Основы технологии строительной воздушной извести

Воздушной известью называется вяжущее, получаемое умеренным обжигом (не доводимым до спекания) карбонатных пород, состоящих преимущественно из оксидов кальция.

Воздушная известь бывает следующих видов:

- негашеная комовая – продукт обжига карбонатных пород;

- негашеная молотая – продукт помола извести комовой;

- гидратная известь – пушонка – порошкообразный продукт гидратации негашеной извести определенным количеством воды;

- известковое тесто - тестообразный продукт, получаемый при гашении комовой извести избытками воды.

Воздушная известь обеспечивает твердение и сохранение прочностных показателей в воздушно-сухих условиях.

Сырьем – для производства строительной воздушной извести являются карбонатные породы – известняк, мел, известняк ракушечник, известковый туф и др., содержащие в основном углекислый кальций – CaCO3.

Технологические переделы производства извести

В основу технологии известковых вяжущих положены следующие операции:

- добыча сырья;

- подготовка сырья и топлива к обжигу (дробление и классификация);

- обжиг (вращающиеся или шахтные печи);

- превращение продукта обжига в порошок (помол или гашение);

- упаковка.

Добыча сырья обычно осуществляется открытым способом. Величина кусков породы, поступающей на обжиг зависит от типа печи. Для шахтных печей размер кусков 60 – 200 мм, для вращающихся 5 – 20 мм. Поэтому сырье, поступающее из карьера подвергают дроблению. Прочные известняки дробят на щековых дробилках; мел – на зубчатых вальцах. При мокром способе производства извести, сырье – мел, превращают в шликер (суспензию) в шлам – бессеинах, оснащенных перемешивающими лопастями.

Обжиг карбонатсодержащих пород – основная технологическая операция при производстве воздушной извести, при которой известняк или мел декарбонизируются и превращаются в известь:

CaCO3→← CaO + CO2 (1)

Температура разложения CaCO3 зависит от парциального давления углекислоты в окружающем пространстве. Разложение начинается при 600°С и с повышением температуры реакция ускоряется. Практически в заводских условиях температура обжига составляет 1000 – 1200°С и зависит от плотности сырья, наличие примесей, типа печи.

Диссоциация (1) реакция обратимая. Поэтому, установившееся при определенной температуре химическое равновесие в системе, на практике стараются сместить вправо, чтобы вызвать диссоциацию новых частиц CaCO3. Для интенсификации процесса разложения осуществляют тягу в печи специальными вентиляторами, отбирающими выделяющийся CO2, тогда реакция (1) протекает по следующей схеме:

CaCO3 → CаO + СО2 ↑ (2)

Основную массу извести получают в шахтных печах, производительностью от 30 до 200 тонн/в сутки.

Типы печей шахтных: (1)

- пересыпные печи (топливо с малым содержанием летучих, короткопламенные антрацит, кокс, каменный уголь). Топливо подается вместе с сырьем и сгорает между кусков обжигаемого продукта.

- с выносными топками. Топки располагаются по внешнему периметру печи. Топливо длиннопламенное с большим содержанием летучих – бурый уголь, торф, сланцы (образующиеся горячие газы поступают в зону обжига)или используются полугазовые печи.

- газовые печи. Топливо – природный газ, сжигаемый в среде материала.

Все типы печей работают по принципу противотока. Загрузка сырья сверху – периодически или непрерывно навстречу потоку раскаленных газов, поступающих из зоны обжига.

Условно печь разделена на три зоны:

- зона подогрева – в верхней части печи с температурой печного пространства до 900°С, где CaCO3 подсушивается, подогревается и в нем выгорают органические примеси;

- зона обжига – средняя часть печи. При температуре 900 – 1300°С и происходит разложение CaCO3 по реакции (2).

- зона охлаждения – известь охлаждается с 900 до 50 - 100°С за счет подачи холодного воздуха дутьевыми вентиляторами и выгружается.

(2) Вращающиеся печи применяют для обжига мелкофракционного сырья, размером 5 – 20 мм или при производстве извести по мокрому способу из технологической схемы, позволяют автоматизировать технологический процесс, но обладают повышенным расходом топлива и потерей теплоты с отходящими газами. Производительность вращающихся печей 400 – 500 тонн/в сутки, т.е. в 2 – 4 раза выше, чем у шахтных.

Гашение (производство извести – пушонки и известкового теста).

Реакция: CaO + H2O← → Ca(OH)2 + 1160 кДж

Необходимое количество воды для получения известкового теста, содержащего 50% воды, составляет около 2,5 литров на 1 кг кипелки.

Известь – пушонка производится механизировано в гидраторах непрерывного или периодического действия. Получаемое пластическое тесто при испарении влаги превращается в порошок.

Гашение извести в тесто осуществляется по схеме: складирование извести → дробление → гашение до получения известкового молока → отстаивание молока до получения теста. Гашение производится в барабанных гасителях или термомеханических известигасилках.

Твердение известковых вяжущих происходит в результате испарения воды и кристаллизации Ca(OH)2. При потере влаги частицы Ca(OH)2 сближаются и срастаются, образуя известковый каркас. Одновременно происходит карбонизация Ca(OH)2 вследствие погашения им углекислоты из воздуха:

Ca(OH)2 + СО2 + nH2O = CaCO3 + (n+1) H2O,

что приводит к уплотнению и упрочнению структуры, а также повышению водостойкости изделий.