12) Физико-химические основы процесса обжига карбонатного сырья, продукты обжига, степень обжига.

Физико-химические основы процесса обжига:

Разложение карбоната кальция, содержащегося в известняке или меле, протекает по реакции:

(при нормальном давлении и температуре 0 °С).

Поскольку процесс идет с поглощением тепла, т.е. реакция эндотермична, то для смещения реакции вправо необходимо обеспечить подвод тепла в течении всего процесса обжига СаСО₃.

Зависимость теплового эффекта реакции от температуры описывается, согласно закону Киргоффа, уравнением:

где: – изменение энтальпии системы при ОК;

– разность теплоемкостей конечных и начальных продуктов реакции.

Тепловой эффект реакции разложения СаСО₃ при нижнем пределе температуры в зоне обжига, равной 900 °С , а при верхнем пределе, равном 1200 °С . В среднем тепловой эффект в зоне обжига можно принять равным + 158,7 кДж.

Т.о., с ростом температуры тепловой эффект реакции разложения СаСО₃ уменьшается и рассчитывается по формуле:

Константа равновесия реакции разложения СаСО₃ определяется концентрацией СО₂ в газе:

Равновесное парциальное давление СО₂ ( ) в данной системе, согласно правилу фаз, определяется одной независимой переменной – температурой и экспериментальные данные описываются уравнением (для в мм рт. ст.):

Функциональную зависимость можно определить исходя из уравнения Вант-Гоффа:

Зависимость равновесного давления СО2 (Рсо2) над поверхностью СаСО3 от температуры:

Продукты обжига:

От температуры обжига и продолжительности воздействия ее зависит кристаллическая структура получаемой извести.

В мягких условиях (температура обжига 1150 °С) образуется пористая известь с большой удельной поверхностью и высокой реакционной способностью, т.н. активная известь.

При более высоких температурах протекает процесс рекристаллизации СаО, увеличивается ее прочность, уменьшается ее удельная поверхность с одновременным снижением реакционной способности. Образуется неактивная известь (перекал или пережог). Перекалу обычно подвергаются мелкие куски, т.к. они быстрее разлагаются и нагреваются до температуры окружающей среды, т.е. более длительное время подвергаются высокой температуре.

При сжигании топлива образуется зола, которая содержит SiО₂, Аl₂О₃, Fe₂О₃.

Степень обжига:

Оксид кальция, входящий в состав извести, может быть в виде свободного (активного и неактивного), а также в виде связанного, т.е. вступившего во взаимодействие с примесями и образовавшего новые соединения (безвозвратные потери СаО).

Активный СаО – часть свобдного оксида кальция, которая способна реагировать с водой в обычных условиях гашения.

Неактивная часть СаО – часть свободного оксида кальция, которая не реагирует с водой в обычных условиях гашения. Неактивный СаО образуется вследствие структурных изменений при высоких температурах, а также за счет обволакивания зерен активного СаО пленкой плава.

Работу печи оценивают по степени обжига, которая выражается отношением активного СаО к общему количеству СаО: