содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..

ГЛАВА V

СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЖИГЕ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД НА ИЗВЕСТЬ

В процессе обжига чистых карбонатных пород происходит процесс теплового разложения карбонатов кальция СаСО3 и магния MgCО3 с поглощением тепла по уравнениям:

Теоретически для получения 1 кг СаО необходимо затратить тепло в количестве: 425Х 1,786~760 ккал. Для получения 1 кг MgO необходимо затратить тепло в количестве: 310X2,1 ~ ~650 ккал, т. е. на 14,5% меньше.

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 СаС03 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 колебания концентрации СО2 в печных газах (25—40%) не оказывают существенного влияния на ведение обжига.

Рассмотрим основы процесса обжига карбоната кальция. Время полного термического распада СаСО3 зависит от температуры обжига, плотности карбонатной породы и размера ее кусков.

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 два-три 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.

Природные карбонаты кальция обычно содержат определенное количество MgCО3 и примесей. Примеси входят также в зольную часть топлива. Наиболее распространены примеси в виде кремнезема (SiО2), полуторных окислов (Ре2О3, А12О3) и сульфата кальция (CaSО4).

Влияние MgCО3 на свойства извести состоит в следующем. Разложение доломитизированного известняка идет в две стадии: вначале разлагается MgCО3, 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 или вращающейся печи) при температуре 1100—1300°С MgO в обычных условиях гидратирует полностью только через несколько дней и даже недель.

Содержание кремнезема (SiО2) в чистых известняках обычно не превышает 2%. но в мергелистых достигает 5—15%. БЮг взаимодействует с СаО в твердом состоянии уже при 700— 800° С, образуя силикаты кальция (в основном двухкальциевый силикат — 2CaО-SiО2, 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 Fе2О3 и А12О3 происходит при температуре 900—1200°С с образованием новых соединений — ферритов и алюминатов кальция (СаОFе2О3; 2CaO-Fe2О3; СаО*А12О3), обладающих низкой вязкостью и низкой температурой плавления (так называемой жидкой фазы). Жидкая фаза обволакивает зерна СаО, образуя медленногасящуюся известь.

Присутствие в извести CaSО4 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 MgO.

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 MgCО3 и глинистых примесей), топливу (повышенная зольность) и режиму обжига (резко завышенная температура обжига, перерасход топлива и т. п.).

содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..