温度对CaCO3分解反应动力学参数的影响
快速加热条件下碳酸钙分解动力学
快速加热条件下碳酸钙分解动力学李佳容;朱建国;朱书骏;刘敬樟;李百航【摘要】在自行搭建的多气氛竖直管式高温煅烧实验平台上进行碳酸钙高温煅烧实验,样品在推入炉膛后即升温至较高温度.由对样品失质量曲线的分析可知:在快速加热条件下,温度对碳酸钙分解反应有较大影响,在950～1 000℃内影响较大,在1 000～1 100℃内影响较小;通过对比动力学模型得知:在快速加热条件下,反应气氛为CO2-N2混合气氛(CO2、N2体积分数分别为25％、75％)、纯N2时碳酸钙分解反应最概然模型为三维随机成核和随后生长模型,且2种气氛的表观活化能E 分别为207.741、203.786 kJ/mol,说明CO2对分解炉中碳酸钙分解存在抑制作用,会延长碳酸钙的完全分解时间.【期刊名称】《中国粉体技术》【年(卷),期】2018(024)006【总页数】7页(P1-7)【关键词】碳酸钙;高温煅烧;最概然模型;活化能【作者】李佳容;朱建国;朱书骏;刘敬樟;李百航【作者单位】中国科学院大学,北京100049;中国科学院工程热物理研究所,北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院工程热物理研究所,北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院工程热物理研究所,北京100190;中国科学院工程热物理研究所,北京100190;中国科学院工程热物理研究所,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TQ127.1+3我国水泥产量连续30年居世界第一，水泥生产的主要原料是石灰石和黏土[1]。
石灰石中的主要成分碳酸钙在分解炉中经过高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳，然后进入回转窑，进行高温煅烧。
碳酸钙在分解炉内的分解过程对水泥生产至关重要。
目前，针对碳酸钙分解动力学参数的实验研究方法主要有热重实验、管式炉实验、高温气固悬浮炉实验等。
热重分析方法是国内外学者最普遍采用的方法：在不同升温速率下得到样品失质量曲线，计算得出动力学模式函数、活化能和指前因子[2-5]。
碳酸钙的热化学性质和热分解动力学
碳酸钙的热化学性质和热分解动力学碳酸钙是一种广泛存在于自然界中的化合物。
它在生物体内扮演着重要的角色，同时也作为工业原料被广泛应用。
碳酸钙的热化学性质和热分解动力学，对于理解其在许多领域的应用和调控具有重要的意义。
1. 热化学性质碳酸钙的热化学性质，主要表现在其热稳定性和热分解反应中。
在高温条件下，碳酸钙会分解成二氧化碳和氧化钙。
反应方程式为：CaCO3 → CaO + CO2↑该反应的ΔH为178.0 kJ/mol，ΔS为160.5 J/(mol K)，因此该反应是放热反应且熵减反应。
从热力学角度来讲，当温度升高时，碳酸钙分解的热力学驱动力会增加，反应速率也会加快。
2. 热分解动力学碳酸钙的热分解动力学研究，对于控制其在工业生产中的应用具有重要的意义。
在热分解反应中，碳酸钙的分解速率受到多种因素的影响。
其中包括温度、压力、反应物浓度、反应物颗粒大小等。
热分解反应中，温度是最主要的影响因素。
当反应温度升高时，碳酸钙分解的速率也会随之增加，这是因为热能会提高反应物分子的动能，使得分子之间的碰撞更加频繁，从而增加反应速率。
此外，压力对反应速率的影响也比较明显。
在高压条件下，反应体系中反应物的组分摩尔分数会增加，反应速率也会相应提高。
反应物浓度和反应物颗粒大小也会对反应速率产生一定的影响。
当反应物浓度提高时，反应速率也会随之提高，但是当反应物浓度过高时，反应速率不一定会再次提高。
此外，反应物颗粒大小也会影响反应速率。
当反应物颗粒大小减小时，表面积也会增加，分子之间的碰撞更加频繁，反应速率也会提高。
3. 应用与展望作为工业原料，碳酸钙在造纸、塑料、橡胶、涂料、玻璃等领域有着广泛的应用。
在生物医药领域，碳酸钙也被广泛应用于药物控释、牙齿美容等方面。
未来，碳酸钙的应用前景十分广阔。
随着环保意识的增强，碳酸钙的再利用和再生利用将成为主流发展方向。
同时，热化学性质和热分解动力学等方面的研究，也将为其在工业生产中的应用提供更加稳定和高效的支撑。
碳酸钙分解影响因素
碳酸钙分解影响因素
碳酸钙（CaCO3）的分解受到以下几个因素的影响：
1. 温度：温度是影响碳酸钙分解的最重要因素之一。
升高温度会增加化学反应的速率，因此在较高温度下，碳酸钙的分解速率会更快。
2. 压力：压力对碳酸钙分解的影响相对较小。
在大气压下，碳酸钙会分解成二氧化碳和氧化钙。
3. 酸碱度：碳酸钙是一种碱性物质，在酸性溶液中会发生酸碱反应，生成溶解性的盐和水。
当碳酸钙溶液的酸碱度较高时，分解速度会加快。
4. 表面积：碳酸钙的分解速度与其颗粒的表面积成正比。
较细的颗粒会提供更多的表面积，使得化学反应更容易发生。
5. 添加催化剂：部分催化剂可以加速碳酸钙的分解反应。
例如，酸催化剂可以通过提供额外的反应通道来促进碳酸钙的分解。
需要注意的是，以上因素的影响程度取决于具体实验条件和碳酸钙样品的性质。
煅烧白云石的热解过程动力学研究
煅烧白云石的热解过程动力学研究白云石（CaCO3）是一种重要的矿石，广泛应用于建材、化工、冶金等领域。
煅烧白云石是将白云石加热至高温，使其发生热解反应，分解为氧化钙（CaO）和二氧化碳（CO2）。
研究煅烧白云石的热解过程动力学，对于优化生产工艺、提高产量和减少能源消耗具有重要意义。
煅烧白云石的热解过程涉及到复杂的化学反应和传质过程。
首先，在加热过程中，白云石逐渐升温，当达到一定温度时，开始发生热解反应。
白云石的热解属于固相反应，在高温下，固体分子之间的键能被打破，进而发生分解。
煅烧过程中，石灰石的结晶结构发生变化，原子重新排列形成氧化钙晶体。
煅烧白云石的热解动力学研究可以通过热重分析(TGA)等实验手段进行。
热重分析是一种常用的热分析方法，可以测定样品在加热过程中的质量变化，从而得到热解过程的动力学信息。
通过热重分析可以获取白云石在不同温度下的失重速率，进而获得热解反应速率常数。
热解反应速率常数（k）是研究煅烧过程动力学的重要参数。
研究表明，热解反应速率常数与温度密切相关。
随着温度的升高，反应活性增加，反应速率常数也随之增加。
在研究过程中，可以通过改变温度，获得不同温度下的热解反应速率常数。
然后，通过对不同温度下的速率常数进行拟合分析，得到温度对速率常数的影响。
进一步，可以利用阿累尼乌斯(Arrhenius)方程拟合实验数据，得到热解反应的活化能。
活化能是指在反应初态到过渡态之间必须克服的能量差，对热解反应过程的研究具有重要意义。
研究显示，热解反应的活化能主要与白云石的结构和矿物形态有关。
低活化能的热解反应可以有效提高煅烧过程的反应速率，减少能耗。
因此，了解并控制煅烧白云石的动力学参数，对于提高生产效率和降低能耗非常重要。
除了实验研究外，数值模拟方法也被广泛应用于煅烧白云石的热解过程动力学研究。
数值模拟方法可以通过建立热解反应的数学模型，模拟煅烧过程中的温度场、浓度场和反应速率等变化规律。
通过对模型进行求解，可以获得热解过程中的动力学参数。
化学反应标准平衡常数与温度的关系
1 2
ΔbT
2
1 3
ΔcT
3
(2.10.7)
所以，在下式中用 298.15K 代入 T 的位置,即可得:
ΔH 0
Δr Hm (T
)
ΔaT
1 2
ΔbT
2
1 3
ΔcT
3
{206.103103 63.867 298.15
1 (69.2619103 )(298.15)2 2
-2.022
-1.172
H2(g)
26.88
解：此气相反应的计量系数是：
4.347
-0.3265
v (CH4 ) = -1，v(H2O ) = -1, v(CO) = 1 ， v(H2) =3 。
由题给25°C的标准热力学数据，可求得：
Δr Hm (298.15K) νBΔf Hm (B, 298.15K) 206.103 kJmol -1
§5.4 化学反应标准平衡常数与温度的关系
通常由标准热力学函数Δf Hm , Sm , ΔfGm 所求得的化学反 应 ΔrGm 是 25 °C下的值，由它再求得的 K 也是25 °C下的 值。若要求得其它任一温度的 K (T) ，就要研究温度对K 的 影响。
1. 范特霍夫方程
由热力学基本方程导得吉布斯-亥姆霍兹方程：
及 Δr Sm (T1 ) νB Sm B,T1 [92.9 39.75 213.74]J mol 1 K 1
B
160.59J mol 1 K 1
得 ΔrGm (T1 ) Δr Hm T1 T1 Δr Sm T1
[178.321 298.15160.5910 3 ] kJ mol 1 130.441 kJ mol 1
碳酸钙完全分解温度
碳酸钙完全分解温度全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：碳酸钙是一种常见的化学物质，它在自然界中广泛存在，也被广泛应用于工业生产和日常生活中。
碳酸钙具有很高的稳定性，但在一定的条件下它会发生分解反应，释放出二氧化碳和氧化钙。
那么，碳酸钙的完全分解温度是多少呢？这是一个很重要的问题，下面我们来详细探讨一下。
碳酸钙的化学式为CaCO3，是一种白色粉末，无臭无味，在自然界中主要存在于石灰石、珊瑚礁、贝壳等地方。
碳酸钙是一种碳酸盐类化合物，其中含有碳、氧和钙三种元素。
碳酸钙在高温条件下会发生分解反应，化学方程式如下：CaCO3 → CaO + CO2在这个分解反应中，碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳两种物质。
那么，碳酸钙的完全分解温度是多少呢？实际上，碳酸钙的完全分解温度并不是一个固定的数值，而是受到多种因素的影响。
碳酸钙的完全分解温度取决于反应的条件，包括温度、压力和反应物浓度等因素。
一般来说，碳酸钙的分解温度在800摄氏度左右，但在不同的实验条件下这个数值可能会有所变化。
碳酸钙的完全分解温度也与物质本身的性质有关。
如果碳酸钙的晶体结构不太稳定，那么它在较低的温度下就可能发生分解反应。
碳酸钙的形态、粒度等因素也会影响分解温度。
碳酸钙的完全分解温度还受到加热速率的影响。
在快速加热的情况下，碳酸钙可能在较低的温度下就开始分解；而在缓慢加热的情况下，则需要更高的温度才能使其完全分解。
碳酸钙的完全分解温度并非一个固定的数值，而是受多种因素综合影响的结果。
在实际应用中，我们需要根据具体的情况来确定碳酸钙的分解温度，以确保反应的进行顺利。
希望通过以上的介绍，读者们对碳酸钙的完全分解温度有了更加深入的了解。
谢谢阅读！第二篇示例：碳酸钙是一种常见的化学物质，化学式为CaCO3。
它是一种白色的固体，常见于许多天然矿物中，如方解石和大理石。
碳酸钙是一种很有用的物质，在许多工业和农业领域都有广泛的应用。
碳酸钙有许多性质，其中之一就是其在高温下的分解性质。
温度和添加剂对Ca_HCO_3_2分解制备CaCO_3的影响_许冬东
2411
XA = （ 3． 157I221A ） / （ I104C + 3． 157I221A + 7． 691I110V ）
（ 1）
Xc = （ I104C XA ） / （ 3． 157I221A ）
XV = 1 － XA － XC
XV = （ 3． 157 I110V ） / （ I104C + 7． 691 I110V ）
增多，而球霰石和文石则随温度升高而减少。考察了分解温度为 80 ℃ 时，添加不同分子量的 PEG 对 CaCO3 的晶体 类型和颗粒形貌的影响。当反应体系中加入 PEG-2000 时，方解石仍是主要的晶型，但含量明显减少，文石相增加
到 39． 2% ； 而加入 PEG-6000 时，方解石相明显减少，文石相增加到 79． 3% 。这些结果表明： 在 Ca（ HCO3 ） 2 的分解
众所周知，当加热具有暂时硬度的水时，通过碳酸氢钙（ Ca（ HCO3 ） 2 ） 的分解可得到碳酸钙沉淀。事实 上，Ca（ HCO3 ） 2 的分解是一个缓慢的过程，因此 CO23- 的释放是可控的，这与上述控制 CO23- 的方法［1-2］非常相 似。但是，到目前为止很少有利用分解 Ca（ HCO3 ） 2 来制备 CaCO3 的文献报道。含 PEG 的双亲水性嵌段共 聚物通常被用来控制 CaCO3 的生物矿化［3-6］，除此之外，单一的 PEG 也常用于控制碳酸钙的结晶化［7-10］，这 是由于 PEG 所具备的一些优良属性，即价格便宜、无毒、良好的水溶性及润滑性、在室温下的高稳定性以及 其广泛的分子量分布和不同的链长度等。已有研究证明，添加了 PEG 的 Ca（ OH） 2 悬浮液在室温下碳化后， 形成了由小的立方体方解石颗粒组成的链状 CaCO3 结构［7］。将含 PEG 的 Ca（ OH） 2 溶液分别在 160 ℃ 和 240 ℃ 的温度下溶剂热 72 h，在相对湿度为 40% 的空气中干燥 48 h，然后在 550 ℃ 下空气中煅烧 3 h 后可以 得到纯六角和矩形的方解石［8］。而在 80 ℃ 时往 CaCl2 和 Na2 CO3 体系中添加不同分子量的 PEG 时，针状的 霰石减少甚至消失［9］。在室温下，将 CaCl2 和 Na2 CO3 体系中 PEG-6000 的浓度提高到 0． 3wt% 时，在立方体 方解石中发现了少量椭球体球霰石相［10］。
碳酸钙的分解-生成反映热力学规律.
碳酸钙的离解-生成
对CaO+CO2=CaCO3, ΔG0=-170925+144.4T(J),则：
logPCO2/Pθ=-8920/T+7.54
冶金原理精品课程
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碳酸钙的离解-生成
例题：
求在大气中焙烧CaCO3开始离解温度
已知：大气中CO2含量约为0.03%
P’co2=0.0003×101325=30.4Pa。因而 CaCO3开始离解温度
log0.0003=-8920/T +7.54
T开=807K
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碳酸钙离解-生成
CaCO3在大气中只要加热到807K（834℃） 即可分解，然而低温离解速度慢，同时，由 于离解后产生CO2将使气相中P’co2升高，阻 滞反应的进行，对实际冶金工厂无意义。因 而由动力学因素与实际冶金的要求考虑，应 使离解温度提高到使Pco2稍大于大气总压力， 这样离解反应将迅速进行。通常将 Pco2=101325Pa(1atm)时的温度称为碳酸盐 的化学沸腾温度。
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碳酸钙的离解-生成
当Pco2=1atm=101325Pa时，得：
log1=- -8920/T+7.54 T沸=1183K
即CaCO3的化学沸腾温度为1183K(9冶金生产中，通常用石灰石 （CaCO3）作熔剂加入炉内。在冶炼 温度下，CaCO3离解产生CaO进入炉 渣。CaO是炉渣的主要成分之一。生 产上要求CaCO3在炉内离解迅速、完 全。
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第42卷第6期2013年6月热力发电T H E R M A LP O W ER G E N E R A T I O NV01．42N o．6J an．2013温度对C aC03分解[摘反应动力学参数的影响陈鸿伟，陈江涛，危日光，索新良华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003要]采用自建的大剂量热重分析仪对分析纯C a C O。
进行煅烧分解的热重试验，得到了温度对C aC O。
分解过程动力学参数的影响规律。
分析结果表明：CaC O。
分解反应性指数随温度升高呈阶段性增长，而动力学参数随温度升高呈阶段性减小，但均可分为3个阶段，且不同阶段的温度转折点相同；相边界反应(圆柱形对称)机理较适合N。
环境气氛下C aCO。
热分解反应，反应活化能和指前因子的对数随温度的升高变化规律相似，二者线性关系良好，存在动力学补偿效应；根据补偿系数推导出C aC0。
煅烧的等动力学温度约842℃，反应速率常数为0．1049m i n～。
[关键词]C aC O。
；等温热重法；动力学；补偿效应；等动力学温度[中图分类号]T K l6[文献标识码]A[文章编号]1002—3364(2013)06—0021—05[ooi编号]10．3969／j．i s sn．1002—3364．2013．06．021E f f ect of t e m per at ur e on ki net i c pa r am e t er s of dec om posi t i onr eact i on of cal c i um car bonat eC H E N H ongw ei，C H E N J i angt ao，W EI R i guang，SU O X i nl i angSchool of E nergy P ow e r and M ec ha ni c al E ngi ne er i ng，N or t h C h i na E l ect r i c P ow er U ni ver s i t y，B a odi ng071003，H ebe i P r ovi nce，Chi naA bst r act：I n or der t o i nves t i gat e t he i nf l uence of t em per at ur e on beha vi or of c al c i umcar bonat e de—com posi t i on，es pec i a l l y on ki net i c param et er s of t he decom pos i t i on r ea ct i on，t he anal yt i cal l y pu r ec al c i umcar bonat e w as ca l ci ned on a s el f-bui l t l ar ge dose t her m ogravi m et r i c a na l yze r．The r es ul t si ndi ca t ed t ha t，w i t h a n i nc r ea se i n t he r e act i on t e m per a t ur e，t he r eact i vi t y i ndex of c al c i umcar b on—at e decom pos i t i on i nc r e as ed at st age s t a t e w hi l e t he ki net i c param et er s dec r ea se d at st age st a t e．M oreover，bot h t he r ea ct i on i ndi ces and t he ki net i c param et er s c an be di vi ded i nt o t hr ee st age s and t he t em per at ur e t ur ni ng poi nt s i n di f f er ent st age s w er e t he s am e．The phas e boundar y r ea ct i on (cyl i n dr i cal sym m et r y)t heor y w as m or e sui t a bl e f or c al c i um car bonat e cal ci na t i on under N2at-m os pher e．T he change t r e nd of t he l ogar i t hm of r e act i o n act i vat i on w i t h t em per at ur e w as si m i l ar as t ha t of t he pr e-e xpone nt i a l f a ct or．The r e exi st ed good l i ner r e l at i onshi p and ki net i c com pens a—t i on ef fect be t w een t hem．T he i soki net i c t em per at ur e of t he C a C03cal ci na t i on w a s842℃and t he r ea ct i on r at e c ons t ant w as0．1049m i n der i ved by t he com pensat i on coef fi ci ent s．K e y w or ds：C a C03；i s ot he r m al t her m ogr avi m et r y；chem i cal ki ne t i cs；com pe ns at i on ef f ect；is oki net i c t em per at ur e=====================================一收稿日期：2012—06—12基金项目：国家自然科学基金(50876030)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(1l M G46)作者简介：陈鸿伟(1965一)，男，重庆人，博士，教授，主要从事高效、清洁燃烧及环境污染控制技术的教学与研究。
E-m ai l：chenj t—l@163．cor n ．热力发电C a C O。
及其煅烧产物广泛应用于能源工业污染控制领域，其在电力工业中属较成熟的脱硫剂‘卜4|。
精确的C aC O。
分解反应动力学参数是其应用于工业实际的基础数据。
前人在进行C a C O。
热分解动力学参数研究时，通常采用等温法和非等温法[引，其共同的特点是通过确定反应机理函数联立经典的A r r he ni us公式求取活化能和指前因子。
A r r heni us定理唯象地认为活化能和指前因子为与反应温度无关的常数，这是目前众多学者求解C aC O。
分解反应动力学参数的假定前提[6伽；但从理论上指前因子与温度有关，当温度变化范围较宽时，指前因子变化较大，必然会导致活化能随其变化，最终导致动力学参数随温度变化[1川。
对此，本文采用传统方法计算小温度范围内的C aC O。
分解反应动力学参数，以考察较大温度范围内的动力学参数变化情况，近似了解温度对活化能和指前因子的影响规律。
1试验内容试验装置如图1所示。
整个试验在自建的大剂量热重分析仪上进行，其灵敏度为0．1m g，称重范围±200g，测温范围o～1000℃，重复性试验误差±1％，满足试验精度要求。
采用纯度>99．9％的N。
进行吹扫，通过转子流量计控制其流量，计算机采集处理数据得到转化率一时间(x-t)曲线。
转子流量减压图1试验装置Fi g．1T h e exp er i m ent al appar at us试验在常压下进行，采用分析纯C aCO。
作为样品，其粒度为48～62弘m。
每次取用0．3±0．02g 样品，煅烧气氛总流量1000m L／m i n。
为减小样品颗粒间的扩散阻力，将样品平铺在坩埚底面，形成厚度均匀的薄层。
为更接近真实的反应过程，试验采用等温法。
C aCO。
煅烧转化率z为：z一—m o--—mt(1)m o一优a其中，m。
、m。
为反应前、后样品的质量，m。
为反应进行t r ai n后样品的质量。
采用反应性指数R定量衡量不同温度下C aC O。
煅烧分解反应的程度，其表达式为：R一2／r。
．5(2)其中，V o．。
为C aC O。
煅烧转化率达到50％的时间，R越大表明CaC O。
分解反应性越好。
2试验结果与讨论2．1温度对CacO，分解特性的影响图2为温度对C aC O。
煅烧转化率的影响。
1．0O．8h0．6褂S样0．4O．21-O0．8薄o6S样O．4O2O20406080100120140时间t／r ai n(b)825～9751C图2温度对C aC03煅烧转化率的影响Fi g．2E f f ect of t em perat ur e on t he c o nver s i o n ofcal ci um car b onat e c al ci na t i on由图2可见，随着温度的提高，煅烧反应速率逐渐提高，完全煅烧的时间逐渐缩短：700℃完全煅烧时间为132r ai n，775℃缩短为26r ai n，975℃减至2．8r ai n。
这是因为CaC O。
煅烧反应为吸热反应，Ⅲm㈣誓～∽∥2骗㈣m∞h加第6期陈鸿伟等温度对C a C O。
分解反应动力学参数的影响反应温度越高，反应速率越快。
综合考虑反应速率、完全煅烧时间及高温烧结等因素，C aC O。
合理的煅i g2．墨1糕1靶0着o．赵图3反应性指数随煅烧温度变化情况Fi g．3R e a ct i vi t y i nd e x R at di f f er e nt t em per at ures由图3可见，反应性指数R随温度的升高总体呈抛物线增加规律，即随着温度的升高，C aC O。
的反应性快速升高。
对R分段线性拟合的结果表明，R增长速率可分为3个阶段：700775℃范围内的低速增长阶段，：>775～900℃范围内的中速增长阶段和>900～975℃范围内的高速增长阶段。
C aC O。
分解反应性随温度呈现阶段性的增长规律，可能是由于C a C0。
分解的受控机理在不同的温度范围内会发生一定的变化，这与目前认为的C a C O。