Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций

Раздел: Строительство

Воздушную известь получают путем обжига карбонатных пород при соответствующей температуре и последующей переработке комовой извести.

Комовую негашеную известь получают в специальных обжиговых печах различной конструкции. Молотую негашеную известь получают помолом комовой извести;

гашеную — гашением комовой или молотой негашеной извести; известковое тесто — гашением негашеной извести с большим расходом воды. Гашение (гидратация) извести заключается в затворении комовой или молотой извести (кипелки) водой.

Негашеная известь состоит в основном из оксидов кальция и магния, а гашеная и известковое тесто — из гидроксидов кальция и магния и свободно связанной воды.

В зависимости от качества карбонатных пород известь подразделяют на жирную и тощую. Жирная известь быстро гасится, выделяя при этом много теплоты, на ощупь дает жирное пластичное тесто. Тощая известь после гашения содержит непрогасившиеся зерна, тесто из нее менее пластично.

В соответствии с ГОСТ 9179—77 воздушную известь разделяют на кальциевую, магнезиальную и доломитовую в зависимости от содержания MgO. Для кальциевой извести содержание MgO не должно превышать 5 %, для магнезиальной — 5—20 %, доломитовой—20—40 %.

Технологический процесс производства извести состоит из следующих основных переделов: добыча сырья и его подготовка, обжиг, помол или гашение. Обжиг известняка производят в шахтных или вращающихся печах. При обжиге в шахтных печах известняк дробят до размеров 60—200 мм, а во вращающихся (сушильных барабанах) — до 5—40 мм.

Наиболее распространены шахтные печи, так как оии просты в эксплуатации, имеют пониженный расход топлива, характеризуются непрерывностью действия, большой производительностью, не требуют значительных капитальных вложений и могут работать на любом топливе: твердом, жидком или газообразном.

Шахтную печь ( 2.14) загружают послойно известняком и короткопламенным твердым топливом (антрацитом или коксом). По высоте печь условно подразделяют на три зоны: подогрева, обжига и охлаждения. В нижнюю часть печи — зону охлаждения ссыпается обожженная известь. Воздух, подаваемый снизу, нагревается за счет теплоты кусков извести, поднимается вверх и попадает в зону обжига. Температура в этой зоне достигает 1200°С. Здесь происходит выгорание топлива и разложение углекислого кальция с образованием оксида кальция и углекислого газа.

Горячие газы вентилятором (дымососом) просасываются вверх и подогревают вышележащие слои топлива и материала. В зоне подогрева известняк подсушивается и органические примеси в нем выгорают. Так как в зоне обжига слой топлива сгорает, то вышележащие слои опускаются и новые подогретые порции известняка

ступают в зону обжига. Готовый продукт через выгрузочный механизм и барабанный затвор отправляется на склад готовой продукции.

Так как сгорание топлива происходит в контакте с карбонатными породами, то обеспечиваются лучшие условия для теплообмена. Однако в пересыпных печах известь загрязнена продуктами сгорания. Кроме того, при таком способе обжига возможно образование «пережога». Избежать этих недостатков можно, обогревая печь горячими газами из выносных топок или вводя газообразное топливо через форсунки в центр печи. Причем экономичнее топливные форсунки располагать по периметру печи в разных уровнях для обеспечения температур, характерных для всех трех зон.

При загрузке печи следует постоянно следить за гранулометрией топлива и исходного сырья, чтобы не допустить большой плотности шихты. В шахтных печах практически не используется мелочь и мягкие рыхлые породы, поскольку они в процессе продвижения по высоте печи ломаются, мнутся и забивают межзерновое пространство. Это приводит к затруднению просасыва- ния воздуха. Использовать мелкие куски и мягкие породы можно, применяя в качестве обжигового аппарата вращающийся барабан, работающий по принципу противотока. Известь из вращающихся печей получается более высокого качества, но при этом затрачивается больше топлива, условный расход которого достигает 25—30 % по массе извести.

Кроме шахтных и вращающихся печей применяют п высокопроизводительные аппараты для обжига извести в «кипящем» слое ( 2.15). Молотый известняк через загрузочное устройство подают в верхнюю часть печи, которая разделена воздухопроницаемыми сводами на пять зон. Мазут (или гаэ) поступает в четвертую зону, где происходит его сгорание и разложение углекислого кальция. Воздух вентилятором просасывается через верхние зоны и, проходя через решетчатые своды, аэрирует слой известняка. По мере поступления новых порций «кипящий» известняк по пересыпным трубам пересыпается в нижнюю зону. Горячий поток газа подсушивает и подогревает порошок. По тепловому режиму обжиг в «кипящем» слое похож на обжиг в шахтной печи. Переходя (ссыпаясь) из одной зоны в другую, размолотый известняк подвергается интенсивному теплообмену и разложению. Поэтому подобные установки имеют высокую производительность. Расход теплоты при этом 4600—5480 кДж на 1 кг извести.

Комовую известь перед употреблением следует измельчить или загасить. Помол извести проводят в трубных мельницах по замкнутому циклу. Операция эта энергоемкая, затраты составляют около 18 кВт-ч на 1т продукта. Измельчают ее до удельной поверхности 3500—5500 см2/г совместно с активными минеральными добавками (доменные или топливные шлаки, золы, пуц- цоланические породы и т. д.). Если предполагается использование извести при производстве автоклавных изделий, то в качестве добавки вводят кварцевый песок. Для замедления скорости гашения можно добавлять двуводный гипс в количестве 3—5 % по массе извести.

При помоле извести иногда мелкие частицы налипают на шары и агрегируются. Эффективным способом борьбы с этим служит ввод в мельницу водяной пыли или пара.

Хранят комовую и молотую известь на крытых механизированных складах. Срок хранения не должен превышать 10—15 сут, так как иначе активность извести снижается. Транспортируют комовую известь в крытых вагонах или контейнерах, молотую — в битуминизиро- ванных мешках, вагонах или автоцементовозах.

Отличительная особенность негашеной извести — ее тонкое измельчение химическим путем — гашением. Достигается это взаимодействием оксида кальция с водой и получением частиц гидроксида кальция размером до 0,01 мм: Ca0 + H20=Ca(0H)2 + Q. При гашении выделяется большое количество теплоты. Каждый килограмм оксида кальция выделяет 1160 кДж. При гашении извести резко поднимается температура и вода закипает. Если известь хорошего качества, то гашение начинается и проходит быстро. Скоростью гашения можно управлять. Хлористые соли NaCl, СаС12 и др., находящиеся в воде, в количестве до 1 % ускоряют гидратацию СаО. Гипс, Na2S04 и некоторые ПАВ замедляют гашение. Повышение температуры гашения ускоряет процесс гидратации СаО. Зависит скорость гашения и от величины кристаллов оксида кальция. Крупные кристаллы гидра- тируются медленнее. Переход оксида в гидроксид сопровождается не только выделением теплоты, но и резким увеличением объема, иногда более чем в 2 раза.

Полученная гидратная известь подразделяется на пушонку и известковое тесто. Пушонка—тонкодисперсный порошок с большой удельной поверхностью, характеризующийся большой водопотребностью. Известковое тесто — сметанообразная паста, состоящая в основном из Са(ОН)2. Для изготовления пушонки добавляют воды по массе в 2—3 раза больше, чем извести, так как происходит интенсивное испарение воды. При большем увеличении количества воды получим известковое тесто.

В промышленных условиях известь гасят в аппаратах периодического и непрерывного действия. В гасильном барабане периодического действия ( 2.16) гашение проводится паром под давлением 0,3—0,5 МПа. Вместимость барабана 15 м3. Куски извести размером 3—5 мм через загрузочный люк сверху загружают в барабан. Затем подают пар, и при вращении барабана в течение 15—20 мин происходит гашение извести. Частота вращения 3—5 об/мин. На загрузку и разгрузку барабана уходит тоже 15—20 мин. Весь цикл длится 30—40 мин.

Непрерывное гашение проводится в семибарабанном лопастном гидраторе ( 2.17) производительностью 5 т/ч. Предварительно измельченная до размера 3—5 мм известь-кипелка попадает в верхний барабан, в который подается вода. В каждом барабане диаметром 200 мм установлен вал с лопастями для проталкивания массы к выходу. Гашение извести начинается сразу же, благодаря перемешиванию оно интенсифицируется. Переходя из одного барабана в другой по зигзагообразному пути, известь-кипелка превращается в пушонку.

Гашение комовой извести в известковое молоко (тесто) проводят механизированным способом в установках непрерывного действия. Так, в гасителе типа ЮЗ ( 2.18) внутри чаши для лучшего измельчения кусков извести и непогасившихся зерен установлены бегуны, которые приводятся в движение электродвигателем и прижимаются пружинами к днищу чаши. Гашение осуществляется в присутствии избыточного количества воды. Известковое молоко сливается через сетку 5 (с ячейками размером 0,6 мм) в отстойник. Перегородка 6 способствует осаждению мелких непогасившихся зерен. Готовый продукт сливается через верхнее отверстие 7 или нижнее 9. Известковое молоко можно применять без дополнительного выдерживания.

Интенсивность гашения возрастает при использовании подогретой воды. На этом способе основана конструкция термомеханической известегасилки непрерывного действия ( 2.19). Подогрев воды осуществляется за счет теплоты гашения извести. Гасильный барабан состоит из двух цилиндров, вставленных один в другой с зазором 12 мм. Пространство между ними служит теплообменником. Поступающая сюда вода нагревается от поверхности внутреннего цилиндра, в котором гасится известь, а затем направляется на гашение.

Внутренний цилиндр разделен на две камеры решетчатой диафрагмой 4. В первой камере цилиндра происходит гашение, во второй — помол непогасившихся зерен с помощью стальных шаров. Известковое молоко по лотку сливается в отстойник. Полученную гашеную известь часто используют без дополнительной выдержки.

Воздушную известь как местное вяжущее вещество, не требующее для своего изготовления дорогостоящего и сложного оборудования, в строительстве используют довольно широко для производства силикатных бетонов автоклавного твердения, известковых и смешанных растворов, состоящих из извести, портландцемента и песка, известесодержащих гидравлических вяжущих веществ (известково-пуццолановых, известково-зольных, извест- ково-шлаковых).

О качестве извести судят по ее активности, т. е. по суммарному содержанию активных СаО и MgO в процентах. ГОСТ 9179—77 разделяет негашеную известь без добавок на трн сорта, а известь с добавками — на два сорта. Сорт определяется процентным содержанием CaO + MgO.

Прочность воздушной извести стандартом не нормируется. Однако не учитывать ее нельзя. Молотая негашеная известь через 28 сут твердения обеспечивает прочность 5 МПа, а пушонка и известковое тесто — 0,5— 1 МПа.