熟料煅燒過程中外加晶核技術的理論分析

張軍虎

摘要：目前，我國對能源的需求量在逐漸增加，而目前的煤炭資源的儲量有限，且燃燒時產生的煙塵、二氧化硫等有害氣體對環境造成了極大的污染和破壞。因此，為了能夠有效解決這些問題，國家出臺了一系列的政策來進行清潔生產。本文主要研究熟料煅燒過程中外加晶核技術的理論分析。

關鍵詞：熟料煅燒;外加晶核技術;理論分析

引言

目前，我國對生料煅燒過程中的粉體活性物質的研究，主要是通過對原料進行活化和煅燒方法的優化來實現的;在制備生料的過程中，如何選擇合適的反應條件，怎樣控制反應物的濃度、最佳溫度、不同的時間等問題都是在實際生產過程中需要考慮到的因素。

一、熟料煅燒及其特點

熟料煅燒是指將原料經高溫后在一定的溫度下進行加熱，使其成為可溶性的細粉狀物質的過程稱為熟料的煅練。我國的煉鐵工藝主要分 為兩種，一種是干法爐燃燒，另一種則為化學活化爐。前者采用的是傳統的熔化法，即通過對煤的預熱，使其形成固態，然后在爐內通入氧氣，使得煤中的焦油氧化成二氧化碳和水，最后再將碳轉化為氮氣，從而實現了炭化的目的;后者則是利用現代的生產技術，如電石或鋁石的粉碎、研磨、磁力研磨等，讓煤的粒度達到微米級，最終得到的粉末就可以被加工成粒徑相對較小的燃料顆粒。由于生坯的特性不同，所以對生坯的要求也不一樣。

二、煅燒過程中晶核形成的方法

（一）化學活化法

煅燒時的化學反應是在原料中進行的一種復雜的物理反應，它與反應物的結構及組成有關。在實際生產中，由于各種因素的影響和限制，使得產品的性質和特性不同，因此對材料的性能要求也就各不相同。

（二）機械法

當物質的內部有大量的水分存在時，其分子間的作用力會使其發生相互碰撞，并產生一系列的熱效應，這些現象稱為“熱力”。這種方法是利用物料的密度差，將其分為兩種，一是當外部的溫度較高時，使之從高溫到低溫，從而達到增加的目的;另一部分是外界的熱量直接或間接地從環境的介質傳遞，這叫做“內沸式”。這兩類的區別在于前者的加熱速度快，后者則慢。

（三）氣浮法

當物體的表面被一層原子層所構成的膜層被破壞，而引起的結果就是氣浮。

三、熟料煅燒過程中外加晶核技術

（一）保持熟料煅燒過程中的穩定性

當原料在一定的溫度下進行煅燒時，由于外界環境的變化會引起反應的速率發生變化，從而影響著產品的品質和產量。在這個過程中，需要控制好物料的濃度、料液的含水量、攪拌速度等條件，使其達到最佳的狀態效果。

（1）料液的過飽和度 因為熟料的過飽和度會直接對實驗的結果產生很大的干擾作用，因此，要嚴格的控制好反應物的量和混合的均勻性。（2）攪拌的方式與時間 對于不同的化學反應來說，攪拌是一個很重要的環節，它可以有效地降低生產成本，提高效率，保證了產物的質量;同時，還能避免因加熱的次數過多而導致的不穩定。所以要根據實際的情況選，擇合適的攪拌方法。一般來講，常采用的攪拌工藝有：先將熟石灰溶解，再用高錳酸鉀的水洗滌干凈，再加入適量的氯化鈣溶液，然后用高錳酸鉀的水洗至水中，最后用去離子水清洗。

（二）前處理

原料破碎是利用機械方法將物料中的部分或全部的微小碎塊分離的過程;粉碎就是將大顆粒的碎塊從細骨料中分離出來的過程;振篩是指將大粒的小料從粗骨料中篩選出的過程;球篩則是通過振動把小粒的小石塊或碎石等固體雜質和液體進行分離的設備之一。

在前處理的基礎上，對磨礦粉和水泥的混合物進行研磨，并在研磨的同時對其進一步處理，以提高其強度，降低能耗，減少損失。除上述外，熟料煅燒還可以采用濕法煅燒的方式來實現，即先用粗石灰與煤粉混合，再加入一定量的水（如硅酸鈉、三氧化鋁、硫酸鈉），經過攪拌機的反復碾壓后，使兩者充分反應，從而得到所需的細度較高的熟礦粉。這種工藝的特點在于，由于煤粉與水的比例不同，決定著兩種物質的濃度差，而灰分的含量則取決于煤的性質及用水量。

（三）熟料煅燒過程中的物相組成

通過對實驗數據的分析發現，在煅燒的過程中，由于原料顆粒的大小、形狀等的不同以及溫度的高低，都會影響到反應的進行程度，同時也會對產物的形貌和成分產生一定的作用力。

（1）料粒的選擇：在制備熟料煅燒時，需要考慮到的是要保證樣品的性質不變，并且要盡可能地使產品的粒徑盡量均勻，這樣可以提高制取的效率和質量。（2）pH值的設置：在實際的生產過程中，當礦石的硬度較低的時候就容易出現廢水的排放問題，因此，為了避免這種情況的發生，就要選用合適的pH值，而且還要注意的是，當酸性較強或較弱的時候，最好選取中性的酸來作為本品的參考依據。

（四）熟料煅燒溫度

對于原料的煅燒溫度來說，主要是指料子的揮發度，即料子在一定的條件下，從一個位置上開始的揮發度。

當物料中的水分含量較高時，其吸熱量就較大，在這個過程中，由于水分子的布朗運動，使顆粒之間的作用力增大，從而使得水蒸氣的熱膨脹，導致了水蒸汽的體積變大，因此會引起部分的孔隙被破壞，進而產生了化學吸附，降低了反應效率，同時也增加了反應物的可溶性固形物的溶蝕性。而當物料中的有機化合物的組成成分比較復雜時，則需要對其進行加熱，使之成為小塊狀，而不是塊狀。一般情況下，可以采用的是連續的方法來制備熟粒，即先把粉碎好的物料放入到容器里，然后將其放在密閉的鍋內，用玻璃棒或石英管等工具將鍋內的空氣抽出，讓它變成具有導熱系數的高溫狀態，最后再加入少量的蒸餾水，這樣就可以得到粒徑較細的均勻且帶有堿性的物質。

（五）原料的形成與計算

由于原料的種類不同，其化學組成也就不相同。在實際生產中，要根據所選的原料性質和要求，合理選擇合適的原材料進行制備。

（1）粗骨料的制備：首先，將粗骨料制成一定的形狀和大小，然后將其磨細并研磨到符合標準的尺寸;其次，研磨的細度必須達到規定的范圍;最后，用粉碎機對細度較小的顆粒加以去除，使之成為合格的粉體。（2）中粒的測定：先用振動篩對樣品的各部分壓碎，再稱取混合物的重量并記錄。（3）粉體的制備：將粉狀物料破碎成若干個小塊，待篩分好后，再加入適量的水來攪拌均勻。在上述操作完成之后，還要注意觀察是否有泥漿沉淀存在，若沒有則需加水，否則需要重新添加。如果有泥漿沉淀，則需加石灰。

（六）熟料煅燒過程中的經濟指標

經濟效益是企業生存的基本要求，而在熟料煅燒過程中，由于原料顆粒的大小、形狀、性質等對其生產效率有較大影響，所以在實際的操作中，要根據不同的情況進行調整。

（1）粉碎處理。將粒徑小于10毫米的細骨料研磨破碎后，加入一定量的水和石灰，使其成為具有較小孔隙度的粗骨，然后將細骨與水泥均勻混合，制成粉狀的磚頭，再碾壓成型。（2）研磨溫度。在煅燒的過程中，會產生大量的粉塵，這些粉塵對周圍環境的污染比較嚴重，因此要控制好活化條件，盡量減少高溫加熱時間，提高設備的耐溫性。（3）研磨劑。用量為硅酸鹽類的煤質材料研磨時，煤質的化學組成主要是碳，但也含有少量的雜質元素，這就需要選擇合適的藥劑來降低煤的熱膨脹系數，同時還應注意選用的藥劑必須無毒無害，且不含危害人體健康的有害物質。

四、結語

在熟料煅燒過程中，由于原料顆粒的大小、性質不同，其內部結構也會隨之改變，因此對物料的細度和粒度的控制也會有所不同。本文分析了熟料煅燒的基本原理，并在此基礎上，提出了一種新型的熟料無機粉體與有機結合的制備方法，并在此基礎上，進一步研究了該技術的可行性及應用價值。

參考文獻：

[1]朱金陽. 率值、外加劑和粘土組成對水泥生料煅燒階段電導的影響[D].廣西大學，2020.

[2]王一豐. 水泥熟料煅燒過程先進控制策略的設計與實現[D].中國科學技術大學，2020.

[3]薛美盛，王一豐，秦宇海.水泥熟料煅燒過程先進控制系統的設計與實現[J].化工自動化及儀表，2020，47（02）：103-109+130.