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概述
調(diào)研大綱

石灰作為一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無機(jī)膠凝材料,在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著重要地位,其生產(chǎn)過程主要是將石灰石、白云石、白堊、貝殼等碳酸鈣含量高的原料,經(jīng) 900 - 1100℃高溫煅燒而成。

石灰憑借其較強(qiáng)的堿性,在常溫下能與玻璃態(tài)的活性氧化硅或活性氧化鋁發(fā)生反應(yīng),生成具有水硬性的產(chǎn)物,進(jìn)而產(chǎn)生膠結(jié)作用,這一特性使其成為建筑材料工業(yè)中不可或缺的原材料。

云南擁有豐富的石灰石資源,礦山數(shù)量眾多,在全國石灰石資源分布中占據(jù)顯著位置。這一資源優(yōu)勢為云南石灰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。長期以來,云南石灰產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大,逐漸形成了以昆明、曲靖、紅河等地區(qū)為主的產(chǎn)業(yè)聚集地。這些地區(qū)憑借資源和交通優(yōu)勢,吸引了眾多企業(yè)布局,產(chǎn)能占全省總產(chǎn)能的 60% 以上 ,成為推動云南經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量。

一、石灰的定義與分類?

石灰的化學(xué)名稱為氧化鈣(CaO),是一種白色或灰色的塊狀或粉末狀固體,是一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無機(jī)膠凝材料。其制作過程通常是將主要成分為碳酸鈣(CaCO?)的天然巖石,如石灰石、白云石、白堊、貝殼等,在高溫(900 - 1100℃)條件下煅燒,使其分解,排出二氧化碳(CO?)后而制得。在實(shí)際生產(chǎn)中,由于生產(chǎn)原料中常含有碳酸鎂(MgCO?),因此生石灰中還含有次要成分氧化鎂(MgO),根據(jù)氧化鎂含量的多少,生石灰分為鈣質(zhì)石灰(MgO≤5%)和鎂質(zhì)石灰(MgO>5%)。?

在應(yīng)用領(lǐng)域,根據(jù)其加工形態(tài)和性質(zhì),石灰又可細(xì)分為以下幾種類型:?

生石灰:即剛從煅燒窯中產(chǎn)出的石灰,主要成分是氧化鈣(CaO) 。其外觀通常為白色或灰色塊狀,質(zhì)地堅(jiān)硬。生石灰具有很強(qiáng)的吸水性,暴露在空氣中會迅速吸收水分,與水發(fā)生劇烈反應(yīng),生成氫氧化鈣(Ca (OH)?),并放出大量的熱,這個(gè)過程稱為石灰的熟化或消化。反應(yīng)方程式為:CaO + H?O = Ca (OH)?。由于其強(qiáng)堿性和吸水性,生石灰在建筑、冶金、化工等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用,如在建筑中用于制作石灰砂漿、石灰混凝土;在冶金中用于去除鐵礦石中的雜質(zhì);在化工生產(chǎn)中用于生產(chǎn)碳酸鈣、漂白粉等。?

熟石灰:又稱消石灰,是生石灰與水反應(yīng)后的產(chǎn)物,主要成分是氫氧化鈣(Ca (OH)?) 。熟石灰為細(xì)膩的白色粉末狀固體,微溶于水,其澄清的水溶液被稱為澄清石灰水,與水組成的乳狀懸浮液則稱為石灰乳。熟石灰在建筑領(lǐng)域用于制作石灰砂漿、抹灰材料;在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域用于改良土壤,增加土壤的堿性;在食品工業(yè)中,在一定條件下用于某些食品的加工,如制作玉米餅;在水處理中用于調(diào)節(jié)水的酸堿度,軟化水質(zhì)。?

石灰膏:是塊狀生石灰用較多的水(約為生石灰體積的 3 - 4 倍)熟化而得到的膏狀物,也稱石灰漿,主要成分也是 Ca (OH)?。石灰膏在建筑工程中常用于配制石灰砂漿、石灰石膏等,用于砌筑和抹面,具有良好的可塑性和保水性,能夠提高砂漿的粘結(jié)性能和施工性能。?

生石灰粉:由塊狀生石灰磨細(xì)而得到的細(xì)粉,其主要成分同樣是 CaO。生石灰粉相較于塊狀生石灰,在使用時(shí)更加方便,能更均勻地與其他材料混合,常用于一些對石灰細(xì)度要求較高的場合,如生產(chǎn)某些特種水泥、涂料等。?

二、石灰的生產(chǎn)工藝?

石灰的生產(chǎn)原理主要基于石灰石的高溫煅燒分解反應(yīng),石灰石的主要成分碳酸鈣(CaCO?)在高溫條件下(900 - 1100℃)會發(fā)生分解,生成氧化鈣(CaO)和二氧化碳(CO?),化學(xué)反應(yīng)方程式為:CaCO? = 高溫 = CaO + CO?↑ 。這一過程需要消耗大量的熱能,通常使用煤炭、焦炭、天然氣等作為燃料,為反應(yīng)提供所需的高溫環(huán)境。?

在云南石灰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程中,生產(chǎn)工藝經(jīng)歷了從傳統(tǒng)到現(xiàn)代的演變,不同的生產(chǎn)工藝在產(chǎn)能、能耗、產(chǎn)品質(zhì)量等方面存在顯著差異:?

傳統(tǒng)立窯工藝:立窯是一種較為常見的傳統(tǒng)石灰生產(chǎn)設(shè)備,具有結(jié)構(gòu)相對簡單、建設(shè)投資較少的特點(diǎn)。在立窯生產(chǎn)過程中,將石灰石和燃料按一定比例混合后,從窯頂加入,在窯內(nèi)自上而下移動,經(jīng)過預(yù)熱、煅燒、冷卻等區(qū)域,完成石灰石的煅燒過程。立窯的優(yōu)點(diǎn)在于對原料的適應(yīng)性較強(qiáng),可以適應(yīng)多種石灰石原料的燒成要求,且單位產(chǎn)品所消耗的燃料相對較少,能耗較低。然而,立窯也存在諸多不足之處。由于立窯內(nèi)物料分布不易均勻,且溫度波動較大,容易導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,產(chǎn)生欠燒和過燒品;其生產(chǎn)屬于間歇式操作,自動化程度相對較低,需要人工進(jìn)行加料、出灰等操作,勞動強(qiáng)度大;此外,立窯的窯體高度大,占地面積多,在一定程度上限制了其生產(chǎn)規(guī)模。?

新型回轉(zhuǎn)窯工藝:回轉(zhuǎn)窯是一種現(xiàn)代化的石灰生產(chǎn)設(shè)備,以其生產(chǎn)能力大、煅燒質(zhì)量均勻穩(wěn)定等特點(diǎn),成為大型石灰生產(chǎn)企業(yè)的首選?;剞D(zhuǎn)窯呈圓筒形,通過筒體的旋轉(zhuǎn),使石灰石在窯內(nèi)不斷翻滾,并均勻受熱。在回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程中,石灰石從窯尾進(jìn)入,在窯內(nèi)與高溫?zé)煔饽嫦蛄鲃?,依次?jīng)過預(yù)熱、分解、煅燒、冷卻等區(qū)域,完成整個(gè)煅燒過程。回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)勢明顯,它能煅燒各種耐火原料,包括難燒結(jié)和易結(jié)坨的原料,且物料在窯內(nèi)受熱均勻,燒成時(shí)間短,煅燒質(zhì)量較為均勻、穩(wěn)定;生產(chǎn)線自動化程度較高,可以實(shí)現(xiàn)原料輸送、上料、布料、出灰、除塵等環(huán)節(jié)的自動控制,降低人為因素的影響,適用于年產(chǎn)量在 10 萬噸以上的大型石灰生產(chǎn)企業(yè)。但回轉(zhuǎn)窯也存在一些缺點(diǎn),如建設(shè)投資大,窯體長度大,占地面積多,且所屬設(shè)備、材料多;其密封性能相對較差,漏風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重,導(dǎo)致熱效率降低;此外,回轉(zhuǎn)窯飛灰損失大,除塵問題相對較難解決,容易對周圍環(huán)境造成污染。?

其他工藝:除了傳統(tǒng)立窯和新型回轉(zhuǎn)窯工藝外,還有一些其他的石灰生產(chǎn)工藝,如豎式電石爐煅燒工藝等。豎式電石爐煅燒利用電石爐產(chǎn)生的高溫進(jìn)行石灰石的煅燒,適用于大規(guī)模生產(chǎn)。該工藝具有熱效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn),但對設(shè)備和技術(shù)要求較高,投資成本也相對較大。三、石灰的特點(diǎn)?

石灰作為一種重要的無機(jī)膠凝材料,具有一系列獨(dú)特的物理和化學(xué)特點(diǎn),這些特點(diǎn)不僅決定了其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用方式,也對其應(yīng)用效果產(chǎn)生了重要影響:?

凝結(jié)硬化慢:石灰的凝結(jié)硬化過程較為緩慢,這是由于石灰與水反應(yīng)生成氫氧化鈣后,氫氧化鈣需要與空氣中的二氧化碳發(fā)生碳化反應(yīng),逐漸形成碳酸鈣晶體,從而實(shí)現(xiàn)硬化。碳化反應(yīng)過程較為緩慢,導(dǎo)致石灰的凝結(jié)硬化時(shí)間較長。在建筑施工中,使用石灰砂漿進(jìn)行砌筑或抹面時(shí),需要較長時(shí)間才能達(dá)到足夠的強(qiáng)度,這在一定程度上影響了施工進(jìn)度。但在一些對施工速度要求不高,且需要材料具有良好耐久性的場合,如古建筑修復(fù)等,石灰的這一特點(diǎn)則可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢,確保修復(fù)后的建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、持久。?

可塑性好:石灰在熟化后形成的石灰漿體具有良好的可塑性,能夠很容易地被塑造成各種形狀,便于施工操作。在建筑工程中,石灰膏與砂、水泥等混合制成的石灰砂漿,具有良好的和易性,能夠填充磚石之間的縫隙,使砌體結(jié)構(gòu)更加牢固,同時(shí)也方便工人進(jìn)行砌墻、抹面等操作,提高施工質(zhì)量和效率。?

耐水性差:石灰硬化后的主要成分氫氧化鈣,在水中會發(fā)生溶解,導(dǎo)致強(qiáng)度降低,因此石灰的耐水性較差。如果石灰制品長期處于潮濕環(huán)境中,其結(jié)構(gòu)會逐漸被破壞,影響使用性能。在建筑應(yīng)用中,對于經(jīng)常接觸水或處于潮濕環(huán)境的部位,如衛(wèi)生間、地下室等,一般不單獨(dú)使用石灰作為膠凝材料,而是與其他耐水性較好的材料(如水泥)復(fù)合使用,以提高材料的耐水性能。?

吸濕性強(qiáng):生石灰具有很強(qiáng)的吸濕性,能夠迅速吸收空氣中的水分,發(fā)生熟化反應(yīng),生成氫氧化鈣。這一特性使得生石灰常用作干燥劑,用于吸收環(huán)境中的水分,保持物品的干燥。在一些倉庫、地下室等容易受潮的場所,可以放置生石灰來降低空氣濕度,防止物品受潮霉變;在食品、藥品等行業(yè),也常利用生石灰的吸濕性來延長產(chǎn)品的保質(zhì)期。?

硬化后體積收縮大:石灰在硬化過程中會發(fā)生較大的體積收縮,這可能導(dǎo)致石灰制品出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。在生產(chǎn)石灰制品時(shí),需要采取一些措施來減少體積收縮帶來的影響,如加入適量的纖維材料(如麻刀、紙筋等),以增強(qiáng)石灰制品的抗裂性能;在施工過程中,也需要注意控制石灰漿體的厚度和施工面積,避免因體積收縮過大而產(chǎn)生裂縫。?

化學(xué)穩(wěn)定性差:石灰中的主要成分氧化鈣和氫氧化鈣,化學(xué)性質(zhì)較為活潑,容易與空氣中的二氧化碳、二氧化硫等氣體發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致石灰的性能發(fā)生變化。石灰長期暴露在空氣中,會逐漸吸收二氧化碳,發(fā)生碳化反應(yīng),使石灰的強(qiáng)度和硬度增加,但同時(shí)也會降低其可塑性和粘結(jié)性;如果空氣中含有二氧化硫等酸性氣體,還會與石灰發(fā)生中和反應(yīng),腐蝕石灰制品,縮短其使用壽命。在使用石灰時(shí),需要根據(jù)具體的使用環(huán)境和要求,采取相應(yīng)的防護(hù)措施,如對石灰制品進(jìn)行表面涂層處理,以提高其化學(xué)穩(wěn)定性。

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