Схема отримання будівельної повітряної вапна
Технологічний процес отримання вапна складається з видобутку вапняку в кар'єрах, його підготовки (дроблення і класифікації) і випалу. Після випалу виробляють помел комовой вапна, отримуючи мелену негашене вапно, або гасіння комовой вапна водою, отримуючи гашене вапно.
Основним процесом при виробництві вапна є випал, при якому вапняк декарбонізуется і перетворюється в вапно. Дисоціація карбонатних порід супроводжується поглинанням теплоти. Реакція розкладання вуглекислого кальцію оборотна і залежить від температури і парціального тиску вуглекислого газу. Дисоціація вуглекислого кальцію досягає помітною величини при температурі понад 600 ° С. Теоретично нормальною температурою дисоціації вважають 900 ° С. У заводських умовах температура випалу вапняку залежить від щільності вапняку, наявності домішок, типу печі і ряду інших чинників і становить зазвичай 1100-1200 ° С.
При випалюванні з вапняку видаляється вуглекислий газ, що становить до 44% його маси, обсяг же продукту зменшується приблизно на 10%, тому шматки комовой вапна мають пористу структуру.
Реакція випалу оборотна і описується рівнянням:
CaCO3 ↔ CaО + CO2; ΔH = -179 кДж
Випал ведуть в вапнякоопалюваних печах - шахтних, обертових, кільцевих і підлогових. Особливо поширені шахтні печі, які в залежності від виду застосовуваного палива працюють по пересипних способу, з виносними топками і на газі. Обертові печі обмежено застосовують у вапняній промисловості, але за якістю випалу вони перевершують печі шахтні. Підлогові і кільцеві печі низькопродуктивні і витрачають багато палива, тому на нових заводах печі такої конструкції не застосовують.
Шахтна піч складається з шахти, завантажувального і вигрузочного пристрої, Повітропідвідні і газовідвідної апаратури. Вапняк в шахтну піч завантажують періодично або безперервно зверху. Матеріал у міру вивантаження вапна опускається вниз, і назустріч обпікає матеріалу просочуються гарячі димові гази. За характером процесів, що протікають в шахтної печі, розрізняють зони підігріву, випалу та охолодження (рис.1.1). У зоні підігріву у верхній частині печі з температурою пічного простору не вище 900 ° С вапняк підсушується, підігрівається і в ньому вигорають органічні домішки. У середній частині печі- в зоні випалу, де температура досягає 900-1200 ° С, - відбувається розкладання СаСОз і виділення вуглекислого газу. У нижній частині печі - зоні охолодження - вапно охолоджується вступникам знизу повітрям з 900 до 50-100 ° С.
Більш економічні по витраті палива і простоті конструкції печі, що працюють по пересипних способу на короткопламенном паливі (антрацит або худий кам'яне вугілля). Продуктивність шахтних пересипних печей становить 100-110 тонн на добу. До недоліків пересипних печей відноситься забрудненість вапна золою палива. Чистіша вапно виходить в шахтних печах з виносними топками, які працюють на довгополум'яних паливі (буре вугілля, дрова, торф), і в печах газових. Однак ці печі мають дещо меншу продуктивність.
У шахтних печах можна обпалювати тільки тверді породи (вапняк, мармур та ін.), А в обертових - як тверді породи, так і шлами м'яких порід, наприклад крейди. Основне завдання при випалюванні - забезпечення максимально декарбонізації СаСО при мінімальній температурі. Підвищення температури прискорює реакцію розкладання карбонату кальцію, але надмірно висока температура випалу негативно позначається на якості продукту, так як розвивається явище «перепалу».
Найбільшого поширення для виробництва вапна отримали шахтні печі, висота яких досягає 20 м.
Обертові печі дозволяють отримувати мягкообожженную вапно високої якості з мелкокусковой вапняку і з м'яких карбонатних порід (крейди, туфу, вапняку-черепашнику), які не можна спалити у шахтних печах через схильність цих матеріалів до «зависання» в шахті, що приводить до порушення технології випалу .
Довжина вапнякоопалюваних обертових печей становить 30 - 100 м при діаметрі 1,8 - 3 м, продуктивність досягає 400 - 500 т / добу. що в 2-4 рази вище, ніж у шахтних печей. Одне з найважливіших технологічних переваг випалювання вапна в обертових печах - малий час проходження матеріалу від місця завантаження до виходу з печі, що забезпечує оперативність управління процесом. Обертові печі забезпечують компактність технологічної схеми, дозволяють автоматизувати процес і знизити капітальні витрати на будівництво цехів. Під обертових печах може бути отримана вапно високої якості випалюванням при середніх і досить високих температурах. Через малого часу перебування матеріалу в печі, небезпека перепалу в них мінімальна. При цьому вапно значно більш однорідна за складом і містить менше домішок.
Значно знижує якість комовой вапна наявність в ній негасящіхся шматків (недожог) і шматків, гасячи повільно (перевитрата), які можуть утворитися через нерівномірний розподіл температур в вапнякоопалюваних печах або нерівномірного вмісту в сировині домішок (наприклад, вуглекислого магнію).
Негашене грудкове вапно можна безпосередньо використовувати в якості в'яжучого, її потрібно додатково подрібнювати або помелом на млинах (виходить негашене мелене вапно), або гасінням водою (гашене вапно).
Для полегшення помелу в млині грудкове вапно попередньо дроблять до зерен розміром 15 - 20 мм. Помел здійснюють зазвичай в кульових одно- і двокамерних млинах, але можливе застосування також валкових і роликових млинів, а при необхідності отримання дуже тонкого порошку використовують Вибро.
Поряд з бездобавочні вапном випускають також вапно з активними мінеральними добавками (золи, шлаки), в останньому випадку їх вводять в млиновий агрегат, де відбувається спільне подрібнення і одночасно перемішування.
Тонкість помелу негашеного вапна робить істотний вплив на її властивості, особливо при наявності «перепалу».
Відповідно до вимог ГОСТ негашене вапно слід подрібнювати до тонкощі, при якій залишок при просіюванні проби через сита № 02 і № 008 повинен бути відповідно не більше 1,5 і 15%. Зазвичай заводи випускають вапно, що характеризується залишками на ситі № 008 до 2-7%, що приблизно відповідає питомої поверхні 3500-5000см / г.
Процес гасіння вапна відбувається по реакції:
СаО + Н2О = Са (ОН) 2 + 65,1 кДж
Реакція гасіння вапна протікає бурхливо, з великим виділенням тепла. Вода, проникаючи в глибину вапняних зерен, вступає в хімічну взаємодію з СаО, і виділяється при цьому тепло перетворює воду в пар. Так як перехід води в пару супроводжується збільшенням обсягу, створюються внутрішні напруження розтягу в зернах вапна, що призводять до їх подрібнення в тонкий порошок.
Гасіння - специфічний технологічний процес, який використовується тільки у виробництві вапна. Виділяється теплота викликає кипіння води, тому негашене вапно називають «кіпелкой». Процес гасіння сповільнюється внаслідок утворення на поверхні вапнякових частинок тістоподібного шару продуктів гідратації, який перешкоджає доступу води до внутрішніх верствам вихідного зерна. Для прискорення гасіння рекомендується попередньо подрібнювати вапно, енергійно перемішувати гасячи масу, а також використовувати підігріту воду. При перемішуванні з поверхні зерен як би «здирається» гидратная плівка і відкривається доступ до внутрішніх непрогасівшімся верствам.
Характер процесу гасіння залежить також від наявності домішок. При гасінні в пушонку зерна силікатів і алюмінатів кальцію, що утворилися при випалюванні, що не гасяться і не перетворюються в порошок, тому їх необхідно відокремлювати, окремо доізмельчать, а потім змішувати з «пушонкой» для поліпшення її гідравлічних властивостей. До негасящейся частини вапна відносяться також розклалися при випалюванні вапняк, перепалені частки оксидів кальцію і магнію, оскловані новоутворення, що виходять в пересипних печах при взаємодії вапна з золою палива.
Чим триваліше протікає процес гасіння, тим якіснішим виходить продукт. У промислових масштабах гасіння проводиться механізованим способом.
Вибір схеми залежить від того, який продукт необхідно отримати - «вапно-гідратного» або вапняне тісто. Велика частина вапна гаситься в пушонку. Гасіння в пушонку виробляють в гідратор періодичного або безперервної дії. До періодично чинним гідратор відносяться гасильну барабани циліндричної або бочкообразной форми ємністю близько 15 м. Барабани зі швидкістю обертання від 3 до 5 об. / Хв. встановлюють горизонтально на ковзанках. В барабани завантажують попередньо подрібнену в молоткових або конусних дробарках вапно з розміром шматків 3 - 5 мм. Вапно гаситься пором, що поступає через пароподводящее пристрій. Тривалість гасіння, включаючи завантаження і вивантаження продукту, становить 30 - 40 хв. Після відсіву непрогасівшіхся частинок вапно направляється в бункери або силосу для вилежування (силосування), де процес гасіння продовжується, що веде до підвищення якості матеріалу.
Заводське виробництво «пушонки» в порівнянні з виробництвом комовой вапна має ряд переваг: непрогасівшіеся частки відділяються вже на заводі; транспортування упакованої вапна зручніше; такий продукт має більш тривалий період зберігання. Разом з тим собівартість пушонки вище, так як її випуск вимагає організації гідратного цеху і пакувального вузла.
Процес гасіння в тісто більш тривалий і складний. Він застосовується, якщо вапно призначена для використання на місці виробництва або на об'єктах, що знаходяться поблизу (наприклад, у вигляді будівельних розчинів).
При механізованому гасінні вапна в тісто, кипелку попередньо подрібнюють в щековой дробарці до шматків з розміром не більше 5 см і зрошують на віброгуркоті гарячою водою. Потім матеріал надходить в гасильну бункер, де витримується 2 години. Остаточне гасіння відбувається в гасителів, куди надходить вода, підігріта до 40-50˚С. З гасителя матеріал у вигляді вапняного молока виливається на віброгуркіт. Великі частинки надходять в бункер відходів, а вапняне молоко перекачується для відстою в залізобетонні чани, які мають по 4 вертикальних фільтра - оцинкованих труби з отворами по всій висоті, заповнених великим піском і проходять через днище чана. За час перебування в чанах (приблизно 15 - 16 годин) надлишкова вода йде через фільтри, а матеріал набуває сметанообразную консистенцію з вологістю 75%. Відстояна вода повертається в технологію і знову застосовується для гасіння вапна.
твердіння вапна
Гашене вапно твердне в результаті випаровування води і кристалізації гідроксиду кальцію. Внаслідок втрати вологи найдрібніші частинки Са (ОН) 2, зближуючись між собою, утворюють кристали, які поступово перетворюються в міцний кристалічний зросток.
Зміцнення вапняного тесту сприяє також коксування - процес взаємодії гідрату окису кальцію (в присутності вологи) з вуглекислим газом, який завжди міститься в повітрі в невеликих кількостях (близько 0,03%):
Са (ОН) 2 + СО2 + Н2О = СаСО3 + 2Н2O
В результаті цієї хімічної реакції гідроокис кальцію переходить у вуглекислий кальцій, т. Е. Утворюється знову ж речовина, яке було використано для отримання вапна.
Твердне гашене вапно дуже повільно, і міцність вапняних розчинів невисока.
Кристалізація гідрату окису кальцію йде тим швидше, чим інтенсивніше випаровується волога, тому для твердіння вапна необхідно забезпечити сприятливі умови (позитивна температура і низька вологість навколишнього середовища).
Гідратаціонной твердіння негашеного меленої вапна призводить до швидкого зневоднення розчину і його більш високої міцності. Надалі процес твердіння меленого негашеного вапна проходить так само як і гашеного.
Твердіння вапна може відбуватися тільки в повітряно-сухих умовах. Випаровування води (що має місце при цьому) викликає злипання найдрібніших частинок Са (ОН) в більші і їх кристалізацію. Кристали Са (ОН) зростаються один з одним, утворюючи каркас, що оточує частинки піску. Поряд з цим відбувається коксування гідрату оксиду кальцію за рахунок поглинання вуглекислоти повітря.
Таким чином, твердіння вапняних розчинів є наслідок їх висихання і утворення кристалічного зростка Са (ОН). а також процесу утворення вуглекислого кальцію на поверхні виробу.
Транспортування і зберігання
Транспортують комовую вапно навалом, захищаючи від зволоження та забруднення, а мелену - в спеціальних паперових мішках або металевих закритих контейнерах. Вапняне тісто перевозять в спеціально для цього пристосованих кузовах самоскидів. Вапно негашене повинна зберігатися в закритих складах, захищених від попадання вологи. Гідрадну вапно можна зберігати нетривалий час в мішках і сухих складах. Мелене вапно не слід зберігати більше 30 діб, так як вона поступово гаситься вологою повітря і втрачає активність.
Детальніше з поточною ситуацією і прогнозом розвитку російського ринку вапна можна познайомитися в звіті Академії кон'юнктури Промислових Ринків «Ринок будівельної вапна в Росії».
