氧化钙中有效钙和全钙的生成机理和理化检测方法

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   氧化钙中有效钙和全钙的生成机理和理化检测方法

    一、有效钙和全钙的生成机理概述

 氧化钙（calcium oxide），是一种无机化合物，它的化学式是CaO，俗名生石灰。物理性质是表面白色粉末，不纯者为灰白色，含有杂质时呈淡黄色或灰色，具有吸湿性。

 石灰的质量指标主要有氧化钙、活性度、生过烧，而氧化钙含量的高低是石灰质量指标中最重要的。氧化钙是指石灰的总氧化钙，既包含石灰生烧所含的氧化钙也包括石灰过烧的氧化钙。一般情况下实验室所出具的氧化钙指标为总氧化钙，不论是国标的化学分析方法还是荧光分析方法所测得均为总氧化钙，也就是俗称的“全钙”。总氧化钙中只有一部分氧化钙能与水发生消化反应，而这部分氧化钙称之为有效氧化钙或活性氧化钙。所以，石灰的优劣品质依有效氧化钙含量而定，工业用的至少达到85%，优质石灰氧化钙含量可以达到95%以上，而低质的仅为60%以下。

 石灰中有效氧化钙是指不包括石灰中的碳酸钙、硅酸钙及其他钙盐的氧化钙，简称“有效钙”。或者说是指能迅速水解形成氢氧化钙的、具有活性的那部分氧化钙。此外，石灰中一般还含有少量的硅酸钙、铝酸钙、铁酸钙等钙的化合物，他们都属于非活性的钙盐，因此都不属于有效钙。

 石灰在实际生产中影响有效钙含量的主要生成原因就是石灰“生过烧”的含量。石灰的“生烧”简单的说就是石灰石在窑内没有完全分解，就从窑内卸了出来，因此，在石灰石粒度悬殊的情况下大块石灰石中心来不及分解或者因为生产操作的原因产生偏烧或炉况失常，就会含有大量的生烧石灰。如果石灰石在窑内停留时间过长或温度过高，那么，石灰石的结晶单元就逐渐排列得整齐起来，它的体积就缩小了。原来疏松多孔的石灰就变成坚硬的石灰，体积比原来缩小40%左右，这样的石灰就是过烧石灰。过烧石灰坚硬致密，活性差，降低了反应速度，不能生成有效钙。

 石灰生过烧率的高低决定了石灰的品质，而且对下游用户的生产也带来诸多不利因素，如：在冶金行业，生烧石灰会对原料的配比带来误差，会对渣碱度的调整带来不利因素，过烧石灰由于其气孔率较低，并且密闭气孔大量存在，对转炉造渣产生了较大的影响，不利于铁水内渣化反应的迅速完成，所以在冶金行业石灰的生过烧率指标是一项重要的参考指标。在电石行业，在电石炉内生烧石灰需要进一步分解成生石灰，消耗热量，增加电耗，并且还会影响炉料的正常配比，打乱电石炉的正常操作。过烧石灰坚硬致密，活性差，降低了反应速度，并且体积缩小后，接触面积减少，引起炉料电阻下降，电极上抬，对电石炉操作不利。

        二、石灰生过烧率的检验原理和检测方法

  石灰生过烧率的检验原理是，生石灰遇水迅速反应生成氢氧化钙，脱离石灰块体，并沉淀到溶液底部，没有消化反应的部分为生烧石灰和过烧石灰的部分，称量其重量，通过残余重量占原石灰总重的数值来衡量确定生过烧率的大小。

 具体的石灰生过烧含量的测定方法一：

 称取制备好的石灰试样1.00Kg，倒入装有5Kg自来水的容器中,盖上盖子，静置消化20 分钟后连续搅拌2分钟，静置10分钟后连续搅拌2 分钟，再静置10 分钟连续搅拌2 分钟后，全部通过3mm标准圆孔筛过滤、洗涤，直到水流不浑浊。把筛内残渣转移到浅瓷盘内，在100℃-105℃的电热恒温干燥箱中烘干1h。冷却至室温后用3mm标圆孔筛筛分，筛分后称量筛中残渣重量。

石灰生过烧含量的计算：

生过烧总量（X%）按下式计算：

          X= m1/m×100

式中：m1---残渣重量,g

            m---试样重量,g

        三、有效氧化钙的测定方法实例

  石灰中有效氧化钙大于等于氧化钙含量，氧化钙含量是生石灰的综合分析，里面包括杂质和生烧，把杂质和生烧去掉就是有效氧化钙含量。氧化钙含量值是生石灰混合物中氧化钙的含量；有效钙含量则是其中钙元素的含量。有效氧化钙所占石灰百分率越高其质量越优，那么它的含量该怎检测？

  目前，有效氧化钙的测定方法一般采用检测石灰中活性的游离氧化钙占石灰试样的质量百分率的方法，具体方法如下：

第一种方法：

1、试剂：试剂蔗糖：化学纯。酸：0.5mol/l标准溶液。酚酞指示剂。

2、仪器：具有磨口玻塞的锥形瓶，天平，酸式滴定管。

3、操作步骤：操作迅速精确称取0.4～0.5g研成细粉的试样，置于250ml具有磨口玻塞的锥形瓶中，加入4g化学纯蔗糖及小玻球12～20粒，再加入新煮沸而已冷却的蒸馏水40ml。塞紧瓶塞。摇动15min，以酚酞为指示剂，用0.5mol/l酸标准溶液滴定至红色恰好消失，并在30s内不再现红色为止。

4、数据处理与记录：CaO（%）=2.8NV/W ，式中：N──酸标准溶液的浓度；V──滴定时所耗用的酸标准液的量（ml）；W──试样量（g）。

5、注意事项：注意事项测定时，不应使氧化钙生成碳酸钙，所以要用新煮沸过而尽量除去二氧化碳的蒸馏水，以免氧化钙溶于水后生成的氢氧化钙进一步与二氧化碳作用生成碳酸钙，使消耗的酸标准溶液量偏低。再者，因蔗糖只与氧化钙作用，而不与碳酸钙作用，所以称量试样要迅束，否则氧化钙会吸收空气中的二氧化碳变成碳酸钙，导致结果偏低。

第二种方法：

1、试剂：酚酞，酸标准溶液0.1mol/L

2、仪器：量筒100ml,酸式滴定管

3、操作步骤：测定方法准确称取研磨细的试样1g左右，置于烧杯内，加入刚煮沸过的蒸馏水约300ml，搅匀后全部转移至1000ml的容量瓶中，将瓶加塞不时摇动，约20min后冷却，再加入新煮沸已冷蒸馏水至刻度。混匀，过滤（过滤要迅速）。弃去最初100ml滤液，吸取50ml入锥形瓶中，以酚酞为指示剂，用0.1mol/l酸标准溶液滴定至红色消失且30秒不再出现即为终点。

4、注意事项：试中各项意义同蔗糖法。所使用的蒸馏水必须重新煮沸过。过滤要迅速，以免氢氧化钙吸收空气中的二氧化碳变为碳酸钙，而使结果偏低。

资料编辑：中国石灰产业学会