Известь

Негашёная известь (комовая)

Известь негашёная комовая представляет собой смесь кусков различной величины. По химическому составу она почти полностью состоит из свободных оксидов кальция и магния с преимущественным содержанием СаО. В небольшом количестве в ней могут присутствовать неразложившийся карбонат кальция, а также силикаты, алюминаты и ферриты кальция и магния, образовавшиеся во время обжига при взаимодействии глины и кварцевого песка с оксидами кальция и магния.
Производство комовой негашёной извести состоит из следующих основных операций: добычи и подготовки известняка, подготовки топлива и обжига известняка.
Известняки добывают обычно открытым способом в карьерах. Плотные известково-магнезиальные породы взрывают. Для этого вначале с помощью станков ударно-вращательного (при твёрдых породах) или вращательного бурения (при породах средней прочности) бурят скважины диаметром 105-150мм глубиной 5-8м и более на расстоянии 3,5-4,5м одна от другой. В них закладывают надлежащее количество взрывчатого вещества в зависимости от прочности породы, мощности пласта и требуемых габаритов камня.
Наблюдающаяся иногда неоднородность залегания известняков в месторождениях обуславливает необходимость выборочной разработки полезной породы. Выборочная добыча известняка повышает стоимость продукта, поэтому при определении технической и экономической целесообразности разработки тех или иных месторождений необходимы тщательные геологоразведочные изыскания.
Полученную массу известняка в виде крупных и мелких кусков погружают в транспортные средства обычно одноковшовым экскаватором. В зависимости от расстояния между карьером и заводом известняк доставляют на завод ленточными конвейерами, автосамосвалами, железнодорожным и водным транспортом.
Высококачественную известь можно получить только при обжиге карбонатной породы в виде кусков, мало различающихся по размерам. Поэтому перед обжигом известняк соответствующим образом подготавливают: сортируют по размеру кусков и, если необходимо, более крупные негабаритные куски дробят.
В шахтных печах наиболее целесообразно обжигать известняк раздельно по фракциям 40-80, 80-120мм в поперечнике, а во вращающихся печах - 5-20 и 20-40мм.
Так как размеры глыб добытой горной породы нередко достигают 500-800мм и более, то возникает необходимость дробления их и сортировки всей полученной после дробления массы на нужные фракции. Это осуществляется на дробильно-сортировочных установках, работающих по открытому или замкнутому циклу с использованием щековых, конусных и другого типа дробилок. Дробить и сортировать известняк целесообразно непосредственно на карьере и доставлять на завод лишь рабочие фракции.
Обжиг – основная технологическая операция в производстве воздушной извести. При этом протекает ряд сложных физико-химических процессов, определяющих качество продукта. Цель обжига - возможно более полное разложение СаСО3 и MgCO3 * CaCO3 на СаО, MgO и СО2 и получение высококачественного продукта с оптимальной микроструктурой частичек и их пор.
Реакция разложения (декарбонизация) основного компонента известняка – углекислого кальция идёт по схеме: СаСО3 →← СаО + СО2. Теоретически на разложение 1 моля СаСО3 (100 г) расходуется 179 кДж или 1790 кДж на 1 кг СаСО3. В пересчёте на 1 кг получаемого при этом СаО затраты равны 3190 кДж.
Процесс диссоциации углекислого кальция – обратимая реакция. Её направление зависит от температуры и парциального давления углекислого газа СО2 в среде с диссоциирующимся карбонатом кальция.
Диссоциация углекислого кальция возможна лишь при условии, если давление диссоциации будет больше парциального давления СО2 в окружающей среде. При обычной температуре разложение СаСО3 невозможно, поскольку давление диссоциации ничтожно. Установлено, что лишь при 600оС в среде, лишённой углекислого газа, начинается диссоциация углекислого кальция, причём она протекает очень медленно. При дальнейшем повышении температуры диссоциация СаСО3 ускоряется.
Разложение СаСО3 происходит не сразу во всей массе куска, а начинается с его поверхности и постепенно проникает к внутренним его частям. Скорость передвижения зоны диссоциации внутрь куска увеличивается с повышением температуры обжига.
Качество строительной воздушной извести зависит не только от содержания в ней свободных оксидов кальция и магния, но и от микроструктуры продукта, определяемой величиной и формой кристаллов СаО и MgO, а также величиной пор и распределением их в массе вещества.
При истинной плотности кальцита, основного компонента известняка, 2,72 г/см3 1 г вещества занимает абсолютный объём 1:2,27 = 0,36 см3. Из 1 г кальцита при обжиге образуется 0,56 г оксида кальция, который при плотности 3,4 г/см3 занимает объём 0,56:3,4 = 0,16 см3, т. е. в 2,25 раза меньше, чем исходный кальцит. Естественно, что уменьшение объёма сопровождается уменьшением общей пористости кусков и увеличением их средней плотности.
Декарбонизация известняков при низких температурах (800-850оС) приводит к образованию оксида кальция в виде массы губчатой структуры, сложенной из кристаллитов размером около 0,2-0,3 мкм и пронизанной тончайшими капиллярами диаметром около 8 * 10-3 мкм.
Повышение температуры обжига до 900о и особенно до 1000оС 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 прониканию в него воды и энергичному их взаимодействию. Наиболее энергичным взаимодействием характеризуется известь, полученная обжигом известняка при температурах около 900оС. Обжиг при более высоких температурах приводит к дальнейшему росту кристаллов оксида кальция (до 3,5-10 мкм), уменьшению удельной поверхности, усадке материала и понижению скорости взаимодействия его с водой.
Обжиг при 1400оС и выше вызывает увеличение средней плотности, резкое уменьшение пористости и образование кристаллов оксида кальция и их конгломератов значительных размеров – 10-20 мкм и больше, что предопределяет замедленное их взаимодействие с водой, характерное для пережжённой извести.
Некоторые примеси в известняках, особенно железистые, способствуют быстрому росту кристаллов оксида кальция и образованию «пережога» и при температурах около 1300оС. Это вызывает необходимость обжигать сырьё с такими примесями при более низких температурах.
Пережог в извести вредно сказывается на качестве изготовляемых на ней растворов и изделий. Запоздалое гашение такой извести, протекающее обычно в уже схватившемся растворе или бетоне, вызывает механические напряжения и в ряде случаев разрушение материала. Поэтому наилучшей будет известь, обожжённая при минимальной температуре, обеспечивающей полное разложение углекислого кальция и экономию топлива.
Выбор температуры обжига известняка зависит и от наличия в нём примесей углекислого магния. В отличие от углекислого кальция MgCO3 при нагревании разлагается при более низкой температуре: начало около 400оС и полная диссоциация при 600-650оС. Реакционная же способность образующегося при этом MgO, как и СаО, с повышением температуры обжига значительно уменьшается. Уже при 1200-1300оС получается намертво обожжённый оксид магния – периклаз, который практически не обладает вяжущими свойствами и только при очень тонком измельчении начинает медленно взаимодействовать с водой. Достаточно активный оксид магния получается при обжиге доломитов и доломитизированных известняков при 850-950оС.