第四讲熟料煅烧概述.pptVIP

第四讲 生料在煅烧过程中的物理化学变化 生料在煅烧过程中的物理化学变化 生料在加热过程中，依次发生干燥、粘土矿物脱水、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧结及熟料冷却结晶等重要的物理化学反应。这些反应过程的反应温度、反应速度及反应产物不仅受原料的化学成分和矿物组成的影响，还受反应时的物理因素诸如生料粒径、均化程度、气固相接触程度等的影响。 生料在煅烧过程中的物理化学变化 1 干燥 排除生料中自由水分的工艺过程称为干燥。 2 脱水 脱水是指粘土矿物分解放出化合水。 粘土矿物的化合水有两种：一种是以OH一离子状态存在于晶体结构中，称为晶体配位水(也称结构水)；另一种是以水分子状态吸附于晶层结构间，称为晶层间水或层间吸附水。所有的粘土都含有配位水；多水高岭土、蒙脱石还含有层间水；伊利石的层间水因风化程度而异。层间水在100℃左右即可排除，而配位水则必须高达400～600℃以上才能脱去。 生料在煅烧过程中的物理化学变化 粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示： Al2O3?2SiO2?2H20 Al2O3?2SiO2 + 2H20↑ 高岭土 偏高岭土 水蒸气 Al2O3?2SiO2 Al2O3 + 2SiO2 高岭土进行脱水分解反应属吸热过程。高岭土在失去化合水的同时，本身晶体结构遭受破坏，生成了非晶质的无定形偏高岭土(脱水高岭土)，由于偏高岭土中存在着因OH-基跑出后留下的空位，故可以把它看成是无定型的SiO2和Al2O3，这些无定形物具有较高活性。 生料在煅烧过程中的物理化学变化 3 碳酸盐分解 生料中的碳酸钙和夹杂的少量碳酸镁在煅烧过程中分解并放出CO2的过程称碳酸盐分解。碳酸镁的分解温度始于402~480℃左右，最高分解温度700℃左右；碳酸钙在600℃时就有微弱分解发生，但快速分解温度在812~928℃之间变化。MgCO3在590 ℃、CaCO3在890℃时的分解反应式如下： MgCO3 MgO + CO2↑－(1047~1 214)J/g CaC03 CaO + CO2↑－1645 J/g 其中，碳酸钙在水泥生料中所占比例80%左右，其分解过程需要吸收大量的热，是熟料煅烧过程中消耗热量最多的一个过程，因此，它是水泥熟料煅烧过程重要的一环。 生料在煅烧过程中的物理化学变化 3.1 碳酸钙分解反应的特点 1．可逆反应 2．强吸热反应 每1 kg纯碳酸钙在890℃时分解吸收热量为1645J/g，是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程。分解所需总热量约占预分解窑的二分之一。 3．烧失量大 每100 kg的纯CaCO3分解后排出挥发性CO2气体44 kg，烧失量占44%。 生料在煅烧过程中的物理化学变化 4．分解温度与CO2分压和矿物结晶程度有关 在常压(101325 Pa)和分解出的CO2分压达1个大气压(即平衡分解压力101325Pa) 的环境中，纯碳酸钙的分解温度为800℃。平衡分压增大，分解温度增高，环境CO2的浓度和压力对碳酸钙分解温度的影响见图6-2所示 生料在煅烧过程中的物理化学变化 3.2、 碳酸钙的分解过程 一颗正在分解的CaCO3颗粒，颗粒内部的分解反应可分为下列5个过程： ①热气流向颗粒表面传进分解所需要的热量Qi； ②热量以传导方式由表面向分解面传递的过程； ③在一定温度下碳酸钙吸收热量，进行分解并放出CO2的化学过程； ④分解放出的CO2，穿过CaO层，向表面扩散传质； ⑤表面的CO2向周围气流介质扩散。 生料在煅烧过程中的物理化学变化 在这5个过程中，有4个是物理传热传递过程，唯独碳酸钙吸收热量分解放出CO2的过程是一个化学反应过程。在颗粒开始分解与分解面向颗粒内部深入时，各过程对分解的影响程度不相同，哪个过程最慢，哪个便是主控过程。即碳酸钙的分解速度受控于其中最慢的一个过程。 分解速度或者分解所需的时间将决定于化学反应所需时间，即反应生成的CO2通过表面CaO层的扩散是整个碳酸钙分解过程中的速度控制过程。 生料在煅烧过程中的物理化学变化 在悬浮预热器和分解炉内，由于生料悬浮于气流中，基本上可以看作是单颗粒，其传热系数较大，特别是传热面积非常大，分解过程的速率受化学反应过程所控制。在分解炉(物料温度850℃左右)，只需几秒钟即可使碳酸钙分解率达到85%~95%。 生料在煅烧过程中的物理化学变化 3.3、 影响碳酸钙分解速度的因素 1．石灰质原料的特性 以最常见的石灰石为例，当石灰石中伴生有其他矿物和杂质一般具有降低分解温度的作用， 2．生料细度和颗粒级配