Производство комовой негашёной извести в шахтных печах

Исходные данные

Теоретические основы процесса

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 - возможно более полное разложение (диссоциация) СаСО₃ и МgСО₃•СаСО₃, на СаО, МgO и СО₂ и получение высококачественного продукта с оптимальной микроструктурой частичек и 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.

 

 

Рис. 1 Технологическая схема производства комовой негашеной

        извести в шахтных печах.

Добыча сырья

↓

Доставка сырья

↓

Складирование

↓

Транспортирование

↓

Дробление

↓

Транспортирование

  ↓

Фракционирование

  ↓

Транспортирование

   ↓

Загрузка шахтной печи

   ↓

Обжиг сырья

   ↓

Транспортирование

   ↓

Склад комой извести

    ↓

Отгрузка на гашение

 

 

Рис. 2 Химико – технологическая схема

1- стадия подготовки сырья к химическим превращениям; 2- химические превращения; 3- получение и доводка целевых продуктов.

 

Если рассматривать процесс обжига в шахтной печи, то можно хорошо различить три стадии.

Процесс диссоциации углекислого кальция (основной части сырья) – обратимая реакция. Её направление зависит от температуры и парциального давления углекислого газа в среде с диссоциирующимся карбонатом кальция.

Так как СаО и СаСО₃ не является твёрдыми веществами и их концентрации в единице объёма постоянны, константа диссоциации К_дис=Р_СО2. Следовательно, динамическое равновесие в рассматриваемой системе устанавливается при определённом и постоянном для каждой данной температуры давления Р_СО2 и не зависит ни от количества оксида кальция, ни от количества карбоната кальция, находящихся в системе. Это равновесие давления называют давлением диссоциации или упругостью диссоциации.

Диссоциация углекислого кальция возможна только лишь при условии, если давление диссоциации будет больше чем парциальное давление СО₂ в окружающей среде При обычной температуре разложение СаСО₃ невозможно, поскольку давление диссоциации ничтожно. Установлено, что лишь при 600˚С в среде, лишённой СО₂ (в вакууме), начинает диссоциация углекислого кальция, причём она протекает очень медленно. При дальнейшем повышении температуры диссоциация СаСО₃ ускоряется.

При 880˚С давление (упругость диссоциации) достигает 0.1 МПа при этой температуре (её иногда называют тем-рой разложения) давление двуокиси углерода при диссоциации превосходит атмосферное давление, поэтому разложение карбоната кальция в открытом сосуде протекает интенсивно. Это явление можно сравнить с интенсивным выделением пара из кипящей жидкости.

При тем-ре больше 900˚С повышение её на каждые 100˚С ускоряет декарбонизацию известняка примерно в 30 раз. Практически в печах декарбонизация начинается при тем-ре, на поверхности кусков, 850˚С при содержании СО в отходящих газах около 40-45%.

Скорость декарбонизации известняка при обжиге зависит также от размеров обжигаемых кусков и их физ. свойств.

Разложение СаСО₃ происходит не сразу во всей массе куска, а начинается с его поверхности и постепенно проникает к внутренним его частям. Скорость движения с зоны диссоциации внутрь куска увеличивается с повышением тем-ры обжига. В частности при 800˚С скорость перемещения зоны диссоциации составляют примерно

2 мм, а при 1100˚С - 14 мм в час, т.е. идет быстрее.

Качество воздушной извести исходя из выше изложенного, будет определяться тем-рой обжига. Так средняя плотность извести полученной при 850-900˚С, достигает 1.4-1.6 г/см³, а для извести обоженной при 1100-1200˚С она повышается до 1.5-2.5 г/см³ и более (в куске). При обжиге идёт быстрая перестройка тригональной кристаллической решетки кальцита в кубический оксид кальция.

Декарбонизация известняков при низких тем-рах (800-850˚С) приводит к образованию оксида кальция в виде массы губчатой структура, сложенной из кристаллов размером около 0.2-0.3 мкм и пронизанной тончайшими капиллярами диаметром около 8*10^-3.

Удельная поверхность такой извести, достигающая порядка 50 м²/г должна бы предопределять высокую реакционную способность продукта при взаимодействии в водой. Однако этого не наблюдается, по-видимому, потому, что проникновение воды через узкие поры в массу оксида кальция затруднено.

Повышение тем-ры обжига до 900˚С и особенно до 1000˚С обуславливает рост кристаллов оксида кальция до 0.5-2 мкм и значительное уменьшение удельной поверхности до 4-5 м²/г, что должно бы отрицательно отражаться на реакционной способности продукта. Но одновременное возникновение крупных пор в массе материала создаёт предпосылки к быстрому проникновению в него воды и энергичному их взаимодействию. Наиболее энергичным взаимодействием характеризуется известь полученная обжигом известняка при тем-рах 900˚С. Обжиг при более высоких тем-рах приводит к дальнейшему расту кристаллов оксида кальция до 3,5-10 мкм, уменьшению удельной поверхности, усадки материала и понижению скорости взаимодействия его с водой.

Некоторые примеси в известняках, особенно железистые, способствуют быстрому росту кристаллов оксида Са и образованию пережога и при тем-рах около1300˚С. Это вызывает необходимость обжигать сырьё с такими примесями и при более низких тем-рах.

Пережог в извести вредно сказывается на качестве изготовляемых на ней растворов и изделий. Запоздалое гашение такой извести протекающей обычно уже в схватившемся растворе или бетоне вызывают мех. напряжения и в ряде случаев разрушению материала. Поэтому наилучшеё будет известь обоженная при минимальной тем-ре, обеспечивающей полное разложения углекислого Са и экономию топлива

 

СПЕЦИАЛЬНЯ ЧАСТЬ

 

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

Транспортировка может производиться ленточными конвейерами, если расстояние от карьера до завода не более 5 км, железнодорожным транспортом. Выбираем автотранспорт, что упростит подъезд к карьеру и механизацию на заводе при выгрузке.

Хранение может быть в открытых и закрытых складах. Сейчас применяют закрытые склады, так как они защищают от агрессии среды.

Дробление может производится в щековых дробилках, если загрузочный материал твердый или средней твёрдости. Недостатком щековой дробилки является большое количество расходуемой энергии, большие потери мощности, дают зерна лещадкой формы.

 Т.к. загруженный материал (известняк ракушечник) мягкий, то выбираем конусную дробилку. Преимуществом конусной дробилки является отсутствие холостого хода, а следовательно меньший расход энергии, меньшая мощность электродвигателя.

Недостатки: сложные по конструкции и требуют строгого соблюдения технологических условий на монтаж, систематического ухода и обслуживания квалифицированным персоналом.

 

Рис. 2.1 Схема устройства конусной дробилки крупного дробления.

 

Дробление материала осуществляется в кольцевом рабочем пространстве между двумя усечёнными конусами. Подвижный конус плотно насажен на вал, нижний конец которого свободно входит в отверстие, эксцентрично расположенное на валу.

Конусные дробилки характеризуются: Б – ширина загрузочного отверстия, В – ширина разгрузочной щели, С – наименьший размер щели дробилки.

Размер конусных дробилок для крупного дробления принято характеризовать шириной загрузочного отверстия Б и шириной разгрузочного отверстия В. Размер конусных дробилок для мелкого и среднего дробления характеризуется диаметром Д нижнего основания дробящего конуса.

Угол захвата обычно в пределах 24-28˚, производительность в зависимости от размеров машины колеблется от 25 до 3500 т/ч.

Преимущество конусных дробилок перед щековыми состоит в непрерывности дробящего усилия, действующего в каждый момент по какой-нибудь образующей конуса. В результате этого производительность конусных дробилок больше, а расход энергии на дробление меньше, чем в щековых. Крупность дроблённых кусков более равномерная.

К недостаткам можно отнести сложность конструкции, большую высоту, что удорожает изготовление и ремонт дробилок, а также их непригодность для измельчения вязких и глинистых материалов.

Список используемой литературы:

Исходные данные                                                     

Вводная часть                                                            

Расчет аппарата

    Список

Исходные данные

Производство комовой негашёной извести в шахтных печах

1. Производительность, м³/год         60000

 

2. Используемые материалы           Известняк ракушечник

 

3. Максимальная крупность

сырья Д_max, мм                                   500

 

4. Фракция готового продукта                80-120

 

  1-2 Вводная часть

                                                     

Строительной воздушной известью называется продукт, получаемый из известковых и известково-магнезиальных карбонатных пород обжигом их до возможно полного удаления углекислоты и состоящий преимущественно из оксида кальция. Содержание примесей глины, кварцевого песка и т. д. в карбонатных породах не должно превышать 6 - 8 %. При большем количестве этих примесей в результате обжига получают гидравлическую известь.                                             

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 пере-

 ход 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, основным 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.).