Шахтные печи для обжига извести.

Шахтные печи, представляют собой полый цилиндр, имеющий наружный стальной кожух толщиной около 1 см и внутреннюю огнеупорную кладку, вертикально установленный на фундаменте. Эти печи характеризуются непрерывностью действия и простотой в эксплуатации. Строительство шахтных печей требует относительно небольших капиталовложений.

В зависимости от вида применяющегося топлива и способа его сжигания различают шахтные печи, работающие на короткопламенном твёрдом топливе, вводимом обычно в печь вместе с обжигаемым материалом; т.к. известняк и кустовое топливо при этом загружают в шахту перемежающимися слоями, то иногда такой способ обжига называют пересыпным, а сами печи - пересыпными; на любом твердом топливе, газифицируемом или сжигаемом в выносных потоках, размещаемых непосредственно у печи; на жидком топливе; на газовом топливе, натуральном или искусственном.

По характеру процессов, протекающих в шахтной печи, различают три зоны по высоте: подогрева, обжига и охлаждения. В зоне подогрева, к которой относят верхнюю часть печи с температурой пространства не выше 850^oС, материал подсушивается и подогревается поднимающимися раскалёнными дымовыми газами. Здесь выгорают также органические примеси. Поднимающиеся газы, в свою очередь, благодаря теплообмену между ними и загруженным материалом охлаждаются и далее отводятся вверх печи.

Зона обжига размещается в средней части печи, где температура обжигаемого материала изменяется от 850^oС до 1200^oС и затем 900^oС; здесь известняк разлагается, из него удаляется углекислый газ.

Зона охлаждения - нижняя часть печи. В этой зоне известь охлаждается от 900^oС до 50-100^oС поступающим снизу воздухом, который далее поднимается в зону обжига.

Движение воздуха и газов в шахтных печах обеспечивается работой вентиляторов, нагнетающих в печь воздух и отсасывающих из неё дымовые газы. Противоточное движение обжигаемого материала и горячих газов в шахтной печи позволяет хорошо использовать теплоту отходящих газов на прогрев сырья, а теплоту обожённого материала - на подогрев воздуха, идущего в зону обжига.

4) Гипсовые вяжущие вещества делят на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые.

Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества получают при нагревании двухводного гипса CaSO₄-2H₂O до температуры 150...160°С с частичной дегидратацией двуводного гипса и переводом его в полуводный гипс CaSO₄-5H₂O.

Высокообжиговые (ангидритовые) вяжущие получают обжигом двуводного гипса при более высокой температуре до 700... 1000°С с полной потерей химически связанной воды и образованием безводного сульфата кальция — ангидрита CaSO₄. К низкообжиговым относится строительный, формовочный и высокопрочный гипс, а к высокообжиговым — ангидритовый цемент и эстрихгипс.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих служат природный гипсовый камень и природный ангидрид CaSCu, а также отходы химической промышленности, содержащие двуводный или безводный сернокислый кальций, например фосфогипс. Возможно применение гипсосодержащего природного сырья в виде сажи и глиногипса.

Гипсовым вяжущим называют воздушное вяжущее вещество состоящее преимущественно из полуводного гипса и получаемо путем тепловой обработки гипсового камня при температур 150...160°С. При этом двуводный гипс CaSO₄-2H₂0, содержащийся в гипсовом камне, дегидратирует.

В этих условиях образуются мелкие кристаллы полуводного сернокислого кальция-модификации; такой гипс обладает повышенной водопотребностью (60...65% воды). Избыточная вода, т. е. сверхпотребная на гидратацию гипса (15%), испаряется, образуя поры, вследствие чего затвердевший гипс имеет высокую пористость (до 40%) и соответственно небольшую прочность. Производство гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации) гипсового камня. Имеется несколько технологических схем производства гипсового вяжущего: в одних помол предшествует обжигу, в других помол производится после обжига, а в третьих помол и обжиг совмещаются в одном аппарате. Последний способ получил название обжига гипса во взвешенном состоянии. Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных или других мельницах.

Наиболее распространена схема производства гипсового вяжущего с применением варочных котлов. Гипсовый камень, поступающий на завод в крупных кусках, сначала дробят, затем измельчают в мельнице, одновременно подсушивая его. В порошкообразном виде камень направляют в варочный котел периодического или в установку непрерывного действия. Последняя имеет в 2...3 раза выше производительность, но еще находится в стадии практического освоения.

Варочный котел периодического действия представляет собой обмурованный кирпичом стальной котел со сферическим днищем, обращенным выпуклой стороной внутрь цилиндра. Для перемешивания гипса в котле имеется мешалка, приводимая в движение электродвигателем. Раскаленные топочные газы обогревают днище и стенки котла, а также проходят через жаровые трубы 5 внутри котла и в охлажденном состоянии удаляются по дымовой трубе. Продолжительность варки 90... 180 мин. При варке в котле гипс не соприкасается с топочными газами, что позволяет получать чистую продукцию, не загрязненную золой топлива.

Гипсовое вяжущее в сушильных барабанах получают путем обжига гипсового камня в виде щебня размером до 20 мм. В результате вращения наклонного барабана перемещается в сторону наклона. Из топки в барабан поступают раскаленные ды. мовые газы, которые при движении вдоль барабана обжигают гипсовый камень, а с противоположной стороны удаляются вентилятором. Далее гипсовый камень измельчают в мельницах. При обжиге гипса во взвешенном состоянии совмещают две операции: измельчение и обжиг. В мельницу (шахтную, шаровую или роликовую) подают гипсовый щебень и одновременно нагнетают горячие дымовые газы. Образующиеся при размоле мельчайшие зерна гипса товарной фракции увлекаются из мельницы потоком дымовых газов и в процессе транспортирования в раскаленном газовом потоке обжигаются. Пылевоздушная смесь поступает в циклоны и фильтры для осаждения гипса. Наибольшую производительность из рассмотренных схем имеет последняя, затем схема обжига в сушильных барабанах и, наконец, в варочных котлах. Однако первые две схемы существенно уступают по качеству продукции схеме с варкой гипса.

При затворении порошка гипса водой полуводный сернокислый кальций CaSO₄-05H₂O, содержащийся в нем, начинает растворяться до образования насыщенного раствора и одновременно гидратироваться. В результате образовавшийся насыщенный раствор полугидрата оказывается пересыщенным по отношению к двугидрату. Пересыщенный раствор в обычных условиях не может существовать — из него выделяются мельчайшие частицы твердого вещества — двуводного сернокислого кальция. По мере накопления этих частиц они склеиваются между собой, вызывая загустевание (схватывание) теста. Затем мельчайшие частицы гидрата начинают кристаллизоваться, определяя этим образование прочного гипсового камня. Дальнейшее увеличение прочности гипса происходит вследствие высыхания твердеющей массы и более полной кристаллизации при этом. Твердение гипса можно ускорить сушкой, но при температуре не выше 65°С во избежание обратной дегидратации двуводного гипса.

Быстрое схватывание гипса затрудняет в ряде случаев его использование и вызывает необходимость применения замедлителей схватывания (кератинового, известково-кератинового клея, сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 0, 1...0, 3% от массы гипса). Замедлители схватывания уменьшают скорость растворения полуводного гипса и замедляют диффузионные процессы. При необходимости ускорить схватывание гипса к нему добавляют двуводный гипс, поваренную соль, серную кислоту. Одни из них повышают растворимость полуводного гипса, другие (двуодный гипс) образуют центры кристаллизации, вокруг которых быстро закристаллизовывается вся масса.

Применяется гипсовое вяжущее для производства гипсовых и гипсобетонных строительных изделий для внутренних частей зданий (перегородочных плит, панелей, сухой штукатурки, приготовления гипсовых и смешанных растворов, производства декоративных и отделочных материалов, например искусственного мрамора), а также для производства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих.

Высокопрочный гипс является разновидностью полуводного гипса. Этот полуводный гипс а-модификации, который имеет более крупные кристаллы, обусловливающие меньшую водопотребность гипса (40...45% воды), позволяет получать гипсовый камень с большей плотностью и прочностью. Получают его путем нагревания природного гипса паром под давлением 0, 2...0, 3 МПа с последующей сушкой при температуре 160...180°С. Прочность его за 7 суток достигает 15...40 МПа. Высокопрочный гипс выпускают пока в небольшом количестве и применяют в основном в металлургической промышленности для изготовления форм. Однако он успешно может заменить обыкновенное гипсовое вяжущее, обеспечив изделиям высокую прочность.

Формовочный гипс состоит в основном из кристаллов р-модификации и незначительного количества примесей. Он обладает повышенной водопотребностью, а будучи затвердевшим, имеет высокую пористость. Это свойство формовочного гипса успешно используется в керамической и фарфорофаянсовой промышленности для изготовления форм.

5) Известны два магнезиальных вяжущих вещества: каустический магнезит и каустический доломит. Каустическим магнезитом называется продукт, получаемый обжигом магнезита (МgСО₃) с последующим его измельчением в тонкий порошок. Каустический доломит отличается от каустического магнезита тем, что сырьем для его изготовления служит не магнезит, а доломит «CaСО*МgСО₃). Оба эти вяжущие вещества затворяют раствором хлористого магния, сернокислого магния или некоторых других солей.

Магнезит (горький шпат) встречается в природе в двух видах - кристаллическом и аморфном. Первый имеет четкое кристаллическое строение и напоминает крупнозернистый мрамор. Второй похож на фарфоровую массу. Твердость обоих видов магнезита по шкале Мооса колеблется, в пределах 3, 5-4, 5; уд. вес 2, 9-3, 1. Теоретический состав магнезита 47, 82% MgOи 52, 18% СО₂.

Природный магнезит всегда содержит различные примеси: глину, углекислый кальций и др. В зависимости от примесей он бывает белого, желтого, серого и другого цвета.

Для аморфного магнезита характерна примесь кремнезема и отсутствие примесей соединений железа. В природе магнезит встречается реже, чем известняк и доломит.

Доломиты являются распространенной горной породой.

Твердость доломита по шкале Мооса 3, 5-4, 0; уд. вес 2, 85-2, 95. Теоретическое содержание в доломите СаСО₃-54.27%; МgСО₃-45, 73% или в окислах: CaO-30, 41%; MgO-21, 87% и СО₂-47, 72%.

Природный доломит имеет обычно некоторый избыток углекислого кальция. Кроме того, в доломите встречаются глинистые и другие примеси. Цвет доломита белый, желтый и буроватый, в зависимости от примесей, главным образом железистых соединений. Он отличается от вскипающего от слабой соляной кислоты известняка тем, что на доломит эта кислота действует только при нагревании или измельчении в порошок.

Магнезиты и доломиты применяются не только как сырье для производства вяжущих материалов, но и в качестве сырья в огнеупорной и некоторых других отраслях промышленности.

Стандарт (ГОСТ 1216-41) делит каустический магнезит, в зависимости от его химического состава, на три класса. Минимальное содержание MgO должно составлять не менее 87, 83 и 75% соответственно для I, II и III классов. Каустический магнезит I класса используется в химической и магниевой промышленности.

Каустический магнезит легко поглощает влагу и углекислоту из воздуха, в результате чего образуются гидрат окиси магния и углекислый магний.

При этом происходит уменьшение удельного веса, которое может компенсировать увеличение у дельного веса, вызываемое пережогом. Поэтому проверять качество обжига путем определения удельного веса нужно сразу после выхода материала из печи.

Каустический магнезит необходимо упаковывать в плотную тару для предохранения его при перевозке и хранении от действия влаги и углекислоты воздуха.

Тонкость помола каустического магнезита по стандарту для II класса должна быть такой, чтобы остаток на сите №02 был не более 5% и чтобы через сито №008 проходило не менее 75% всего материала. Для других классов тонкость помола не нормируется.

Начало схватывания должно наступать не ранее 20 мин., а конец - не позже 6 ч до начала затворения.

Каустический магнезит, затворенный хлористым магнием, должен выдерживать испытание на равномерность изменения объема при нормальной температуре (+20 С).

Магнезиальный цемент является быстротвердеющим вяжущим. По СНиП (Строительные нормы и правила) марки каустического магнезита: 400, 500 и 600. Они определяются по показателям предела прочности при сжатии образцов из жесткого трамбованного раствора 1: 3 через 28 суток воздушного твердения.

Качество каустического доломита более низкое, так как он содержит значительное количество углекислого кальция и небольшое количество окиси кальция. В каустическом доломите должно быть не менее 15% окиси магния. Потеря при прокаливании каустического доломита должна находиться в пределах 30-35%. Содержание свободной окиси кальция в каустическом доломите не должно превышать 2, 5%. Марки его, определяемые так же, как и для каустического магнезита, составляют 100, 150, 200 и 300.

Магнезиальные вяжущие являются воздушными, слабо сопротивляющимися действию воды, которая вымывает из них растворимые соли (MgCI₂ и др.). Их можно использовать только при твердении на воздухе с относительной влажностью менее 60%.

См. далее по теме: Производство каустического магнезита и каустического доломита; Твердение магнезиальных вяжущих веществ; Применение магнезиальных вяжущих веществ.