专利名称：真空煅烧石灰石获得高活性石灰的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及石灰生产领域，具体地说是一种真空煅烧石灰石获得高活性石灰的方法及装置。
背景技术：
目前，生产活性石灰的主要方法有两种——竖窑法和回转窑法。竖窑和回转窑煅烧带压力P为110～130kPa，煅烧带温度t煅为1000～1200℃，在如此高的压力和温度下煅烧石灰石所获得石灰的活性度一般小于360ml，而且一旦在高温区停留时间稍长，便会使石灰发生烧结而变成过烧石灰，失去活性。近些年还曾出现过加食盐煅烧石灰石获得活性石灰的方法，但此法生产的石灰的活性度一般仍小于360ml，一般比竖窑法和回转窑法还低，而且因为NaCl对石灰和炉衬等有负面影响，所以未得到推广。此外，专利号分别为91103712.8、94215597.1、96114235.9、99113350.1、00229065.0和02245980.4等中国专利公开的活性石灰制取方法也都是在常压和大于常压下进行的，其石灰石煅烧温度t煅一般都大于1000℃，有的(例如专利号为96114235.9的中国专利)甚至高达1400℃，在如此高的温度下煅烧石灰石，石灰石的分解速度可能很快，但却很难保证石灰具有较高的活性度，极易使石灰发生烧结而变成过烧石灰。因为上述这些专利都未从根本上降低石灰石的分解沸腾温度t沸，也就根本不可能降低石灰石的煅烧温度t煅。即使上述专利中有的声称可以在800～950℃较低温度下煅烧石灰石生产活性石灰，但那是在石灰石分解速度慢、煅烧时间长的条件下获得的活性石灰，例如专利号为99113350.1的中国专利公开的煅烧石灰石生产活性石灰的方法，其煅烧温度为950～1050℃，而煅烧时间长达40～50小时。
综上所述，现有技术都未解决石灰活性度与石灰石分解速度之间的矛盾——煅烧温度高，石灰石分解速度快，但石灰活性度低，甚至过烧而失去活性；而煅烧温度低，虽然石灰活性度较高，但石灰石分解速度慢，煅烧时间长；而煅烧温度低，还有可能造成生烧，同样会降低石灰的活性度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空煅烧石灰石获得高活性石灰的方法及装置，它能有效地解决石灰活性度与石灰石分解速度之间的矛盾，既能保证石灰具有很高的活性度，又能保证石灰石具有较高的分解速度。
实现本发明目的的该真空煅烧石灰石获得高活性石灰的方法是按如下步骤实现的(1)将符合石灰石工业标准四级或四级以上的石灰石破碎成20～40mm的小块，装入料罐，再将料罐吊装入真空电炉的真空室内，盖上密封盖；(2)启动真空系统抽真空；(3)待真空室内压力P降至100Pa以下时，开始给电炉供电加热，将真空室内的温度升高，石灰石在真空条件下开始煅烧；(4)待真空室内温度达到750～900℃温度区间内的某一温度时，由电炉温度测控柜控制电炉恒温，由真空系统控制真空室内压力P不大于1000Pa；(5)待真空室内压力P由最大值降低到小于100Pa时，停止对真空电炉供电加热；(6)待真空室内温度降低到700℃以下时，关闭真空系统，并切换阀门使真空室与大气连通，恢复真空室内压力P为常压；(7)打开密封盖，吊出料罐，卸出其中的石灰，使之快速冷却，即可获得活性度为380～450ml的高活性石灰。
本发明方法是建立在下述理论基础之上的。
(1)CaCO3(s)分解反应的热力学理论。
式中K——CaCO3(s)分解反应的平衡常数；T——CaCO3(s)分解反应温度(煅烧温度)，K。
CaCO3(s)受热分解，当其分解压PCO2(CaCO3)等于体系总压(即石灰窑内的压力)P时，分解反应最为剧烈，称为分解沸腾，此时的平衡温度叫CaCO3(s)分解沸腾温度，记为t沸。
式中t沸——CaCO3(s)分解沸腾温度，℃；P——体系压力(即石灰窑内的压力)，Pa；PΘ——标准压力，105Pa。
为使CaCO3(s)显著分解，必须使石灰石的煅烧温度(即石灰窑内煅烧带的温度)t煅＞CaCO3(s)的分解沸腾温度t沸。实际生产中的煅烧温度t煅与分解沸腾温度t沸的关系为t煅＝t沸+Δt(iii)式中t煅——石灰石煅烧温度(即石灰窑内煅烧带的温度)℃；t沸——CaCO3(s)分解沸腾温度(由热力学理论计算或实验测定)℃；Δt——过热度(由动力学理论及生产经验确定)℃。
在不同压力P条件下的t沸和t煅如表1所示。
表1 石灰石在不同压力条件下的t沸及t煅 注(1)表中分数的分母为下限值，分子为上限值；(2)表中过热度Δt为一般石灰窑的经验值。
为获得晶粒细小的高活性石灰，必须降低石灰石煅烧温度t煅。而由式(iii)可见，要降低t煅，只能靠降低t沸来实现。在生产中，为保证石灰石有一定的分解速度，就必须保证有一定的过热度，所以不能降低Δt。而由式(ii)和表1可见，只有创造真空条件，降低体系总压(即石灰窑内的总压)P，才能降低t沸。因此，真空煅烧石灰石获得高活性石灰的原理可表示为 (2)CaCO3(s)分解反应的动力学理论。
CaCO3(s)分解速度可表示为v=4πr2r0(1-Pco2/K)r0k++RTKDe(rr0-r2)---(iv)]]>式中v——CaCO3(s)分解速度，mol·s-1；r——近似球状的CaCO3(s)颗粒分解反应界面半径，m；r0——近似球状的CaCO3(s)颗粒原始半径，m；
PCO2——体系(石灰窑)中CO2分压力，105Pa；K——CaCO3(s)分解反应的平衡常数；k+——CaCO3(s)分解反应的正反应速率常数，mol·m-2·s-1；De——CO2在固体产物(CaO)层中的有效扩散系数，m2·s-1；R——理想气体常数，0.082×10-3～m3·mol-1·K-1；T——CaCO3(s)分解反应温度(煅烧温度)，K；由式(iv)可见，在温度T等其他条件一定的条件下，利用真空系统降低真空室内的压力P，即降低PCO2，当PCO2=P≈0]]>时，CaCO3(s)分解速度v可达最大值。这说明，利用真空可加快石灰石煅烧分解速度，缩短煅烧时间。
实现本发明目的的该真空煅烧石灰石获得高活性石灰的装置包括一个真空电炉；一个监测并控制该真空电炉工作温度的电炉温度测控柜；一个监测并控制该真空电炉真空室压力的真空系统；一个置于该真空电炉真空室内的料罐。
依照本发明生产高活性石灰的方法及装置，与背景技术所述直接加热式煅烧石灰的生产方法相比，由于石灰石是在真空电炉的真空室内煅烧分解的，属于用电热间接加热式煅烧，因此，有效地解决了石灰活性度与石灰石分解速度之间的矛盾，既能保证石灰具有很高的活性度，又能保证石灰石具有较高的分解速度；有效地解决了石灰受燃料或炉气污染的问题，尤其是硫污染问题，得到的高活性石灰更纯净；且因为石灰石在真空中分解速度快，煅烧温度低和煅烧时间短，煅烧时间一般为2～3h，所以热损小，能耗低。本方法生产的石灰具有品粒细小、孔隙率高、体积密度小、比表面积大、活性度高(一般为380～450ml)、反应性强的优点，更适合在冶金、制革、造纸、油漆、涂料、干燥剂等工业领域中应用。
图1为本发明石灰石煅烧装置的系统结构示意图。
图2为本发明石灰石煅烧装置的料罐结构示意图。
图3为本发明石灰石煅烧装置的料罐断面结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图及实施例详述本发明。
本实施例给出的真空煅烧石灰石获得高活性石灰的装置由电炉温度测控柜1、料罐2、真空电炉3、真空计4、油扩散泵5、真空阀6、旁路7、罗茨泵8、机械泵9组成。该真空电炉3为加热功率120kW、真空室有效容积φ20mm×400mm、工作温度为700～1400℃的无罐式真空电阻炉；该电炉温度测控柜1与真空电炉3电连接，用于监测并控制该真空电炉3的工作温度；监测并控制该真空电炉3真空室压力的真空系统由油扩散泵5、罗茨泵8、机械泵9及真空计4、真空阀6、旁路7组成，其抽气速率为600L·s-1、极限真空度为6.67×10-2Pa；该料罐2置于真空电炉3的真空室内，料罐2内部均匀分布着导热板11，罐壁10及其内部的导热板11皆由耐热不锈钢板焊接而成，罐壁10外部设置吊耳12。
本发明中的真空系统其极限真空度和抽气速率以高活性石灰的产量和活性度要求而定，料罐2的容积大小应以高活性石灰的产量要求和煅烧装置的能力而定。
依照本发明的方法步骤，本实施例进行了5次煅烧实验，每次实验装入CaO含量w(CaO)＝51.7％的符合石灰石工业标准石灰石7kg，煅烧温度850℃，真空室内的压力P在100～1000Pa范围内波动，煅烧时间2h。5次实验得到的高活性石灰的活性度分别为435mL、441ml、450ml、429ml、447ml。
权利要求
1.一种真空煅烧石灰石获得高活性石灰的方法，其步骤如下(1)将符合石灰石工业标准四级或四级以上的石灰石破碎成20～40mm的小块，装入料罐，再将料罐吊装入真空电炉的真空室内，盖上密封盖；(2)启动真空系统抽真空；(3)待真空室内压力P降至100Pa以下时，开始给电炉供电加热，将真空室内的温度升高，石灰石在真空条件下开始煅烧；(4)待真空室内温度达到750～900℃温度区间内的某一温度时，由电炉温度测控柜控制电炉恒温，由真空系统控制真空室内压力P不大于1000Pa；(5)待真空室内压力P由最大值降低到小于100Pa时，停止对真空电炉供电加热；(6)待真空室内温度降低到700℃以下时，关闭真空系统，并切换阀门使真空室与大气连通，恢复真空室内压力P为常压；(7)打开密封盖，吊出料罐，卸出其中的石灰，使之快速冷却，即可获得活性度为380～450ml的高活性石灰。
2.如权利要求1所述的一种真空煅烧石灰石获得高活性石灰的方法及装置包括一个真空电炉；一个监测并控制该真空电炉工作温度的电炉温度测控柜；一个监测并控制该真空电炉真空室压力的真空系统；一个置于该真空电炉真空室内的料罐。
3.根据权利要求2所述的真空煅烧石灰石获得高活性石灰的装置，其特征在于该真空电炉为真空电阻炉，工作温度为700～1400℃。
4.根据权利要求2所述的真空煅烧石灰石获得高活性石灰的装置，其特征在于该真空系统由油扩散泵、罗茨泵、机械泵及真空计、真空阀、旁路组成。
5.根据权利要求2所述的真空煅烧石灰石获得高活性石灰的装置，其特征在于该料罐内部均匀分布着导热板，料罐壁及其内部的导热板皆由耐热不锈钢板焊接而成，罐壁外部设置吊耳。
全文摘要
本发明涉及一种真空煅烧石灰石获得高活性石灰的方法及装置，其步骤是将石灰石破碎装入料罐，再将料罐吊装入真空电炉的真空室内；一边启动真空系统抽真空并控制真空室压力在100～1000Pa范围内，一边通电加热并由电炉温度测控柜控制煅烧温度在750～900℃范围内；待真空室压力降至小于100Pa时，停止对真空电炉供电加热，待温度降至700℃以下时，关闭真空系统并恢复真空室内压力为常压；取出料罐中的石灰快速冷却，即可获得活性度为380～450ml的高活性石灰。本发明解决了石灰活性度与石灰石分解速度之间的矛盾及石灰受燃料或炉气污染的问题，因石灰石在真空中分解速度快，煅烧温度低和煅烧时间短，所以热损小，能耗低；获得的石灰具有活性度高、反应性强的优点。
文档编号C04B2/00GK1830863SQ20061001255
公开日2006年9月13日 申请日期2006年3月31日 优先权日2006年3月31日
发明者张羡夫 申请人:河北理工大学