Производство извести

только образование  в нем трещин, но даже и его  разрушение. По данным Б. Н. Виноградова, пережженная известь с крупными кристаллами окиси кальция (от 10 до 200 мкм в поперечнике) образуется в результате перекристаллизации СаО под воздействием расплава зольной части топлива. Интенсивность и температурный интервал перекристаллизации зависят от состава жидкой фазы. Чем выше содержание в ней FеО и Fе2О3, тем раньше начинается и интенсивнее протекает перекристаллизация. Без воздействия расплава зольной части топлива укрупнение кристаллов СаО при обжиге идет весьма медленно и обычно размер их не превышает 10 мкм.

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. Поэтому наряду-с указанными ранее характеристиками воздушной извести следует учитывать размер, форму и строение кристаллов окисей кальция и магния, а также размер пор в обожженном материале я распределение их в его массе.

Зона разложения СаСО3 в каждом куске распространяется от поверхности к внутренним его слоям с определенной скоростью, зависящей от температуры обжига, а также от структуры камня. Так, например, при температуре окружающей среды 900°С скорость распространения зоны разложения СаСО3 в известняке обычной твердости составляет примерно 3 мм в 1 ч, а при 1100°С— 14 мм в 1 ч. Следовательно, скорость обжига кусков известняка при 1100°С в 4,7 раза больше, чем при 900°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).

Обычный размер кусков известняка, загружаемых в шахтную печь,составляет 60—200 мм, а топлива — 40— 60 мм. При меньшем размере кусков в обычных шахтных печах возникает весьма большое сопротивление движению газов и ухудшается тяга. В этом случае следует создавать условия для ускорения движения газов при обжиге.

Чем больше куски известняка, тем дольше они должны обжигаться. В связи с этим желательно до известных  пределов уменьшать размер кусков, что увеличит производительность известеобжигательных печей. При обжиге кусков различных размеров режим процесса назначают, исходя из времени, требуемого для обжига кусков средних размеров. При этом более мелкие куски пережигаются, и продолжительное время занимают объем печного пространства, будучи уже обожженными. Более крупные куски не дожигаются. Чем однороднее размер кусков известняка и топлива, тем равномернее обжиг, тем меньше сопротивление печи и выше ее производительность. Поэтому если на заводе две и больше печей, то целесообразно вести пофракционный обжиг, при котором известняк после дробления сортируется, и в каждую печь загружаются куски, более близкие по размерам (размер наиболее крупных кусков не должен превышать размера самых мелких кусков более чем в два раза). Целесообразно, например, разделить дробленый известняк иа три фракции с размером кусков: 80—150, 40—80 и 20—40 мм.

Большое значение для  производства воздушной извести  имеет физическая структура применяемого сырья. Мраморовидные известняки весьма большой плотности обжигаются несколько труднее, чем обычные известняки. Если сырье имеет землисто-рыхлую структуру, например мел, то обжиг его в шахтных печах затруднителен, так как куски такого сырья легко крошатся, а получающаяся мелочь заполняет промежутки между обжигаемыми кусками и затрудняет тягу. При обжиге легко рассыпающегося сырья во вращающихся печах затруднений не встречается.

В шахтных печах  лучше всего обжигаются куски  чистых и пористых известняков среднего размера с пределом прочности при сжатии порядка 10—50 МПа. Известняки с меньшей прочностью истираются при продвижении по шахте, увеличивают ее сопротивление и уменьшают производительность печи. Карбонатные породы с прочностью менее 2 МПа непригодны для обжига в шахтных .печах. Существенное значение имеет и размер кусков топлива, и соотношение средних размеров кусков топлива и известняка при обжиге в шахтных пересыпных печах. Это соотношение составляет 1 : 2—1 : 3.

При  реакции, протекающие  при обжиге в твердом состоянии  между продуктом декарбонизации углекислого кальция окисью кальция, с одной стороны, и кремнеземом, глиноземом и окисью железа -получаются силикаты, алюминаты и ферриты кальция различных видов.

В условиях обжига воздушной  извести, когда содержание основных окислов значительно больше кислотных  и температура обжига недостаточна для образования заметного количества жидкой фазы, в состав продуктов обжига, кроме преобладающего количества свободной окиси кальция, будут входить р-2СаО-SiO2; СаО-Аl2О3 и 2СаО-Fe2О3. При более высоких температурах обжига могут образовываться 12 СаО-7А12О3 и 2СаО-А12О3. Чем больше в продуктах обжига будет 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 окиси магния объясняется тем, что эта окись магния гасится достаточно быстро лишь в том случае, если она обожжена при температурах, приближающихся к температуре разложения углекислого магния (600—650°С), тогда как при обжиге воздушной извести температура значительно выше. По мере повышения температуры обжига способность окиси магния к гашению уменьшается. 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°С. Пониженные температуры обжига приводят к тому, что часть углекислого кальция остается неразложенной.

Плотность кипелки  в зависимости от состава, температуры  и длительности обжига колеблется в пределах 3100—3400 кг/м3, а объемная масса, зависящая как от тех же факторов, так и от плотности укладки и размера кусков,— в пределах 800—1200 кг/м3. Чем выше температура обжига и чем он длительнее, тем больше плотность и объемная масса получаемой извести: Объемная масса рыхлонасыпанной пушенки составляет в среднем 400— 450 кг/м3, а уплотненной — 500—700 кг/м3. Масса 1 м3 известкового теста 1300—1400 кг.   

Обжиг в вертикальных печах 

  Применяют   самые  разные  представляющие  собой  сочетание вертикальной  печи диаметром  с  вращающейся печью.  При этом  мелкокусковой фракционированный  известняк  обжигается  на 80%  в шахте с применением кокса и окончательно -  во вращающейся печи.  Суточная производительность  подобной установки достигает  400  -  500  т  при  затрате  теплоты около 4200 кДж/кг.                                        

        Выбор типа печи для обжига извести определяется производительностью завода, физико-механическими свойствами и химическим составом известняка, видом топлива и требуемым качеством извести.

   Наибольшее  распространение получили шахтные  печи, представляющие собой полый цилиндр, имеющий наружный стальной кожух толщиной около 1 см и внутреннюю огнеупорную кладку, вертикально установленный на фундаменте. Эти печи характеризуются непрерывностью действия, пониженным расходом топлива и электроэнергии, а так же простотой в эксплуатации. Строительство их требует относительно небольших капиталовложений.

     В зависимости  от вида применяющегося топлива  и способа его сжигания различают  печи, работающие на короткопламенном  твёрдом топливе, вводимом обычно в печь вместе с обжигаемым материалом; т.к. известняк и кустовое топливо при этом загружают в шахту перемежающимися слоями, то иногда такой способ обжига называют пересыпным, а сами печи – пересыпными; на любом твердом топливе , газифицируемом или сжигаемом в выносных потоках, размещаемых непосредственно у печи; на жидком топливе; на газовом топливе, натуральном или искусственном.

     По характеру  процессов, протекающих в вертикальной печи, различают три зоны по высоте: подогрева, обжига и охлаждения. В зоне подогрева, к которой относят верхнюю часть печи с температурой пространства не выше 850˚С, материал подсушивается и подогревается поднимающимися раскалёнными дымовыми газами. Здесь выгорают также органические примеси. Поднимающиеся газы, в свою очередь, благодаря теплообмену между ними и загруженным материалом охлаждаются и далее отводятся вверх печи.

    Зона обжига размещается в средней части печи, где температура обжигаемого материала изменяется от 850˚С до 1200˚С и затем 900˚С; здесь известняк разлагается , из него удаляется углекислый газ.

    Зона охлаждения – нижняя часть печи. В этой зоне известь охлаждается от 900˚С до 50-100˚С поступающим снизу воздухом, который далее поднимается в зону обжига.

    Движение  воздуха и газов в вертикальных  печах обеспечивается работой  вентилятор, нагнетающих в печь  воздух и отсасывающих из неё  дымовые газы. Противоточное движение обжигаемого материала и горячих газов в вертикальной печи позволяет хорошо использовать теплоту отходящих газов на прогрев сырья , а теплоту обожженного материала – на подогрев воздуха, идущего в зону обжига. Поэтому для вертикальных печей характерен низкий расход топлива. Расход условного топлива в этих печах примерно 13-16% массы обожженной извести, или 3800-4700 кДж на 1 кг.

   Недостатки  вертикальных печей: известь загрязняется  золой и остатками не сгоревшего топлива. Возможно так же образование значительного количества пережога вследствие соприкосновения раскалённых кусков антрацита или кокса с обжигаемым материалом. Это особенно заметно при нарушении теплового режима и чрезмерным форсированием печей за счёт высоких температур обжига.

    Выбор типа  печи для обжига извести определяется  производительностью завода, физико-механическими свойствами химическим составом известняка, видом топлива и требуемым качеством извести.  

 Если рассматривать  процесс обжига в вертикальной  печи, то можно хорошо различить три стадии.

   Процесс диссоциации  углекислого кальция (основной  части сырья ) – обратимая реакция.  Её направление зависит от  температуры и парциального давления углекислого газа в среде с диссоциирующимся карбонатом кальция.

    Так как  СаО и СаСО₃ не является твёрдыми веществами и их концентрации в единице объёма постоянны, константа диссоциации К_дис=Р_СО2. Следовательно, динамическое равновесие в рассматриваемой системе устанавливается при определённом и постоянном для каждой данной температуры давления Р_СО2 и не зависит ни от количества оксида кальция, ни от количества карбоната кальция , находящихся в системе. Это равновесие давления называют давлением диссоциации или упругостью диссоциации.

   Диссоциация  углекислого кальция возможна  только лишь при условии, если давление диссоциации будет больше чем парциальное давление СО₂ в окружающей среде. При обычной температуре разложение СаСО₃ невозможно, поскольку давление диссоциации ничтожно. Установлено, что лишь при 600˚С в среде, лишённой СО₂ (в вакууме), начинает диссоциация углекислого кальция, причём она протекает очень медленно. При дальнейшем повышении температуры диссоциация СаСО₃ ускоряется.

    При 880˚С  давление (упругость диссоциации)  достигает 0.1 МПа при этой температуре  (её иногда называют тем-рой разложения) давление двуокиси углерода при диссоциации превосходит атмосферное давление, поэтому разложение карбоната кальция в открытом сосуде протекает интенсивно. Это явление можно сравнить с интенсивным выделением пара из кипящей жидкости.

    При тем-ре  больше 900˚С повышение её на  каждые 100˚С ускоряет декарбонизацию известняка примерно в 30 раз. Практически в печах декарбонизация начинается при тем-ре , на поверхности кусков , 850˚С при содержании СО в отходящих газах около 40-45%.

Скорость декарбонизации известняка при обжиге зависит также  от размеров обжигаемых кусков и  их физ. свойств.

    Разложение  СаСО₃ происходит не сразу во всей массе куска, а начинается с его поверхности и постепенно проникает к внутренним его частям. Скорость движения с зоны диссоциации внутрь куска увеличивается с повышением тем-ры обжига. В частности при 800˚С скорость перемещения зоны диссоциации составляют примерно 2 мм, а при 1100˚С  - 14 мм в час, т.е. идет быстрее.

   Качество воздушной  извести исходя из выше изложенного , будет определяться тем-рой обжига. Так средняя плотность извести полученной при 850-900˚С , достигает 1.4-1.6 г/см³ , а для извести обожженной при 1100-1200˚С она повышается до 1.5-2.5 г/см³ и более (в куске). При обжиге идёт быстрая перестройка тригональной кристаллической решетки кальцита в кубический оксид кальция.

   Декарбонизация  известняков при низких тем-рах  (800-850˚С) приводит к образованию оксида кальция в виде массы губчатой структура, сложенной из кристаллов размером около 0.2-0.3 мкм и пронизанной тончайшими капиллярами диаметром около 8*10^-3.

    Удельная  поверхность такой извести, достигающая  порядка 50 м²/г должна бы предопределять высокую реакционную способность продукта при взаимодействии в водой. Однако этого не наблюдается, по-видимому , потому, что проникновение воды через узкие поры в массу оксида кальция затруднено.

   Повышение  тем-ры обжига до 900˚С и особенно  до 1000˚С обуславливает рост кристаллов оксида кальция до 0.5-2 мкм и значительное уменьшение удельной поверхности до 4-5 м²/г, что должно бы отрицательно отражаться на реакционной способности продукта. Но одновременное возникновение крупных пор в массе материала создаёт предпосылки к быстрому проникновению в него воды и энергичному их взаимодействию. Наиболее энергичным взаимодействием характеризуется известь, полученная обжигом известняка при тем-рах 900˚С.