石灰岩利用（共8篇）
石灰岩利用 篇1
1 永安市的自然概况
永安市位子福建省中部偏西,介于东经116°56'-117°47',北纬25°33'～26°12'之间。总面积2937.91平方公里[1]。永安市属亚热带海洋气候。夏长冬短,雨量充沛,气候湿润。境内山川交错,地形复杂,小区域性气候强。年平均气温19.1℃,总降水量1569mm[2]。
2 永安市石灰岩地貌特征
永安石灰岩按岩性不同共划分12层,除上、下部各有两层灰岩质量差暂不能利用外,其余各层均可作为矿层。矿体为层状缓倾斜,厚度410-680m,由于受后期断裂和岩溶影响,被切割成数块,分布于盆地中,皇悬岩陡壁、孤峰,形成石林群,相对高度差60～120m,最高230mm。Ca050%～55%、MgO1%～2%,有害杂质少,质量稳定,尤其是船山组灰岩质量最佳。该山区的地貌类型主要以丘陵、山地,但有沟谷和小盆地相间分布。有部分的峰林或峰丛洼地分布,地表岩石裸露,土壤覆盖率少。
3 永安市的石灰岩分布状况
主要有曹边、坑边、大湖3处大型矿床。矿点有石碧、长川寮、龙瑭、大龙逢、槐南、孟顶山、马寨山、清水孟、奇河等处。已探明总储量52706.4万吨。根据岩性特征,本市石灰岩分为黄龙、船山、栖霞三组。黄龙组矿体为白云岩,白灰质灰岩。厚度25～160m;船山组矿体为纯灰岩,夹少量的白云质灰岩,厚度15～194m;栖霞组含燧石条带状灰岩,厚度大于24m。曹田大型矿床在安砂镇曹远乡,已探明储量2.8756亿吨[3]。
4 永安市石灰岩资源的开发利用
永安市石灰岩的开发利用从本人的角度出发认为可以分为两方面考虑:一方面是从石灰岩的矿产价值方面开发。另一方面是从石灰岩山区的独特旅游资源方面开发。
第一方面:石灰岩的矿产价值开发。
4.1 永安市石灰岩矿产开发现状
永安市现有我省重要工矿企业如福建水泥厂,永安维尼伦厂,永安火电厂以及实习区西面的安砂水电厂和加福煤矿等。主要是水泥用岩。但有的企业设备严重老化,资金困难,企业创新能力差。对石灰岩的利用不够合理,浪费现象严重,总体利用率底,成本高。应该根据石灰岩特性、主要用途等方面考虑,加以开发。
4.2 石灰岩工艺特性
石灰具有导热性、坚固性、吸水性、不透气性、隔音性、磨光性、很好的胶结性能以及可加工性等优良的性能,既可直接利用原矿,也可深加工应用。
4.3 石灰岩主要用途
石灰岩在冶金、建材、化工、轻工、建筑、农业及其它特殊工业部门都是重要的工业原料。随着钢铁和水泥工业的发展,石灰岩重要性必将进一步增强。
石灰岩的主要用途见表[4]。
4.4 发展对策
从上面的石灰岩工艺与用途表,可以清楚的看出石灰岩是应用领域相当广。根据永安自己特点:a.立足当前,发展水泥产业。在原有的基础上更新设备,提高石灰岩矿的利用率,进一步加大水泥生产。b.永安市是能源原材料产品生产基地,同时也是高能耗地区,万元产值能耗一直较高。应以抓资源综合利用为重点,加大对落后工艺和落后技术的改造力度,鼓励企业推行能源原材料的综合利用,减少三废排放,减缓环境压力,提升产品档次,提高综合效益。。.切实加强与石灰岩生产的项目建设和招商引资工作。积极推进市级重点项目,尤其是生产性重点项目建设,保证重点项目按序时进度保质保量完成。d.做好产品的外销战略,特别是做好与周边各省的贸易交易。
第二方面:石灰岩山区的旅游资源开发。
永安市的石灰岩山区分布较广,且盆地、沟谷相间分布,山体发育充分,地貌旅游资源极其丰富,做好石灰岩山区的旅游开发利用也是对石灰岩资源利用不可缺少的一个环节。根据其岩性组成和喀斯特程度的不同,大体可以划分为石灰山区和半石灰岩山区两大类,其治理开发也有所不同。
4.5 永安市现有旅游开发现状
永安石灰岩山区,旅游资源得天独厚,拥有国家级风景名胜区桃源洞——鳞隐石林,被誉为“绿色植物基因库”的省级自然保护区天宝岩,及甘乳岩、九龙湖、普禅山等自然风光和抗战文化遗址等。位于市西北13km的鳞隐石林,还有与之相连的还有洪云山石林、十八洞、石洞寒泉等六个景片。但开发力度不够,效益不佳。
4.6 发展对策
4.6.1
发展生态林和保护好原有森林植被,改善生态环境。永安市年平均气温为19.1℃,总降水量为1569mm,属于亚热带地区。在这种气候条件下,山区容易发生水土流失现象,生态脆弱。有必要的退耕还林,封山育林。保持好山区良好的生态系统。
4.6.2
有必要的建设森林公园或自然保护区。永安市位于福建中西部,生物资源丰富,石灰岩山区峰林跌宕,环境较隐蔽,建立保护区对于保持生物多样性、吸引旅客有重要作用。
4.6.3 进行旅游资源的深层次开发,发展旅游业[5]。
a.搞好基础设施建设,包括交通、供水、环保以及能源和通讯等设施。
b.做好林业发展规划,自然保护区发展规划,基础设施、旅游景点布局规划,并按规划搞好建设。
c.制定有关法规、依法有效的加以保护。并做好对外宣传,提高旅游资源的知名度。
结语
从上述可以看出永安市石灰岩开发中还需要更多的智力和资金支持,大力发展相关产业。只要该市人民努力奋斗,永安城定能成为福建省新颖的城市,成为海西建设、福建中西部建设的领航兵。
摘要：福建省永安市石灰岩资源主要分布于福建省中西部地区的石灰岩资源，其中以永安市地区的石灰岩资源较多、而且质量较佳、发育充分，是福建省重要的石灰岩矿产生产、出口地。对该地区的矿床岩层特征、地貌特征等进行研究，提出使该区资源得到合理的开发与利用、达到可持续发展的思路。
关键词：石灰岩,永安,开发利用,资源
参考文献
[1]永安县志．
[2]福建自然地理[Z]．
[3]中国矿床发现史，福建卷[M]．87-88，93-95．
[4]http://www.sdinfo.net.cn/gmrs/nmr/shihuiyan. htm
[5]陈朝辉．广东省石灰岩山区治理与开发研究[J]．热带地理，1992，12(4)．
石灰岩利用 篇2
做建筑材料,生产石灰、水泥、玻璃、炼铁等等。
二、石灰石的主要成分——碳酸钙
1.检验方法:与盐酸反应,看是否产生二氧化碳气体。
CaCO3+2HCl =CaCl2+CO2↑+H2O
2.碳酸盐都能与盐酸反应产生二氧化碳气体。
三、石灰石、生石灰和熟石灰之间的相互转化
1.石灰石制生石灰:CaCO3= CaO+CO2↑
2.生石灰转变成熟石灰:CaO+H2O= Ca(OH)2(反应放热)
3.熟石灰转变成碳酸钙:Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O
6、课后练习
(1)某建筑工地堆满了各种各样的建筑材料:钢筋旁边堆放着沙子,沙子旁边堆满了生石灰,生石灰上面又放了一些搭手脚架用的竹杆。在一个雷雨交加的夜晚,工地突发大火,包工头怀疑有人纵火,于是报了案。可是警察勘查过现场之后却说是工地自己着的火。你知道这起离奇纵火案的案犯是谁吗?
(2)一间房间的墙壁,刚用熟石灰粉刷过,房间的主人为了使墙壁干得更快些,就在房间里生了一只煤炉,不久却发现墙壁比以前更潮湿了。你能解释其中的奥妙吗?
(3)地质人员在野外勘探时往往带着一小瓶盐酸,它的作用是什么?
水泥用灰岩矿资源综合利用探讨 篇3
灰岩主要用作水泥及冶金、化工行业的等生产原材料,其中多为水泥用灰岩。
我国经济近几十年的高速发展,消耗了大量的水泥,使得水泥用灰岩矿石资源在部分地区日益短缺。福建省露天开采的剥采比指标已大大高于全国水平,地下开采矿山在福建省率先出现并已大量存在。据不完全统计资料,福建省已探明的水泥用灰岩资源仅可维持水泥生产30年左右。资源的短缺现象严重影响了水泥项目及社会经济的良性发展。
以往水泥用灰岩矿山开采对于覆土、围岩、夹石等剥离物大多直接予以排弃,既占用土地、影响环境,又遗留了诸多安全隐患,宝贵的矿产资源亦未得到充分的利用,同时加剧了资源的紧缺局面。做好资源综合利用工作,变废为宝,充分利用资源已到了刻不容缓的地步。
2 水泥用灰岩资源综合利用探讨
2.1 基本情况
通常,露天开采灰岩矿山的排弃物中主要含有开采境界内的顶部覆盖层及矿体周边的围岩与矿体中的夹石等剥离物。
由于水泥产品用途的特殊性,水泥生产对于原材料有着严格的质量要求,以确保水泥产品的百分百合格,确保工程建设项目质量不因之受任何影响。《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》对于水泥用石灰质原料矿石主要化学成分的一般要求为:I级品Ca O≥48%,Mg O≤3%,f Si O2≤6%;Ⅱ级品Ca O≥45%,Mg O≤3.5%,f Si O2≤6%。
随着水泥生产工艺的不断发展,对入窑石灰石品位的要求有所变化,特别是目前水泥厂大多具有7d以上的矿石均化能力,为矿山尽量利用围岩、夹石及低品位矿石创造了十分有利的条件。但作为水泥生产的主要原料矿山,仍要严把质量关,从源头抓起,在始终保持出矿品位基本均衡稳定的同时,充分利用资源,以便为水泥厂的生产留出必要的余地,确保水泥的各项指标达到相关标准要求。
2.2 水泥用灰岩矿体一般特点
灰岩为沉积类矿床,矿体一般呈层状、似层状产出。矿体厚度大多较为厚大,一般可达数十米至百余米甚至更大,矿体中大多含有部分厚度为数米至数十米的非矿夹石层。
就福建省多数灰岩矿山的一般情况而言,栖霞组灰岩矿体上部围岩多为栖霞组的非矿岩层;船山组灰岩矿体上部围岩多为栖霞组底部的非矿岩层。上述围岩通常Ca O含量可达30%左右,Si O2含量为30%左右。
栖霞组灰岩矿体中的夹石层主要为高硅夹石,其Ca O含量可达40%左右,Si O2含量多为10%~20%;船山组灰岩矿体中的夹石层主要为高镁夹石,其Ca O含量亦可达40%左右,Mg O含量多为10%左右。
2.3 综合利用水泥用灰岩矿山资源的方法探讨
2.3.1 了解水泥生产需求,为综合利用资源创造条件
矿山开采的目的就是为了满足水泥厂生产的需求。充分调查了解矿山所服务水泥厂的生产情况及其对入窑品位的要求,以做到心中有数,是做好矿山开采工作的基本前提。
目前水泥厂大多采用新型干法回转窑生产工艺,与以往的立窑或其他窑型的生产工艺有所不同,在多数情况下,石灰石矿石的部分指标亦可有所不同。特别是当与水泥生产实际所用的粘土等其他原材料的成分统筹考虑时,入窑石灰石原料的Ca O、f Si O2等指标均有一定的调整余地。在综合现场所有相关情况的基础上,合理确定矿山的出矿品位与相关要求,为充分利用可用资源创造条件。
分析相关指标及水泥生产配料要求,围岩与夹石均不能作为矿石单独使用,但大多含有较高的有益成份,其有害成分通常超标不多。特别是矿体中的夹石,经适当的搭配开采并与粘土等其他原料妥善配料后,多数可以满足烧制水泥的使用要求,部分围岩亦可得到较好的利用。
2.3.2 从研究地质资料入手,合理确定矿山开采境界
剥采比是露天矿山确定开采境界的一个十分重要的指标,而矿山开采境界一旦确定,后期变动大多需付出一定代价。地质勘查规范对剥采比指标的要求为一般不大于0.5∶1。福建省石灰岩矿产资源少,赋存状况多不甚理想,开采技术条件普遍较差,覆盖层厚、剥离量大是其主要表现之一。目前福建省石灰石矿山实际采用的经济合理剥采比指标通常达1∶1~1.5∶1,个别矿山甚至达到2∶1,为充分利用宝贵的石灰石资源、缓解石灰石供需矛盾起到了良好的作用。
露天开采的经济合理剥采比,通常按露天开采矿石总成本不大于地下开采的矿石成本来确定,即:
n经=(c-a)/b
式中:a——露天开采矿石成本,元/m3;
c——地下开采矿石成本,元/m3;
b———露天开采剥离成本,元/m3。
露天矿山设计中一般采用境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则来确定露天矿山的合理开采范围(平均剥采比也不大于经济合理剥采比)。剥采比指标的提高,可有效增加资源的利用量。
地质工作是矿山开采的眼睛,矿山设计、建设与生产均应充分利用地质工作成果。特别是矿体在拟开采范围内各处的具体赋存情况、矿体与围岩及夹石的化学成分并其详细变化等情况均应全面研究了解。充分掌握矿山的地质情况是合理圈定开采境界、做好资源综合利用工作的基础。
在认真分析研究已有地质资料的基础上,根据所确定的剥采比指标,同时充分考虑围岩与夹石的利用及其它相关因素,将可综合利用的围岩与夹石视同矿石,以正确反映现场实际开采情况,做到合理有效利用资源。
2.3.3 妥善确定矿山开采作业要素及作业面布置方案,为保障出矿品位的稳定打基础
灰岩矿体在相同层位的质量变化通常相对较小,而矿体在不同层位的质量变化一般则相对较大。
目前灰岩矿山均采用台阶式机械化开采,台阶高度等作业要素在满足安全生产要求的情况下,通常主要考虑作业设备之间的协调配套。但在某些情况下(如:考虑矿体产状、矿岩分布及爆破后矿石主要成份变化等情况),为了保证矿石均衡开采并得以充分利用,可在部分地段适当调整台阶高度及其设置标高。
开采作业面的布置除了满足设备正常作业等需要,则通常应考虑质量均衡问题。呈层状产出的灰岩矿体的赋存特点在某些情况下为均衡矿石质量创造了一定的有利条件。垂直矿体走向的横向布置开采作业面可以横切矿体,对台阶高度内爆落的矿石质量起到良好的均化作用,可以部分起到搭配开采的效果(斜交矿体走向布置开采作业面可以起到类似效果),有条件或有必要时可以考虑采用。
2.3.4 加强现场管理,及时调度生产作业地点,随时保证出矿品位满足计划要求
呈层状、似层状产出的灰岩矿体虽然总体上化学成分大多较为稳定,但通常仍有一定变化。对于地质情况复杂、质量变化较大的矿山,若控制不当,将直接影响出矿品位的波动并可能造成生产的较大被动,生产中应高度重视现场管理工作。
为做到对现场质量分布情况的详细了解,生产中应注意充分利用根据地质资料所作的分层平面图等资料。对中深孔爆破的凿岩钻孔岩粉随时进行取样化验,并进行相关分析、对比,掌握各处质量变化规律等情况,为矿山开采的日常生产作业调度提供直接依据。
生产中尚应根据开采区内各地段质量变化情况,提前做好开拓及采准工程布置并留有必要的调节余地。有条件时应尽量保持较长的作业线长度及较多作业面,以在保证满足最小作业间距等基本要求的情况下适当灵活调整开采作业地点。必要时进行搭配开采,保证矿山开采随时处于掌控之中,做到在满足矿石质量、保障出矿品位相对稳定的同时,尽量多利用围岩、夹石,达到充分利用有限资源的目的。
采取适当措施后,矿体中的夹石及部分Ca O含量为40%左右的围岩大多可以直接混入矿石开采用于烧制水泥,可以达到较为理想的效果。
2.3.5 充分利用其它剥离物,进一步减少排放量
剥采比指标的提高,在增加可采矿石量的同时,也大大增加了矿山开采的剥离量。
生产中,夹石大多无需单独剥离排放。但对于围岩,由于其成分与水泥原料需求差距较大,大多仍难以直接利用。矿体上部的覆土,通常占总剥离量的甚大比例,其部分成分亦比较复杂。为此,尚要采取其它措施,以尽量充分利用剥离物,进一步减少排放量。
(1)围岩的利用。经搭配开采后仍难以用于烧制水泥的围岩(含侵入的脉岩),通常在开采中需单独予以剥离。根据部分水泥生产企业的调查,对于Ca O含量为30%左右的栖霞组围岩可部分用作为混合材使用,视不同企业产品的差异,其用量可达水泥产量的10%~20%;其余围岩通常可考虑作为道路建设或一般建筑材料使用。特别是随着国家对环境保护与资源利用管理要求的不断提高,建筑用石矿山的数量近年大幅减少,为灰岩矿山开采所产生的废石提供了良好的利用空间。为便于建筑使用,矿山剥离时应注意尽量防止混入表土及树根杂草。有条件时在适当位置建设破碎系统,可以在消化使用矿山剥离围岩的同时,为企业创造一定的经济效益。
(2)覆土的利用。福建省灰岩矿山顶部大多覆盖有第四系浮土。该部分覆土部分可以满足水泥生产对粘土质原料的质量要求。由此,则为矿山剥离的覆土提供了一定的利用空间。
水泥生产对于粘土质原料的质量一般要求为:硅酸率2.5~3.5,铝氧率1.5~3.0,Mg O≤3%,(K2O+Na2O)≤4%,SO3≤2%。
水泥生产配料使用的粘土,通常可占原材料用量的15%左右。只要满足配料要求,均可尽量直接利用矿山剥离的覆土。对于部分质量指标不符的剥离覆土,可进行适当搭配后利用,通常均可收到较好效果。
国家目前对矿山开采后的生态环境恢复治理要求甚严,开采后的场地均要求在消除地灾隐患的基础上进行复绿等治理。矿山生态环境恢复治理可以充分利用剥离的覆土。特别是带有树根草皮的表层腐殖土,难以用于水泥生产,但却是生态环境治理用土的良好材料,妥善制定方案,其使用数量亦较为可观。
粘土烧制砖瓦是一个传统用途。在当前禁止开山取土烧制砖瓦的大形势下,在诸多地方,无需鼓励就可得到良好的应用。矿山建设时可努力寻求合作并提供方便,以尽量减少剥离物的排放。
3 实例
(1)福建省某外资水泥企业。年产水泥约200万t,年使用剥离的土方量约10万m3,矿体中的夹石全部利用,部分栖霞组围岩作为混合材使用,年用量可达15万m3左右。企业生产以来,矿山总剥离量约500万m3,实际排放量约100万m3,剥离物的利用率达80%左右。
(2)福建省某民营水泥企业。年产水泥约400万t,由于矿山距水泥厂较远,剥离的土方运输不便而未用于水泥配料,但夹石全部利用,围岩部分利用。矿山开采后,夹石与围岩的利用量占总产出矿石量的约37.5%,大大减少了矿石的开采量,达到甚高利用水平。
4 结语
水泥用灰岩矿石消耗量大,资源日益紧缺。夹石的成分多接近矿石质量要求,部分围岩经搭配开采后亦可用于水泥生产,覆土有较多用途。采取适当措施后,矿山剥离物综合利用的潜力较大。矿山开采应加大对于资源综合利用的探索并切实付之实施,既可增加可采矿量、延长矿山服务年限,又可减少排放量。但提高资源综合利用率具有较强的专业性,企业应在加强管理的同时,通过开展过细的专业技术工作,制定切实可行的工作方案,努力做到物尽其用,在为企业创造经济效益的同时,为社会的可持续发展贡献自己的一份力量。
摘要：社会经济的快速发展,推进了水泥需求量的极大增长,使得水泥用灰岩矿石资源在部分地区日益短缺。通过采取合理确定开采境界、开采作业要素及开采顺序,妥善布置开采工程、搭配开采、均衡生产安排及品位控制,充分利用夹石、围岩,增加矿山的可采资源量,同时做好其他剥离物的综合利用,对提高矿山资源综合利用起到了良好的作用。
关键词：石灰石矿,搭配开采,均衡生产,综合利用,水泥
参考文献
[1]GB 50295-2008水泥工厂设计规范[S].
[2]GB 50598-2010水泥原料矿山工程设计规范[S].
[3]DZ/T 0213-2002冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范[S].
石灰岩利用 篇4
石灰石的利用重在物质的转化和利用, 化学作为自然科学的重要组成部分, 不是仅仅让学生认识几种化学物质, 了解几个化学反应, 更重要的是如何利用化学物质、化学反应服务于人类的生产生活, 促进社会发展。新课标也明确指出“义务教育阶段的化学课程, 可以帮助学生理解化学对社会发展的作用, 能从化学的视角去认识科学、技术、社会和生活方面的有关问题。”《石灰石的利用》的教学设计正是为了体现化学是一门可广泛利用物质及物质间的转化服务于社会生活, 与国计民生有着密切关系的科学。整节课的设计从日常生活中常见的大理石、石灰石用品, 到石灰石转化为生石灰、熟石灰的利用, 再到牙膏摩擦剂碳酸钙的生产利用, 无一不是围绕着物质的转化和利用的思想展开。而碳酸钙的检验也是为了更好地发现并利用石灰石。在利用石灰石这一真实情境中进行碳酸钙检验的科学探究, 把碳酸钙的检验融合到了石灰石利用的思想中, 更具有现实意义, 不是空洞地为了探究而设计的探究。整个教学设计都要让学生体会到学习化学是多么生动而有趣, 化学与人类的生产、生活密切相关, 从而体验化学学科所特有的魅力。
二、教学目标
1. 知识与技能。
(1) 了解石灰石、大理石在生产、生活中的应用。
(2) 掌握、鉴别矿石不是碳酸钙的方法。
(3) 知道碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙之间相互转化的关系。
(4) 认识石灰石、大理石是重要的矿产资源。
(5) 能初步设计实验验证碳酸钙, 并通过自己动手实验获得一些基本的实验技能。
2. 过程与方法。
(1) 初步感受如何利用网络获取信息, 运用分类、概括等方法对获取的信息进行加工。
(2) 通过学生分组实验培养其合作交流、表述实验现象的学习习惯。
3. 情感态度与价值观。
(1) 通过天工开物中的烧石灰图和长城粘结剂的使用培养学生的爱国主义情怀。
(2) 通过从网络搜索获取信息资源培养学生正确使用网络的习惯和能力。
(3) 利用碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙之间相互转化的关系让学生建立起“物质在一定条件下可以相互转化”的意识。
三、教学重点、难点
教学重点:碳酸钙检验的科学探究及石灰石的利用。
教学难点:利用碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙之间相互转化的关系确立“物质在一定条件下可以相互转化”的意识。
四、教学过程
[引入]多媒体图片展示日常生活中大理石、石灰石用品。提出问题:这些是用什么做的?
[提问]大理石、石灰石这两种石材在日常生活中随处可见, 外观看上去不同, 在本质上有没有相同的地方呢?贝壳、鸡蛋壳、鹅卵石、水垢中是否也含有碳酸钙呢?我们该怎样设计实验来研究呢?
(设计意图:从学生已有的实验室制取二氧化碳的知识出发, 利用旧知, 学习新知, 构建完整的知识框架。利用已有的知识, 设计实验进行科学探究, 培养学生对已有知识的应用能力。把碳酸钙的检验放在真实的情境中, 给学生一个需要迫切解决的问题, 学生就有欲望来设计实验进行科学探究。让学生亲身经历和体验科学探究的过程, 从而激发学生的学习兴趣, 增进科学情感, 潜移默化地学习科学探究的方法。)
[板书]一、碳酸钙的检验
[学生分组实验并汇报]检验大理石、石灰石、贝壳、鸡蛋壳、鹅卵石、水垢中是否含有碳酸钙。
(设计意图:学生分组实验既培养了学生的基本实验操作技能、知识运用能力, 又培养了学生科学探究的能力, 体验探究的乐趣。学生对实验结果的汇报培养了其归纳、概括和表述能力。实验结果也让学生认识到自然界有许多物质含碳酸钙, 但也有许多物质不含碳酸钙。体会检验物质是否含碳酸钙的必要性。)
[过渡]自然界中含有碳酸钙的物质还真不少, 除我们今天接触到的外, 还有珍珠也含碳酸钙, 但也有很多物质不含碳酸钙, 如鹅卵石。
[板书]二、大理石、石灰石的利用
1. 大理石作建筑材料, 石灰石可作假山。
[过渡]这些利用大理石和石灰石的方式有没有发生化学变化?石灰石等含有碳酸钙的物质有没有其他的用法呢?
[视频]长城建筑过程中所用的粘结剂的介绍。
[讲述]在长城建造的过程中用到了石灰做粘结剂, 石灰是如何来的呢?其实在宋应星的《天工开物》中就有记载。
[投影]《天工开物》烧石灰图
(设计意图:用正面的、促人奋进的历史事实激发学生的爱国主义热情, 体会中国古代科技文明的辉煌史, 激发学习的动力。)
[演示]在这幅烧石灰图上写着“烧石成灰”几个字, 其实是高温煅烧石灰石, 我们来模拟高温煅烧石灰石。
(指导学生观察煅烧前后石灰石的硬度, 比较石灰石在煅烧前后的变化。)
[提问]石头变“酥”了, 是不是意味着有新物质生成呢?我们把它放入水中观察现象。 (指导学生观察放入水中后外形和温度的变化情况, 同时用没煅烧过的石灰石作对比实验。)
[生]煅烧过的石灰石放入水中慢慢好像溶解了部分, 而且烧杯外壁是热的, 而没煅烧的那份无变化。
[演示]把烧杯中的物质分成两份:一份滴入一些酚酞试液, 观察现象;另一份备用。
[生]煅烧的那份, 烧杯中溶液变红了, 没煅烧的那部分烧杯中酚酞没变色。
[追问]说明了什么?
(设计意图:通过对比实验来说明煅烧石灰石产生了新物质, 让学生体会对比的方法在科学探究中的运用。)
[追问、演示]这新物质是什么呢?我们取另一份上面的清液, 往里面吹气, 观察会出现什么现象。
[生]变浑浊了, 是澄清石灰水。
[追问]更准确地说是氢氧化钙溶液。在这一过程中, 碳酸钙怎样变成了氢氧化钙呢?会不会碳酸钙在煅烧时就变成了氢氧化钙?
[生]不会, 因为没有氢元素。
[追问]在这一过程中谁会提供氢元素?结合前面的实验现象, 猜想碳酸钙在煅烧时到底发生了什么变化?
[板书]2.碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙之间的相互转化及利用
(根据学生回答, 书写过程)
(设计意图:整个物质转化的推导过程是通过不断设计问题追问的方式, 结合步步为营的实验来完成。引导学生根据已有的实验事实, 再利用元素守恒的观念来推导物质的转化。利用碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙的相互转化, 使学生意识到物质在一定条件下可以相互转化, 培养学生的逻辑思维能力。)
[过渡]这一系列相互转化的反应如何应用到长城砖的粘接上呢?
[生]煅烧石灰石得到生石灰后放入水中与水反应生成Ca (OH) 2, 再抹到砖缝间, 生成坚硬的碳酸钙就把砖粘接起来了。
[追问]Ca (OH) 2是如何转变成CaCO3的呢?
[展示]这是老房子上的外墙壁, 这是两块砖之间的粘接剂——石灰砂浆。
[讲述]以前造房子就是把熟石灰、沙子、粘土、水等按比例混合, 把砖块垒起来造房子。还把石灰浆抹在墙壁上, 使墙变白, 我们祖先早就会利用这些物质了。而我们现在造房子主要用水泥, 其实水泥也是以石灰石等为原料制造出来的。
[投影]水泥、水泥窑、玻璃的图片。
[过渡]那煅烧石灰石这一系列碳酸钙等物质之间的转化在现代工业中是否无用武之地了呢?
[利用网络展示]网上键入“碳酸钙”搜索, 无论是“百度”, 还是“谷歌”都会出现几百万条词条。搜索“中华碳酸钙网”。指导阅读“中华碳酸钙网”上的信息。
[提问]你能概括出牙膏摩擦剂轻质碳酸钙的生产过程吗?
[提问]除了碳酸钙可作牙膏摩擦剂, 还有二氧化硅等也可作牙膏摩擦剂, 你能设计实验验证你家牙膏中的摩擦剂是否为碳酸钙呢?
(设计意图:既拓展了课程资源, 又和学生的生活紧密联系, 使之在熟悉的生活情景中感受化学, 主动体验探究过程, 激发学习和研究的兴趣。同时, 以现实应用的方法来总结, 让学生对所学知识加以创新运用, 让课堂更有效。课堂始终围绕着石灰石利用这一主题, 让学生感受利用物质间的转化可提纯物质, 实现学有所用。)
五、教学反思
1. 整个设计从日常生活中随处可见的大理石、石灰石用品开始, 到以获取石灰石为目的的碳酸钙的检验, 再到利用石灰石转化为生石灰、熟石灰用于建筑, 再到生活中牙膏摩擦剂中碳酸钙的生产与检验, 整个教学设计首尾呼应, 始终围绕石灰石的利用这一主线, 这是设计亮点。从我国古代对石灰石的转化利用到现代化工工业中碳酸钙的广泛利用, 让学生体会到化学与社会、生产、生活密切相关, 古代是这样, 现代更是这样, 让学生感受到化学是现代社会中不可或缺的技术型学科, 学好它是必须的, 也是有用武之地的, 从而充分调动学生学习化学的积极性。
2. 科学探究的设计始终置于真实的、需迫切解决的情境中, 这种具有现实意义的科学探究目的明确, 避免了为了探究而做的伪探究, 激发了学生的学习兴趣, 让学生体会到进行科学探究的必要性和有效性, 体验进行科学探究的喜悦, 理解进行科学探究是为了获得新知、利用新知, 培养学生应用知识解决实际问题的能力和创新意识。
3. 通过网络运用的展示培养学生在信息时代如何合理地利用网络资源, 在网络上有目的地获取自己想要的信息, 分析加工信息、归纳概括信息、应用信息的能力, 而不是谈“网”色变, 以培养学生正确使用网络资源的意识。
4. 重视学生已有的生活、知识经验, 从学生已有的经验出发, 创设源于生活又高于生活的学习情境, 使学生在原有的知识经验的基础上, 从最近发展区来充分展现教材内容, 设计情境, 引发认知冲突, 促使学生在更高的认知水平上思考, 充分调动学生的学习兴趣, 实现从生活到化学的提升, 再利用化学物质来服务于生产生活, 使化学又走向社会、贴近生活, 让学生充分体会到化学学科在人类文明发展中的价值。
5. 在沪教版教材中本节内容把碳酸钙的检验拓展到了碳酸盐的检验, 笔者在设计的过程中因无法和设计思想相融合, 也无法以学生已有的知识经验为起点, 没有找到合适的切入点, 所以舍弃了这一内容, 是否可以寻找到更合适的教学场景, 把这一内容按教材编写者的意图充分融入, 还需更进一步地探索、实践。
参考文献
“石灰石的利用”教学设计探究 篇5
一、教学思路
为了提高学习效率, 在45分钟内顺利完成3种物质近20个知识点的教学任务, 笔者在多媒体辅助下主要采用讲授法, 但要确保“讲解简明扼要、描述生动形象、设疑恰到好处”。为了使教学过程条理分明, 知识简洁有序, 将教学内容调整为石灰石、生石灰、熟石灰三部分, 并按照CaCO3→CaO→Ca (OH) 2的逻辑顺序, 围绕每种物质的性质、用途展开教学。教学中, 笔者注重利用身边的实例 (如宝成铁路109隧道火灾改线、食品自热剂、纸包干燥剂、化学破碎剂等) 作为教学素材, 使学生感到化学就在身边, 学习化学有趣、有用。为了培养学生的辩证唯物主义思想, 同时减轻学生的学习负担, 笔者注重向学生渗透“性质决定用途”的学习观念。为了培养学生的实验能力, 笔者安排了灼烧石灰石、生石灰溶于水、熟石灰显碱性、石灰水变浑、制作三合土等一系列实验。笔者还注意介绍我国古代劳动人民烧石灰、李冰修建都江堰、张九龄开凿梅岭古道、于谦俭朴清廉等史实, 以激发学生的爱国主义情感。
化学史上描述化学反应的诗很少, 但于谦的《石灰吟》却是一首别具一格的化学诗, 作者托物言志, 借助石灰石开采、石灰石分解、生石灰熟化、熟石灰硬化这4个连续的变化, 表达自己不怕牺牲和坚守清白的品质。于是在新课结束之时, 笔者引导学生探究《石灰吟》中的化学知识和人文思想, 既水到渠成地总结了本节课的主要内容, 又陶冶了学生的情操, 从而完美地体现了科学与人文的统一。
二、教学目标
1. 知道石灰石是重要的矿物资源
2. 了解石灰石、生石灰、熟石灰的主要性质和重要用途, 熟悉CaCO3, CaO和Ca (OH) 2之间的相互转化关系
3. 初步学会碳酸盐的检验方法
4. 认识“性质决定用途”的辩证关系
5. 培养爱国主义情感和正直向上的人品
6. 激发问题意识和学习化学的兴趣
三、教学过程
师:2008年汶川大地震时, 正通过宝成铁路109号隧道的一列运送燃油的火车脱轨并燃起大火, 救援人员历时两天终将大火扑灭 (适时投影相关图片) ;但是“火烧水激”严重破坏了原本坚固的隧道, 这段铁路只好重新选线。为什么“火烧水激”会破坏石灰岩呢?要搞清这一问题, 我们就要研究石灰石。
师:首先, 我们研究石灰石的性质和用途。
1. 石灰石
师:石头有多种, 富含CaCO3的石头属于石灰岩。我国石灰岩资源丰富, 像石灰石、大理石、汉白玉、白垩等都属于石灰岩, 它们分布广泛。
生:展示生活中富含CaCO3的几种物质, 如贝壳、珍珠、鸡蛋壳、水垢等 (要提前布置学生收集, 以便课堂上展示) 。
师:石灰石有哪些重要的性质呢?
(1) 性质
教师演示实验:敲打石灰石, 不易破碎;将一小块石灰石投入水中, 一点不溶。
生:上述实验说明, 石灰石坚硬、不溶于水。
学生分组实验:在酒精喷灯上灼烧一小块片状石灰石, 待冷却后轻轻敲打, 石灰石就碎了。
师:想一想, 圆明园中大量的汉白玉建筑为什么会被大火烧毁?
生:CaCO3分解, 变成了疏松的生石灰。
师:由金属离子和碳酸根离子组成的物质属于碳酸盐。
生:回忆实验室用石灰石与盐酸反应制取CO2的实验。
师:其他碳酸盐是否也能发生类似的化学反应呢?
学生分组实验:在纯碱、碳酸氢铵、铜绿中分别加入稀盐酸, 然后将产生的气体通入石灰水, 石灰水变浑浊。
[师生总结]碳酸盐都能与盐酸反应产生CO2。
师:所以, 检验碳酸盐常用稀盐酸和澄清石灰水。
师:地质工作者在野外考察时, 为什么随身携带一小瓶稀盐酸?
生:用来对发现的岩石进行初步的检验和分类。
师:物质的性质决定其用途。根据石灰石的性质, 我们能推出石灰石具有哪些用途?
(2) 用途
师:石灰石坚硬、不溶于水, 且分布广泛, 这些决定了它具有什么用途?
生:直接用作建筑材料。
师:埃及的金字塔、希腊的古城堡、印度的泰姬陵、中国的圆明园等宏伟建筑, 都使用了大量精美的石灰岩 (适时投影相关图片) 。
师:根据CaCO3高温下能分解成CaO的性质, 说明石灰石具有何种用途?
生:烧制生石灰。
师:我国在公元前7世纪就开始使用石灰, 像城墙、庙宇、房屋、古长城的修筑等, 都使用了生石灰。近年来, 一些石灰厂由于生产设备简陋, 又无任何污染防治设施, 生产过程中烟雾、粉尘、噪音等, 严重污染了周围环境。为了保护环境, 必须全面淘汰土立窑石灰生产线, 开办环保型机械立窑的石灰企业。
生:汇报家庭周边石灰厂的污染情况。
师:在玻璃、水泥行业需要大量的石灰石做原料;炼铁厂也需要石灰石来造渣。
生:观看炼铁高炉模型 (了解石灰石在其中的用途) 。
师:牙膏厂常用轻质碳酸钙作牙膏摩擦剂, 这是为什么呢?
[师生探讨]轻质碳酸钙颗粒细、密度小, 不会损伤珐琅质;不溶于水, 可以长时间作用于牙齿表面。因而, 轻质碳酸钙具有优良的洁齿能力。
2. 生石灰
师:生石灰有哪些性质和用途呢?
师:展示刚才制得的生石灰样品。
(1) 性质
学生分组实验:将生石灰放入水中, 试管会发烫;静置后, 取上层清液吹气, 溶液变浑。
[师生总结]生石灰遇水变为熟石灰, 同时放出大量的热。
师:“火烧水激”为什么会破坏石灰岩?
生:石灰石高温酥裂, 遇水后又变为粉末, 石灰岩因此“粉身碎骨”。
师:在没有火药的古代, 开山修路多采用“火烧水激”的方法, 就是利用石灰岩受热酥裂、遇水粉碎的原理。当年, 蜀郡守李冰修建都江堰、唐宰相张九龄开凿梅岭古道都利用了这一技术 (适时投影相关图片) 。
师生一起观看林则徐虎门销烟的视频片段。
师:林则徐曾使用“烟土拌桐油焚毁法”销毁鸦片, 但膏余却会渗入地中, 吸毒者掘地取土, 仍得十之二三。于是林则徐又想出了“海水石灰浸化法”, 就是把烟土倒入海水泡浸半日, 再投入生石灰, 生石灰遇水便沸, 烟土快速溶解, 待退潮时再把池水放入海洋, 从而彻底销毁烟土。
师:石头烧成石灰后, 用途更广泛。
(2) 用途
师:生石灰易吸水, 吸水时能放出大量热, 这些性质决定了它具有怎样的用途?
生:做干燥剂、发热剂。
师:展示生石灰干燥剂 (装在多孔的纸袋内) 、单兵自热食品 (包装盒的夹层里装有生石灰) 。
师:生石灰吸水膨胀产生的破坏力能使钢筋混凝土破裂, 这一特性决定了生石灰具有何种用途?
生:生石灰可作化学破碎剂, 用于拆除危旧楼房。
3. 熟石灰
师:下面我们研究熟石灰的性质和用途。
师:展示刚才得到的熟石灰样品。
(1) 性质
师:熟石灰是微溶于水的白色粉末。
学生分组实验:向潮湿的熟石灰中滴加酚酞试液, 出现红色。
[师生总结]熟石灰显碱性。
师:石灰水要密封保存, 建筑工地上配制的石灰乳要及时用完, 这是为什么呢?
生:熟石灰易与空气中的CO2反应, 生成CaCO3。
(2) 用途
师:熟石灰遇CO2能逐渐变为坚硬的CaCO3, 这一性质说明它有何用途?
生:熟石灰可用于砌砖、抹墙、铺路。
学生分组实验:用小锤击打几份三合土试样 (分别在2天前、5天前、8天前用熟石灰、黏土和细砂调配成) , 感觉其强度, 说明配制时间较长的三合土更坚硬。
师:熟石灰显碱性, 价格低廉, 这些决定了它具有什么用途?
生:可用来治理酸性污染。
师:澄清石灰水遇CO2会出现明显的浑浊, 这一性质决定了它具有什么用途?
生:检验CO2气体。
师:熟石灰的强碱性能使蛋白质变性, 这决定了它具有何种用途?
生:用来消毒杀菌。
师:医院、疫区、灾区常撒生石灰, 因为生石灰遇水变为熟石灰后就能消毒杀菌;冬天来临, 人们也常在树干上涂抹石灰乳, 这既可以杀菌, 还能防止树木冻伤。
[师生总结]“三石”的性质和用途, 同时适时呈现如下投影 (见表1) :
师:同学们在语文课上已经学习了明代民族英雄于谦在12岁时写的化学诗《石灰吟》, 下面我们就来探究这首诗的化学内涵, 同时欣赏作者如何托物言志、借物喻人。
师生共同朗读《石灰吟》:千锤万凿出深山, 烈火焚烧若等闲, 粉身碎骨浑不怕, 要留清白在人间。
生:讨论《石灰吟》中蕴含的化学知识和人文思想。
[师生总结]首句“千锤万凿出深山”, 道出了石灰石的来源, 也说明石灰石坚硬, 开采起来很不容易。第二句“烈火焚烧若等闲”, 指的是石灰石煅烧分解, 而“若等闲”3个字则象征仁人志士无论面临怎样的严峻考验都视若等闲。第三句“粉身碎骨浑不怕”, 形象地写出生石灰遇水熟化变为粉末 (熟石灰) , 而“浑不怕”3个字则深寓不怕牺牲的精神。最后一句“要留清白在人间”, 描述了熟石灰在空气中 (吸收CO2) 逐渐变为洁白、坚硬的CaCO3, 同时表达作者要永远清白做人的高尚情操。
师:布置作业。 (1) 完成课后习题; (2) 写一篇100字左右的《石灰自述》。
四、板书设计
在探究《石灰吟》中的化学思想时, 教师适时完成本节课的粉笔板书 (如图1所示) :
上述板书结构新颖, 整体像一座山峰, 千锤万凿的物理方法得来深山的石头, 三角形的石头又包含了“钙三角”中的化学转化, 环绕的文字则是于谦的明志诗《石灰吟》, 科学与人文在此巧妙融合。
参考文献
[1]周天泽.关于化学的诗《石灰吟》[J].化学教育, 2003 (7/8) :87-88.
[2]王国峥.浅析古诗《石灰吟》中的化学知识及人文教育[J].中学化学教学参考, 2010 (6) :26-25.
石灰岩利用 篇6
碳酸钙晶须由于原料来源广泛, 制备工艺相对简单, 同时白度高、环境污染小以及对人体无害等优点, 因而具有广泛的应用潜力。日本是最早进行碳酸钙晶须研究的国家之一, 并于1995年在丸尾钙株式会社实现了碳酸钙晶须的工业化生产[10,11,12];我国的科研机构在此方面也做了很大的努力[13,14,15], 并有少量的碳酸钙晶须供应, 但远未能达到工业化生产本文以工业活性石灰为原料, 经过破碎研磨, 不需要精制氢氧化钙溶液, 即可获得长度在25-30μm, 长径比28左右, 大小均匀的单一型碳酸钙晶须。
1试验过程
1.1碳酸钙晶须的制备
将活性石灰破碎并磨细, 加入温水充分搅拌使其溶解, 将此悬浊液加热到反应温度, 注入MgCl2溶液, 用pH计监测溶液pH值的变化, 当溶液pH值稳定后, 通入二氧化碳气体, 直到溶液pH值降至7, 将沉淀过滤、清洗, 在110℃烘干, 即可得到碳酸钙晶须。
1.2 分析测试方法
利用高倍的光学显微镜 (LV100POL, Nikon) 观察晶须的表面形貌, 测量晶须的长度和直径;利用日本理学D/Max-ⅢA型XRD衍射仪 (3kw, 铜靶) 对晶须进行物相分析。
1.3 试验方案
本试验主要考查镁离子含量 (用镁钙比R表示) 、反应温度 (T) 、转速 (r) 和CO2通气量 (Q) 四个因素对合成碳酸钙晶须的影响, 采用正交试验表L934进行试验方案的设计, 每个因素的取值见表1。
2 结果分析与讨论
2.1 碳酸钙晶须的合成工艺
利用高倍显微镜来观察碳酸钙晶须的形貌, 通过软件测量晶须的长度与直径, 并计算其长径比, 结果见表2。
由表2可知:在影响碳酸钙晶须的四个因素中, 反应溶液的温度 (T) 影响最大, 其次是镁钙比 (R) 和二氧化碳气体流量 (Q) , 搅拌速度 (r) 的影响最小。而反应温度和镁钙比对碳酸钙晶须合成的影响, 主要表现在对反应溶液的初始pH值的影响。温度的影响主要是由于氢氧化钙的溶解度随碳酸化反应温度的升高而降低, 因此在不同的温度下, 溶液中所含OH-有所差异, 反应溶液的初始pH值也就随之变化;R值直接决定了反应溶液中氢氧化镁的含量, 由于氢氧化镁的溶解度远低于氢氧化钙的溶解度, 因此R值的大小也相应的改变反应溶液的初始pH值。而反应溶液的初始pH值会直接影响碳酸钙晶须的成核生长, 因此控制反应的温度和R值对合成碳酸钙晶须至关重要。
只有控制反应的初始pH值在适宜的范围内, 一般要求小于8.5[16], 才能合成纯度相对较高的碳酸钙晶须, 这主要归因于它不仅能够控制碳酸化反应的速率, 延长碳酸化反应时间;也可以提供适合亚稳态碳酸钙晶须成核和生长所需的低过饱和度;而当初始pH值过高时, 通入CO2气体与溶液中的OH-结合速率升高, 反应生成的COundefined增多, 相应的碳酸钙也增加, 反应易于达到过饱和状态, 导致产物中方解石相含量升高;当初始pH值过低时, 主要表现在溶液中氢氧化镁含量的升高过快, 此时吸附在晶界表面的氢氧化镁会减缓增长单元在台阶处的生长, 碳酸钙晶须的生长速率变慢, 直径增加较快, 长径比变小。为进一步研究各因素对碳酸钙晶须的影响, 分别固定其他工艺参数, 研究单个因素对碳酸钙晶须生长的影响规律。
2.3 反应温度 (T) 对碳酸钙晶须的影响
取R=2, r=130r/min和Q=170mL/min条件不变, 仅改变反应温度T, 观察其对碳酸钙晶须生长的影响, 所得结果见表3。试验表明, 温度对碳酸钙晶须的生长有着显著的影响。常温下, 没有碳酸钙晶须的存在, 所得产物全部为颗粒状物质;随着碳酸化反应温度的升高, 方解石相含量逐渐减少;当反应温度达到65 ℃时, 所得产物基本上完全是碳酸钙晶须;碳酸钙晶须的长径比在80℃时, 达到最大值, 其整体性较好。
温度对碳酸钙晶须的影响, 主要表现在对碳酸化反应所需的热力学和动力学条件的影响。一方面:提高碳酸化反应温度有利于碳酸钙晶须的生长, 但由于碳酸化反应本身为放热反应, 过高的反应温度, 又会抑制碳酸钙晶须的合成, 表现在90℃时碳酸钙晶须的长度较大, 但颗粒物较多;另一方面, 反应温度较低, 也会使得反应溶液的pH值偏高, 通入CO2气体时, 碳酸化反应进行较快, 碳酸钙晶须来不及成核生长, 导致方解石相含量升高。当反应温度控制在80℃左右时, 可以合成长径比较大、长度相对均一的碳酸钙晶须。
2.4 镁钙比 (R) 对碳酸钙晶须的影响
由表2可知:随着R值的增大, 碳酸钙晶须的长径比先升高而后有所降低, 在R=2时, 碳酸钙晶须的长径比有个较大值。选择T=80℃, r=130r/min和Q=170mL/min, 调整R值的大小, 所得试验结果见表4。
由表4可知:随R值的升高, 碳酸钙晶须的长度逐渐增加, 而长径比则是先升高而后有所降低;同时, 方解石相的含量逐渐降低, 碳酸钙晶须的完整性变好。当R=2时, 碳酸钙晶须的长径比达到最大。这是因为随着氯化镁加入量的增加, 反应生成氢氧化镁的含量升高, 而氢氧化镁的溶解度要远低于氢氧化钙的溶解度, 因此可以有效的降低反应溶液的初始pH值, 而由反应所得碳酸钙晶须的长径比可知, 当溶液的初始pH小于8.3时相对更有利于碳酸钙晶须的成核生长;当R>2时, 由于反应溶液的初始pH值降低较大, 使得碳酸化反应时间变短, 碳酸钙晶须不能够得到充分的生长, 长径比反而减少;另一方面, 氢氧化镁含量的升高, 也会使得碳酸化反应后期碳酸钙晶须的在台阶处的生长减缓, 同时对直径的抑制变小, 长径比下降;而当R<2时, 由于反应溶液的初始pH值较高, 通入CO2气体时, 反应进行较快, 表现在pH值的下降速率较大, 溶液易于达到过饱和状态, 反应生成的方解石较多, 表现在颗粒物含量升高。R对反应溶液pH的影响见图1。
2.5 通气量 (Q) 对碳酸钙晶须的影响
碳酸化反应时间与二氧化碳通气量的大小有直接的关系。理论上, Q值越大, 碳酸化反应所需的时间就越短。不同Q值对碳酸钙晶须的影响结果见表5。结果表明, 随着Q的增大, 碳酸钙晶须的长度逐渐增加, 长径比逐渐下降, 颗粒含量相对升高。这主要归因于:首先, 通气量增大, 溶液中COundefined浓度升高, 与Ca2+的结合速率增加, 表现在反应进行较快, 即时间较短, 溶液易于达到过饱和状态, 容易生成方解石;其次, 过高的通气量, 也会导致CO2溶解的不平衡, 尤其对于单孔通气, 使得溶液存在着浓度差, 晶核不能同时形成, 造成短晶须含量升高和颗粒物增多, 整体均匀性显著变差。因此选择较小的通气量和适宜的搅拌速度, 可以使CO2气体得到充分的溶解, 易于形成低的过饱和条件, 而且可以使碳酸化反应相对比较充分的进行, 碳酸钙晶须的长径比和整体均匀性都有所提高。
2.6 转速 (r) 对碳酸钙晶须的影响
采用机械搅拌, 主要是保证CO2气体与Ca (OH) 2溶液混合均匀、充分反应。搅拌速度对碳酸钙晶须形成的影响规律见表6。
结果表明, 随转速的升高, 碳酸钙晶须的长径比逐渐下降, 在r=100r/min时, 碳酸钙晶须的完整性较好。当转速合适时, 能促进CO2在水中的充分溶解, 从而使碳酸化反应能完全进行, 碳酸钙晶须能够顺利的成核生长, 因此晶须的长径比相对较大;而当转速过高时, CO2在水中的溶解度会变低且不均匀, 使得溶液存在浓度差, 导致晶核不能同时形成, 因此部分晶须得不到充分的生长, 短晶须的含量升高, 碳酸钙晶须的整体性变差;同时过高的转速也会大大降低Mg2+在碳酸钙晶须表面的吸附效果[17], 抑制作用减弱, 使得碳酸钙晶须的直径变大, 同时也会导致反应物中方解石的含量升高, 降低碳酸钙晶须的纯度。
2.7 XRD分析
产物为文石型碳酸钙, 矿相分析结果见表7, XRD衍射见图2。
3 结 论
利用工业活性氧化钙制备碳酸钙晶须的最佳工艺参数为:镁钙比为2, 温度在80℃左右, 搅拌速度100～130r/min, 二氧化碳的通气量在70～100mL/min时, 碳酸钙晶须长度为25～30μm, 长径比约为28。
摘要：以工业活性石灰为原料, 采用碳酸化法合成碳酸钙晶须。分别研究了镁钙比、反应温度、搅拌速度和二氧化碳通气量四个因素对合成碳酸钙晶须的影响。研究结果表明:反应温度对碳酸钙晶须的合成影响最大, 其次为镁钙比和二氧化碳的通气量, 搅拌速度的影响最小;当镁钙比为2, 反应温度80℃, 搅拌速度100130 r/m in, 二氧化碳的通气量70100mL/m in, 可以获得长度2530μm, 长径比28左右, 大小均匀的文石型碳酸钙。
石灰岩利用 篇7
关键词：石灰,污泥,污泥资源化,重金属
“十二五”期间我国完成每年新增污水集中处理能力1 500万m3/d, 以新增污水量运行负荷率为75%和污泥占污水质量比例为0.6‰计算, “十二五”期间污泥年产量以246万m3/年的速度递增[1]。剩余污泥的处置势必成为需要重点解决的问题。所以, 近年来污泥资源化利用受到各国研究者的热切关注。
石灰处理是脱水污泥在进一步处理中最早得到应用的方法之一, 由于工艺简单、能耗低等原因[2], 至今在欧洲、北美仍是污泥处理处置中一个常用的手段。
污泥经石灰干化处理后, 首先得到改性同时可利用的无机成分大量增加[3,4], 结构与“三合土”相似, 因此认为, 石灰处理后的污泥可作为道路的基础垫层, 从而得到大量利用。本文针对此课题, 以某大型填埋场污泥为研究对象, 研究了石灰处治污泥土作为道路路基的可行性。
1 实验方法
1) 石灰活度测定。本次研究选取了6种不同的石灰样品, 石灰活性度采用酸碱滴定法测定。2) 污泥石灰处治试验。首先将石灰与填埋场污泥按照一定比例搅拌, 将混合成品静置数天, 最后将成品与干土按一定比例混合搅拌。3) 重金属检测。对最终成品进行重金属全量检测及浸出液检测, 分析产品是否无害化, 检测项目主要包含:铜、锌、镍、铅、镉、铬、汞。4) 抗压强度检测。对最终成品进行抗压强度等检测, 分析产品作为路基的可行性, 主要检测项目为:CBR、液限、塑限等。
2 实验结果
2.1 石灰选取
本次实验共选用了6种不同的石灰样品, 最终检测报告如下:样品1为实验室化学纯级生石灰, 样品2~5为工业用石灰, 样品6为工地废弃石灰, 由表1可见, 不同级别的石灰, 活性度差异较大。综合考虑石灰等级及价格, 最终选择石灰样品3。
2.2 重金属检测结果
本次试验对原污泥、石灰处治污泥以及石灰处治污泥土进行重金属全量和浸出量检测, 结果如表2所示。
mg/kg
根据表2检测结果与表3土壤环境质量标准可以看出, 石灰处治后的污泥, 再拌合土后, 对于农业用地所有重金属含量均达标;此外, 石灰处治后的污泥及石灰处治污泥土均可作为居住和商业用地使用。故石灰处治污泥及石灰处治污泥土作为道路路基材料, 重金属含量满足环境要求。
mg/L
根据表4检测结果与表5对比, 石灰处治污泥、石灰处治污泥土所有重金属浸出量满足要求。
2.3 抗压强度检测结果
制得的石灰污泥土样委托专业检测机构, 对其作为路基土的关键性指标进行检测, 得出结果如表6所示。
表7和表8分别列举了JTG F10—2006公路路基施工技术规范和CJJ 37—2012城市道路路基设计规范对路基土指标的要求。
%
由表9看出, 本试验制得石灰污泥土的抗压强度, 满足高速公路及市政一级道路路基对抗压强度 (CBR) 的要求。
3 结语
石灰稳定化技术成熟, 占地面积小, 可在现状填埋场内实现原位处理, 消除污泥转运过程中的二次污染;对处理对象适应性强, 可满足不同种类污泥处理要求;产能大, 可满足存量污泥在短时间内处理的要求;投资成本较低, 操作管理方便。
综上所述, 污泥石灰稳定干化技术是一种有效的污泥处理处置技术, 本次试验探讨了其最终成品资源化利用的可行性, 根据研究结果, 最终的处治污泥土可作为市政道路的路基使用, 为大型填埋场污泥的资源化处置提供了理论依据。
参考文献
[1]张韵.我国污泥处理处置的规划研究[J].给水排水动态, 2010 (8) :13-15.
[2]张健.污泥处理过程中的物质与能量流分析[J].给水排水, 2008, 34 (sup) :54-58.
[3]应梅娟, 赵振凤, 崔希龙.污泥石灰干化工艺在北京小红门污水厂的应用[J].中国给水排水, 2011, 27 (6) :75-78.
石灰岩利用 篇8
1 原燃材料化学成分
废石的化学成分见表1。
%
由表1看出, 1号和2号矿点废石主要成分为CaO、SiO2, 其中有害成分相对含量较低, 但游离SiO2含量偏高。因此适当调整工艺参数并采用合理的生料配比, 可以用石灰石废石替代部分优质石灰石配料。其它原燃料化学成分见表2。
%
2 生料配料方案设计及试生产
根据该原燃材料质量情况设计道路硅酸盐水泥熟料三个率值:KH=0.91±0.02, n=2.0±0.1, P=0.8±0.1。计算生料化学成分及率值见表3。
在Φ3.0m/2.5m×40m预热器窑上进行工业性试生产, 熟料的率值、成分及物理性能见表4、表5。
通过试生产可知, 只要稳定原材料质量与生料配比, 是可以在窑上连续生产的。
3 工业性生产
3.1 生料制备
生料制备在Φ2.4m×12m闭路磨上进行, 生料采用石灰石、废石、煤矸石和铁粉四组分配料。为保证废石的稳定掺入和出磨生料质量, 我们对废石采取单独入库, 掺量控制在25%, 并延长入窑生料气力均化时间, 入窑生料也进行多库搭配使用, 煤矸石等其他原料配比根据出磨生料CaO、Fe2O3控制指标及时调整。废石中游离硅含量高, 易烧性差, 为改善生料易烧性, 我们把细度控制指标从12%调整到小于7%, 出磨CaO合格率大于70%、Fe2O3合格率大于85%。
3.2 熟料煅烧
1) 废石和煤矸石的掺入, 生料易烧性变差, 特别是采用高铁配料, 烧结范围窄, 操作难度大, 如操作失误, 易造成热工制度不稳定, 窑皮脱落, 结圈, 结料球, 甚至发生红窑事故。
2) 熟料中f CaO要求小于1%, 特别是含硅较高的废石和煤矸石的掺入, 硅率明显提高, 这要求窑内煅烧温度比正常操作温度高30～50℃。因此必须加强操作, 稳定热工制度, 加强窑内通风, 严禁烧逼火, 采用“薄料快烧”的方法, 杜绝大料慢烧、烧大火与操作温度过高现象, 否则窑内会产生还原气氛, 生成黄心料, 出现窑系统结圈, 预热器结皮堵塞等工艺事故, 降低熟料质量。
3) 根据窑内熟料煅烧情况, 合理调整风、煤、料和窑速四者的关系, 做到勤观察, 勤分析, 勤调整, 及时处理窑内异常情况。
通过以上工艺参数的调整, 可连续生产出符合GB13693—2005的道路硅酸盐水泥熟料与水泥。使用石灰石废石和煤矸石前后熟料化学成分、物理性能及水泥物理性能对比见表6～表8。
从表6～表8可以看出, 采用废石与煤矸石配料后, 熟料与水泥的干缩率、磨损量比以前明显减小, 从而大大改善了道路水泥的抗冻性与耐久性;f CaO下降, 熟料与水泥28d抗压强度分别比调整前提高近10MPa与5MPa, 解决了原来生产中, 由于强度低, 不能生产42.5、52.5级道路硅酸盐水泥的问题。
4 效益分析
1) 通过配料方案优化, 窑台时产量提高10%～15%, 降低了熟料单位生产成本。
2) 采用石灰石废石代替部分优质石灰石, 煤矸石代替黏土配料生产道路硅酸盐水泥熟料是切实可行的, 为高一等级的道路硅酸盐水泥的生产创造了条件。该产品已在多项国家重点工程中推广使用, 赢得了社会和生态效益。