SIC - Società Impianti Calce

Поиск по сайту

Физико-Химический Процесс

Вы находитесь в: Начало > Известь > Физико-Химический Процесс

processo di produzione della calce То, что в целом называют «процессом производства извести», в сущности занимается обжигом и обработкой субпродуктов, полученных из разных минералов, находящихся в природе.


Карбонат калция CaCO3
Карбонат магния MgCO3
Доломит CaCO3 MgCO3
Гидратный известняк CaCO3 MgCO3SiO2 Fe2O3 Al2O3

 

Схематическая химическая формулировка, примененная выше для разъяснения, в природе не находит такого же точного подразделения изпользуемых в промышленности минералов, представляющих более или менее сложную смесь упомянутых типологий.
Данный набор возможных химических композиций исходного материала, конечно приводит к большей сложности поведения «настоящего» материала как во время его обработки, так и что касается химических и физических характеристик полученных продуктов и производственных процессов.



 

Химические основы производственного процесса извести


Производственный процесс извести и ее производных может быть представлен в обобщенном виде главным образом следующими тремя группами химических реакций:

химическая реакция декарбонатации известняка и доломита
CaCO3 + Kcal CaO + CO2 (+ 760 kcal/kg)
100       56   44  
               
MgCO3 + Kcal MgO + CO2 (+ 723 kcal/kg)
84       40   44  
               
CaCO3 MgCO3 + Kcal CaO MgO + 2CO2 (+ 723 kcal/kg)
184       96   88  

реакция гидратации оксидов кальция и магния

CaO + H2O Ca(OH)2 + Kcal (- 273 kcal/kg)
56.1   18   74.1      
               
CaO MgO + H2O Ca(OH)2 MgO + Kcal  
96.4   18   114.4      
               
CaO MgO + 2H2O Ca(OH)2 Mg(OH)2 + Kcal (- 211 kcal/kg)
96.4   36   132.4      


реакция повторной карбонатациии оксидов кальция и магния
CaO + H2O Ca(OH)2    
56.1   18   24.1    
             
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
74   44   100   18



 

Декарбонатация


Первая группа реакций обобщает процесс декарбонатации трех основных типов существующих в природе карбонатов.
Они представляют реакцию, которая, в промышленной сфере, произходит в известеобжигательных печах, когда при подаче определенного количества тепла на руду, доставленную из карьера, осуществляется распад карбоната (СаСО3) на оксид (СаО) и углекислый газ (СО2).
processo di produzione della calce
Данная реакция является ендотермической и для её развития необходим подвод тепла, который осуществляется при помощи топлива.
Для декарбонатации CaCO3 необходимы 760 ккал/кг; для MgCO3 -723 ккал/кг.
(NB! В последующем тексте, в целях упрощенного объяснения, мы будем относисться к случаю карбоната кальция и/или оксида кальция, но в случаях других типов вышеупомяхутых компонентов механизмы, которые управляют реакциями, довольно сходные.)
Распад известняка произходит по следующим пяти этапам:
  • В зоне предварительного нагрева в обжиговой печи, тепло генерированное топливом перемещается к минералу, подверженному декарбонатациии, при помощи газов сгорания. Минерал, при чем, переходит от температуры окружающей среды до 800° C.
  • При температуре 800° C, давление углекислого газа, полученного от распада, равно частичному давлению СО2 присуствуещего в газах, пересекающих печь. В момент, когда температура начинает превышать точку декарбонатациии, начинается декарбонатация поверхностного слоя известняка.
  • При поверхонстной температуре, близкой к 900° C, произходит декарбонатация слоя в толщину 0,5мм (5% общей массы).
  • При температуре 900° C, частичное давление СО2 превышает 1 атмосферу и процесс декарбонатации начинает свой ход от поверхности к центру куска известняка.
  • Во время всего процесса декарбонатациии, температура минерала остается в общей сложности постоянной. Но если из-за производственного процесса температура повысится выше точки декарбонатациии, либо химический состав изпользованного известняка понизит температуру декарбонатациии, то тогда структура кристаллов произведенной извести начнет разрушаться (агломерация).
  • По окончанию декарбонатациии известь охлаждается воздухом, который подаётся на входе печи и, поднимаясь по шахте, проходит предварительный обогрев, чтобы затем превратиться в воздух сгорания.
Основные факторы, влияющие на скорость декарбонатациии:
  • размер известняка и его форма (минимальный размер)
    Этот фактор влияет на время миграции СО2  от центра массы подверженной декарбонатации до ее поверхности.
  • разпределение кусков употребляемого известняка 
    Различное разпределение кусков известняка заключает в себе различную поверхность обмена между известняком и горячими газами и, как следствие того, различную скорость перемещения тепла.
  • химический состав известняка
    Присуствие примесей или карбоната магния приводит к перемене теоретической температуры, при которой начинается декрабонатация.
  • скорость газов внутри известеобжигательной печи и их температура
    Скорость разогревающей жидкости и градиент температуры - это факторы, влияющие на скорость перемещения энергии от газов к минералу.
  • давление газов внутри известеобжигательной печи
    Высокое давление требует повышенного давления со стороны СО2  для осуществления миграции внутри известняка.

Гидратация


processo di produzione della calce
Под термином гидратация, или гашение извести, имеется ввиду процесс, благодаря которому оксид кальция (СаО) преобразуется в гидроксид кальция (Ca(OH)2).
С точки зрения химии речь идет об одном виде реакции, но с производственной точки зрения наблюдаются два разных вида процессов.
Первый - это доподлинный процесс гидратации, во время которого оксид взаимодействует со стехиометрическим количеством воды (32% Н2О), при чем получается гидроксид в форме пыли, содержащей 1,5% свободной воды.
Второй - это процесс гашения, где оксид кальция реагирует с количеством воды, намного превышающим стехиометрическое содержание, при чем получается суспензия гидроксида извести, с сильно изменчивым уровнем концетрации в соответствии с требованиями производства.
Химия реакции гидратации очень елементарна, но кинетика реакции, связанная с кристаллизацией и агломерацией, намного сложнее и зависит, кроме как от физических и химических характеристик оксида предназначенного для гашения, так и от способов, которыми эта простая реакция осуществлена. По этой причине и развились две разные методики гашения, о которых мы говорили.


processo di produzione della calce 
При температурах ниже 350° C, оксид реагирует полностью с водой, порождая экзотермическую реакцию с развитием 276 ккал/кг. СаО; при более высоких температурах реакция произходит в обратном направлении, вызывая отделение реактивной воды.
Оксид магния реагирует слабо с водой и, при нормальных условиях, реагируют только его 25% .
Для получения полной гидратации MgО необходимо, чтобы реакция прошла при температуре выше 100° C, пользуясь при этом нагнетательным оборудованием.
Основные факторы, влияющие на гидратацию:

  • реактивность употребляемого оксида (Т60)
  • внешняя плотность оксида кальция
  • разпределение размеров и topcutоксида
  • процент карбоната (L.O.I.)
  • процент серы
  • процент оксида магния
  • температура, про которой произходит процесс гидратации
  • эффективность перемешивающей системы для оксида и воды
  • добавки, изпользуемые в реактивной воде

В промышленной сфере реакцию гидратации вызывают при помощи гидраторов, когда целью является произвести порошкообразный гидроксид на сухой основе (стехиометрическая вода) и гасильных вращающихся барабанов, если нужно произвести гидоксид кальция в форме теста (избыток воды).
Обе системы, со схематической точки зрения, являются смесителями, в которых, благодаря механическому взбалтыванию, получаетсля глубокий контакт между оксидом кальция и реактивной водой.



Повторная карбонатация


processo di produzione della calce Реакция повторной карбонатации представляет последнюю реакцию из жизненного цикла извести. Эта реакция контролирует процесс обращения извести в карбонат, поглощая СО2  из окружающей среды и вновь присваивая извести химические и физические характеристики, пренадлежавшие изходному известняку.
Именно эта основная реакция, которая позволяет извести затвердеть после её нанесения на стену.
Человек научился контролировать эту реакцию в свою пользу, для производства ОКК (Осажденного карбоната кальция). Это процесс, при котором контролируя параметры, влияющие на повторную карбонатацию, возможно изменить зернистость и морфологию полученного карбоната кальция.
В природных условиях повторная карбонатация извести очень незначительна, но, начиная с 290° C и до 600° C, скорость повторной карбонатации быстро увеличивается, повышая в высшей степени сродство СаО  с СО2 .

processo di produzione della calce Скорость этой реакции, кроме того, сильно увеличивается как от специфической поверхности оксида, так и от скорости, при которой оксид перемешивается с углекислым газом.
Следует принять во внимание, что повторная карбонатация оксида магния произходит за значительно более длительное время, чем при повторной карбонатации оксида кальция.
Присуствие воды, под видом влажности или пара, позволяет привести в действие стремительную повторную карбонатацию даже при температуре и давлении окружающей среды, так как вода является катализатором реакции.