關于制灰灰巖質量指標的探討

摘要：生石灰原料分布廣，生產工藝簡單，是人類使用較早的無機膠凝材料之一。用途廣泛。建筑生石灰的技術指標。制灰灰巖的質量指標。

關鍵詞：生石灰的歷史 生石灰的用途 質量指標

中圖分類號：P642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-0-02

1 生產生石灰的歷史

生石灰原料分布廣，生產工藝簡單，是人類使用較早的無機膠凝材料之一。我國最早的石灰窯，發現于廣東省英德市，經中科院廣州地球化學研究所對該窯址窯壁所進行的熱釋光測試，推斷距今1580±100年，南朝末期，大約公元6世紀，我國就開始生產、使用石灰了。

2 生產生石灰的原料

石灰巖、白堊、白云質石灰巖、貝殼等都可作為生產生石灰的原料。石灰巖是生產生石灰的主要原料，用于燒制生石灰的石灰巖在地質行業稱為制灰灰巖。石灰巖的主要礦物由方解石、白云石組成，根據二者在巖石中含量的多少，巖石名稱有所變化，見表1。

石灰巖中含有微量的菱鎂礦及其他碳酸鹽礦物，還有其他一些雜質，主要為：氧化硅；磁鐵礦、赤鐵礦；硅酸鋁（粘土、長石、云母）。

2.1 方解石礦物特征

化學組成：分子式CaCO3，CaO 55.96%，CO2 43.97%。Ca常被Mg、Fe、Mn所置換，有時還含有少量的Pb、Zn、Sr、Ba等。遇冷稀HCl劇烈起泡。

結晶形態：三方晶系，晶體常呈柱狀、板狀、菱面體、復三方偏三角面體等；集合體常呈晶簇狀、粒狀、塊狀、土狀、多孔狀、鐘乳狀、鮞狀、葡萄狀等。

物理性質：無色或白色，有時被Fe、Mn、Cu等元素染成淺黃、淺紅、紫、褐黑色；玻璃光澤；透明；解理平行菱面體{10，1}完全；斷口參差狀；硬度3（摩氏硬度）；比重2.6～2.8。

2.2 白云石礦物特征

化學組成：分子式CaMg（CO3）2 ，CaO 30.41%，MgO 21.86%，CO2 47.73%。經常有Fe2+、Mn2+類質同象混入物。遇冷HCl緩慢起泡。

結晶形態：三方晶系，晶體常呈菱面體，晶面常彎曲成馬鞍狀；有時發育成柱狀或板狀。集合體常呈粒狀。

物理性質：無色，白色或灰色，含鐵者為黃褐或褐色，含錳者可顯淺紅色；玻璃光澤；解理平行菱面體{10，1}完全，解理面常彎曲；硬度3.5～4（摩氏硬度）；性脆；比重2.85。

3 生石灰的生產

原始的石灰生產工藝是將石灰石與燃料（木材）分層鋪放，引火煅燒一周即得。現代則采用機械化、半機械化立窯以及回轉窯、沸騰爐等設備進行生產。煅燒時間也相應地縮短，用回轉窯生產石灰僅需2～4 h，比用立窯生產可提高生產效率5倍以上。近年來，又出現了橫流式、雙斜坡式及燒油環行立窯和帶預熱器的短回轉窯等節能效果顯著的工藝和設備，燃料也擴大為煤、焦炭、重油或液化氣等。

將主要成分為碳酸鈣的天然巖石，在適當溫度下煅燒，排除分解出的二氧化碳后，所得的以氧化鈣（CaO）為主要成分的產品即為石灰，又稱生石灰。在煅燒過程中，碳酸鈣、碳酸鎂與硅酸鹽礦物被熱分解為氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）與二氧化碳（CO2）氣體和二氧化硅（SiO2）晶渣。

4 生石灰

是一種氣硬性無機膠凝材料，主要成分氧化鈣（CaO），次要成分氧化鎂（MgO）。

4.1 氧化鈣

化學分子式：CaO；分子量：56.077。白色（或灰色、棕白），無定形。不透明。比重：3.32～3.35。耐火難熔，熔點：2572 ℃，沸點：2850 ℃。有腐蝕性。與水反應生成氫氧化鈣并產生大量熱，溶于酸類、甘油和蔗糖溶液，幾乎不溶于乙醇。

4.2 氧化鎂

化學分子式：MgO；分子量：40.304。白色或淡黃色粉末，無臭、無味，比重3.58。熔點2852 ℃。沸點3600 ℃。有腐蝕性。與水結合生成氫氧化鎂，但極易溶于稀酸，不溶于乙醇。

5 制灰灰巖質量指標的探討

石灰中產生膠結性的成分是有效氧化鈣和氧化鎂，其含量是評價石灰質量的主要指標，此外，還有未消化殘渣、二氧化碳含量的要求。

在煅燒過程中，形成的二氧化硅（SiO2）晶渣、未分解的碳酸鈣以及原料中游離的二氧化硅（SiO2）是未消化殘渣的主要成分；如果生產工藝科學，未消化殘渣的主要成分是二氧化硅（SiO2）。

5.1 建筑生石灰的質量指標

石灰的生產、使用歷史悠久，但是在地質礦產勘探行業卻沒有統一的質量要求，河北省保定地質工程勘查院最早在2004年對河北省易縣的一些制灰灰巖礦區進行了勘探，當時依據國家標準《建筑石灰》（GB1594-79）三等鈣質生石灰的品質指標有效鈣+氧化鎂含量不小于70%，以及石灰廠家生產實踐經驗，計算出制灰用石灰巖礦石質量要求CaO+MgO≥47%。

目前，建材行業使用的標準是1993年02月01日實施的《建筑生石灰》（JC/T479-92），該標準實施之日起，原國家標準《建筑石灰》（GB1594-79）作廢。

在《建筑生石灰》（JC/T479-92）中，規定：

（1）分類：按化學成分鈣質生石灰MgO≤5%，鎂質生石灰MgO>5%。

（2）等級：建筑生石灰分為優等品、一等品、合格品。

（3）技術要求，見表2。

云質石灰巖中白云石最高含量是50%，那么方解石含量也是50%。根據以上2個化學反應式，可推算出1 t云質石灰巖可燒制出0.541 t生石灰（CaO+MgO），MgO占20.1%。從而可知燒制1噸生石灰的需要云質石灰巖1.848 t（1/0.541=1.848）。

依據生石灰礦山生產實踐，燒制1噸生石灰需要石灰巖約1.95 t。

5.2.2 灰灰巖的質量指標的確定

由《建筑生石灰》（JC/T479-92）規定的建筑生石灰技術指標可知：鎂質生石灰合格品對CaO+MgO要求最低，CaO+MgO的含量不小于75%。

CaO+MgO的量在制灰灰巖燒制成生石灰的過程中不變，設CaO+MgO在制灰灰巖中含量為x，1噸合格品的鎂質生石灰CaO+MgO不小于75%。則利用代數式1.9x=1×75%求出的x值，是制灰灰巖中CaO+MgO的最小值。同理，可計算出制灰灰巖燒制鈣質生石灰、鎂質生石灰不同等級的生石灰的質量指標；鈣質生石灰MgO≤5%，可計算出制灰灰巖燒制鈣質生石灰MgO含量限值。

在理想的生產生石灰的過程中，未消化殘渣的主要成分是SiO2，利用上述原理可計算出制灰灰巖SiO2含量限值。

制灰灰巖質量指標見表3。

6 結語

制灰灰巖質量指標主要是根據《建筑生石灰》（JC/T479-92）規定的建筑生石灰技術指標及化學反應式進行推算，參考了生石灰礦山生產實踐的數據，沒有進行實驗室實驗，不當之處在所難免，希望廣大的業內人士批評指正。

參考文獻

[1]中華人們共和國建材行業標準.建筑生石灰（JC/T479-92）.本標準由湖北省黃石市建材化工總廠負責起草.

[2]中華人民共和國國家標準.建筑石灰（GB1594-79）.

[3]王志敏，李中伏，陳立景.河北省易縣犁鏵尖制灰灰巖成望采區2004度礦產資源儲量檢測報告[R].2004.