石灰石加工工艺的优化研究

石灰石是自然界中分布最广的矿物之一，其主要成分为碳酸钙（CaCO ₃），经加工后可制成生石灰、熟石灰、超细碳酸钙等产品，在水泥生产、钢铁冶炼、塑料填充等领域不可或缺。据中国非金属矿工业协会数据，2023 年我国石灰石加工量超 20 亿吨，其中 80% 用于建材行业。随着产业升级推进，下游领域对石灰石产品的粒度、纯度、活性等指标要求日益严苛，而现有加工工艺多沿用传统模式，难以满足高质量发展需求。

一、石灰石加工工艺存在的关键问题

（一）破碎环节：能耗高且粒度不均

破碎是石灰石加工的首道工序，目的是将原矿（粒径通常为 500-1000mm ）破碎至 20-50mm 的中间产品。现有工艺存在两大痛点：一是能耗偏高，传统颚式破碎机的破碎比（原矿与成品粒径比）仅 5-8，需经 2-3 段破碎才能达标，单位能耗达 8-12kW⋅h/t ，较国际先进水平高 30% 以上；二是粒度分布不均，因破碎腔型设计不合理（如颚板夹角过大），成品中超粗颗粒（ >50mm ）占比常超 15% ，细粉（ <5mm ）占比达 20% ，既增加后续研磨负荷，又导致原料浪费。

（二）研磨环节：效率低且设备磨损严重

研磨旨在将破碎后的石灰石加工至更细粒度（如建材用 80-200 目，化工用800-2000 目），是决定成品质量的核心环节。现有工艺的问题集中在三方面：一是效率低下，球磨机作为主流设备，干法研磨时因物料易团聚，单机时产量仅 1-3t/h （以 200 目产品计），较立式磨低 50% ；湿法研磨虽能减少团聚，但后续脱水环节增加 30% 的能耗。二是设备磨损严重，研磨介质（钢球、钢段）与石灰石的硬度接近，磨耗率达 0.5-1.0kg/t 产品，不仅增加耗材成本，还因介质碎屑混入导致成品纯度下降（铁含量超标可达 0.3% ）。三是工艺适配性不足。同一设备难以兼顾不同粒度需求，例如生产 800 目超细粉时，需频繁调整研磨时间，导致产品粒度波动系数超 10% ，无法满足高端领域（如食品添加剂）的精度要求。

（三）煅烧环节：参数控制粗放且能耗失衡

煅 烧 是 石 灰 石 转 化 为 生 石 灰（CaO） 的 关 键 步 骤， 反 应 式 为CaCO₃⟶CaO+CO₂ ↑，需在 800-1000^∘C 下进行。现有工艺的短板在于：一是温度控制精度低，传统立窑、回转窑的温度波动范围达 ±50^∘C ，导致部分物料“欠烧”（未完全分解，残碳量 >5% ）或“过烧”（活性度下降，消化时间延长至30 分钟以上），合格品率仅 70%-80% 。二是能耗分布失衡，回转窑的单位能耗达 180-220kg 标准煤 /t ，其中预热段热损失占比 30% ，冷却段余热回收率不足20% ，能源浪费严重。

二、石灰石加工工艺的优化路径

（一）破碎工艺：高效低耗与粒度可控优化

针对破碎环节的问题，优化需从设备选型与参数调整双管齐下。一是推广“冲击破 + 筛分”组合工艺，冲击式破碎机的破碎比可达 15-20，单段即可将500mm 原矿破碎至 30mm 以下，单位能耗降至 5-7kW⋅h/t ，较传统工艺降低40% ；同时配套高频振动筛，实时分离超粗颗粒（返回重破）与细粉（直接进入研磨环节），使成品粒度合格率提升至 90% 以上。二是针对含泥量高的矿石，采用“预洗矿 + 齿辊破”工艺：通过洗矿机去除表面黏附泥质（泥含量降至 3% 以下），齿辊破的辊间间隙可动态调整（ 5-50mm ），避免堵塞，连续运行时间延长至 8 小时以上。此外，优化破碎腔型设计，将颚板夹角从 25^∘ 减小至 20^∘ °，增加破碎冲程次数（从200 次/ 分钟提升至250 次/ 分钟），进一步细化产品粒度。

（二）研磨工艺：效率提升与磨损控制改进

研磨环节的优化需聚焦效率提升与磨损减少。一是设备升级，推广立式磨替代传统球磨机：立式磨采用“料床粉碎”原理，干法研磨 200 目产品时单机时产量达 4-6t/h ，能耗降低 30% ；内置选粉装置可同步完成分级，减少后续工序。对于超细粉（800-2000 目）生产，采用气流磨与分级机联动系统，通过调整压缩空气压力（ 0.6-0.8MPa ）与分级轮转速（ 3000-5000r/min ），实现粒度偏差 ⩽5% 。二是研磨介质优化，采用高铬铸铁磨球（硬度 HRC>60 ）替代普通钢球，磨耗率降至 0.2-0.3kg/t ；对于纯度要求高的产品，改用陶瓷介质（如氧化铝陶瓷），避免铁污染（铁含量可控制在 0.05% 以下）。同时，优化介质配比（如 Φ10mm: Φ 15mm: Φ20mm=3:5:2 ），使研磨效率提升 20% 。三是工艺适配改进，开发“干湿联合研磨”技术：粗磨阶段采用干法（节能），细磨阶段切换湿法（减少团聚），结合卧式螺旋沉降离心机脱水，较全湿法工艺降低能耗 15% ，且成品粒度分布更均匀。

（三）煅烧工艺：精准调控与能耗平衡优化

煅烧环节的核心是实现“精准控温 + 余热回收”。一是引入智能温控系统，在回转窑内布置多点红外测温仪（精度 ），实时监测煅烧带温度，通过PLC 系统自动调节燃料供应量（如天然气流量），将温度波动控制在 ±10C 以内，欠烧率与过烧率均降至 5% 以下，生石灰活性度稳定在 300ml 以上（ 4mol/ LHCl，10 分钟）。二是构建余热梯级利用体系：将煅烧窑尾（ 300-400^∘C ）的余热通过热管换热器预热助燃空气（升温至200℃以上），降低燃料消耗 15% ；窑头（ 500-600^∘C ）的余热用于加热原料（从常温升至 200% ），减少煅烧阶段的热负荷。同时，采用竖式冷却器替代传统风冷，将高温生石灰冷却至 100^c 以下，回收的热量可用于厂区供暖或热水制备，综合能耗降至140-160kg 标准煤 /t 三是优化煅烧气氛，对于需要低硫生石灰的冶金行业，在煅烧过程中通入惰性气体（如氮气），抑制硫化物分解，使成品硫含量控制在 0.05% 以下。

三、结论

石灰石加工工艺的优化需针对破碎、研磨、煅烧、分级四大环节的核心问题，通过设备升级、参数调控、技术融合等路径，实现“降能耗、提效率、稳质量”的目标。具体而言，破碎环节采用冲击破与精准筛分组合，可降低能耗 40% ；研磨环节推广立式磨与新型介质，效率提升 20%-50% ；煅烧环节引入智能温控与余热回收，综合能耗降低 25% ；分级环节通过设备改良与联动控制，精度提升至 90% 以上。

参考文献：

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