Технология производства строительной извести Процессы протекающие при

Технология производства строительной извести

Процессы, протекающие при нагревании углекислого кальция и известняков При обжиге карбонатного сырья для получения воздушной извести основным процессом является диссоциация углекислого кальция, сопровождающаяся поглощением теплоты, по следующему уравнению: Ca. CO 3(тв) + 178, 58 к. Дж = Ca. O(тв) + CO 2(г). Для разложения углекислого кальция требуется большое количество теплоты – 1780 к. Дж на 1 кг Ca. CO 3. Диссоциация карбоната кальция – типичный пример обратимой реакции, направление которой зависит от температуры и парциального давления CO 2 в окружающей среде.

Для интенсификации реакции диссоциации уменьшают парциальное давление CO 2, удаляя ее из печи, а также повышают температуру обжига по сравнению с теоретически необходимой. При обжиге парциальное давление углекислого газа в печном пространстве намного менее 0, 1 Мпа (содержание углекислоты колеблется в пределах 30 -40%), вследствие чего температура диссоциации Ca. CO 3 не превышает 824 -844 0 С. Однако при обжиге кускового известняка, как только поверхностная оболочка на кусках, состоящая из оксида кальция, достигает видимой толщины, содержание углекислого газа вблизи зоны реакции повышается до 100%, и температура диссоциации соответственно возрастает.

Степень и скорость реакции разложения углекислого кальция зависят от перепада температур у поверхности кусков и в их центре, размера кусков, упругости (парциального давления) углекислого газа, наличия в известняке примесей и др. Совершенно очевидно, что диссоциация карбоната кальция в центре крупных кусков намного отстает по времени от диссоциации на их наружной поверхности. На практике важно соблюдать необходимую длительность обжига различных по размеру и форме кусков карбоната кальция. С уменьшением размера обжигаемого зерна известняка время декарбонизации уменьшается. С уменьшением же размера зерен и одновременным повышением температуры обжига время полной декарбонизации частиц уменьшается в ещё большей степени. Следовательно, основными путями увеличения скорости обжига известняка являются свойства получаемой извести, увеличиваются ее плотность и размер кристаллов оксида кальция, уменьшается скорость гашения.

Практически температура обжига известняка в заводских условиях составляет 1000 -12000 С. Это вызвано тем, что на заводе обжигают большое количество сырья с колеблющимся химическим составом, содержащее различные примеси, причем скорость обжига в этом случае приобретает большое значение. Поэтому в производстве приходится применять более высокие температуры обжига, чем в лаборатории. На каждом заводе температура обжига известняка устанавливается в зависимости от его плотности, наличия в нем примесей, типа печи и других факторов. При обжиге более плотных известняков удаление из обжигаемых кусков углекислоты затруднено и требует более высокой температуры. Наличие глинистых и магнезиальных примесей в известняках способствует выделению при обжиге углекислого газа и снижению температуры обжига.

Плотные мрамороподобные известняки, не содержащие значительного количества примесей, обжигаются при температуре до 1300 0 С, а иногда и превышающей ее. Более низкая плотность и присутствие примесей позволяют снизить температуру обжига извести. При использовании в качестве сырья магнезиальных известняков температура обжига может быть даже ниже 10000 С. При неправильной эксплуатации печи, а также при попадании в нее кусков известняка больших размеров или более высокой плотности, на что не рассчитан установленный на заводе режим обжига, часть материала не дожигается, так как не успевает декарбонизироваться. Такой недожог уменьшает выход теста из кипелки, так как недожженная часть материала при гашении не рассыпается в порошок и остается в виде кусков. Вредного влияния на качество извести недожог не оказывает.

При слишком высокой температуре обжига возможен пережог извести, при котором появляется крупнокристаллический оксид кальция. Пережог ухудшает качество извести, так как вызывает медленное гашение ее частиц. Последние могут полностью гаситься в сооружении и вызывать в нем не только трещины, но и разрушение. Крупные кристаллы оксида кальция в пережженной извести образуются в результате перекристаллизации Са. О под воздействием расплава зольной части топлива или длительного нагрева при высокой температуре. При получении молотой негашеной извести недожженные и пережженные частицы измельчаются и не являются отходом, причем вредное действие пережога при надлежащей тонкости помола уменьшается. Однако даже очень тонкий помол не может полностью устранить влияние пережога.

Зона разложения Ca. CO 3 в каждом куске распространяется от поверхности к его внутренним слоям с определенной скоростью, зависящей от температуры обжига, а также от структуры камня. Так, например, при температуре окружающей среды 900 0 С скорость распростронения зоны разложения Ca. CO 3 в известняке средней плотности составляет примерно 3 мм в 1 ч, а при 1100 0 С -14 мм в 1 ч. Следовательно, скорость обжига кусков известняка при 1100 0 С в 4, 7 раза больше, чем при 900 0 С. С повышением температуры обжига удельный расход топлива уменьшается. Однако для получения быстрогасящейся извести необходимо вести обжиг до полной декарбонизации углекислого кальция при возможно более низкой температуре и минимальном выдерживании материала в этих условиях ( «мягкий» обжиг).

В условиях обжига воздушной извести, когда содержание основных оксидов значительно больше кислотных, и температура обжига недостаточна для образования заметного количества жидкой фазы, в состав продуктов обжига, кроме преобладающего количества свободного оксида кальция, будут входить Β-2 Са. О∙Si. O 2∙(β∙C 2 S); Ca. O∙Al 2 O 3(CA) и 2 Ca. O∙Fe 2 O 3(C 2 F). Для более удобного краткого написания формул клинкерных минералов и других химических соединений принято изображать их формулы условными индексами, в которых оксиды обозначают первым символом их химической формулы, а индексы 2, 3, 4 около этих символов показывают количество молекул оксида, входящее в состав данного минерала. Так, 3 Са. О∙Si. O 2 обозначается C 3 S; 2 Ca. O∙Si. O 2 – C 2 S; 3 CO∙Al 2 O 3 – C 3 A; 4 Ca. O∙Al 2 O 3 Fe 2 O 3 – C 4 AF; Ca. O∙Al 2 O 3 – CA; 12 Ca. O∙ 7 Al 2 O 3 – C 12 A 7; 2 Ca. O∙Fe 2 O 3 – C 2 F

Чем больше в продуктах обжига силикатов, алюминатов и ферритов кальция, тем медленнее и менее полно гасится известь и тем менее пластичным будет полученное из нее тесто. Более медленное гашение извести со значительным содержанием оксида магния объясняется тем, что последний гасится достаточно быстро лишь в том случае, если она обожжена при температурах, приближающихся к температуре разложения углекислого магния (600 -650 0 С ); при обжиге же воздушной извести температура значительно выше, а способность оксида магния к гашению ниже. Этим и объясняется необходимость обжига при более низкой температуре известняка с повышенным содержанием углекислого магния, а также потребность в более тщательном гашении продукта обжига. При производстве доломитовой извести температура обжига должна быть ниже, чем при обжиге магнезиальной или маломагнезиальной, и составлять 750 -1000 0 С.