Сырье для производства: все природные материалы, содержащие углекислый кальций (известняк, мел, известковый туф). Теоретический состав его: 56% СаО и 44% СО2. Известь негашеная, окись кальция СаО. Бесцветный белый порошок или куски плотностью 3,2 – 3,4. Растворимость в воде 0,118% при 20 0С. Хорошо поглощает воду и углекислый газ. В технике получается прокаливанием известняка СаСО3 при температуре выше 9000С Применение: в производстве цемента, стекла, карбида кальция и др., а также для получения извести гашеной Са(ОН)2 –соединение окиси кальция с водой , применяемой в химической промышленности в сахарном производстве, а также в строительном деле как вяжущее вещество. Требования к карбонатным породам для производства извести
| Наименования | Классы | ||||||
| А Б | В Г | Д | |||||
| СаСОз, %, | не менее | 93 | 90 | 85 | 47 | 72 | |
| MgC03, % Глинистые примеси, | не менее Si02, А120з, Fe2 О3, % , не более | 4 3 | 7 3 | 7 8 | 45 8 | 8 20 | |
затрудняет обжиг в шахтных печах, так как куски мела легко крошатся, а образующаяся мелочь заполняет пространство между обжигаемыми кусками, ухудшая тягу. При обжиге мела во вращающихся печах затруднений не встречается. Объемная масса плотных известняков колеблется от 2400 до 2800, мела — от 1400 до 2400 кг/м3. Влажность известняков составляет 3—10%, а мела — 15-25%. Карбонатные породы, применяемые в производстве воздушной извести, делят на крупные — с размером кусков 0,2—0,4 м, средние— 0,08—0,2 м и мелкие — 0,015—0,08 м. Содержание кусков ниже предельного (наименьшего) размера допускается не более 3%. Кристаллические зернистые и плотные известняки имеют предел прочности при сжатии 20—120 МПа при объемной массе 2400— 2800 кг/м3. asics gel lyte 3 soldes Прочность некоторых сортов мрамора достигает 300 МПа. nike free Оолитовые известняки, известковые туфы, мел и ракушечники имеют предел прочности при сжатии 0,5—50 МПа npи объемной массе 100—1800 кг/м3. Известняки встречаются во многих районах, что способствует широкому распространению производства, из них вяжущих материалов.
§3. Обжиг воздушной извести
Процесс диссоциации углекислого кальция является обратимой реакцией, протекающей при определенных температурах и соответствующих (парциальных) давлениях углекислого газа с поглощением теплоты: 
СаСО3 (тв) СаО (ТВ) + СО2 (Г) — 178 кДж. Температура разложения углекислого кальция зависит от парциального давления углекислоты в окружающем пространстве. Для разложения карбоната кальция нужно большое количество тепла —1780 кДж на 1 кг углекислого кальция или 178 кДж на 1 г-моль СаСОз. ( для обжига 5000 кг/ч потребуетс 8900000 кДж/ч, что составляет 8900000/37700 =236 м3/ч природного газа, т.е. 47,2 м3 /т ). Для ускорения процесса обжига температура печного пространства, в котором протекает диссоциация СаСОз, должна быть выше температуры диссоциации, соответствующей давлению С02 в 0,1 МПа. Пользуясь формулой, рекомендуемой [Бутт Ю. М., Сычев М. М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов. Под ред. Чл.-кор. АН СССР, докт. технн наук, проф. Тимашева В, В.]: lg
Установлено, что при разложении СаСО3 парциальное давление СО2, равное 0,1 МПа достигается при температуре 11710 К (8980С). Однако при обжиге кускового известняка, как только поверхностная его оболочка, состоящая из окиси кальция, приобретает видимую толщину, содержание углекислого газа вблизи зоны реакции повышается до 100% и температура диссоциации (распада молекул, радикала или иона на меньшую массу) соответственно возрастает. Снижать концентрацию углекислого газа у поверхности частицы. (Как?) Степень (часть по массе или объему) и скорость (интенсивность) завершения реакции разложения углекислого кальция зависит от: — величины перепада температур у поверхности куска и его центра; — величины куска; — упругости (величины парциального давления) углекислого газа; — наличия примесей в известняке. Совершенно очевидно, что диссоциация карбоната кальция в центре куска намного отстает по времени от диссоциации на наружной поверхности. Если принять, что температуры поверхности куска t0 и реакционной зоны t1, в процессе обжига остаются неизменными и в куске шаровой формы начального радиуса R за время 
разложение произойдет в слое (R – r) (r – радиус неразложившегося ядра СаСО3), то скорость продвижения зоны диссоциации составит: 
— коэффициент теплопередачи, кДж/(м2. ч.K). q – расход тепла на разложение 1 м3 карбоната кальция и на нагревание образовавшейся СаО до температуры обжига, кДж; 
— коэффициент теплопроводности, кДж /(м. ч. К). Для куска шарообразной формы уравнение примет вид: 
Время, необходимое для обжига известняка до полной его диссоциации : 
F – константа, зависящая от формы куска известняка. Теоретические и опытные данные по продолжительности декарбонизации известняка в различных агрегатах в зависимости от размера частиц и температуры обжига приведены на рис. 11, заимствованного из [Бутт Ю. nike air max 2017 М., Сычев М. М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов. Под ред. Чл.-кор. АН СССР, докт. технн наук, проф. Тимашева В, В.]. Из приведенных данных следует, что с уменьшением величины обжигаемого зерна известняка от 0,1 до 0,0001 м (100 мм – 100 мкм) время декарбонизации время декарбонизации уменьшается с 700 – 1000 до 0,01 – 0,05 мин (до 0,6 – 3 сек). 
Рис. 10. Зависимость между температурой обжига углекислого кальция и парциальным давлением углекислого газа в окружающей среде Рис. 11. Влияние величины зерен известняка на продолжительность декарбонизации при температуре 1373 К: 1 — шахтная печь; 2 —вращающаяся печь; 3 — печь с «кипящим» слоем Таким образом, основными путями увеличение скорости обжига известняка является: — уменьшение размера обжигаемого зерна; — отвод выделяющегося углекислого газа; — повышение температуры обжига. Однако с повышением температуры обжига известняка увеличивается его плотность и размер кристаллов окиси кальция, уменьшается скорость гашения. Механизм процесса диссоциации углекислого кальция характеризуется следующими стадиями: а) разрушение частиц СаСО3 с образованием пересыщенного раствора СаО в СаСО3; б) распад перенасыщенного раствора с образованием кристаллов СаО; в) десорбция (испарение), а затем диффузия (распространение вещества в к.- либо среде за счет теплового движения молекул) газа. Диссоциация (обратимое разложение вызванное увеличением температуры, растворителем и т. п.) карбоната кальция начинается с распада тех ионов, которые накопили запас кинетической энергии, достаточной для отрыва О2- от аниона (отрицательно заряженного иона) по реакции: СО32- -> СО2 + О2- Так как молекула СО2 обладает сравнительно большими размерами, то удалить её из глубинных слоев решетки достаточно трудно ее из глубинных слоев решетки достаточно трудно. Длительное же пребывание CO2 в ближайшем окружении с ионами О 2- приводит к неизбежному образованию исходного СОз2- . Наиболее легко происходит удаление СО2 с поверхности кристалла. Диффузия О2 — внутрь твердого тела происходит тяжелее, чем удаление CO2 в газовую фазу. По мере накопления ионов О2 — в поверхностном слое карбоната образуется пересыщенный раствор СаО в СаСО3. Появляются зародыши новой фазы. Скорость их образования тем меньше, чем крупнее и правильнее кристаллы исходного СаСОз. На границе раздела СаО и СаСОз облегчается процесс распада СОз2- . Отпадает необходимость образования новых зародышей, и дальнейший процесс увеличения количества новой фазы происходит за счет роста ранее возникших зародышей, хотя наряду с этим образуются также новые зародыши. Таким образом, с появлением раздела фаз увеличивается скорость реакции. Но со временем отдельные поверхности раздела, возникшие вокруг начальных активных центров, сблизятся, общая поверхность уменьшится и скорость реакции, достигнув максимального значения, соответствующего наибольшей поверхности раздела, уменьшится. Замедлению процесса будет способствовать также и утолщение слоя продуктов реакции СаО, затрудняющего диффузию CO2. Чистая окись кальция кристаллизуется в кубической сингонич (симметричная форма, имеющая сходные угловые константы) (рис. 12). Параметр кубической решетки а= 4,797-10 —4 mkm. Число формульных единиц СаО в элементарной ячейке равно 4. Плотность окиси кальция 3340 кг/м3. Показатель преломления чистой окиси кальция 1,836, твердость 3—4; температура плавления 2843 К, температура кипения 3123 К. 
Рис. 12. Кристаллическая структура окиси кальция: 1- Са 2 + ; 2 —О 2
| … | |
Таким образом, при обжиге извести происходит превращение гексагональной решетки СаСОз в кубическую СаО с уменьшением объема кристаллической решетки почти в 2,25 раза. В действительности же объем получаемой извести лишь немного меньше объема известняка, поэтому куски извести отличаются повышенной пористостью.Степень пористости и плотность негашеной извести заводского производства колеблются в широких пределах в зависимости от структуры известняка, температуры и режима обжига.: — с повышением температуры и увеличения длительности обжига объем пор в извести снижается, а плотность увеличивается (при температуре Т= 1173 К и t= 4,5 часа g = 2750 кг/м3 , а при Т=1473 К и t= 4,5 — g = 3300 кг/м 3 . Увеличение плотности при повышении температуры и длительности обжига связаны Объем пор колеблется от 18 до 48% и составляет в среднем около 35% от общего объема извести. Величины пористости, плотности и распределения пор по размерам оказывают большое влияние на такие свойства негашеной извести, как активность, распределение частиц по размерам и удельная поверхность гидратированной извести. С повышением температуры и увеличением длительности обжига объем пор в извести снижается, а плотность увеличивается. Так, плотность извести, прокаленной в течение 4,5 ч при температуре 1073 К, составляет 2750 кг/м3, а при 1473 К — 3300 кг/м3. Пористость извести, прокаленной при температуре 1283 К в течение 474 мин, составляет 46,6%, а в течение 230 мин — 47,8%. Изменения плотности, пористости извести при повышении температуры и длительности обжига связаны с увеличением размеров кристаллов окиси кальция и их срастанием между собой в крупные агрегаты. В начале процесса диссоциации карбоната кальция при. температуре 1173 К образуются кристаллы окиси кальция размером 1 мкм, а при 1273 К размер кристаллов увеличивается до 10 мкм. В намертво обожженной извести (выше 1923 К) размер кристаллов окиси кальция достигает 100 мкм. Свойство извести при этом изменяется: скорость гидратации или гашения извести при величине кристаллов СаО до 5 мкм составляет 2—3 мин, а при величине 40— 50 мкм — 23—30 мин. Рядовая известь, обожженная в промышленных условиях, состоит из зерен размером 5—120 мкм. Наличие в извести зерен величиной 500—=-1000 мкм говорит о пережоге. Для получения быстрогасящейся извести необходимо вести процесс обжига до полной декарбонизации углекислого кальция в условиях возможно более низкой температуры и минимального времени выдерживания материала при этой температуре (так называемый «мягкий» обжиг). При изготовлении силикатных изделий и в ряде других производств требуется высокоактивная, равномерно и «мягко» обожженная известь. При обжиге более плотных известняков удаление из обжигаемых кусков углекислоты затруднено и требует более высокой температуры. Плотные мрамороподобные известняки, не содержащие большого количества примесей, обжигаются при температуре, доходящей до 1573 К, а иногда и превышающей ее. Низкая плотность и присутствие примесей позволяют снизить температуру обжига извести. Так, наличие глинистых и магнезиальных примесей в известняках способствует выделению при обжиге углекислого газа и снижению температуры обжига. Процесс обжига извести можно интенсифицировать путем введения минерализаторов. По данным Б. Н. Виноградова, наиболее эффективно пропитывание перед обжигом пористого карбонатного сырья раствором хлористого кальция из расчета 0,5—1 % СаСЬ от массы обжигаемого материала. При этом не только понижается температура и ускоряется процесс диссоциации СаСО3, но и увеличивается скорость гашения получаемой извести. Следует отметить, что хлористый кальций почти не влияет на процесс перекристаллизации СаО. Наличие в извести неразложенного углекислого кальция вследствие недожога* объясняется неправильной эксплуатацией печи, а также тем, что в печь попали куски известняка таких размеров, на которые не рассчитан установленный для данной • печи режим обжига. Если известь недожжена, то выход теста из кипелки уменьшается, так как недожженная часть материала при гашении остается в виде кусков, которые затем отделяют от всей массы материала. При очень высокой температуре обжига и в особенности при длительной выдержке при этой температуре возможен пережог извести, в результате чего появляется крупнокристаллическая окись кальция. ugg 2017 Последняя не успевает погаситься, т. е. превратиться в гидрат окиси кальция к моменту затвердения изделий. Последующая гидратация такой пережженной извести в затвердевшем материале, например в силикатных изделиях, до, в процессе или даже лосле автоклавной обработки, сопровождается значительным увеличением объема, в результате чего возникают внутренние напряжения, вызывающие появление трещин и даже разрушение изделий. Допустимый размер кристаллов окиси кальция зависит от условий применения извести. В производстве силикатных изделий обычно с момента затворения смеси водой до начальной стадии затвердения проходит около 2 ч; в этих условиях величина кристаллов не должна превышать 10~6 м. При значительном содержании в известняке примесей и повышенной температуре обжига происходит ошлакование поверхностей кусков известняка, соприкасающихся с топливом (при пересыпном способе обжига). Такие куски обожженного материала могут не рассыпаться при гашении, что вынуждает их отделять. Кроме того, появляющийся на поверхности кусков расплав способствует процессу перекристаллизации окиси кальция и увеличению размеров его кристаллов даже при сравнительно недлительном выдерживании при максимальных температурах обжига. При получении молотой негашеной извести недожженные и пережженные частицы во время помола измельчаются и уже не являются отходами. Вредное влияние пережога уменьшается, особен- [см. Забродский С. С. Высокотемпературные установки с псевдоожиженным слоем (общие вопросы разработки и исходные закономерности), — М.: Энергия. 1971 г. Стр.146.] Для повышения взрывобезопасиости в ряде случаев могут найти применение различные способы раздельного подвода газа и воздуха в слой. Кратко остановимся на предложенных способах. Авторами [Л. 234] в опытной печи для обжига мелкозернистого известняка была испытана схема раздельной подачи газа и воздуха, показанная па рис. 5-  Рис. 5-10. Схема газового отопления опытной печи для обжига мелкозернистого известняка в псевдоожиженном слое. / — воздухораспределительная решетка; 2 — горелка для розжига печи: 3 — газовые сопла; 4 — псевдоожижснный слой. [Л. 234]. Весь воздух поступал сквозь газораспределительную решетку, а газ вдувался радиально в слой через 18 горизонтальных сопл. Для лучших смесеобразования и сгорания скорость истечения газовых струй должна быть высока — равна критической или выше ее (для чего надо применять насадки типа сопл Лаваля). Но при переходе к крупным установкам при этой схеме возникают затруднения с созданием достаточно мощных дальнобойных струй, усугубляемые тем, что в крупных печах необходимо сжигать сравнительно небольшие количества высококалорийного природного газа. Для частичного преодоления этого затруднения автор (Л. 233] предложил подавать через сопла не горючий газ, а часть воздуха, вводя под решетку, обогащенную, а потому невзрывоопасную газовоздушную смесь. Все же дальнобойность даже мощных турбулентных газовых струй в псевдоожиженном слое невелика [Л.
|