CN105445324A - 一种生石灰化学反应活性的快速测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生石灰化学反应活性的快速测定方法，包括如下步骤：将待测生石灰破碎并过筛，将过筛的粉状待测生石灰置于干燥器中备用；取容量为L的蒸馏水注入隔热保温杯，开动搅拌器对杯内液体进行搅拌，并将温度计***保温杯中检测液温，记录此时的初始液温为T0；取重量份为G的粉状待测生石灰，倒入隔热保温杯中与蒸馏水反应，同时盖上隔热保温杯的杯盖，开始计时，间隔等距时间记录一次液温Tn；在连续记录n个温度数据后，将记录数值录入电脑，绘制成温度-时间曲线图；以所得温度-时间曲线图为依据，计算出活性度数据，本发明的有益效果是：精确有效、操作简便。

Description

一种生石灰化学反应活性的快速测定方法

技术领域

本发明属于化工材料的性能测定领域，具体是生石灰化学反应活性的快速测定方法。

背景技术

生石灰，其主要成分是氧化钙，广泛应用于建筑、碱化工、玻陶、医药化工、食品工业、涂料染料、造纸、塑料等领域。生石灰一般由石灰石煅烧制成，煅烧程度通常采用活性度来衡量。活性度体现了生石灰与水的消化反应能力，反应越剧烈则活性度越大，反之则越小。

关于生石灰活性度的检测方法有很多，其中YB/T105—2014《冶金石灰物理检验方法》采用的是酸碱滴定法。该方法对活性度的定义是：石灰水化的反应速度，以10min消耗4mol/L盐酸的毫升数表示石灰的活性度。其原理为：将一定量的试样水化，同时用一定浓度的盐酸，将石灰水化过程中产生的氢氧化钙中和。从加入石灰试样开始至试验结束，始终要在一定搅拌速度的状态下进行，并保持中和过程的等量点。准确记录10min时盐酸的消耗量。

以该方法测定生石灰的活性度存在一个缺陷：即当生石灰煅烧不完全时，其间夹杂部分碳酸钙；或者生石灰在空气中暴露时间较长，与空气中的水分发生反应，生成氢氧化钙。这部分碳酸钙和氢氧化钙在酸液滴定中会消耗部分盐酸，导致实际的盐酸用量比氧化钙消耗掉的盐酸用量要大，从而使最终测定数据不准确。在极端的条件下，生石灰已经完全消化为氢氧化钙了，此时其活性度是无限趋向于0的，但其样本依然会在酸液滴定中消耗相当的盐酸。如果机械的用滴定结果来推断样本的活性度，得出的结果肯定与实际严重不符。

为了避免这个问题，中国专利文献CN102798647A，于2012年11月28日公开了《温升法自动化测定石灰活性的方法和装置》，其测定步骤为：⑴准确称取粒度为0～3.5mm的试样100g；⑵量取400ml水置于消化器中，加热至25℃；⑶将试样加入到消化器中进行消化，记录消化反应温度变化；⑷记录仪显示温度及温度随时间的变化曲线；⑸测定结果：①取消化反应开始后在触摸显示屏上即时的显示出温度随时间的变化曲线；②消化反应最高温度点与初始温度差值。由于氧化钙与水反应会发热，而碳酸钙和氢氧化钙则不会，因此该测定方法可以有效避免碳酸钙和氢氧化钙等杂质对测量结果的干扰影响。

不过该测定方法也存在不足。该测定方法对活性度的定义为：消化反应开始后30s、60s、180s的温升变化T₃₀、T₆₀、T₁₈₀以及消化反应最高温升T₁。其中T₃₀、T₆₀、T_180、T₁为不同标准要求的石灰活性。由于该方法采用4个参数来表征生石灰的活性度，在对比不同生石灰样本活性度时就会出现以哪一个参数为准的问题，导致最终测试结果可比性低。另外，在测试过程中，最高温升T₁测得时间并不是固定的，如果待测生石灰的活性度非常低，则需要经历非常长的时间才能测得最高温升，这种条件下的测试效率是非常低的。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，现有生石灰的活性度热值检测方法精确度差，重现性和有效性低，从而提供一种精确有效、操作简便的生石灰化学反应活性的快速测定方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种生石灰化学反应活性的快速测定方法，包括如下步骤：

(1)将待测生石灰破碎并过筛，将过筛的粉状待测生石灰置于干燥器中备用；

(2)取容量为L的蒸馏水注入隔热保温杯，开动搅拌器对杯内液体进行搅拌，并将温度计***保温杯中检测液温，记录此时的初始液温为T0；

(3)取重量份为G的步骤(1)所得粉状待测生石灰，倒入隔热保温杯中与蒸馏水反应，同时盖上隔热保温杯的杯盖，开始计时，间隔等距时间x记录一次液温Tn；

(4)在连续记录n个温度数据后，将记录数值录入电脑，绘制成温度-时间曲线图；

(5)以步骤(4)所得温度-时间曲线图为依据，计算出活性度数据，计算公式为：

$A=(y_1+y_2+\mathrm{...}+y_{(n-1)}+\frac{1}{2}{y}_n)x$

y_n＝T_n-T₀,(n＝1,2,...)

式中：

A——生石灰活性度，单位为℃·min

T_n——消化过程中液体温度，单位为℃

T₀——消化开始时液体温度，单位为℃

x——液温记录间隔时间，单位为min。

本技术方案摒弃了测量个别时点的温度差的传统方案，转而计算温度-时间曲线下的面积，以一定时间内消化体系温度-时间曲线下面积来表征生石灰的活性度。生石灰的活性度越高，其与水的反应越剧烈，反应体系温度升高的速度就越快，其温度-时间曲线下面积就越大。为了快速测定，在计算公式中，本方案采用了以点折线近似代替曲线，通过计算点折线下面积来代替曲线下面积，可以现场求得结果，满足生产需要。

与YB/T105—2014《冶金石灰物理检验方法》相比，本发明方法省去了配制盐酸试剂与酚酞指示剂的工作，简单易操作，非专业化验员也能快速掌握，可以直接在仓库、车间进行测试，方便生产员工第一时间掌握生石灰的活性情况。而且本发明方法利用的是生石灰遇水消化放热的原理，可以排除样本中混入的氢氧化钙或碳酸钙带来的影响，因为这两种物质遇水不发生反应也不放出或吸收热量。与酸碱滴定法相比，本发明方法操作更简便，准确度更高。

与中国专利文献CN102798647A相比，本发明明确规定了活性度的计算方法，并且只用一个参数来表征活性度，方便不同样本间活性度高低的对比。另外，本发明方法测试时间是可控的，测试效率更高，不同的样本不论其活性高低、消化完全与否，只要测试时间间隔与测试次数一致，其最终结果都是有可比性的。

作为优选，步骤(1)中使用的是100目标准分样筛。在对待测生石灰进行粉碎过筛时，样本颗粒度越细，消化反应越完全，放热越充分，最终结果越精确。

作为优选，步骤(2)中蒸馏水的容量L，在换算为重量份时，有5G≤L≤10G。在本方案中，蒸馏水不但参与生石灰的消化反应，反应后生成的溶液还成为热的载体，供后续测量使用。如果蒸馏水用量过少，一方面可能会影响消化反应的完全性，另一方面可能会因消化反应剧烈而出现沸腾的现象，影响测定精度；如果蒸馏水用量过多，温度上升过于微弱，也会影响测定精度。

作为优选，步骤(2)的蒸馏水的初始温度70℃≥T₀≥30℃。通常情况下，生石灰的消化反应速度随着消化水温的升高而升高，对于活性低的生石灰来说，消化水温对消化速度的影响尤其明显。如果蒸馏水的初始温度较低，则有可能导致活性低的生石灰消化缓慢，温升微弱，最终导致测得的数据不精确；如果蒸馏水的初始温度过高，则在与活性较强的生石灰进行消化反应时，会快速升温至沸腾，影响最终测定结果。

作为优选，步骤(2)中搅拌器的转速为300r/min至350r/min。搅拌器的搅拌有助于样本与蒸馏水的充分反应和液温的精确测定。

作为优选，步骤(3)中的液温记录间隔时间x不大于0.5min。液温间隔时间过大，温度曲线的误差程度就变大，不利于最终的计算结果精确度。

作为优选，步骤(4)中温度记录数量n≥20。温度记录数量足够多，对温度曲线的描述才足够完整，以此为基础计算曲线下面积才足够精确，可比性才足够强。

综上所述，本发明的有益效果是：测定结果精确，操作简便快捷，具有高可重复性。

附图说明

图1是本发明实施例的温度-时间曲线图。

其中，横坐标为时间坐标，单位为min，纵坐标为温度坐标，单位为℃。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例

取3份不同的生石灰样品进行活性度测试，分别标记为1#、2#和3#，其中3#样品在空气中暴露时间较长，已经与空气中的水分发生反应，活性非常低。对每一份生石灰样品的测定均包括如下步骤：

(1)取足量生石灰经颚式破碎机破碎，通过100目标准分样筛进行筛分，取粉状通过物约200g保存于密封袋中，并放置于干燥器中备用；

(2)用烧杯取1000ml蒸馏水至于水浴锅中，恒温至43℃；

(3)量取400ml步骤(2)中得到的蒸馏水注入容量为500ml的保温杯中，开启搅拌器对保温杯内液体进行搅拌，设定搅拌速度为300r/min，并将电子数显温度计的探针***保温杯内液体中检测温度；

(4)准确称取40g步骤(1)中得到的待测生石灰样本，待保温杯中液体温度下降至40℃时，迅速将待测生石灰样本加入保温杯内的蒸馏水中，并立即盖上绝热盖，开始计时测温，每隔0.5min记录一次温度数据；

(5)在连续记录20个温度数据后，将记录数值录入电脑，绘制成温度-时间曲线图；

(6)以步骤(5)所得曲线图为依据，计算出活性度数据，计算公式为：

$A=(y_1+y_2+\mathrm{...}+y_{(n-1)}+\frac{1}{2}{y}_n)x$

y_n＝T_n-T₀,(n＝1,2,...)

式中：

A——生石灰活性度，单位为℃·min

T_n——消化过程中液体温度，单位为℃

T₀——消化开始时液体温度，单位为℃

x——液温记录间隔时间，单位为min。

(7)重复步骤(3)至步骤(6)，进行平行试验，两次独立测定结果差值的绝对值不大于其算数平均值的1％；

(8)取两次测试结果的算数平均值，为最终的活性度值。

本次测定使用的电子温度计，量程为-50℃～300℃，精确度为0.1℃。

为兼顾测定精度和测定耗时，建议待测生石灰的重量份取值介于20克至40克之间。

以本方法对三个样本进行测定获取的数据绘制而成的温度-时间曲线图如图1所示。

同时，对剩余的相同样品再分别以YB/T105—2014《冶金石灰物理检验方法》和中国专利文献CN102798647A《温升法自动化测定石灰活性的方法和装置》进行同步测定，对最终数据进行汇总如下表：

分析表中所列数据，可以看出对于1#与2#样品，本方法与YB/T105—2014《冶金石灰物理检验方法》均可以明确测定出样品的活性度数值，但中国专利文献CN102798647A《温升法自动化测定石灰活性的方法和装置》得出的测试数据就无法明确判断1#与2#样品哪一个活性度更高，因为从T₃₀、T₆₀、T₁₈₀测结果来看，是2#样品的活性度更高，但根据T₁的结果来看，则是1#样品的活性度更高。

3#样品已经在空气中暴露很长时间，与空气中的水分发生反应，活性度非常低。这一点本方法与中国专利文献CN102798647A《温升法自动化测定石灰活性的方法和装置》测得的结果均能反映出来。但YB/T105—2014《冶金石灰物理检验方法》测得的结果则表明该样品仍有很高的活性度，这与事实严重不符。

综合以上测试结果可以看出本方法可以更准确、更有效、更直观的反应生石灰活性度的真实情况。

Claims (7)

1.一种生石灰化学反应活性的快速测定方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)将待测生石灰破碎并过筛，将过筛的粉状待测生石灰置于干燥器中备用；

(2)取容量为L的蒸馏水注入隔热保温杯，开动搅拌器对杯内液体进行搅拌，并将温度计***保温杯中检测液温，记录此时的初始液温为T₀；

(3)取重量份为G的步骤(1)所得粉状待测生石灰，倒入隔热保温杯中与蒸馏水反应，同时盖上隔热保温杯的杯盖，开始计时，间隔等距时间x记录一次液温Tn；

(4)在连续记录n个温度数据后，将记录数值录入电脑，绘制成温度-时间曲线图；

(5)以步骤(4)所得温度-时间曲线图为依据，计算出活性度数据，计算公式为：

$A=(y_1+y_2+...+y_{(n-1)}+\frac{1}{2}{y}_n)x$

y_n＝T_n-T₀,(n＝1,2,...)

式中：

A——生石灰活性度，单位为℃·min

T_n——消化过程中液体温度，单位为℃

T₀——消化开始时液体温度，单位为℃

x——液温记录间隔时间，单位为min。

2.根据权利要求1所述的一种生石灰化学反应活性的快速测定方法，其特征是，步骤(1)中使用的是100目标准分样筛。

3.根据权利要求1或2所述的一种生石灰化学反应活性的快速测定方法，其特征是，步骤(2)中蒸馏水的容量L，在换算为重量份时，有5G≤L≤10G。

4.根据权利要求1或2所述的一种生石灰化学反应活性的快速测定方法，其特征是，步骤(2)的蒸馏水的初始温度70℃≥T₀≥30℃。

5.根据权利要求1或2所述的一种生石灰化学反应活性的快速测定方法，其特征是，步骤(2)中搅拌器的转速为300r/min至350r/min。

6.根据权利要求1或2所述的一种生石灰化学反应活性的快速测定方法，其特征是，步骤(3)中的液温记录间隔时间x不大于0.5min。

7.根据权利要求1或2所述的一种生石灰化学反应活性的快速测定方法，其特征是，步骤(4)中温度记录数量n≥20。