4.2. Производство каустического магнезита и каустического доломита

Производство магнезиальных вяжущих материалов заключается в добыче сырья в карьере, доставке, дроблении, обжиге и помоле вяжущего. Магнезит и доломит обжигают в шахтных или вращающихся печах. При нагревании выше 400°С начинается разложение магнезита по реакции

МgСО₃(тв) =MgО(тв)+СО₂(г).

Процесс разложения магнезита является эндотермическим и протекает с поглощением теплоты; на разложение 1 кг MgCO3 нeo6xодимo затратить 1440 кДж.

Реакция разложения MgCO3 обратима, поэтому для смещения ее в сторону образования конечных продуктов необходимо поддерживать температуру выше теоретической и удалять СО2 из реакционного пространства для снижения его парциального давления в зоне разложения, что достигается естественной или принудительной тягой в печи. Реакция протекает с достаточной скоростью при 600-650 °С. В шахтных печах фактическая температура обжига составляет 750—800 °С, а во вращающихся — около 1000 °С. При этом плотность получаемого каустического магнезита находится в пределах 3,1—3,4 г/см³(плотность необожженного магнезита составляет 2,9—3,1, в среднем- 3 г/см³). В результате измельчения спека получается каустический магнезит. Величина плотности обожженного каустического магнезита является одним из показателей качества, позволяющим оперативно контролировать режим обжига: при плотности ниже 3,1 г/см³ магнезит неполностью разложился в результате обжига (получился недожог), а при плотности свыше 3,4 г/см³— пережог, т. е. плотный спек, вяжущие свойства которого ухудшаются.

При дальнейшем нагревании выше 800—1000 °С магнезит начинает спекаться, а при 1500—1600 °С его плотность составляет около 3,7 г/см³; обожженный при такой температуре MgO образует плотные кристаллы периклаза, это так называемый намертво обожженный практически полностью спекшийся металлургический магнезит, применяемый для изготовления огнеупорных изделии и для наварки подин металлургических печей.

Пережженный магнезит после помола почти не проявляет вяжущих свойств даже по сравнению с каустическим магнезитом, поэтому его называют иногда мертвообожженным и применяют для получения набивных футеровок и безобжиговых футеровок, для чего с целью активизации в нем вяжущих свойств используют воду затворения с температурой 60—80 °С или вводят в его состав некоторые добавки — возбудители твердения. Полученное путем измельчения намертво обожженного магнезита или боя магнезитового кирпича вяжущее с тонкостью помола не более 15% остатка на сите №008 идет на изготовление высокоогнеупорного бетона, способного выдерживать температуру до 1700 °С; при этом в него в качестве заполнителя добавляют в виде крошки хромит, магнезитохромит и другие огнеупорные материалы на основе периклаза или шпинелей.

Каустический доломит получают в результате «полуобжига» доломита при температуре ниже температуры диссоциации углекислого кальция — 650—750 °С. Продукт обжига отличается от каустического магнезита тем, что в его составе находится гидратационно активный MgO, а карбонат кальция является инертной составляющей вяжущего; реакция идет по уравнению

CаСО₃ MgСO₃ = CаCO₃ +MgO+CO₂.

Температура обжига для получения каустического доломита зависит от качества сырья и печи для обжига. Присутствие в продукте не более 2,5 % СаО не ухудшает свойств каустического доломита.

Повышение температуры обжига выше 800° С приводит к интенсивному разложению углекислого кальция и получению доломитовой извести, содержащей повышенное количество оксида кальция, способного к быстрому гашению в воде; при этом оксид магния начинает спекаться с образованием кристаллов периклаза, что наряду с повышенным содержанием активной извести в смеси ухудшает качество магнезиального вяжущего и придает ему свойства доломитизированной извести. В результате обжига доломита при 1500—1600° С получают спекшийся металлургический доломит, который применяют для производства огнеупоров аналогично спеченному магнезиту.

Для получения однородного каустического магнезита или каустического доломита высокого качества необходимо подавать в печь дробленое сырье оптимального узкофракционного состава, иначе мелкие частицы будут прогреваться быстрее, в них пройдет реакция разложения карбоната маншя, кристаллы MgO будут подвергаться пережогу и укрупняться. За счет перегрева в мелких зернах начнется реакция разложения карбоната кальция, в то время как исходные куски доломита крупного размера будут недостаточно прогреты и в них еще не пройдет реакция разложения магнезита по всему объему. При этом материал получается неоднородным и качество его снижается, а обжиг приходится вести, ориентируясь на средний размер поступающего в печь материала.

В шахтных печах, оборудованных выносными топками, обжигают более крупные фракции материала, а во вращающихся печах — мелочь, прошедшую через грохот. Для обжига используют беззольное топливо (природный газ или топочный мазут), чтобы не ухудшать качество обжигаемого материала за счет присадки золы, что особенно важно при получении высокоогнеупорных материалов.

Обожженный каустический магнезит измельчают в шаровых мельницах так, чтобы остаток на сите № 02 не превышал 5%, а через сито с сеткой № 008 проходило не менее 75 % материала. Каустический доломит необходимо измельчать еще тоньше.