氯化铵焙烧生石灰提取可溶性钙

中国是世界上石灰石矿资源丰富的国家之 一． 石灰石的主要成分为碳酸钙( CaCO3 ) ，石灰 石可直接烧制成主要成分为氧化钙( CaO) 的生石 灰，其一般呈块状，纯的为白色，含有杂质时为淡 灰色或淡黄色． 石灰石及生石灰传统上主要 用作填料、生产水泥的原料及高炉炼铁中的烧结 添加剂等． 近年来随着精细化工的发展，特别 是纳米碳酸钙广泛应用于橡胶、塑料、造纸、油墨、 涂料等行业，对于高附加值的精制钙盐如氯 化钙的需求逐步增加．

1 实 验

1. 1 实验原料

原料: 本实验所用的石灰石为辽宁省某地所 产，磨样机磨细后经马弗炉 1 050 ℃煅烧 2 h 后随 炉冷却，石灰石成分及煅烧后的生石灰的成分见 表 1，XＲD 图谱见图 1，生石灰的粒度分布如图 2 所示．

由表 1 可知: 石灰石的主要成分是氧化钙和 二氧化碳，石灰石经高温煅烧后制得的生石灰的 主要成分为氧化钙． 由图 1 可知: 石灰石中的主要 物相为碳酸钙，生石灰的主要物相为氧化钙． 由图 2 可 知: 经激光粒度分布 仪测试，其 d50 为90. 65 μm．实验所用氯化铵为工业级优等品( NH4Cl， w≥99. 5% ) ，所用水均为二次蒸馏水，分析用药 品均为分析纯．

1. 2 实验过程及相关反应

称取 100 g 的生石灰与氯化铵按一定的铵矿 物质量的比置于陶瓷坩埚中，然后将坩埚放入电 阻炉中，设定升温温度、升温速率及保温时间，反 应生成尾气先通入稀盐酸，再通入稀碱液进行回 收． 待焙烧时间结束，试样随炉冷却，将取出的焙 烧样溶解后过滤．

1. 3 分析测试

采用 D /max － 2500PC 型 X 射线衍射仪分析 产品物相结构，测试条件: 辐射源 Cu － Kα( λ = 0. 154 05 nm) ，工作电压 40 kV，工作电流 40 mA， 采用连续扫描，扫描范围 2θ 为 10° ～ 90°，步长 0. 02°，扫 描 速 度 10°·min － 1 ． 样 品 粒 度 采 用 Bettersize 2000 激光粒度分布仪测试． 采用 SDT Q600 热分析仪进行热分析测试，测试温度范围为 室 温 至 5 0 0 ℃ ，空 气 气 氛 ，升 温 速 率 为 10 ℃·min － 1 ．

2 结果与讨论

溶出温度为 80 ℃，溶出时间为 60 min，液固 质量比为 4. 0∶ 1，搅拌速度为 400 r·min － 1 ，铵矿物 质量的比为 2. 1∶ 1，焙烧时间为 60 min 的条件下 考察不同焙烧温度对生石灰中氧化钙提取率的影 响，如图 3 所示． 由图 3a 可知: 当焙烧温度低于 250 ℃时，氧化钙提取率随着焙烧温度的升高而 增加; 当焙烧温度高于 250 ℃时，氧化钙提取率随 着焙烧温度的升高而减少． 这是因为升高焙烧温 度会加快反应速率，促进氯化铵与氧化钙反应的 进行，但当焙烧温度过高时，会加快氯化铵的分解 速率，不利于钙的提取． 实验结果表明当焙烧温度 为 250 ℃时，氧化钙提取率最大．溶出温度为 80 ℃，溶出时间为 60 min，液固 质量比为 4. 0∶ 1，搅拌速度为 400 r·min － 1 ，焙烧温 度为 250 ℃，焙烧时间为 60 min 的条件下考察铵 矿物质量的比对氧化钙提取率的影响，铵矿物质的量比过低时，钙的提 取率较低，随着铵矿物质的量比的增加，氧化钙提 取率会随之逐渐增加，当铵矿物质的量比大于 2. 2∶ 1 时，氧化钙提取率随铵矿物质的量比的增 加而增加较小． 这是由于，铵矿物质的量比较低 时，氯化铵欠量，生石灰与氯化铵的接触不充分、 生石灰中的氧化钙与氯化铵反应不完全，因此，氧 化钙的提取率较小; 随着铵矿物质的量比的增加， 生石灰中的氧化钙与氯化铵接触充分，促进反应 进行，因此，氧化钙提取率会随配比的增加而增 加． 当配比过高，反应基本达到平衡时过量的氯化铵不能明显提高氧化钙的提取率． 实验结果表明 当铵矿物质的量比为 2. 2 ∶ 1 时，反应基本达到平衡．

3 结 论

1) 在单因素的基础上进行了正交试验，确定 了氯化铵焙烧生石灰提取氧化钙的最佳工艺条件 为: 焙烧温度 250 ℃，焙烧时间 90 min，铵矿物质的量比 2. 2∶ 1; 影响生石灰中氧化钙提取率的各 因素之间的主次关系依次为焙烧温度、铵矿物质 的量比、焙烧时间．
2) 在最佳氯化铵焙烧生石灰提取氧化钙的 条件下，生石灰中氧化钙的提取率为 97. 26% ．
3) 氯化铵焙烧生石灰过程总体分三个化学 反应步骤: 在 190 ℃ 时有 CaCl2 ( CaO) 2H2O 物相 生成; 在 270 ℃ 时 CaCl2 ( CaO) 2H2O 物相消失， CaCl2 ( H2O ) 2 为 主 要 物 相，同 时 含 有 少 量 CaClOH 和 NH4Cl; 在 290 ℃ 时，NH4Cl 已经完全 消失，CaCl2 ( H2O) 2 为主要物相，同时含少量的 CaClOH．