Изготовление гидравлической извести

Отгрузка  готовой продукции предусмотрена  на автомобильный и железнодорожный транспорт (см. рис 3).

7 Химические процессы, происходящие  в сырье

 

Обжиг гидравлической извести может производиться  в тех же печах, что и обжиг  воздушной извести. Главным образом  применяются шахтные печи, снабженные полугазовыми топками или топками  полного сгорания. Расход условного  топлива на обжиг гидравлической извести несколько меньший, чем  при обжиге воздушной, и составляет 12 - 14% от массы обожженной извести. Гидравлическую известь в зависимости от вида сырья обжигают при температурах от 900 до 1100 °С, а иногда и при 1200 °С. При этом в сырье происходит ряд химических превращений. В первую очередь обезвоживаются глинистые минералы и разлагаются карбонаты магния и кальция: СаО, СаСО3 и частично MgO вступают в твердофазные реакции с кислотными оксидами (SiO2 и дегидратированной глиной).

В процессе обжига чистых карбонатных пород происходит процесс теплового разложения карбонатов кальция СаСОз и магния MgCO3 с поглощением тепла по уравнениям:

 

 

Карбонаты разлагаются на окислы кальция СаО и магния MgO (известь) и углекислый газ СО2, который улетучивается.

На скорость разложения карбонатов решающее влияние оказывает температура. Разложение СаСО3 начинается при 600°С, но реакция не идет до конца и протекает медленно. Полное разложение СаСОз происходит примерно при температуре 900° С. Разложение MgCO3 начинается при температуре 400° С, полное разложение происходит начиная с 710° С.

Скорость  реакции разложения карбонатов кальция  и магния растет с уменьшением  давления газа СО2, однако колебании концентрации СО2 в печных газах (25 - 40%) не оказывают существенного влияния на ведение обжига.

Разложение  СаСО3 в куске и основное количество тепла диссоциации (разложения) сосредоточено  на некоторой границе (поверхности), величина и положение которой  непрерывно меняются. Граница между  наружным обожженным слоем и внутренним необожженным называется зоной диссоциации. Эта граница хорошо видна на изломе куска извести с недожогом.

При повышении  температуры обжига выше 900°С скорость разложения известняка резко возрастает. Так, если скорость продвижения зоны диссоциации при температуре 950°С принять за единицу, то при температуре 1050° С она увеличится в 1,8 раза, а при 1150° С - в 4 раза. Отсюда следует, что температура обжига является основным фактором в увеличении производительности печи.

Повышение плотности природных карбонатов кальция требует увеличения температуры  их разложения, поэтому температура  обжига мраморов и известняков высокой  плотности должна быть на 50 - 80°С выше температуры обжига рыхлого и мелового сырья.

По мере того как кусок известняка обжигается, увеличивается толщина слоя извести  на его поверхности. Вследствие высокой  пористости коэффициент теплопроводности СаО в 3 раза ниже, чем известняка, что уменьшает подвод тепла к границе диссоциации. Таким образом, время полного разложения куска известняка зависит не только от температуры обжига, но и от его линейного размера.

На время  разложения оказывает влияние форма  кусков известняка. Время полного  разложения куска известняка неправильной округлой формы в 1,5 - 2 раза меньше времени  обжига равного ему по объему куска  в виде плиты.

Продолжительность полного разложения кусков известняка различного размера при данной температуре  пропорциональна квадрату линейного  размера куска. Поэтому для получения равномерно (одинаково) обожженной извести необходимо, чтобы исходное сырье имело близкие по размеру куски.

При нагревании кальциевого известняка до температуры  разложения образуется СаО, обладающая максимальной скоростью соединения с водой, т. е. минимальным временем гашения. При дальнейшем прокаливании образовавшейся окиси кальция происходит спекание материала, выражающееся в срастании мелких кристаллических зерен СаО в крупное многокристаллическое тело.

С увеличением  температуры и времени прокаливания происходит рост кристаллов, называемый процессом рекристаллизации. Процесс рекристаллизации сопровождается повышением плотности и прочности извести и замедлением скорости ее гашения.

Прокаливание  чистой СаО в интервале температур 950 - 1350°С приводит к росту ее кристаллов до размера 5 - 10 мк и увеличению в 2 - 3 раза времени гидратации, но не сказывается на количестве активной СаО. При прокаливании чистого известняка (с содержанием примесей менее 2%) в течение 1 ч в температурном интервале 1350 - 1400° С происходит образование перекристаллизованной (пережженной) извести (кристаллы СаО более 10 мк) в пределах 9 - 20%. Поэтому обжиг в печах на газообразном или жидком топливе чистых кальциевых известняков при температуре до 1300°С не приводит к появлению пережженной извести, а сопровождается получением активной извести со сроками гашения до 20 мин. При обжиге также сопровождается изменение плотности минералов (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Изменение  плотности минералов при изменении  температуры обжига

Природные карбонаты кальция обычно содержат определенное количество MgCO3 и примесей. Примеси входят также в зольную часть топлива. Наиболее распространены примеси в виде кремнезема (SiО2), полуторных окислов (Fe2O3, AI2O3) и сульфата кальция (CaSO4). Влияние МgСО3 на свойства извести состоит в следующем. Разложение доломитизированного известняка идет в две стадии: вначале разлагается MgCO3, а затем при более высокой температуре СаСО3. Образовавшаяся при 700 - 750°С окись магния при дальнейшем нагревании спекается и рекристаллизуется, теряя при этом в значительной степени способность к гидратации. Чем выше температура обжига, тем больше времени затрачивается на гидратацию прокаленного MgO. Полученная длительным обжигом (в шахтной печи ) при температуре 1100 - 1300°С MgO в обычных условиях гидратирует полностью только через несколько дней и даже недель, поэтому происходит разрушение конструкций из-за увеличения в объеме MgO.

Содержание  кремнезема (SiO2) в чистых известняках обычно не превышает 2%, но в мергелистых достигает 5 - 15%. SiО2 взаимодействует с СаО в твердом состоянии уже при 700 – 800° С образуя силикаты кальция ( в основном двухкальциевый силикат — 2CaO·SiO2, или белит), которые представляют собой тугоплавкие соединения и при 1300 - 1400° С не образуют плава. Полученные в процессе обжига силикаты кальция снижают количество активной СаО в извести, так как она находится в них в связанном виде.

Взаимодействие  СаО с Fe2O3 и А12Оз происходит при температуре 900 - 1200°С с образованием новых соединений - ферритов и алюминатов кальция (СаО·Fе2Оз; 2CaO·Fe2O3; СаО·А12О3), обладающих низкой вязкостью и низкой температурой плавления ( так называемой жидкой фазы). Жидкая фаза обволакивает зерна СаО, образуя медленногасящуюся (гидравлическую) известь.

Присутствие в извести CaSO4 способствует понижению температуры образования жидкой фазы и значительно замедляет процесс гидратации извести. Следовательно, окись кальция в извести может находиться в свободном и связанном состоянии.

Связанной окисью кальция называется СаО, вступившая во взаимодействие с примесями с образованием новых химических соединений (силикатов и алюмоферритов кальция). Эта часть воздушной извести представляет собой безвозвратные потери окиси кальция, тогда как для гидравлической извести силикаты кальция (белит) являются необходимыми минералами.

Свободной СаО называется окись кальция, находящаяся в виде кристаллов СаО.

Таким образом, к свободным окислам СаО и MgO относятся активные СаО и MgO, ошлакованные и оплавленные частицы активной СаО и перекристаллизованные окислы СаО и МgO.

Под «недожогом»  извести понимают неразложившуюся  часть известняка, которая находится  в куске под слоем хорошо обожженной извести. «Недожог» легко обнаружить, взяв в руки куски извести, так  как куски с «недожогом» тяжелее  полностью обожженных. Расколов такой  кусок, можно увидеть ядро серого цвета, состоящее из неразложившегося СаСО3.

«Недожог» в извести снижает ее качество за счет уменьшения содержания СаО. Причиной появления «недожога» извести являются нарушения технологии процесса обжига.

Под «пережогом»  извести понимают ту ее часть, которая  в естественных условиях не взаимодействует  с водой в принятые сроки гашения. К «пережогу» относятся рекристаллизованные окислы СаО и MgO, а также ошлакованные и оплавленные частицы активной окиси кальция. «Пережог» извести внешне представляет собой ошлакованные и оплавленные утяжеленные куски извести темноватого цвета, имеющие плотную структуру.

Вредное влияние «пережога» извести состоит  в том, что он попадает в отходы при гашении (чистая потеря извести), гасится в силикатных изделиях (при  автоклавной обработке), в кладке или штукатурке, вызывая их разрушение. Снижение количества «пережога» в комовой  кальциевой извести (за счет ошлакованных и оплавленных частиц активной СаО) можно получить при ее тонком измельчении.

Причиной  появления «пережога» извести является нарушение требований, предъявляемых  к сырью (превышение содержания в  нем МgСО3 и глинистых примесей), топливу (повышенная зольность) и режиму обжига (резко завышенная температура обжига, перерасход топлива и т. п.).

 

 

8 Охрана окружающей среды

 

Основными факторами, воздействующими на окружающую среду при производстве извести, являются загрязнение атмосферы и использование энергии. Процесс обжига извести является главным источником выбросов и основным потребителем энергии. Вторичные процессы гашения извести и измельчения могут быть также значимыми. В зависимости от специфики производственного процесса известковые заводы дают выбросы ввоздух, в воду и в почву (как отходы). Дополнительно на окружающую среду воздействуют шум и неприятные запахи. Основным загрязнителем воздуха является пыль, оксидыазота, диоксид серы и оксид углерода. Количество выбросов полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов, углерода органических соединений, металлов, хлорида и фторид водорода зависит от используемых сырьевых материалов и топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 Ресурсосбережение при производстве гидравлической извести

9.1 Потребление известняка

 

Минимальное потребление и устойчивое использование известняка в результате обеспечения максимальной производительности печи, оптимизации добычи камня (при буро-взрывных работах) и технологического процесса и в конечном счете получения товарной извести. Этого можно достичь использую оптимальную технологию обжига, позволяющую применять сырьевой камень с широкой гранулометрией, т.е. в шахтной печи с парал-лельным потоком материала и вращающихся печей.

9.2 Сокращение потребления энергии

 

В большинстве  случаев новые печи заменяют старые, но некоторые действующие печи для  снижения расхода топлива необходимо модифицировать. При этом в зависимости  от особенностей конструкции ,финансовых затрат и поставленных задач может  проводится модифицирование как второстепенных деталей ,так и основных элементов конструкции печи.

9.3 Оптимизация процесса контроля

 

Оптимизация системы автоматического управления процессом, используемой на боль-шинстве стадий технологического процесса производства извести. Поддержание близки-ми к оптимальным значений параметров, контролирующих работу печи, способствует снижению всех расходных показателей процесса обжига извести и выбросов. Это среди прочего снижает количество остановок и нарушений режима работы печи. Системы ме-неджмента могут действовать таким образом, чтобы обеспечить хорошие условия экс-плуатации и мониторинг их соблюдения.

9.4 Выбор топлива

 

Известковое производство является энергоемким  производством. В зависимости от химического состава топлива  и типа используемой печи выбор соответствующего топлива или топливной смеси  может способствовать снижению выбросов и повысить эффективность его  сжигания. За исключением шахтных пересыпных все печи другой конструкции могут использовать все виды топлива. Некоторые из них в процессе обжига извести используют лишь одно топливо, но большинство печей работает на топливной смеси.

9.5 Выбросы пыли

 

Для того, чтобы изначально снизить неорганизованные выбросы пыли из расположенных на открытом воздухе хранилищ сыпучих  материалов, штабелей и прочих источников пы-лящих сырьевых материалов или топлива, эти источники пыли необходимо изолировать экранированием, устройством перегородок или вертикальной растительностью(с помо-щью искусственных или природных препятствий для раздувания пыли ветром).

9.6 Газовые выбросы

 

Возможность снижения выбросов NO_x обеспечивается:

1) первичными техническими решениями, ставящие целью снизить выбросы NO_x и вторичными техническими решениями, направленным на разрушение NO_x путем их восстановления до N₂. В состав первичных технических решений в частности входят: 1)выбор топлива (ограничение содержания азота в топливе) 2) оптимизация технологического процесса (формы факела и температурного профиля в печи) 3)проектирование горелки (использование горелок, образующих пониженное количе-ство NOx) 4)ступенчатая подача воздуха.

Список используемой литературы

 

1. ГОСТ 9179-77(89) "Известь строительная. Технические условия"
2. ГОСТ 22688-77 «Известь строительная. Методы испытаний».
3. А. А. Пащенко, В. П. Сербин, Е. А. Старчевская «Вяжущие материалы», Киев, 1985.
4. А. В. Монастырев «Производство извести», М.: Высшая школа 1971
5. ГОСТ 26871 – 86 «Материалы вяжущие гипсовые. Правила приемки, упаковки, транспортирование и хранение»
6. Р. С. Бойнтон «Химия и технология извести» М.: 1972.
7. А. В. Волженский «Минерльные вяжущие вещества», М.: Стройиздат 1986.
8. Ю. Б. Бутт, М. М. Сычев, В. В. Тимашев «Химическая технология вяжущих материалов» М.: Высшая школа 1980.
9. masterstroy.org.
10. www. dmz-degtyarsk.ru.
11. www. agroescort.spb.ru.
12. www. localhost. ru.
13. Справочник по оборудованию заводов строительных материалов, Сапожников М.Я.