Характеристика сырьевых материалов
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 СаСОз 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.
Кальцит или известковый шпат кристаллизуется в гексагональной системе. Его кристаллы имеют форму ромбоэдров. Плотность кальцита 2,6—2,8 г/см3; твердость по десятибалльной шкале (шкала Мооса) — 3. Кальцит хорошо растворяется при обычной температуре в слабой соляной кислоте с выделением углекислого газа. Доломит при таких условиях не разлагается (этим пользуются при определении вида горных пород).
Арагонит — менее распространенный минерал, кристаллизуется в ромбической системе. Его плотность 2,9—З г/см3, твердость 3,5—4. При нагревании до температуры 300— 400° С арагонит превращается в кальцит, рассыпаясь в порошок.
В доломитизированных известняках в качестве примеси присутствует доломит СаСОз • MgCOe. Теоретически доломит состоит из 54,27% СаСОз и 45,73% MgCO3 или 30,41% СаО, 21,87% MgO и 47,72% СО2. Плотность доломита 2,85—2,95 г/см3. Доломитовые породы почти нацело слагаются минералом доломитом с тем или иным содержанием глинистых, песчаных, железистых и тому подобных примесей.
Чистые известково-магнезиальные породы — белого цвета, однако они часто бывают окрашены примесями окислов 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.
Раньше считали, что высококачественную известь можно получать только из чистых известняков с малым содержанием примесей (до 2—3%). Новые исследования показали, что из известняков со значительным количеством примесей глины и тонкодисперсного кварцевого песка (до 5—7%), равномерно распределенных в общей массе, при правильном ведении обжига также можно получать известь, дающую при гашении высокий выход пластичного теста. При этом лучшую по качеству известь получают из пород, в которых равномерно распределенные примеси присутствуют в виде частичек размером до 1 мкм.
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 пирита), которые уже при температурах 1200° С и более вызывают образование в процессе обжига легкоплавких эвтектик, способствующих интенсивному росту крупных кристаллов окиси 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 размерами 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.).
Для производства воздушной извести применяют следующие виды известково-магнезиальных карбонатных пород: зернисто-кристаллический мраморовидный известняк; плотный кристаллический известняк; землисто-рыхлый известняк (или мел); известковый туф; известняк-ракушечник; оолитовый известняк; доломитизированный известняк; доломит.
Мрамор по химическому составу (СаСО3 или СаСО3 + MgCO3) — наиболее чистое сырье, однако в связи с высокими декоративными свойствами он используется в качестве отделочного материала, и поэтому в производстве извести, за редким исключением, не применяется.
Плотные известняки имеют мелкозернистую кристаллическую структуру, содержат обычно небольшое количество примесей и отличаются высокой прочностью. Плотные известняки наиболее широко используются для получения извести.
Мел — мягкая рыхлая горная порода, легко рассыпающаяся на мелкие куски. Его обычно обжигают лишь во вращающихся печах, так как при обжиге в шахтных печах он легко крошится, что нарушает процесс обжига.
Известняковый туф отличается ноздреватым строением и большой пористостью; иногда его используют для производства извести во вращающихся и шахтных печах (в зависимости от прочности).
Известняк-ракушечник состоит из раковин, сцементированных углекислым кальцием. Представляет собой малопрочную горную породу, поэтому редко применяется для изготовления извести.
Оолитовый известняк — горная порода, состоящая из отдельных шариков карбоната кальция, сцементированных тем же веществом.
Доломитизированные известняки и доломиты по своим физико-механическим свойствам сходны с плотными известняками. Иногда доломиты залегают в природе в виде рыхлых скоплений.
Объемная масса плотных известняков составляет 2400— 2800, мела — 1400—2400 кг/м8. Влажность известняков колеблется в пределах 3—10, а мела —15—25%.
Широкое распространение карбонатных горных пород способствует развитию производства извести почти во всех экономических районах страны.
Сырьем для производства воздушной извести могут служить не только специально добываемые для этой цели карбонатные породы, но и отходы при добыче известняков для нужд металлургической, химической, строительной и других отраслей промышленности. Наконец, для этой цели в ряде случаев используются побочные продукты в виде дисперсного карбоната кальция или гидрата окиси кальция (карбонатные отходы сахарного и содового производства, гидратная известь от производства ацетилена и др.).
Для выполнения расчетов в данной курсовой работе в качестве сырья выбран известняк в виде минерала кальцита для получения маломагнезиальной извести.
В Казахстане основным известковым является Жетыбайское месторождением, Мангыстауская область.