关于制灰灰岩质量指标的探讨

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摘要：生石灰原料分布广，生产工艺简单，是人类使用较早的无机胶凝材料之一。用途广泛。建筑生石灰的技术指标。制灰灰岩的质量指标。

关键词：生石灰的历史 生石灰的用途 质量指标

中图分类号：P642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（b）-0-02

1 生产生石灰的历史

生石灰原料分布广，生产工艺简单，是人类使用较早的无机胶凝材料之一。我国最早的石灰窑，发现于广东省英德市，经中科院广州地球化学研究所对该窑址窑壁所进行的热释光测试，推断距今1580±100年，南朝末期，大约公元6世纪，我国就开始生产、使用石灰了。

2 生产生石灰的原料

石灰岩、白垩、白云质石灰岩、贝壳等都可作为生产生石灰的原料。石灰岩是生产生石灰的主要原料，用于烧制生石灰的石灰岩在地质行业称为制灰灰岩。石灰岩的主要矿物由方解石、白云石组成，根据二者在岩石中含量的多少，岩石名称有所变化，见表1。

石灰岩中含有微量的菱镁矿及其他碳酸盐矿物，还有其他一些杂质，主要为：氧化硅；磁铁矿、赤铁矿；硅酸铝（粘土、长石、云母）。

2.1 方解石矿物特征

化学组成：分子式CaCO3，CaO 55.96%，CO2 43.97%。Ca常被Mg、Fe、Mn所置换，有时还含有少量的Pb、Zn、Sr、Ba等。遇冷稀HCl剧烈起泡。

结晶形态：三方晶系，晶体常呈柱状、板状、菱面体、复三方偏三角面体等；集合体常呈晶簇状、粒状、块状、土状、多孔状、钟乳状、鲕状、葡萄状等。

物理性质：无色或白色，有时被Fe、Mn、Cu等元素染成浅黄、浅红、紫、褐黑色；玻璃光泽；透明；解理平行菱面体{10，1}完全；断口参差状；硬度3（摩氏硬度）；比重2.6～2.8。

2.2 白云石矿物特征

化学组成：分子式CaMg（CO3）2 ，CaO 30.41%，MgO 21.86%，CO2 47.73%。经常有Fe2+、Mn2+类质同象混入物。遇冷HCl缓慢起泡。

结晶形态：三方晶系，晶体常呈菱面体，晶面常弯曲成马鞍状；有时发育成柱状或板状。集合体常呈粒状。

物理性质：无色，白色或灰色，含铁者为黄褐或褐色，含锰者可显浅红色；玻璃光泽；解理平行菱面体{10，1}完全，解理面常弯曲；硬度3.5～4（摩氏硬度）；性脆；比重2.85。

3 生石灰的生产

原始的石灰生产工艺是将石灰石与燃料（木材）分层铺放，引火煅烧一周即得。现代则采用机械化、半机械化立窑以及回转窑、沸腾炉等设备进行生产。煅烧时间也相应地缩短，用回转窑生产石灰仅需2～4 h，比用立窑生产可提高生产效率5倍以上。近年来，又出现了横流式、双斜坡式及烧油环行立窑和带预热器的短回转窑等节能效果显著的工艺和设备，燃料也扩大为煤、焦炭、重油或液化气等。

将主要成分为碳酸钙的天然岩石，在适当温度下煅烧，排除分解出的二氧化碳后，所得的以氧化钙（CaO）为主要成分的产品即为石灰，又称生石灰。在煅烧过程中，碳酸钙、碳酸镁与硅酸盐矿物被热分解为氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）与二氧化碳（CO2）气体和二氧化硅（SiO2）晶渣。

4 生石灰

是一种气硬性无机胶凝材料，主要成分氧化钙（CaO），次要成分氧化镁（MgO）。

4.1 氧化钙

化学分子式：CaO；分子量：56.077。白色（或灰色、棕白），无定形。不透明。比重：3.32～3.35。耐火难熔，熔点：2572 ℃，沸点：2850 ℃。有腐蚀性。与水反应生成氢氧化钙并产生大量热，溶于酸类、甘油和蔗糖溶液，几乎不溶于乙醇。

4.2 氧化镁

化学分子式：MgO；分子量：40.304。白色或淡黄色粉末，无臭、无味，比重3.58。熔点2852 ℃。沸点3600 ℃。有腐蚀性。与水结合生成氢氧化镁，但极易溶于稀酸，不溶于乙醇。

5 制灰灰岩质量指标的探讨

石灰中产生胶结性的成分是有效氧化钙和氧化镁，其含量是评价石灰质量的主要指标，此外，还有未消化残渣、二氧化碳含量的要求。

在煅烧过程中，形成的二氧化硅（SiO2）晶渣、未分解的碳酸钙以及原料中游离的二氧化硅（SiO2）是未消化残渣的主要成分；如果生产工艺科学，未消化残渣的主要成分是二氧化硅（SiO2）。

5.1 建筑生石灰的质量指标

石灰的生产、使用历史悠久，但是在地质矿产勘探行业却没有统一的质量要求，河北省保定地质工程勘查院最早在2004年对河北省易县的一些制灰灰岩矿区进行了勘探，当时依据国家标准《建筑石灰》（GB1594-79）三等钙质生石灰的品质指标有效钙+氧化镁含量不小于70%，以及石灰厂家生产实践经验，计算出制灰用石灰岩矿石质量要求CaO+MgO≥47%。

目前，建材行业使用的标准是1993年02月01日实施的《建筑生石灰》（JC/T479-92），该标准实施之日起，原国家标准《建筑石灰》（GB1594-79）作废。

在《建筑生石灰》（JC/T479-92）中，规定：

（1）分类：按化学成分钙质生石灰MgO≤5%，镁质生石灰MgO>5%。

（2）等级：建筑生石灰分为优等品、一等品、合格品。

（3）技术要求，见表2。

云质石灰岩中白云石最高含量是50%，那么方解石含量也是50%。根据以上2个化学反应式，可推算出1 t云质石灰岩可烧制出0.541 t生石灰（CaO+MgO），MgO占20.1%。从而可知烧制1吨生石灰的需要云质石灰岩1.848 t（1/0.541=1.848）。

依据生石灰矿山生产实践，烧制1吨生石灰需要石灰岩约1.95 t。

5.2.2 灰灰岩的质量指标的确定

由《建筑生石灰》（JC/T479-92）规定的建筑生石灰技术指标可知：镁质生石灰合格品对CaO+MgO要求最低，CaO+MgO的含量不小于75%。

CaO+MgO的量在制灰灰岩烧制成生石灰的过程中不变，设CaO+MgO在制灰灰岩中含量为x，1吨合格品的镁质生石灰CaO+MgO不小于75%。则利用代数式1.9x=1×75%求出的x值，是制灰灰岩中CaO+MgO的最小值。同理，可计算出制灰灰岩烧制钙质生石灰、镁质生石灰不同等级的生石灰的质量指标；钙质生石灰MgO≤5%，可计算出制灰灰岩烧制钙质生石灰MgO含量限值。

在理想的生产生石灰的过程中，未消化残渣的主要成分是SiO2，利用上述原理可计算出制灰灰岩SiO2含量限值。

制灰灰岩质量指标见表3。

6 结语

制灰灰岩质量指标主要是根据《建筑生石灰》（JC/T479-92）规定的建筑生石灰技术指标及化学反应式进行推算，参考了生石灰矿山生产实践的数据，没有进行实验室实验，不当之处在所难免，希望广大的业内人士批评指正。

参考文献

[1] 中华人们共和国建材行业标准.建筑生石灰（JC/T479-92）.本标准由湖北省黄石市建材化工总厂负责起草.

[2] 中华人民共和国国家标准.建筑石灰（GB1594-79）.

[3] 王志敏，李中伏，陈立景.河北省易县犁铧尖制灰灰岩成望采区2004度矿产资源储量检测报告[R].2004.