Производство извести

Введение

Строительной известью называется вяжущее вещество, получаемое в результате умеренного обжига и  последующего  помола кальциево-магниевых карбонатных горных пород – известняка, мела, доломитизированных и мергелистых известняков, доломита с содержанием не более 6% глинистых примесей. В зависимости от условий твердения различают строительную известь воздушную и гидравлическую.

В зависимости от последующей  обработки обожженного продукта различают такие виды извести: 1) негашеную комовую известь-кипелку, состоящую главным образом из СаО; 2) негашеную молотую известь того же состава; 3) гидратную известь-пушонку в виде тонкого порошка, получаемого в результате гашения комовой извести определенным количеством воды и состоящей в основном из Са(ОН)2, и 4) известковое тесто  - продукт пластичной консистенции получаемый при гашении комовой извести избытком йоды и состоящий главным образом из Са(ОН)2 и механически при мешанной воды.

Обжиг извести в вращающихся печах 

Для обжига извести  можно использовать вращающиеся печи.

Выходящая из этих печей  известь имеет высокую температуру, поэтому она поступает для охлаждения в барабанные, рекуператорные и колосниковые холодильники, в принципе аналогичные применяемым в цементном производстве. Обжиг во вращающихся печах имеет следующие преимущества: 1) большая производительность единичного агрегата; 2) высокое качество извести вследствие равномерности обжига и высокой степени диссоциации известняка; 3) возможность обжига мелких фракций известняка; 4) возможность обжига мела и других рыхлых карбонатных пород; 5) сравнительно небольшая длительность процесса обжига, меньшая затрата рабочей силы на выпуск единицы продукции. Вместе с тем обжиг во вращающихся печах требует большего расхода топлива и электроэнергии. Для обжига можно применять твердое пылевидное, жидкое (мазут) и газообразное (природный газ) топливо. Во вращающихся печах наблюдается значительный унос пыли из печи (10—15%), что требует установки эффективных пылеулавливающих аппаратов. Во вращающихся печах можно обжигать мелкофракционный материал (5—50 мм), однако необходимо, чтобы куски имели возможно более однородные размеры так, чтобы не было значительной разницы между наименьшими и наибольшими кусками материала (например, известняк фракций 10—20 и 20—40 мм). На некоторых заводах во вращающихся печах обжигают мелкие фракции известняка, являющиеся отходами, полученными в результате дробления и сортировки известняка для обжига в шахтных печах. Во вращающихся печах можно обжигать и мелоподобный известняк низкой прочности, однако его необходимо загружать в печь в высушенном состоянии или в .виде шлама, содержащего примерно 36—44% воды.

Длина известеобжигательных вращающихся печей может колебаться в широких пределах. Производительность этих печей составляет 500—900 кг/м3 извести в сутки, считая на полный внутренний объем обжигательного барабана. Расход условного топлива высок и доходит до 20—30% от массы обожженной извести, что вызывается, главным  образом, значительной потерей тепла с отходящими газами.

При обжиге извести  во вращающихся печах на жидком и газообразном топливе производительность их повышается, и получается известь более высокого качества. Применение твердого пылевидного топлива загрязняет известь и снижает производительность вращающихся печей.

При установке в  длинных вращающихся печах внутренних теплообменных устройств, а в коротких печах — запечных слоевых или циклонных теплообменников расход топлива уменьшается и доходит до 17—20%.  

ВИДЫ  ИЗВЕСТИ, СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ  ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА  

Сырьем для получения воздушной извести могут служить все природные материалы (горные породы),  состоящие в основном из углекислого кальция, который встречаемся в виде двух минералов — кальцита и арагонита. Известковые горные породы весьма распространены и широко применяются в производстве различных вяжущих материалов. Основными типами известняков, выделяемыми по структурным признакам, являются кристаллические, органогенные, обломочные и со смешанной структурой. Кристаллические известняки сложены кристаллами кальцита, которые могут быть различных размеров. Органогенные известняки состоят из  скелетных остатков животных (зоогенные) или растительных (фитогенные) организмов, сложенных кальцитом или арагонитом, и цементирующей их массы пелитоморфного (микрокристаллического) кальцита. Обломочные известняки — это обломки ранее сформировавшихся известняков, скрепленных кальцитовым цементом. Известняки со смешанной структурой представляют собой переходные разновидности между кристаллическими, органогенными и обломочными известняками. Эти виды известняков широко распространены.

Литологической разновидностью известняков является и мел, который  представляет собой рыхлую сцементированную тонкозернистую породу с землистым изломом, состоящую из тонкого органогенного и пелитоморфного кальцита. Существуют и другие литологические разновидности известняков: оолитовые известняки, известковые туфы.

Все эти известковые  горные породы обычно содержат различные  примеси, главным образом доломит, глинистые минералы, окислы железа,, кварц, гипс. Количество примесей колеблется в довольно значительных пределах. Даже в самых чистых видах известняков  2—3% примесей. Наличие примесей и равномерность распределения их по всей массе сырья сильно влияют на ход производства, изменяя температуру обжига и производительность печей, а также на свойства конечного продукта. Самый распространенный вид сырья    для    производства    воздушной    извести - плотные  известняки  и   мел.

Различают жирную и  тощую известь. Первая быстро гасится, выделяет при гашении много тепла и дает при этом пластичное, жирное на ощупь тесто. Вторая гасится медленно и дает менее пластичное тесто, в котором прощупываются мелкие зерна, не распавшиеся при гашении в порошок. При обжиге известняков с небольшим содержанием глинистых примесей получается жирная известь. По мере увеличения содержания глинистых примесей, даже при небольшом количестве магнезии, известь становится все более тощей. Тощая известь— вполне пригодный материал, но пескоемкость ее меньше, что удорожает стоимость раствора. При наличии в известняке более 6% глинистых примесей продукт обжига содержит уже значительное количество силикатов, алюминатов и ферритов кальция, что придает извести гидравлические свойства. Такая  известь и называется гидравлической.

Примесь магнезии в количестве примерно до 5% при небольшом содержании глинистых или песчаных примесей не вызывает заметного отощения извести. При более значительном содержании окиси магния известь гасится заметно медленнее и выделяет при гашении меньше тепла.

В зависимости от содержания окиси магния различают кальциевую известь, включающую не более 5-% МgО, магнезиальную с 5—20% МgО, доломитовую с количеством МgО от 20 до 40%. По скорости гашения известь делится на быстрогасящуюся со скоростью гашения до 20 мин и медленногасящуюся — свыше 20 мин. За скорость гашения принимается время от момента смешивания с водой до достижения максимальной температуры. В зависимости от температуры, развивающейся при гашении, известь разделяется на низкоэкзотермическую— с температурой гашения ниже 70°С и высокоэкзотермическую — с температурой гашения свыше 70°С.

В молотую негашеную, а также в гашеную известь  можно вводить различные молотые минеральные добавки: известняк, доменные и топливные шлаки, золы, вулканические пемзы, туфы и пеплы, кварцевые пески, цемянки, трепел, гипсовый камень. В зависимости от содержания активных СаО и МgО, а также непогасившихся частиц негашеная известь  делится на три,   а гашеная на два сорта. Требования ГОСТ 9179-70 к различным видам извести приведены в табл. 1.   

Табл 1. Свойства воздушной  извести (по минимальным требованиям  стандарта)  

Прочность воздушной извести не нормируется стандартом. Прочность гидратной извести-пушенки, а также известкового теста обычно невелика и через 28 сут составляет 0,5—1 МПа при испытании в образцах из раствора жесткой консистенции. Качество этих видов извести определяется главным образом их химическим составом и пластическими свойствами. Молотая негашеная известь отличается более высокой • прочностью (1-5 МПа через 28 сут).

Одним из показателей  качества строительной извести является выход теста, характеризуемый объемом  известкового теста (в л), получаемого при гашении 1 кг извести. Чем известь пластичнее, тем больше выход теста и его пескоемкость, т. е. тем больше можно добавить к извести песка и получить пластичные удобные для обработки растворы. Выход теста у жирной извести 2,5— 3,5 л, при меньшем выходе известь относят к тощей.

 В соответствии  с ГОСТ 5331—63 карбонатные породы  для производства строительной извести в зависимости от химического состава делятся на пять классов (табл. 2).

Таблица 2. ТРЕБОВАНИЯ К КАРБОНАТНЫМ ПОРОДАМ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНОЙ ИЗВЕСТИ, %

Из карбонатных пород класса А получают практически кальциевую жирную известь. Из пород классов Б и В производят кальциевую известь, в первом случае более жирную, а во втором — более тощую. Породы класса Г применяют для изготовления магнезиальной и доломитовой, а класса Д — гидравлической извести.  

2. ОБЖИГ ИЗВЕСТИ

1) Процессы, протекающие  при обжиге извести

Основным процессом  при производстве воздушной извести является обжиг, при котором известняк декарбонизируется я превращается в известь по следующей реакции:

СаСО3+178,58 кДж ±  СаО + СО2.

Из этого уравнения  видно, что для разложения одной  грамм-молекулы СаСО3 на СаО и СО2 нужно затратить 178,58 кДж тепла, а  для разложения 1 кг СаСО3 -1785,8 кДж.

Диссоциация углекислого  кальция по приведенному выше уравнению является типичным примером обратимой реакции, которая может идти в том и другом направлении в зависимости от температуры и парциального давления СО2 в окружающей среде. Чтобы реакция шла в нужном направлении, уменьшают парциальное давление СО2, удаляя ее из печи, а также повышают температуру обжига по сравнению с теоретически необходимой. Можно принять, что в лабораторных условиях диссоциация углекислого кальция протекает примерно при 900°С. Разложение углекислого кальция начинается уже около 600°С, но протекает оно в этих условиях в незначительной степени.

Практически температура  обжига известняка в заводских условиях колеблется в пределах 1000—1200°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 устанавливается в зависимости от плотности известняка, наличия примесей, типа печи и ряда 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, доходящей до 1300°'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 1000°С.

При неправильной эксплуатации   печи, а также   при попадании в нее кусков 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 твердеющей извести недожог не оказывает. При слишком высокой температуре обжига возможен пережог извести, при котором появляется крупнокристаллическая окись кальция. Пережог ухудшает качество извести, подвергающейся гашению, так как вызывает медленное гашение частиц пережженной извести, которые могут полностью погаситься уже в сооружении и вызвать не