烧过程中，石灰的传热速率远小于石灰石的传热速率，随着外层的石灰层越来越厚，导致向内层石灰石颗粒的传热速率会越来越慢，煅烧时间就越长，而长时间高温会使石灰石表面过烧“瓷化”，进而使煅烧中产生的CO2气体难以排出，脱碳不完全，形成生烧。这样不仅浪费能源，而且影响低碳高活性石灰的质量。
此外，石灰石中含有少量硫元素，通常以CaSO4的形式存在，而CaSO4的分解温度为1200℃以上，分解过程须在1350～1400℃才能进行得完全，大大高于碳酸钙的分解温度，而又由于其在石灰石中含量较低，因此，现有技术中少有针对石灰石中硫元素进行处理的工艺。但是在活性石灰除硫应用中，活性石灰中的硫含量增加会降低对钢水的脱硫能力，因此，降低活性石灰中的硫元素也是很有必要的。
因此，提供一种煅烧时间短、耗能低、生产出的石灰活性度高且C、S元素含量低的活性石灰生产工艺是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种煅烧时间短、耗能低、生产出的石灰活性度高且C、S元素含量低的活性石灰生产工艺。通过在原料中加入添加剂，减少煅烧时间，提高活性石灰活性度，同时通过添加碳素与设置减压预热及减压冷却处理，来降低产品中C、S元素的含量，提高CaO的纯度，进而增大活性石灰的活性度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种活性石灰的生产工艺，包括以下步骤：
(1)石灰石的筛选与前处理：选择平均直径为450-600mm的石灰石原料，将所述石灰石原料进行清洗、破碎，而后进行筛选，得到平均直径为2-5mm的石灰石粉料；
(2)混料：取碳素和添加剂，并将其与步骤(1)中所述石灰石粉料混合均匀，得到混合石灰石粉料；
(3)预热：将步骤(2)中所述混合石灰石粉料进行减压预热；
(4)煅烧：将预热后的混合石灰石粉料传送至套筒石灰窑进行煅烧并保温，煅烧温度800-900℃，煅烧时间3-5min，得到高温石灰；
(5)冷却：将步骤(4)中所述高温石灰进行减压冷却，得到冷却石灰；
(6)后处理：将步骤(5)中所述冷却石灰进行破碎、研细至平均粒径为65-85μm，得到活性石灰。
通过上述生产步骤，本发明能够得到高活性的活性石灰，且生产工艺操作简单，耗能低，利于工业化推广。本发明通过将石灰石进行粉碎筛选，使石灰石原料在煅烧过程中能够反应更为充分，减少石灰石颗粒表面烧结现象的发生，防止石灰石颗粒内部分解不充分。同时通过添加碳素、添加剂，降低了预热和煅烧温度以及煅烧时间，通过减压预热以及减压冷却处理降低了产品中C及S元素的含量。
优选的，步骤(2)中所述碳素添加量为0.1-0.2％；所述碳素粒径为1-3μm。
本发明根据硫酸钙含量以及原料直径添加了少量碳素，在与添加剂的共同作用下，使得硫酸钙的分解温度大大降低，在预热过程中即可分解完全。
优选的，步骤(2)中所述添加剂为NaCl、KCl、草酸钾、醋酸钾中的一种或几种的等比例混合物；所述添加剂添加量为2-3％。
本发明通过将NaCl、KCl、草酸钾、醋酸钾作为添加剂，加速了石灰石在煅烧过程中的分解，减少了石灰的生烧和过烧现象，同时提高了活性石灰的活性。
优选的，步骤(3)中所述减压预热步骤包括：将步骤(2)中所述混合石灰石粉料依次运输至预热器、第一减压仓；所述预热器中预热温度为650-750℃；所述第一减压仓中压力为0.2-0.5MPa。
优选的，步骤(3)中所述减压预热步骤还可以包括：将步骤(2)中所述混合石灰石粉料依次运输至预热器、第二减压仓、第一减压仓；所述预热器中预热温度为650-750℃，预热时间为10-20min；所述第二减压仓中压力为0.5-0.8MPa；所述第一减压仓中压力为0.2-0.5MPa。
本发明通过将混合石灰石粉料预热，使原料中的硫化物在680-720℃分解，在氧气充足情况下生成二氧化硫、三氧化硫，同时，而后通过减压处理，使得SO2与SO3挥发，与混合石灰石粉体分离，从而达到除去原料中的硫元素的目的。
优选的，步骤(4)所述套筒石灰窑中下燃烧室的燃气用量控制为上燃烧室的燃气用量的2-4倍；供给上排烧嘴空气过剩系数为1.4-1.5。
优选的，步骤(5)中所述减压冷却步骤包括：将步骤(4)中所述高温石灰依次运输至第三减压仓、冷却器；所述第三减压仓中压力为0.2-0.5MPa；所述冷却器中冷却时间为25-30min，冷却温度为50-100℃。
优选的，步骤(5)中所述减压冷却步骤还可以包括：将步骤(4)中所述高温石灰依次运输至第四减压仓、第三减压仓、冷却器；所述第四减压仓中压力为0.5-0.8MPa；所述第三减压仓中压力为0.2-0.5MPa；所述冷却器中冷却时间为25-30min，冷却温度为50-100℃。
本发明通过对高温石灰进行减压处理，使残存于高温石灰中的CO2挥发出来，避免了残存CO2与高温石灰重新反应生产CaCO3。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种活性石灰的生产工艺。
首先，本发明中使用的添加剂在高温下融化蒸发，对石灰石中的CaCO3和MgCO3的加热分解起到气浴和加热介质的作用，同时对窑内温度起到搅拌均衡的作用，因此，减少了石灰的生烧和过烧。此外，在煅烧步骤中，添加剂促进了CO2的溢出，从而加快了CaCO3和MgCO3的分解速度，减少了煅烧时间，从而降低了能源消耗，起到了环保的作用，还减少了生产成本，有利于工业化推广。
进一步的，本发明还添加了碳素，能够与硫酸钙进行反应，使其在较低温度下分解，在与添加剂的共同作用下，本发明中使得硫酸钙在温度较低的预热过程中即可分解。
此外，本发明在预热后和冷却前均采用了减压的操作，使得残留在石灰原料中的硫元素以及碳元素能够更加彻底的挥发出去，避免再次与氧化钙结合，从而提高了活性石灰的纯度，进而提高了活性石灰的活性度。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种煅烧时间短、耗能低、生产出的石灰纯度高且活性高的活性石灰的生产工艺，具体实施例如下：
实施例一
一种活性石灰的生产工艺，包括以下步骤：
(1)石灰石的筛选与前处理：选择平均直径为500mm的石灰石原料，将石灰石原料进行清洗、破碎，而后进行筛选，得到平均直径为2mm的石灰石粉料。
(2)混料：将步骤(1)中得到的石灰石粉料与3％的NaCl和0.1％的平均粒径为2μm的碳素混合均匀，得到混合石灰石粉料。
(3)预热：将步骤(2)中得到的混合石灰石粉料运输至预热器预热至650℃预热20min，而后将预热后的混合石灰石粉料运输至第一减压仓中减压至0.3MPa。
(4)煅烧：将步骤(3)中减压预热后的混合石灰石粉料传送至套筒石灰窑进行煅烧并保温，套筒石灰窑中下燃烧室的燃气用量控制为上燃烧室的燃气用量的2倍；供给上排烧嘴空气过剩系数为1.43。煅烧温度800℃，煅烧时间5min，得到高温石灰。
(5)冷却：将步骤(4)中高温石灰依次运输至第三减压仓减压至0.2MPa，而后将高温石灰运输至冷却器，在30min内冷却至50℃，得到冷却石灰。
(6)后处理：将步骤(5)中冷却石灰进行破碎、研细至平均粒径为73μm，得到活性石灰。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
实施例二
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
(1)步骤(1)中石灰石原料平均直径为600mm，筛选后得到的石灰石粉料平均直径为4mm。
(2)步骤(2)中所使用的添加剂为KCl，添加量为2.3％；碳素平均粒径为1μm，添加量为0.13％。
(3)步骤(3)中预热温度为750℃，预热时间为13min，将预热后的混合石灰石粉料运输至第二减压仓中减压至0.7MPa，再将第二减压仓中的混合石灰石粉料运输至第一减压仓减压至0.4MPa。
(4)步骤(4)中套筒石灰窑中下燃烧室的燃气用量控制为上燃烧室的燃气用量的4倍；供给上排烧嘴空气过剩系数为1.4。煅烧温度870℃，煅烧时间4min。
(5)步骤(5)中第三减压仓减压至0.5MPa，高温石灰在冷却器中于25min内冷却至70℃。
(6)步骤(6)中将冷却石灰研细至平均粒径为77μm。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
实施例三
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
(1)步骤(1)中石灰石原料平均直径为450mm，筛选后得到的石灰石粉料平均直径为3mm。
(2)步骤(2)中所使用的添加剂为草酸钾，添加量为2％；碳素平均粒径为3μm，添加量为0.2％。
(3)步骤(3)中预热温度为680℃，预热时间为10min，将预热后的混合石灰石粉料运输至第一减压仓中减压至0.5MPa。
(4)步骤(4)中套筒石灰窑中下燃烧室的燃气用量控制为上燃烧室的燃气用量的3倍；供给上排烧嘴空气过剩系数为1.5。煅烧温度900℃，煅烧时间4min。
(5)步骤(5)中将高温石灰先运输至第四减压仓减压至0.8MPa，再将高温石灰运输至第三减压仓减压至0.5MPa，高温石灰在冷却器中于27min内冷却至100℃。
(6)步骤(6)中将冷却石灰研细至平均粒径为85μm。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
实施例四
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
(1)步骤(1)中石灰石原料平均直径为550mm，筛选后得到的石灰石粉料平均直径为5mm。
(2)步骤(2)中所使用的添加剂为醋酸钾，添加量为2.7％；碳素平均粒径为1μm，添加量为0.16％。
(3)步骤(3)中预热温度为720℃，预热时间为17min，将预热后的混合石灰石粉料运输至第二减压仓中减压至0.6MPa，再将第二减压仓中的混合石灰石粉料运输至第一减压仓减压至0.2MPa。
(4)步骤(4)中套筒石灰窑中下燃烧室的燃气用量控制为上燃烧室的燃气用量的3倍；供给上排烧嘴空气过剩系数为1.46。煅烧温度830℃，煅烧时间3min。
(5)步骤(5)中将高温石灰先运输至第四减压仓减压至0.7MPa，再将高温石灰运输至第三减压仓减压至0.3MPa，高温石灰在冷却器中于25min内冷却至80℃。
(6)步骤(6)中将冷却石灰研细至平均粒径为65μm。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
实施例五
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
(1)步骤(2)中所使用的添加剂为NaCl和KCl，添加量为2.3％；碳素平均粒径为1μm，添加量为0.13％。
(2)步骤(3)中第一减压仓减压至0.4MPa。
(3)步骤(5)中第三减压仓减压至0.5MPa。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
实施例六
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
(1)步骤(2)中所使用的添加剂为NaCl和草酸钾，添加量为2.7％；碳素平均粒径为1.5μm，添加量为0.18％。
(2)步骤(3)中第一减压仓减压至0.3MPa。
(3)步骤(5)中将高温石灰先运输至第四减压仓减压至0.7MPa，再第三减压仓减压至0.3MPa。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
实施例七
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
(1)步骤(2)中所使用的添加剂为KCl和草酸钾，添加量为2.7％；碳素平均粒径为1.9μm，添加量为0.11％。
(2)步骤(3)中将预热后的混合石灰石粉料运输至第二减压仓中减压至0.6MPa，再将第二减压仓中的混合石灰石粉料运输至第一减压仓减压至0.4MPa。
(3)步骤(5)中第三减压仓减压至0.3MPa。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
实施例八
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
(1)步骤(2)中所使用的添加剂为NaCl、KCl和醋酸钾，添加量为2.2％；碳素平均粒径为2μm，添加量为0.17％。
(2)步骤(3)中将预热后的混合石灰石粉料运输至第二减压仓中减压至0.7MPa，再将第二减压仓中的混合石灰石粉料运输至第一减压仓减压至0.5MPa。
(3)步骤(5)中将高温石灰先运输至第四减压仓减压至0.8MPa，再将高温石灰运输至第三减压仓减压至0.4MPa。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
实施例九
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
步骤(2)中所使用的添加剂为NaCl、KCl、醋酸钾的等比例混合物，添加量为2.7％。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
下面通过设置对比例来进一步说明本发明的进步性。
对比例一
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
在步骤(2)中不使用添加剂。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
对比例二
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
在步骤(2)中不使用碳素。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
对比例三
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
在步骤(3)预热步骤中，预热后不进行减压操作。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
对比例四
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
在步骤(5)冷却步骤中，在冷却处理前没有减压操作。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
对比例五
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
(1)在步骤(3)预热步骤中，预热后不进行减压操作。
(2)在步骤(5)冷却步骤中，在冷却处理前没有减压操作。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
对比例六
一种活性石灰的生产工艺，与实施例一不同的是：
(1)在步骤(2)中不使用添加剂和碳素。
(2)在步骤(3)预热步骤中，预热后不进行减压操作。
(3)在步骤(5)冷却步骤中，不先进行减压操作再进行冷却。
使用温升速率法将得到的活性石灰进行活性度检测，最终得到活性石灰理化实验数据见表1。
表1：活性石灰理化实验数据
| CaO(％) | SiO<sub>2</sub>(％) | C(％) | S(％) | 活性度ml | |
| 实施例一 | 97.3 | ＜2.0 | ＜0.02 | ＜0.01 | 515 |
| 实施例二 | 96.8 | ＜2.0 | ＜0.02 | ＜0.01 | 511 |
| 实施例三 | 97.2 | ＜2.0 | ＜0.02 | ＜0.01 | 518 |
| 实施例四 | 97.6 | ＜2.0 | ＜0.02 | ＜0.01 | 523 |
| 实施例五 | 97.2 | ＜2.0 | ＜0.02 | ＜0.01 | 511 |
| 实施例六 | 97.3 | ＜2.0 | ＜0.02 | ＜0.01 | 515 |
| 实施例七 | 97.5 | ＜2.0 | ＜0.02 | ＜0.01 | 513 |
| 实施例八 | 97.1 | ＜2.0 | ＜0.02 | ＜0.01 | 522 |
| 实施例九 | 96.9 | ＜2.0 | ＜0.02 | ＜0.01 | 517 |
| 对比例一 | 85.3 | ＜2.0 | ＜2.0 | ＜0.01 | 302 |
| 对比例二 | 95.3 | ＜2.0 | ＜2.0 | ＜0.05 | 435 |
| 对比例三 | 95 | ＜2.0 | ＜0.02 | ＜0.05 | 405 |
| 对比例四 | 94.5 | ＜2.0 | ＜0.5 | ＜0.01 | 422 |
| 对比例五 | 93.9 | ＜2.0 | ＜0.5 | ＜0.05 | 417 |
| 对比例六 | 85 | ＜2.0 | ＜2.0 | ＜0.1 | 293 |
由以上实施例与对比例可以发现，本发明通过采取使用碳素、添加剂以及减压预热和减压冷却的方法，使得本发明中得到的产品中氧化钙含量以及活性度都有很大提升，C、S元素含量明显降低，其中CaO最高含量达到了97.6％，产品活性度最高达到523ml。且通过对比例也可以看出，本发明中通过添加碳素以及减压预热步骤有效的减少了产品中的S元素含量，而减压冷却步骤有效的减少了产品中的C元素含量。同时，由于对比例一与对比例六中没有使用添加剂，因此在与对比文件1相同的煅烧时间内CaCO3不能够分解完全，因此CaO含量明显降低，C元素含量明显增大。而对比例二与对比例六中没有添加碳素，因此，硫酸钙分解不完全，从而产品中含硫量明显升高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种活性石灰的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)石灰石的筛选与前处理：选择平均直径为450-600mm的石灰石原料，将所述石灰石原料进行清洗、破碎，而后进行筛选，得到平均直径为2-5mm的石灰石粉料；
(2)混料：取碳素与添加剂，并将其与步骤(1)中所述石灰石粉料混合均匀，得到混合石灰石粉料；
(3)预热：将步骤(2)中所述混合石灰石粉料进行减压预热；
(4)煅烧：将步骤(3)中经减压预热后的混合石灰石粉料传送至套筒石灰窑进行煅烧并保温，煅烧温度800-900℃，煅烧时间3-5min，得到高温石灰；
(5)冷却：将步骤(4)中所述高温石灰进行减压冷却，得到冷却石灰；
(6)后处理：将步骤(5)中所述冷却石灰进行破碎、研细至平均粒径为65-85μm，得到活性石灰。
2.根据权利要求1所述的一种活性石灰的生产工艺，其特征在于，步骤(2)中所述碳素添加量为0.1-0.2％；所述碳素粒径为1-3μm。
3.根据权利要求3所述的一种活性石灰的生产工艺，其特征在于，步骤(2)中所述添加剂为NaCl、KCl、草酸钾、醋酸钾中的一种或几种的等比例混合物；所述添加剂添加量为2-3％。
4.根据权利要求1所述的一种活性石灰的生产工艺，其特征在于，步骤(3)中所述减压预热步骤包括：将步骤(2)中所述混合石灰石粉料依次运输至预热器、第一减压仓；所述预热器中预热温度为650-750℃，预热时间为10-20min；所述第一减压仓中压力为0.2-0.5MPa。
5.根据权利要求1所述的一种活性石灰的生产工艺，其特征在于，步骤(3)中所述减压预热步骤包括：将步骤(2)中所述混合石灰石粉料依次运输至预热器、第二减压仓、第一减压仓；所述预热器中预热温度为650-750℃；所述第二减压仓中压力为0.5-0.8MPa；所述第一减压仓中压力为0.2-0.5MPa。
6.根据权利要求1所述的一种活性石灰的生产工艺，其特征在于，步骤(4)所述套筒石灰窑中下燃烧室的燃气用量控制为上燃烧室的燃气用量的2-4倍；供给上排烧嘴空气过剩系数为1.4-1.5。
7.根据权利要求4或5所述的一种活性石灰的生产工艺，其特征在于，步骤(5)中所述减压冷却步骤包括：将步骤(4)中所述高温石灰依次运输至第三减压仓、冷却器；所述第三减压仓中压力为0.2-0.5MPa；所述冷却器中冷却时间为25-30min，冷却温度为50-100℃。
8.根据权利要求4或5所述的一种活性石灰的生产工艺，其特征在于，步骤(5)中所述减压冷却步骤包括：将步骤(4)中所述高温石灰依次运输至第四减压仓、第三减压仓、冷却器；所述第四减压仓中压力为0.5-0.8MPa；所述第三减压仓中压力为0.2-0.5MPa；所述冷却器中冷却时间为25-30min，冷却温度为50-100℃。
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