Принципиальная технологическая схема производства воздушной извести представлена:
Кальциево-карбонатные породы->добыча->дробление->классификация->обжиг->комовая негашеная известь-кипелка->или дробление и помол(негашеная молотая известь) -> или гашение(гашеная известь)
Сырьём для производства воздушной извести служат горные породы, содержащие в основном углекислый кальций - мел, известняк известковые туфы и т.д. Залежи известняка в большинстве случаев выходят на поверхность. Их разработку ведут открытым способом с помощью взрывных работ с последующей погрузкой взорванной породы на транспортные средства одноковшовыми экскаваторами.
Размер кусков поставляемой с карьера породы достигают 500-600 мм и более. Требуемая величина кусков породы, поступающих на обжиг, определяется типом обжигового агрегата. Загружаемый в шахтную печь известняк имеет обычно размеры 60-200 мм. При обжиге во вращающихся печах применяют фракции 5-20 мм или 20-40 мм. Поэтому поступающую с карьера породу необходимо дробить, дробление может осуществляться либо в одну, либо в две стадии. Дроблёный материал подвергается рассеву на грохотах. Классификация материала обеспечивает постоянство фракционного состава.
Обжиг в шахтных и вращающихся печах
Известняк или мел декарбонизируются и превращаются в известь по эндотермической реакции: СаСО3 -> СаО + СО2
На разложение 1 г-моль СаСО3 требуется затратить 178 кДж теплоты.
Обжиг ведут в шахтных или вращающихся печах. В шахтных печах можно обжигать только твёрдые породы (известняк, мрамор и др.), а во вращающихся - как твёрдые породы, так и шламы мягких пород, например, меловые шламы. Температура обжига зависит от плотности сырья, наличия примесей, размера частиц (кусков) сырья и т. д. Чем плотнее и чем более крупнокристалличным является сырьё, тем выше требуемая температура обжига. Температура обжига в зависимости от указанных факторов колеблется от 1000 до 1200°С.
Основной задачей при обжиге является обеспечение максимальной степени декарбонизации СаСОз при минимальной температуре. С одной стороны, повышение температуры ускоряет реакцию разложения карбоната кальция, но с другой стороны, излишне высокая температура обжига негативно сказывается на качестве продукта, так как начинает развиваться процесс спекания, и наблюдается так называемое явление "пережога".
Качество извести зависит также от содержания глинистых примесей, связывающих часть извести в новые соединения (силикаты, ферриты, алюмосиликаты), которые не способны к гашению, но которые могут гидратироваться и твердеть, если это будет учтено в технологии.
Наибольшее распространение для производства извести получили шахтные печи, высота которых достигает 20 м. В шахтной печи различают три зоны:
∙зона подогрева - верхняя пасть печи;
∙зона обжига - средняя часть печи;
∙зона охлаждения - нижняя часть печи.
В зоне подогрева из известняка и из топлива (в случае использования твёрдого топлива - кокса или антрацита) удаляется влага. Известняк нагревается до температуры начала диссоциации, а топливо - до температуры воспламенения. В зоне обжига за счёт сгорания топлива или поступления продуктов его сгорания из топок (в случае работы печи на жидком или газообразном топливе) достигается максимальная температура материала и активно происходит диссоциация СаСО3 и MgCO3. В зоне охлаждения материал охлаждается поступающим в печь снизу воздухом.
Шахтные печи различают по виду применяемого в них топлива и по способу его сжигания. В пересыпных печах твёрдое топливо подаётся вместе с сырьём и сгорает между кусками обжигаемого материала. Здесь применяют топливо с малым содержанием летучих - антрацит, кокс и тощие сорта каменного угля, дающие при горении короткое пламя. В печах с выносными топками последние расположены по внешнему периметру печи. В них сжигается твёрдое топливо (полностью или частично) и образующиеся горячие газы поступают в зону обжига. Здесь применяют длиннопламенное топливо с высоким содержанием летучих, а также торф, дрова, горючие сланцы. Если такое топливо использовать в пересыпных печах, то много теплоты будет теряться, так как горючие вещества не успевают сгорать и уносятся вместе с отходящими газами. В газовых печах топливо чаще всего служит природный газ, который подается непосредственно в шахтную печь и сжигается в среде материала.
Наиболее экономичными и высокопроизводительными являются пересыпные печи, но качество извести лучше для получаемой в газовых печах.
Вращающиеся печи позволяют получать мягко обожжённую известь высокого качества из мелкокускового известняка и из мягких карбонатных пород (мела, туфа, известняка-ракушечника), которые нельзя обжигать в шахтных печах из-за склонности этих материалов к "зависанию' в шахте, приводящего к нарушению технологии обжига.
Длина известъобжигательных вращающихся печей составляет 30-100 м при диаметре 1,8-3 м. Наилучшие результаты достигаются при использовании газообразного топлива, однако возможен также обжиг на подаваемом форсунками пылевидном и жидком топливе.
Производительность таких печей достигает 400-500 т/сут, что в 2-4 раза выше, чем у шахтных печей. Более экономичен такой способ обжига и с точки зрения затрат на транспортировку и электроэнергию. Одним из важнейших технологических преимуществ обжига извести во вращающихся печах является малое время прохождения материала от места загрузки до выхода из печи, что обеспечивает оперативность управления процессом. Вращающиеся печи обеспечивают компактность технологической схемы, позволяют автоматизировать процесс и снизить капитальные затраты на строительство цехов. С помощью вращающихся печен может быть получена известь высокого качества обжигом при средних и достаточно высоких температурах, так-так из-за малого времени пребывания материала в печи опасность пережога минимальна. При этом известь значительно более однородна по составу и содержит меньше примесей.
Выгружаемая из печей комовая известь транспортируется на склад «четками или транспортёрами и хранится в бункерах или силосах. Во избежание снижения активности известь не должна контактировать с водой даже в виде паров.
Воздушная известь отличается от других вяжущих тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и при гашении. Негашёная комовая известь является только полуфабрикатом, из которого в зависимости от принятой схемы - помол или гашение - получают соответственно молотую негашёную или гашёную известь.
Производство негашёной извести
Для облегчения помола в мельнице комовую известь предварительно дробят до зёрен размером 15-20 мм. Помол осуществляют обычно в шаровых одно- и двухкамерных мельницах, но возможно применение также валковых и роликовых мельниц, а при необходимости получения очень тонкого порошка используют вибромельницы. Более эффективной является замкнутая схема помола с промежуточной сепарацией. Наряду с бездобавочной известью выпускают также известь с активными минеральными добавками (золы, шлаки). В последнем случае их вводят в мельничный агрегат, где происходит совместное измельчение и одновременно перемешивание.
Тонкость помола негашёной извести оказывает существенное влияние на её свойства, особенно при наличии "пережога". Однако даже весьма тонки помол не может полностью устранить те отрицательные явления, которые влечёт за собой неравномерный обжиг извести.
Производство гашёной извести
Гашение - особый технологический процесс, используемый только в производстве извести. Он заключается в гидратации извести, описываемой экзотермической реакцией: СаО + Н2О -> Са(ОН)2
При гашении извести выделяется значительное количество теплоты -1160 кДж (277 ккал) на 1 кг оксида кальция. Выделяющаяся теплота вызывает кипение воды, поэтому негашёную известь называют "кипелкой". Проникая вглубь зёрен, вода вступает во взаимодействие с СаО, и теплота, выделяющаяся при этом, превращает воду в пар. Резкое увеличение объёма пара по сравнению с объёмом жидкости вызывает внутренние растягивающие напряжения в зёрнах извести и их диспергацию, в результате чего образуются частицы размером до 0,01 мм.
Процесс гашения замедляется вследствие образования на поверхности известковых частиц тестообразного слоя продуктов, который препятствует доступу воды к внутренним слоям исходного зерна. Для ускорения гашения рекомендуется предварительно измельчать известь, энергично перемешивать гасящуюся массу, а также использовать подогретую воду. При перемешивании с поверхности зёрен как бы "сдирается" гидратная пленка и открывается доступ к внутренним непрогасившимся слоям. Характер процесса гашения зависит также от наличия примесей. При гашении в пушонку зёрна силикатов и алюминатов кальция, образовавшихся при обжиге, не гасятся и не превращаются в порошок, поэтому их необходимо отделять, отдельно доизмельчать, а затем смешивать с пушонкой для улучшения её гидравлических свойств. К негасящейся части извести относятся также неразложившийся при обжиге известняк, пережжённые частицы оксидов кальция и магния, остеклованные новообразования, получающиеся в пересыпных печах при взаимодействии извести с золой топлива.
технологическая схема производства гашеной извести представлена
на рис. 7.
Чем дольше протекает процесс гашения, тем более качественным получается продукт, однако в реальных условиях это время не может быть очень большим и в зависимости от выбора способа гашения и применяемого оборудования варьируется в широких пределах.
В промышленных масштабах гашение производится механизировано. Выбор схемы зависит от того, какой продукт необходимо получить - известь-пушонку или известковое тесто. Большая часть извести гасится в пушонку.
Гашение в пушонку производится в гидраторах периодического или непрерывного действия. К периодически действующим гидраторам относятся гасильные барабаны цилиндрической или бочкообразной формы ёмкостью около 15м3. Барабаны со скоростью вращения от 3 до 5 об/мин устанавливают горизонтально на катках. В барабаны загружают предварительно измельчённую в молотковых или конусных дробилках известь с размером кусков 3-5 мм. Известь гасится паром, поступающим через пароподводящее устройство. Продолжительность гашения, включая загрузку и выгрузку продукта, составляет 30-40 мин. После отсева непрогасившихся частиц известь направляется в бункер или силос для вылёживания (силосования), где процесс гашения продолжается, что ведёт к повышению качества материала.
Заводское производство извести-пушонки по сравнению с производством комовой извести имеет ряд преимуществ: непрогасившиеся частицы отделяются уже на заводе; транспортировка упакованной пушонки удобнее; такой продукт имеет более длительный период хранения. Вместе с тем себестоимость пушонки выше, так как её выпуск требует организации гидратного цеха и упаковочного узла. Стоимость транспортировки пушонки также выше, так как она содержит 32-35% воды.
Гашение в тесто более длительный и сложный процесс. Он применяется, если известь предназначена к использованию на месте производства или на объектах, находящихся поблизости (например, в виде строительных растворов). Качество известкового теста выше, чем у пушонки, полученной из такой же комовой извести.
При механизированном гашении извести в тесто известь-кипелку предварительно измельчают в щековой дробилке до кусков с размером не более 5 см и орошают на виброгрохоте горячей водой. Затем материал поступает в гасильный бункер, где выдерживается 2 ч. Окончательное гашение происходит в гасителе, куда поступает вода, нагретая до 40-50°С. Из гасителя материал в виде известкового молока выливается на виброгрохот. Крупные частицы поступают в бункер отходов, а известковое молоко перекачивается для отстоя в железобетонные чаны, которые имеют по 4 вертикальных фильтра. Фильтр - это оцинкованная труба с отверстиями по всей высоте и заполненная крупным песком, она проходит через днище чана. За время пребывания в чанах (примерно 15-16 ч) избыточная вода уходит через фильтры, а материал приобретает сметанообразную консистенцию с влажностью 75%. Отстоявшаяся вода возвращается в технологию и вновь применяется для гашения извести.
