Теорія процесу випалення вапняків

Повітряне вапно – в'яжуче, одержуване помірним випалом (не до спікання) вапняно-магнезіальних карбонатних порід (вапняків, доломітів, крейди та ін.), що містять до 8% глинистих домішок.

Обпалена комова вапно є напівпродуктом. Для застосування в будівництві вапно піддають гасіння, переводячи його в гідратне вапно, або помелу для отримання негашеного меленого вапна.

Для виробництва вапна застосовуються гірські породи, що складаються переважно з карбонатів кальцію та магнію.

Основні карбонатні породи – вапняки, доломіт, крейда, мармур.

Карбонат кальцію СаСО₃ зустрічається у природі як двох кристалічних різновидів – кальциту і арагоніту.

Кальцит (вапняний шпат) – мінерал, має твердість 3 Моосу, щільність 2,7 г/см 3 .

Арагоніт – мінерал, має твердість 3,5-4; густина 2,9-3,0 г/см 3 .

Теоретично карбонат кальцію складається з 56% СаO, 44%₂.

У доломітизованих вапняках як домішка присутній мінерал доломіт СаСО₃ * MgСО₃. Теоретично доломіт складається з 30,41% СаO, 21,87% MgO, 47,72%₂. Щільність доломіту 2,9 г/см3.

Доломітові породи складаються мінералом доломітом із домішками.

Вапняно-магнезіальні породи є осадовими утвореннями органогенного чи хімічного походження.

Крейда – слабосцементована (м'яка, пухка) осадова порода, складена майже повністю кальцитом (91-98,5 %).

Внаслідок процесів метаморфізму з осадових вапняків утворився мармур. Мармур – найбільш чиста сировина, проте у зв'язку з високими декоративними властивостями він використовується як оздоблювальний матеріал.

Колір вапняних порід залежить від домішок.Чисті вапняки зазвичай є білого кольору. Найбільш характерні домішки – карбонат магнію, кремнезем, глинисті речовини, гіпс, пірит. При вмісті глинистих домішок від 8 до 25% вапняки називають мергелістими, при вмісті карбонату магнію від 5 до 20% доломітизованими і від 25 до 45% доломітами.

Домішки гіпсу небажані. При вмісті вапна навіть близько 0,5-1% гіпс сильно знижує пластичність вапняного тесту.

Всі різновиди вапняків, крім мармуру, застосовують для виробництва вапна.

Приклади хімічного складу вапняків

Основним технологічним процесом при отриманні вапна є випалювання вапняку.

М_СаО = 40,08 + 16 = 56,08

Таким чином, теоретичний вихід вапна - 56% за масою.

Процес дисоціації (розпад молекули) кальциту відбувається із поглинанням тепла (як і будь-яка реакція розкладання).

Оскільки процес дисоціації (термічної) кальциту – типова оборотна реакція, то її напрямок залежить від температури та парціального тиску СО₂.

Дисоціація кальциту починається вже за 600 0 З; при 900 0 С пружність парів СО₂ досягає 1 ат і розкладання відбувається інтенсивно.

У разі підвищення температури випалу відбувається зростання кристалів СаО. Вище 1200 0 С настає спікання – пористість та питома поверхня різко знижуються.

Вплив домішок на процес дисоціації:

Кремнезем (міститься 2-5%) вже при 800 0 С реагує із СаО, даючи тугоплавкі силікати кальцію.

Полуторні оксиди (Al₂O₃, Fe₂O₃) утворюють відповідні алюмінати та ферити кальцію. Феріти легкоплавки та є плавнями.Зниження температури плавлення призводить до утворення великокристалічного малоактивного оксиду кальцію (негативний вплив).

Домішки карбонату магнію суттєво впливають на температуру випалу. Процес розкладання MgСО₃ починається значно раніше, ніж процес розкладання СаСО₃. Повна дисоціація відбувається вже за 600-650 0С.

Т.ч., вибір температури випалу вапняку визначається багатьма чинниками. В цілому, чим вище щільність сировини, що обпалюється, і її чистота, чим вище повинна бути температура випалу. На практиці чисті і щільні вапняки обпалюють при 1200 0 С. Вапняки, що містять значну кількість глинистих домішок, і м'які вапняки обпалюють при 1050-1150 0 С. Вапняки, що містять значну кількість магнезіальних домішок - при 00001. 800 0 С. Час перебування вапняку в зоні випалу залежить від розміру шматків та температури випалу.

Сподобалася стаття? Додай її в закладку (CTRL+D) і не забудь поділитися з друзями:

Випалення вапняку: отримання вапна

Випалювання вапняку – це цілеспрямоване нагрівання карбонатної сировини до певної температури, в результаті якого відбувається його розкладання на оксид кальцію та вуглекислий газ. Цей процес використовується у виробництві вапна, соди, цементу, в'яжучих речовин. Реакція здійснюється у спеціальних печах 2 типів.

Реакція

Вапняк у разі розглядається як кальцит, представлений карбонатом кальцію. Реакція розкладання у процесі випалу виглядає як CaCO₃=CaO+CO₂. Вона відбувається у температурному інтервалі 1000-1300°C. Перша речовина використовується як основний компонент негашеного вапна.

Устаткування

Випалення вапняку здійснюється у промислових печах. Ці установки існують у 2 варіантах: обертові та шахтні.

Печі, що обертаються, універсальні з точки зору агрегатного стану сировини: допустимі роботи як з твердими, так і з м'якими породами. Це установки довжиною від 30 до 100 м та діаметром від 2 до 4 м. Вони встановлені під кутом 3-4 і обертаються з частотою 0,5-1,2 об/хв. Добова продуктивність складає 500-700 кг/м 3 обпалювального барабана. Зі збільшенням довжини установки зростає продуктивність і скорочується витрата палива за рахунок збільшення площі контакту.

Розроблено кілька способів скорочення витрати палива, що одночасно підходять для утилізації високотемпературних газів, що утворюються в процесі реакції. Один із них – попередній нагрівання сировини. Він передбачає установку перед піччю нагрівача, що забезпечує розігрів матеріалу до 500-800°C.

Таким чином, в загальному вигляді одна з типових схем установки, що обертається, для випалу вапна виглядає як нагрівач - піч - холодильник. Витрата теплоти за такої технології становить 4600-5030 кДж/кг вапна.

Шахтні печі підходять лише для випалу твердих порід. Вони поділені на кілька варіантів. На цей час у виробництві залишилися лише газові установки, а напівгазові та пересипні варіанти застаріли та зберегли актуальність лише на невеликих підприємствах. Газові печі відрізняються від цих аналогів більшою продуктивністю та кращою якістю продукту. Такі установки можуть бути виконані у різних конфігураціях. Функціональні зони тут ті ж, що і в печах, що обертаються. Під шахтою встановлюють вивантажувальний пристрій, і під ним бункер охолодження. Неприпустимість використання м'якої сировини пояснюється можливістю її зависання.

Технологія

Процес випалу полягає у нагріванні вапнякової маси до 1000-1300°C. Величина температури безпосередньо визначає швидкість процесу, проте важливим є дотримання даного температурного інтервалу. Так, при його перевищенні відбувається перепалювання сировини, що веде до формування великокристалічного оксиду Ca. Такий компонент характеризується суттєво уповільненим процесом гасіння. Тому він не підходить для виробництва вапна, оскільки процес може продовжуватися і після його використання, що може спричинити появу дефектів.

Як паливо використовують мазут чи газ. Тверде паливо погано підходить через зольність. Частки, що осаджуються на сировину, ведуть до формування легкоплавких сполук. Від них у печі залишаються настилі. Паливо згоряє в печі, підпалюючись смолоскипом.

Процес випалу представляє послідовне проведення сировини через стадії сушіння, підігріву, випалу, попереднього охолодження. При роботах із щільними вапняками етап сушіння виключають через їх малу вологість.

У обертальних печах зона підігріву становить 50-70% довжини установки, зона випалу - 25 - 30. Їх величину змінюють довжини факела. Зона попереднього охолодження займає частину печі (близько 5%). Для охолодження використовується холодильник. Повітря звідти, нагріте продуктом до 300-400 ° C подається в піч. Цю частину повітря називають вторинною. Вона становить основну масу повітря печі. Решту (первинне повітря) подають через пальник. Теплообмін у встановленні відбувається шляхом випромінювання. Для прискорення цього процесу у зоні підігріву встановлюють теплообмінники.

До переваг технології з печами, що обертаються, відносять такі особливості

• Високу продуктивність установок (у 2 – 4 рази вище за шахтні).



• Швидке здійснення процесу.



• Мінімізацію ймовірності перепалу за рахунок швидкого проходження сировини по встановленню.



• Компактність технологічної схеми.



• Економічність створення цехів.



• Можливість автоматизації процесу.



• Висока якість продукту (однорідність та мала кількість домішок).



• Можливість використання будь-якого виду палива.



• Виробництво продукту будь-якого типу (будівельного та металургійного вапна).



• Можливість використання будь-якого виду сировини.

Недоліками цієї технології вважають

• Дорожнечу установок.



• Значну металомісткість.



• Висока витрата електроенергії.



• Висока витрата палива.

Шахтні печі також поділені на 3 функціональні зони: підігріву, випалу, охолодження. Перша займає 35% висоти установки та служить для охолодження високотемпературних газів, що виходять знизу, до 300-350°C. Вони ж тут нагрівають сировину до 900°C в нижній частині. Зона випалу складає 40% шахти. Середня температура тут становить 1100–1200°C. Зона охолодження займає 25%. У ньому температура продукту знижується до 80-120°C. Остаточне охолодження здійснюється у бункері охолодження. Теплота звідти йде на додаткове підігрів шахти.

Теплообмін у шахтних печах відбувається шляхом конвекції. Важливою умовою для них є забезпечення рівномірного розподілу газу шахтою в поперечному перерізі. В іншому випадку можливе виникнення місцевих перегрівів матеріалу, що може порушити процес аж до зупинки печі. Тому точки подачі газу розташовують залежно від конфігурації установки: у стінках у печах діаметром до 1,8 м, там же, але на кількох рівнях у щілинних варіантах, у стінках та по центру в установках більшого діаметра.До того ж через неоптимальні умови для змішування газу та повітря доводиться подавати до шахти додаткове повітря у 20-30% від стехіометричних витрат. При цьому сировину доводиться тримати у шахті досить тривалий час для пропалювання центральної зони. Це значно скорочує продуктивність таких установок (до 100 т/сут). У будь-якому випадку випал вельми неоднорідний, і ця неоднорідність прямо пропорційна діаметру і обернено пропорційна висоті печі.

Перевагами шахтних печей вважають

• Низька металоємність.



• Дешевизну створення.



• Невисока витрата палива.



• Мінімальні витрати енергії.

Недоліки таких установок

• Невисока продуктивність.



• Невисокий рівень декарбонатизації сировини (до 93-97%).



• Нерівномірний випал.



• Високі вимоги до сировини (однорідності, чистоти, гранулометричного складу).

Що таке випалення вапняку

Випалювання вапняку - це процес нагрівання маси вапняку, в ході якого карбонат кальцію (формула: CaCO3) розщеплюється на оксид кальцію (CaO) та діоксид вуглецю.

Основне рівняння реакції: CaCO3 = CaO+CO2. Ця реакція використовується для виробництва негашеного вапна, цементу, сполучних та кальцинованої соди. Для випалу мають використовуватися спеціальні промислові печі. Температура випалу на заводі становить від 1000 до 1300 градусів за Цельсієм. Оксид кальцію є основним компонентом негашеного вапна.

При неповному прожарюванні шматки незгорілого матеріалу залишаються в печі. Однак їх наявність не впливає на якість продукту, що формується. Більш шкідливий ефект викликаний підвищенням температури вище гранично допустимих значень. У цьому випадку спостерігається так зване горіння сировини, внаслідок чого утворюється великий оксид кальцію. Таке вапно не підходить для гарту, тому що в цьому випадку процес дуже гальмується.

You have no rights to post comments