Производство комовой извести в шахтных печах

Воздушная известь  относится к классу воздушных вяжущих: при обычных температурах и без добавок пуццолановых веществ она твердеет лишь в воздушной среде.

Различают следующие  виды воздушной извести: известь  негашеную комовую; известь негашеную молотую; известь гидратную (пушонку); известковое тесто.

Известь негашеная  комовая представляет собой смесь  кусков различной величины. По химическому составу она почти полностью состоит из свободных оксидов кальция и магния с преимущественным содержанием СаО. В небольшом количестве в ней могут присутствовать неразложившийся карбонат кальция, а также силикаты, алюминаты и ферриты кальция и магния, образовавшиеся во время обжига при взаимодействии глины и кварцевого песка с оксидами кальция и магния.

Известь негашеная  молотая - порошковидный продукт  тонкого измельчения комовой извести. По химическому составу она подобна комовой извести.

Гидратная известь - высокодисперсный сухой порошок, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести соответствующим количеством жидкой или парообразной воды, обеспечивающим переход оксидов кальция и магния в их гидраты. Гидратная известь состоит преимущественно из гидроксида кальция Са(ОН)₂, а также гидроксида магния Mg(OH)₂ и небольшого количества примесей (как правило карбоната кальция).

Качество воздушной  извести оценивается по разным показателям, основым из которых является содержание в ней свободных оксидов кальция и магния (активность извести). Чем выше их содержание, тем выше качество извести.

Исходными материалами  для производства воздушной извести  являются многие разновидности известково - магнезиальных карбонатных пород (известняки, мел, доломитизированные известняки, доломиты и др.), Все они относятся к осадочным породам и широко распространены на территории нашей страны. В состав известняков входят углекислый кальций СаСО₃, и небольшое количество различных примесей (глина, кварцевый песок, доломит, пирит, гипс и др.).

Теоретически  карбонат кальция состоит из 56% СаО  и  44% СО₂. Он встречается в виде двух минералов - кальцита и арагонита.

Чистые известково-магнезиальные породы - белого цвета, однако они часто бывают окрашены примесями оксидов железа в желтоватые, красноватые, бурые и тому подобные тона, а углистыми примесями - в серые и даже черные  цвета. Количество и вид примесей к карбонатным породам, размеры частиц примесей, а также равномерность распределения их в основной массе в большой степени отражаются на технологии производства извести, выборе печей для обжига, оптимальной температуре и продолжительности обжига, а также на свойствах получаемого продукта.

Обычно чистые и плотные известняки обжигают при 1100 - 1250 ˚С. Чем больше карбонатная порода содержит примесей доломита, глины, песка и т. п., тем ниже должна быть оптимальная температура обжига (900 - 1150 ˚С) для получения мягкообожженной извести. Такая известь хорошо гасится водой и дает тесто с высокими пластичными свойствами.

Примеси гипса  нежелательны. При содержании в извести  даже около 0,5 - 1 % гипс сильно снижает  пластичность известкового теста. Значительно влияют на свойства извести железистые примеси (особенно пирит), которые уже при 1200˚С и более вызывают образование в, процессе обжига легкоплавких эвтектик, способствующих интенсивному росту крупных кристаллов оксида кальция, медленно реагирующих с водой при гашении извести и вызывающих явления, связанные с понятием  «пережог».

Физико-механические свойства пород также отражаются на технологии извести. Для обжига в высоких шахтных печах пригодны лишь те породы, которые характеризуются значительной механической прочностью (прочность на сжатие не менее 20 - 30 МПа). Куски породы должны быть однородными, неслоистыми; они не должны рассыпаться и распадаться на более мелкие части во время нагревания, обжига и охлаждения.

Рассыпаться во время обжига склонны крупнокристаллические  известняки, состоящие из кристаллов кальцита размером 1 - 3 мм. Мягкие разновидности известково-магнезиальных пород (мел и т. п.) надо обжигать в печах, в которых материал не подвергается сильному измельчению (вращающиеся и др.).

Строительную воздушную  негашеную известь делят на три сорта: 1, 2 и 3-й. негашеная комовая известь должна соответствовать требованиям указанным в Таблица 3

Показатели	Нормы для извести
	Кальциевой, сортов			Магнезиальной и доломитовой, сортов
	1-го	2-го	3-го	1-го	2-го	3-го
Содержание активных СаО + MgO в пересчете на сухое вещество, %, не менее       а) в негашеной  извести без добавок       б) в негашеной  извести с добавкой Содержание активной MgO, %, не более Содержание углекислоты СО2, %, не более	90   64   5   3	80   52   5   5	70   ––   5   8	85   64   20(40*)   5	75   52   20(40*)   8	65   ––   20(40*)   11

*В скобках указано  содержание MgO для доломитовой извести.

 

I.III Производство извести

 

Производство  комовой негашеной извести состоит  из следующих основных операций: добычи и подготовки известняка, подготовки топлива и обжига известняка.

Известняки добывают обычно открытым способом в карьерах. Плотные  известково-магнезиальные породы взрывают. Для этого вначале с помощью станков ударно-вращательного (при твердых породах) или вращательного бурения (при породах средней прочности) бурят скважины диаметром 105 - 150 мм глубиной 5 - 8 м и более на расстоянии 3,5 - 4,5 м одна от другой. В них закладывают надлежащее количество взрывчатого вещества (игданита, аммонита) в зависимости от прочности породы, мощности пласта и требуемых габаритов камня.

Наблюдающаяся иногда неоднородность залегания известняков в месторождениях (по химическому составу, прочности, плотности и т. п.) обусловливает необходимость выборочной разработки полезной породы. Выборочная добыча известняка повышает стоимость продукта, поэтому при определении технической и экономической целесообразности разработки тех или иных месторождений необходимы тщательные геологоразведочные изыскания.

Полученную массу известняка в виде крупных и мелких кусков погружают в транспортные средства обычно одноковшовым экскаватором. В зависимости от расстояния между карьером и заводом известняк доставляют на завод ленточными конвейерами, автосамосвалами, железнодорожным и водным транспортом.

Высококачественную известь можно получить только при обжиге карбонатной породы в виде кусков, мало различающихся по размерам. При обжиге материала в кусках разного размера получается неравномерно обожженная известь (мелочь оказывается частично или полностью пережженной, сердцевина крупных кусков - необожженной). Кроме того, при загрузке шахтных печей кусками разного размера значительно увеличивается степень заполнения печи, а следовательно, уменьшается газопроницаемость материала, что затрудняет обжиг.

Поэтому перед обжигом известняк соответствующим образом подготавливают: сортируют по размеру кусков и, если необходимо, более крупные негабаритные куски дробят.

В шахтных печах наиболее целесообразно обжигать известняк  раздельно по фракциям 40 - 80, 80 - 120 мм в поперечнике,

а во вращающихся печах - 5 - 20 и 20 - 40 мм.

Так как размеры глыб добытой  горной породы нередко достигают 

500 - 800 мм и более, то  возникает необходимость дробления  их и сортировки всей полученной после дробления массы на нужные фракции. Это осуществляется на дробильно-сортировочных установках, работающих по открытому или замкнутому циклу с использованием щековых, конусных и другого типа дробилок. Дробить и сортировать известняк целесообразно непосредственно на карьере и доставлять на завод лишь рабочие фракции.

Обжиг - основная. технологическая операция в производстве воздушной извести. При этом протекает ряд сложных физико-химических процессов, определяющих качество продукта. Цель обжига –

1. возможно полное разложение СаСО₃ и MgCO₃ ^. CaCO₃ на СаО, MgO и СО₂;
2. получение высококачественного продукта с оптимальной микроструктурой частичек м их пор.

Если в сырье  есть глинистые и песчаные примеси, то во время обжига между ними и карбонатами происходят реакции с образованием силикатов, алюминатов и, ферритов кальция и магния.

Реакция разложения (декарбонизация) основного компонента известняка - углекислого кальция  идет по схеме: СаСО₃↔СаО+СО₂. Теоретически на декарбонизацию 1 моля СаСО₃ (100 г) расходуется 179 кДж или 1790 кДж на

1 кг СаСО₃. В пересчете на 1 кг получаемого при этом СаО затраты равны 3190 кДж.

Продолжительность обжига определяется также размером кусков обжигаемого продукта. Для увеличения производительности известеобжигающих печей и снижения пережога поверхностных слоёв кусков желательно в допустимых пределах уменьшения их размеров. При обжиге кусков различной крупности режим процесса определяют исходя из времени, необходимого для обжига кусков средних размеров.

Основное различие в технологиях производства комой  негашеной извести – в способе обжига.

Обжигают известняк  в различных печах: шахтных, вращающихся  и кипящего слоя; используют также установки для обжига известняка во взвешенном состоянии и т. д.

Наибольшее распространение  получили шахтные известеобжигательные печи. В зависимости от вида применяемого топлива и способа его сжигания различают шахтные печи, работающие:

1. на короткопламенном твердом топливе, вводимом обычно в шахту перемежающимися с известняком слоями, такой способ обжига называют пересыпным, а сами печи – пересыпными;
2. на любом твердом топливе, газифицируемом или сжигаемом в выносных топках;
3. на жидком топливе;
4. на газообразном топливе.

По характеру процессов, протекающих в шахтной печи, по её высоте различают три зоны. В верхней части печи - зона подогрева – материал подсушивается и подогревается раскаленными дымовыми газами, и из него выгорают органические примеси. В средней части печи располагается зона обжига, где температура обжигаемого материала изменяется в пределах 850 - 1200 - 900^о С; здесь известняк разлагается и из него удаляется углекислый газ. В зоне охлаждения – нижней части печи – известь охлаждается с 900 до 50 – 100^о С поступающим с низу воздухом, который в свою очередь нагревается и попадает в зону обжига для поддержания горения.

Противоточное движение обжигаемого материала и горячих газов в шахтной печи позволяет хорошо использовать тепло отходящих газов на подогрев сырья, а тепло обожженного материала – на подогрев воздуха, переходящего в зону обжига. Поэтому пересыпные шахтные печи экономичны по расходу топлива, однако известь в них загрязняется золой топлива. Обжиг на природном газе или жидком топливе позволяет значительно улучшить качество извести, однако конструкции шахтных печей, использующих эти виды топлива, требуют усовершенствования, особенно в отношении подачи топлива в печь.

Вращающиеся печи для обжига извести позволяют получать мягкообожженную известь высокого качества из известняка и мягких карбонатных пород ( мела, туфа, ракушечника ) в виде мелких кусков. В них можно механизировать и автоматизировать процессы обжига, применять все виды топлива – пылевидное, твердое, жидкое и газообразное, но они отличаются большим расходом топлива, повышенными капиталовложениями и расходом электроэнергии.

Весма эффективным является обжиг в «кипящем» слое, обеспечивающий быструю передачу большого количества тепла от газа к обжигаемому материалу. Обжигают известь в кипящем слое в реакторе, представляющим собой металлическую шахту, разделенную по высоте на 3 – 5 зон. По периферии реактора расположены горелки для газа или мазута. Многозонность реактора позволяет получать известь высокого качества при небольшом расходе топлива. Применение в известковой промышленности установок для обжига карбонатных пород в кипящем слое позволяет рационально использовать большое количество мелких фракций сырья, образующихся обычно на карьерах и заводах, шахтными и даже вращающимися печами.

Обжиг измельченного  известняка во взвешенном состоянии  осуществляют в обжиговых трубах или циклонных топках, в которых тонкоизмельченные частички карбонатного сырья увлекаются потоком раскаленных газов и обжигаются. Осаждается обожженная известь из газового потока в пылеосадительных устройствах.

После обжига полученную комовую известь транспортируют ленточным конвейером со стальной лентой на помол в мельницу. После него молотую известь отправляют на склад.

 

I.IV Технологическая схема

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание выбранной технологии

 

Разработанный передел состоит из транспортирования, хранения, дробления, и обжига.

Транспортировка может производиться ленточными конвейерами, если расстояние от карьера до завода не более 5 км, железнодорожным транспортом.