Будівельне повітряне вапно
Повітряна вапно відноситься до класу повітряних в'яжучих: при звичайних температурах і без добавок пуцоланових речовин вона твердне лише в повітряному середовищі.
Розрізняють такі види повітряного вапна: вапно негашене грудкове; вапно негашене мелене; вапно гідратне (пушонку); вапняне тісто.
Магнезія MgO міститься зазвичай в карбонатних породах в широких межах - від 0,5-3 до 10-20% і більше. Присутня в вапна в кількості до 5-8%, вона відносно мало впливає на властивості продукту. При підвищеному вмісті магнезії вапно набуває слабкі гідравлічні властивості. Залежно від вмісту оксиду магнію розрізняють такі види повітряного вапна: кальцієву - MgO не більше 5%, магнезіальних - MgO від 5 до 20% і доломітове - MgO від 20 до 40%.
При гасінні повітряної вапна в пушонку відбувається збільшення обсягу останньої в 2-3,5раза. Виділяється при гідратації СаО тепло викликає інтенсивне пароутворення. Пара, що утворюється розпушує вапно, перетворюючи її в тонкий порошок з розміром частинок близько 6 мікрон (мк).
Внаслідок випаровування вологи для отримання вапна потрібно значно більшу кількість води, ніж необхідно відповідно до хімічною реакцією. Так, при гасінні вапна в пушонку на відкритому повітрі води необхідно брати не 32 13% від ваги СаО, а 70%.
Проте дуже велика кількість води також небажано, так як виділяється при реакції тепла буде недостатньо для перетворення її в пару і частина води залишиться в Пушинка, погіршуючи її якість. Вапняне тісто виходить в тому випадку, коли при гасінні повітряної вапна воду вводять в кількості, що перевищує теоретично необхідне в десять разів. В середньому беруть-2,5 л води на 1 кг вапна. Розмір Са (ОН) 2 при цьому менше, ніж при гасінні в пушонку.
Вапняне молоко утворюється при введенні кількості води, що перевищує теоретично необхідне більш ніж в десять разів. Середній розмір частинок при гасінні в вапняне молоко дорівнює одному мікрона. При подальшому збільшенні кількості води продукт гасіння носить назву вапняної води.
Вапно, призначена для виробництва автоклавних виробів, не повинна містити більше 5% оксиду магнію. Активність високоякісних сортів маломагнезіальних відомий досягає 93-97%.
Негашене комове і мелене вапно оцінюється також за змістом в них вуглекислоти і втрат при прожарюванні при 950-1000ºС протягом 30 хвилин.
Важливим показником будівельних властивостей повітряної вапна є вихід тесту. Він визначається кількістю вапняного тесту, одержуваного при гасінні 1кг вапна. Чим вище вихід тесту, тим воно пластичнее і тим більше його пескоёмкость. Високоякісні сорти вапна при правильному гасінні характеризуються виходом тесту в 2,5-3,5л і більше. Такі вапна називаються жирними. Вапно з меншим виходом тесту вважають худої.
До меленої негашеного вапна пред'являються вимоги не тільки по сумарному вмісту вільних оксидів кальцію і магнію, а й по тонкощі подрібнення.
Будівельне повітряне вапно випускається наступних видів:
Негашене комове вапно (кипелка) являє собою повітряну вапно після її випалювання в печі. Вапно мелене отримують помелом в млині негашеного вапна грудкового спільно з металургійними та паливними шлаками, кварцовим піском, золою та іншими мінеральними добавками.
Гашене вапно отримують дією певної кількості води на негашене повітряну вапно, в результаті якого утворюється продукт у вигляді порошку (пушонки), вапняного тесту або вапняного молока.
Пішонка - найтонший порошок, який виходить, якщо при гасінні використовують стільки води, скільки необхідно для повного протікання реакції гідратації (з'єднання з водою).
виробництво
Виробництво повітряної вапна складається з видобутку сировини, дроблення, сортування його і випалу зазвичай в шахтних печах. B залежності від виду палива шахтні печі бувають пересипні, коли короткопламенном тверде паливо завантажується в піч упереміж з сировиною пошарово; печі з виносними топками для твердого довгополуменевого палива і печі, що працюють на газовому паливі. Висота шахтних печей коливається для різних конструкцій від 8-20 м, діаметр їх до 4 м. Найбільш економічними є печі, які працюють за пересипних способу. Вони являють собою шахту круглого поперечного перерізу, викладену з червоної цегли і футерованную всередині шамотом (вогнетривкою цеглою). Для збільшення міцності шахти вона стягнута зовні металевими кільцями і має отвори для спостереження за процесом випалу. Печі обладнають скіповими підйомниками для автоматичної пошаровим завантаження сировини і палива, а також пристроєм для вивантаження готової вапна, вентиляторами для збільшення тяги, димосмоками і т. П.
Сировина і паливо завантажують в піч зверху пошарово через завантажувальний пристрій; рухаючись вниз, сировину обігрівається відходять гарячими газами, що утворюються при згорянні палива. У середній частині шахти (зона випалу), де температура досягає 1000-1200 ° С, відбувається розкладання вуглекислого кальцію і освіту вапна-кипелки по реакції СаСО3-177,7 кДж. Проходячи зону випалу, немов грудки крейди опускаються поступово в нижню частину печі (зона охолодження) і вивантажуються за допомогою спеціального пристрою. Продуктивність шахтних печей коливається в широких межах і становить в середньому від 25 до 120 т вапна на добу.
Сировиною для виробництва повітряної вапна служать гірські породи, що містять в основному вуглекислий кальцій - крейда, вапняк, вапняні туфи і т.д. Розробку покладів вапняку ведуть відкритим способом за допомогою вибухових робіт з наступним навантаженням породи на транспортні засоби одноковшевими екскаваторами.
Розміри шматків поставляється з кар'єра породи досягають 50 - 60 см і більше. Необхідна величина шматків породи, що надходять на випал, визначається типом обжигового агрегату. Завантаження в шахтну піч вапняк має зазвичай розміри 60 - 200 мм. При випалюванні в обертових печах застосовують фракції 5 - 20 мм або 20 - 40 мм. Тому що надходить з кар'єру породу необхідно дробити.
Подрібнений матеріал піддається розсіву на грохотах, що забезпечує сталість фракційного складу. Основа отримання вапняних в'яжучих - випал карбонатвмісними порід. При виробництві повітряної вапна вапняк і крейда декарбонізіруются і перетворюються в вапно по реакції СаСОз - CaO + СО2.
Як правило, випалу піддають тверді карбонатні породи у вигляді шматків, але можлива і теплова обробка крейдяних шламів. Температура розкладання карбонату кальцію залежить від парціального тиску вуглекислоти в оточуючому просторі. Розкладання СаСО3 починається вже при 600'С, і з підвищенням температури реакція прискорюється. При 900'С парціальний тиск вуглекислоти досягає атмосферного, тому дану температуру іноді називають температурою розкладання вапняку. Подальше підвищення температури значно збільшує швидкість розкладання, але негативно позначається на якості вапна - погіршує її реакційну здатність внаслідок зростання розмірів кристалів.
При випалюванні шматків в першу чергу декарбонізіруются поверхневі шари. Утвориться вапно внаслідок високої пористості і малої теплопровідності гальмує передачу теплоти вглиб шматків. Чим товстіший шар вапна, тим вище його опір проникненню теплоти і тим вищі температури потрібні для передачі теплоти в глибину. Тому практично температура випалу завжди вище теоретичної. Її встановлюють на кожному заводі в залежності типу печі та інших факторів - щільності сировини, наявності домішок, розміру часток (шматків) сировини і т.д. Чим щільніше і чим більше крупнокрісталлічним є сировина, тим вище необхідна температура випалу. Наявність глинистих домішок полегшує видалення СО і знижує температуру випалу. Однак чим більше в вапна домішок, тим при більш низькій температурі настає погіршення її властивостей. Вже при 1000 - 1100'С виникає небезпека перепалу поверхні шматків вапна. У заводських умовах температура випалу карбонату кальцію становить 1050-1200'С, причому під температурою випалу розуміти не температуру в печі, а температуру пекучого матеріалу.
Дисоціація вуглекислого кальцію - оборотна реакція, що протікає при певних температурах і відповідних парціальних тисках вуглекислого газу. Стале при будь-якої температурі хімічна рівновага в системі СаСО3 -СаО + СО2, можна змістити зліва направо видаленням деякої кількості СО2, що викликає дисоціацію нових частинок карбонату і виділення додаткових кількостей вуглекислого газу. Це дає можливість інтенсифікувати процес розкладання вапняку шляхом посилення тяги в печі.
Тривалість випалу визначається також розміром шматків пекучого продукту. Для завершення процесу випалу необхідно певний час, протягом якого матеріал повинен знаходитися в печі. Швидкість переміщення зони дисоціації СаСО3 по шматку залежить від температури випалу: при 900'С вона становить приблизно 2 мм / год, а при 1100'С - 14 мм / год, тобто випал йде в 7 разів швидше. Для підвищення продуктивності печей бажано зменшення розмірів шматків в допустимих межах. При випалюванні шматків різної крупності режим процесу визначають виходячи з часу, необхідного для випалу шматків середніх розмірів.
Характер процесів, що протікають при випалюванні крейди або вапняку, залежить також від змісту в них домішок, що впливають на властивості обпаленої матеріалу. При температурі 850 - 1100'С утворюється оксид кальцію взаємодіє з кислотними оксидами домішок Si02, Аl2О3 і Fe2О3 з отриманням Двухкальціевий силікату 2СаО SiO2, Двухкальціевий фериту 2СаО Fe2О3, однокальціевого алюмината СаО Аl2О3 і ін. Кількість їх залежить від хіміко-мінералогічного складу вихідної сировини.
Випал ведуть в шахтних або обертових печах. 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 максимального ступеня декарбонізації СаСО3 прімінімальной 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. В шахтної печі розрізняють (рахуючи зверху вниз) три зони: підігріву, випалу та охолодження. У зоні підігріву з вапняку і палива (у разі використання твердого палива - коксу або антрациту) видаляється волога. Вапняк нагрівається до температури початку дисоціації, а паливо - до температури займання. У зоні випалу за рахунок згоряння палива або надходження продуктів його згоряння з топок (в разі роботи печі на рідкому або газоподібному паливі) досягається максимальна температура матеріалу і активно відбувається дисоціація СаСО3 і MgCO3. У третій зоні матеріал охолоджується вступникам до піч знизу повітрям.
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 ізвестьобжігательних 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.
Вивантажувати з печей комове вапно транспортується на склад вагонетками або транспортерами і зберігається в бункерах або силосах. Щоб уникнути зниження активності вапно не повинна контактувати з водою навіть у вигляді пари.
Повітряна вапно відрізняється від всіх інших в'яжучих тим, що може перетворюватися в порошок не тільки під час помелу, але і при гасінні. Комове негашене вапно є напівфабрикатом, з якого в залежності від прийнятої схеми - помел або гасіння - отримують відповідно мелене негашене або гашене вапно.