Известь
  
I.История.
Известь известна человечеству не одно тысячелетие и все это время активно используется им в строительстве и многом другом. Это объясняется доступностью сырья, простотой технологии и ценными свойствами извести.
Сырьем для получения извести служат широко распространенные осадочные горные породы: известняки, мел, доломиты, состоящие преимущественно из карбоната кальция (СаС03). Если куски таких пород прокалить на огне (рис. 8.2), то карбонат кальция перейдет в оксид кальция:
СаС03 -> СаО + С02 Т. Низкая водостойкость извести всегда побуждала людей искать пути ликвидации этого недостатка. Еще в Древнем Риме был найден способ получения водостойкого вяжущего на основе извести. Помог римлянам в этом вулкан Везувий. Они обнаружили, что при добавлении вулканического пепла к извести образующаяся смесь после твердения на воздухе в течение 7… 14 дней далее могла твердеть в воде (более того, именно влажные условия были обязательны для набора прочности!). Это было первое гидравлическое вяжущее. Добавки из вулканических пород (пепла, туфа и т. п.) впоследствии получили название гидравлические или пуццолановые (по названию местечка у подножия Везувия, где они добывались). Римские постройки (мосты, акведуки, бани-термы и т. п.) на таких смешанных вяжущих сохранились до сих пор.
Низкая водостойкость извести всегда побуждала людей искать пути ликвидации этого недостатка. Еще в Древнем Риме был найден способ производство извести,.
Другой путь получения водостойких вяжущих на основе извести также был найден очень давно.Завод известь Он базировался на обжиге известняков, имеющих примесь глины от 6 до 20 %. В этом случае в обожженном продукте помимо СаО появлялись низкоосновные силикаты и алюминаты (например, 2СаО * Si02), способные к твердению в воде.Производители извести естественно, механизм твердения этих вяжущих был расшифрован только в XX веке. Все эти вяжущие в несколько измененном виде применяют до сих пор
В Древней Руси проблема придания извести водостойкости была решена несколько иным путем. Там в роли гидравлической добавки использовали молотый бой керамического кирпича; такую смесь на Руси называли цемянкой.
Другой путь получения водостойких вяжущих на основе извести также был найден очень давно. Он базировался на обжиге известняков, имеющих примесь глины от 6 до 20 %. В этом случае в обожженном продукте помимо СаО появлялись низкоосновные силикаты и алюминаты (например, 2СаО * Si02), способные к твердению в воде. Естественно, механизм твердения этих вяжущих был расшифрован только в XX веке. Все эти вяжущие в несколько измененном виде применяют до сих пор.
Романцемент (сокращенно римский цемент) — старинное гидравлическое вяжущее, получаемое умеренным (не до спекания) обжигом известняков со значительной (более 20 %) примесью глины (например, известняковых мергелей). Температура обжига 1000…1200 “С. Состав продуктов обжига — низкоосновные силикаты и алюминаты кальция, и некоторое количество свободных оксидов СаО и MgO. В отличие от гидравлической извести романцемент не гасится, а размалывается в тонкий порошок, который перед применением необходимо выдерживать на воздухе для гашения свободных оксидов, чтобы избежать неравномерности изменения объема вяжущего при твердении. В Европе и США такой цемент называют «натуральным цементом», подчеркивая этим, что он готовится из природных известняковых мергелей. В России романцемент начал применяться с XVIII в., но особенно активно с середины XIX до начала XX в. В настоящее время вновь появился интерес к романцементу и, в частности, как к материалу для реставрационных работ.
В настоящее время все виды извести имеют широкое применение в различных отраслях промышленности. В химической промышленности для получения хлорной извести, соды, нейтрализации кислот и кислых газов в промышленных сбросах и др. В металлургии (флюсы при выплавлении чугуна из железных руд), сахарном производстве (для очистки свекловичных соков), сельском хозяйстве (для известкования почв)и др. Кроме того, известь широко используется для производства строительных материалов таких как силикатного кирпича и газосиликатных автоклавных изделий, сухих строительных смесей и бетонов.
II. Описание видов извести.
Известь, вяжущий материал, получаемый обжигом и последующей переработкой известняка, мела и других известково-магнезиальных горных пород. Чистая известь плохо растворима в воде (около 0,1% при 20 °С); плотностью около 3,4 г/см3. В зависимости от содержания в породе MgO различают следующие виды извести: кальциевую (содержит до 5% по массе MgO), магнезиальную (5-20%) и доломитовую (20-40%). В зависимости от химического состава и условий твердения известь подразделяют на воздушную которая твердеет в воздушно-сухих условиях и гидравлическую, которая твердеет на воздухе и в воде.
Воздушную известь получают обжигом главным образом известняка с малым содержанием глины (до 8%) при 1100-1300 °С в шахтных или вращающихся обжиговых печах. При этом карбонаты, входящие в состав породы, разлагаются, например: СаСО3 на СаО + СО2.
В зависимости от способа обработки обожженного продукта получают негашеную комовую (кипелка), негашеную молотую и гашеную известь (гидратную, или пушонку), а также известковое тесто. Первая представляет собой смесь кусков различной величины образующихся после грубого помола продукта обжига. По хим. составу она состоит из СаО и MgO с небольшой примесью неразложившегося при обжиге СаСО3, а также из силикатов, алюминатов и ферратов Са. Негашеная молотая известь - продукт тонкого помола комовой извести. Гашеная известь - высокодисперсный сухой порошок, получаемый взаимодействия комовой или молотой негашеной извести с небольшим количеством воды или пара (процесс гашения), состоит преимущественно из Са(ОН)2 и Mg(OH)2 с примесью СаСО3. При гашении известь большим количеством воды образуется пластичная тестообразная масса, так называемое известковое тесто.
Вяжущий материал, получаемый обжигом и последующей переработкой известняка, мела и других известково-магнезиальных горных пород. Производство извести чистой плохо растворима в воде (около 0,1% при 20 °С); плотностью около 3,4 г/см3.
В зависимости от содержания в породе MgO различают следующие виды извести: кальциевую (содержит до 5% по массе MgO), магнезиальную (5-20%) и доломитовую (20-40%). В зависимости от химического состава и условий твердения известь подразделяют на воздушную которая твердеет в воздушно-сухих условиях и гидравлическую, которая твердеет на воздухе и в воде.
Активность воздушной извести как вяжущего материала определяется общим содержанием оксидов Са и Mg. Наибольшей активностью обладает кальциевая известь, содержащая 93-97% оксидов. Высококачественные сорта извести ("жирная известь") характеризуются большим выходом известкового теста (больше 3,5 л на 1 кг негашеной извести), чем выше выход теста, тем оно пластичнее и может принять большее кол-во песка при приготовлении строительных растворов. Известь с низким выходом известкового теста называется "тощей". По скорости гашения различают быстрогасящуюся (длительность процесса не более 8 мин), среднегасящуюся (не более 25 мин) и медленногасящуюся известь (более 25 мин). За скорость гашения принимается время от момента смешивания порошка извести с водой до момента достижения максимальной температуры известковой смеси. Твердение воздушной извести происходит в результате испарения воды и кристаллизации Са(ОН)2 из насыщенного водного раствора, а также при взаимодействии с СО2 воздуха с образованием кристаллов СаСО3.
Воздушную известь применяют для изготовления вяжущих строительных растворов, предназначенных для кладки кирпича, искусственных камней и штукатурки, а также для получения известково-шлаковых, известково-пуццолановых и др. смешанных вяжущих.В смеси с красителями известь используется в качестве декоративного материала. Большое применение воздушная известь имеет при производстве строительных материалов, в химической промышленности и сельском хозяйстве.
Гидравлическая известь - тонкомолотый порошок, получаемый обжигом при 900-1100 °С мергелистых известняков, содержащих 6-20% глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. Образующиеся при этом силикаты (2СаО?SiO2), алюминаты (СаО?Аl2О3?5СаО + 3Аl2О3) и ферраты (2CaO?Fe2O3) кальция придают этой извести способность длительно сохранять прочность в воде после предварительного твердения на воздухе. По содержанию свободных оксидов Са и Mg гидравлическая известь подразделяют на слабогидравлическую (15-60% оксидов) и сильногидравлическую (1-15% оксидов). Гидравлическая известь, в отличие от воздушной извести, характеризуется большей прочностью при меньшей пластичности. Гидравлическая известь используют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, пригодных для эксплуатации в сухих и влажных средах, легких и тяжелых бетонов, низких марок, фундаментов и сооружений, подвергающихся действию воды.
III. Сырье для производства извести.
Основным сырьем для производства комовой извести являются природные карбонатные породы (известняки).
В настоящее время принята точка зрения, что они состоят из четырех основных минералов. Карбонат кальция СаСО3 существует в виде кальцита и арагонита, карбонат магния MgCO3 именуется магнезитом, а СаMg(СО3)2 – доломитом.
В природе существует большое многообразие форм и типов известняка, обусловленных примесями и различными формами кристаллизации. Положение усугубляется еще и названиями. Например, мрамор и мел – разновидности карбонатной породы, имеющие такой же химический состав, что и известняк, состоит в основном из кристаллов кальцита, хотя их текстура, цвет, характер кристаллизации сильно различаются.
Состав продуктов обжига — низкоосновные силикаты и алюминаты кальция, и некоторое количество свободных оксидов СаО и MgO. В отличие от гидравлической извести романцемент не гасится, а размалывается в тонкий порошок, который перед применением необходимо выдерживать на воздухе для гашения свободных оксидов.
оборудование для заводов извести чтобы избежать неравномерности изменения объема вяжущего при твердении. В Европе и США такой цемент называют «натуральным цементом», подчеркивая этим, что он готовится из природных известняковых мергелей. оборудование для производства извести.
По химическому составу, довольно сильно влияющему на качество готовой продукции (извести) известняки разделяются на два наиболее важных типа – высококальциевые и доломитизированные. Чем выше содержание в известняке карбоната кальция, тем более высококачественная известь может быть выработана из него.
Качество карбонатных пород для производства извести в России регламентируется ОСТ 21-27-76 «Породы карбонатные для производства строительной извести». Основные требования этого документа приведены в таблице.
Наименование показателей |
Классы карбонатных пород |
А |
Б |
В |
Г |
Д |
Е |
Ж
|
Содержание СаСО3, не менее, % |
92 |
86 |
77 |
72 |
52 |
47 |
72 |
Содержание MgСО3, не более, % |
5 |
6 |
20 |
20 |
45 |
45 |
8 |
Содержание глинистых примесей SiO2+Al2O3+Fe2O3, не более, % |
3 |
8 |
3 |
8 |
3 |
8 |
20 |
При соблюдении требуемых теплотехнических условий обжига, из карбонатных пород, указанных в таблице, может быть получена известь следующих сортов по ГОСТ 9179-77:
? Из класса «А» - воздушная кальциевая 1 и 2-го сортов
? Из класса «Б» - воздушная кальциевая 2 и 3-го сортов
? Из класса «В» - воздушная магнезиальная 1 и 2-го сортов
? Из класса «Г» - воздушная магнезиальная 2 и 3-го сортов
? Из класса «Д» - воздушная доломитовая 1 и 2-го сортов
? Из класса «Е» - воздушная доломитовая 2 и 3-го сортов
? Из класса «Ж» - гидравлическая
IV. Производство воздушной извести.
Комовая известь.
Производиться путем обжига фракционированных карбонатных пород в печных агрегатах – шахтных и вращающихся печах.
 
Качество (сортность) комовой и гидратной извести регламентируется ГОСТ 9179-77 «Известь строительная. Технические условия». Основным показателем качества комовой извести является так называемая «активность» - суммарное содержание свободных оксидов кальция и магния.
Качество (сортность) извести, применяемой в качестве флюса в металлургии, регламентируется ТУ 14-16-42-90 «Известь для сталеплавильного и ферросплавного производства»
Обжиг извести происходит, как правило, в температурном диапазоне 1100 – 12000С. Способность карбонатных пород при обжиге образовывать высококачественную известь зависит не только от химического состава сырья, но и от их кристаллической структуры и многих других факторов. Многие исследователи полагают, что эта способность является свойством сугубо индивидуальным для каждого месторождения. Исходя из вышесказанного, очевидна необходимость технологических испытаний карбонатных пород, предполагаемых к использованию в качестве сырья для производства извести.
Оптимальным фракционным составом карбонатных пород, обжигаемых в шахтных печах, является 50 – 100 , 60 – 120 и 80 – 160 мм. Превышение указанных размеров ведет к увеличению «недожога», а использование сырья более мелких фракций препятствует нормальному истечению топочных газов по объему печи, и, как следствие, ухудшает тепломассообмен в данном процессе.
Оптимальным фракционным составом карбонатных пород, обжигаемых во вращающихся печах, является 10 – 20 , 20 – 40 и 20 – 50 мм. Вращающаяся печь способна обжигать сырье фракции 0 – 50 мм, но только если карбонатное сырье имеет слабую склонность к спеканию и появлению такого неприятного для потребителей извести явления, как «пережог».
Технологические принципы производства гидратной извести.
Подавляющее большинство потребителей извести не покупают известь и не гасят её для собственных нужд. Они предпочитают покупать товарную гидратную известь. Гидратная известь, полученная в заводских условиях, представляет собой сухой порошок, который является наиболее концентрированной из существующих форм гидратной извести.
Способы гашения извести-кипелки различны. Технологически процесс гашения (гидратации) осуществляют как периодически, так и непрерывно. Однако, для получения гидрата окиси кальция с заданными свойствами из каждой разновидности извести вне зависимости от избранного метода гашения необходимо установить правильную дозировку воды и обеспечить её распределение в извести. Если кальциевая известь не пережжена, она полностью и легко превращается в гидрат при гидратации в атмосферных условиях. Продолжительность процесса - до одного часа.
Процесс гидратации кальциевой и магнезиальной извести представляет собой термохимическую реакцию соединения окислов кальция и магния с водой, идущую с выделением значительного количества тепла (276 ккал/кг СаО и 324 ккал/кг МgО).
Скорость протекания и полнота завершения процесса гидратации извести зависит от ее реакционной способности и размеров частиц, количества и температуры воды, поступающей на гашение, интенсивности перемешивания, условий отвода тепла и удаления испаряемой избыточной влаги, ввода корректирующих добавок и других факторов.
Качество гидратной извести оценивается в первую очередь по содержанию в ней Са(ОН)2, которое, в свою очередь, зависит от содержания активной СаО в исходной негашеной извести и степени её гидратации.
При использовании гидратной извести в качестве сорбента, наряду с высоким содержанием активной СаО и Са(ОН)2, к ней предъявляются повышенные требования по удельной и адсорбирующей поверхности продукта гидратации.
Требования, предъявляемые к «воздушной» извести.
Наименование показателя |
Норма для извести, %, по массе |
Негашеной |
Гидратной |
Кальциевой |
Магнезиальной и доломитовой |
Сорт |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CaO+MgO, не менее: |
|
|
|
|
|
|
|
|
без добавок |
90 |
80 |
70 |
85 |
75 |
65 |
67 |
60 |
с добавками |
65 |
55 |
- |
60 |
50 |
- |
50 |
40 |
Активный MgO, |
5 |
5 |
5 |
20 (40) |
20 (40) |
20 (40) |
- |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Co2 , не более: |
|
|
|
|
|
|
|
|
без добавок |
3 |
5 |
7 |
5 |
8 |
11 |
3 |
5 |
с добавками |
4 |
6 |
- |
6 |
9 |
- |
2 |
4 |
непогасившиеся |
7 |
11 |
14 |
10 |
15 |
20 |
- |
- |
зерна, не более |
|
|
|
|
|
|
|
|
V. Основное оборудование для производства воздушной извести.
Центральным технологическим агрегатом известкового завода (цеха, участка), безусловно, является печь, в которой обжигается карбонатная порода.
Истории обжига извести известно около пятидесяти типов печей, из которых первыми были напольные или горшковые печи различных видов. При обжиге в этих агрегатах получается примерно 25% недожога и 25% пережога и только 50% представляет собой известь-кипелку удовлетворительного качества.
Следующим этапом усовершенствования известиобжигательных печей была пересыпная шахтная печь, в которую камень карбонатной породы засыпался (закладывался) вперемежку с твердым топливом – углем, коксом или древесиной. Существовало много вариантов этих двух типов старинных печей.
Современные известиобжигательные печи можно классифицировать следующим образом:
1. Шахтные печи:
1.1. Обычного типа;
1.2. Газогенераторные с выносными топками;
1.3. Повышенной производительности, работающие на газе с центральной горелкой;
1.4. Пересыпные.
2. Вращающиеся печи:
2.1. Общего типа;
2.2. Общего типа, оборудованными подогревателем, холодильником и теплообменником;
2.3. Печи с колосниковыми устройствами.
3. Печи различных типов:
3.1. Печи кипящего слоя;
3.2. Печи с вращающемся подом и движущейся решеткой
3.3. Шахтная печь с наклонной вибрацией
3.4. Горизонтальная кольцевая Гофмана (в настоящее время устарела)
3.5. Циклонная печь
 
Сравнительный анализ печных агрегатов, используемых для производства извести
Вид печного агрегата |
Преимущества |
Недостатки |
Вращающаяся печь с цепным запечным подогревателем и барабанным холодильником |
Самая высокая степень декарбонизации известняка (99,5%) и, как следствие, максимально возможное качество продукции. Возможность осуществлять мягкий обжиг. Известь также, как правило, мелкокристаллическая, высокой реакционной способности. Эта печь самая нетребовательная к качеству сырья как по гранулометрии (обжигает фракции 0-20 и 20-50 мм), так и по прочности сырья, которая не имеет значения – от шламов и мелов до мраморов. Самая легкая в управлении. Возможность плавного регулирования производительности и качества продукции. Самый распространенный в мировой практике печной агрегат для производства флюсовой извести для нужд металлургии. |
Достаточно высокая стоимость технологического оборудования по сравнению с шахтными печами (см. ниже). Более значительный землеотвод для размещения производства (для размещения производства мощностью 125 тн/сут требуется площадка размером ориентировочно 50 х 100 м, включая сырьевой склад).
Расход условного топлива составляет 190 – 220 кг на 1 т извести, а электроэнергии – 35 – 50 кВтч. Несколько больший пылеунос. |
Шахтная печь с распределителем сырья и центральной горелкой, работающая на природном газе. |
Самая низкая стоимость технологического оборудования для обжига извести. Сравнительно низкий удельный расход условного топлива – 160-180 кг/т и электроэнергии – 20 -30 кВтч/т. Низкий пылеунос. Небольшой землеотвод. Простота конструкции и обслуживания. |
Недостаточно высокая степень декарбонизации сырья (как правило, не более 95-97%). Печь весьма требовательна к качеству сырья как по прочности и гранулометрии, так и по степени загрязнения его глинистыми примесями. Фракционный состав обжигаемого сырья предпочтительно должен иметь кратность 2, т.е. применяемые фракции 50-100, 60-120, 80-160 мм. Повышенное содержание примесей в карбонатном сырье может вызывать образование спеков («козлов»), часто зависающих в шахте печи. Известь первого сорта по ГОСТ 9179-77 на этом печном агрегате получать стабильно весьма проблематично, особенно если примеси превышают 2%. Ограничены в производительности. Производительность 100 т/сут является критической для шахтных печей из-за риска получить непрожженую центральную зону.
При дроблении и грохочении с целью получения деловой фракции 15 – 50 мм отходы в виде фракции 0 – 15 мм составят 30% и более. |
|
