7. Процеси, які протікають при випалі карбонатних пород.

Вплив домішок на процес випалу.

Основной технологический процесс в производстве извести – обжиг известняка.

СаСО₃ + 178 кДж ↔ СаО + СО₂↑

Реакция обратимая, поэтому для правильного ведения процесса следует уменьшать парциальное давление СО₂ (удалять его из печи ), а температура обжига должна быть повышена по сравнению с теоретически необходимой.

При нагревании СаСО₃ до 400-480⁰С происходит монотропное полиморфное превращение «арагонит → кальцит».

При 600⁰С начинается разложение кальцита, которое достигает максимальной скорости при 800-900⁰С.

Обжиг производится в шахтных (твердые известняки) и вращающихся (мягкие породы) печах, в печах с «кипящим» слоем и во взвешенном состоянии, при температурах 900-1200⁰С.

Температура обжига влияет на размер кристаллов СаО: при повышении температуры происходит рост кристаллов.

Выше 1200⁰ наблюдается спекание, при этом пористость и удельная поверхность резко снижаются.

Наибольшей активностью и скоростью гашения характеризуется известь, обожженная при 900-1000⁰С (известь, обожженная при более высокой температуре, медленно гасится).

Влияние примесей на процесс обжига

Наиболее распространенные примеси – кремнезем, оксид железа, глинозем, магнезит MgCO₃:

а) кремнезем – постоянный спутник карбонатных пород, содержание 2-5%. При 800⁰С тонкодисперсный кварц реагирует с СаО, образуя силикаты кальция, которые являются тугоплавкими соединениями и при температурах, характерных для известеобжиговых печей, не плавятся, но могут растворяться в жидкой фазе SiO₂ + 2CaO → 2CaO∙SiO₂, при этом снижается активность извести.

б) оксиды железа и алюминия (глинозем) – при 900⁰С взаимодействуют с СаО с образованием легкоплавких ферритов а алюминатов кальция, которые расплавляются, что также снижает активность извести. Кроме того, образующиеся ферриты способствуют образованию крупнокристаллического малоактивного СаО.

в) магнезит MgCO₃ – существенно влияет на процесс обжига, т.к. процесс разложения MgCO₃ начинается значительно раньше, чем СаСО₃ (450 – 600⁰С). Это способствует снижению температуры обжига.

Однако, при 1200-1300⁰С образуется намертво обожженный неактивный MgO, который реагирует с водой лишь при очень тонком измельчении, и процесс его гашения может начаться в уже затвердевшем изделии, вызывая появление трещин и разрушение изделий.

Таким образом, выбор температуры обжига известняка определяется следующими факторами:

- чем выше плотность известняка и меньше примесей, тем выше должна быть температура обжига.

Как правило, известняки с примесями глины обжигают при температурах 1050-1150⁰С, известняки с примесями магнезита – при температурах < 1000⁰С. Чистые известняки обжигают при более высоких температурах (1200⁰С).

При недожоге часть материала не успевает декарбонизоваться (т.е. остается неразложившийся СаСО₃), что снижает активность извести и уменьшает выход теста. При пережоге образуется крупнокристаллический СаО, который медленно гасится и действует подобно пережонному MgO, т.е. гасится в готовых изделиях.