Гидратная известь

Основная операция при получении  этих видов извести – гашение. Оно заключается в обработке  извести водой. Обычно при гашении  идёт самопроизвольный распад кусков извести на тонкодисперсные частички размером не более 5-20 мкм. Чем дисперснее частички гашёной извести, тем пластичнее получаемое из неё тесто и тем более ценными строительными свойствами оно обладает.

Высокая пластичность теста определяется содержанием в нём тончайших  фракций гидроксида кальция и  магния (0,02-0,5 мкм).

В гашёной извести должны отсутствовать непогасившиеся частицы оксидов кальция и магния, которые при последующей гидратации в затвердевших растворах и бетонах могли бы отрицательно влиять на их качество. Поэтому при гашении извести необходимо стремиться к полному переводу оксидов кальция и магния в их гидраты Са(ОН)2 и Mg(OH)2 и к получению продукта с максимальной дисперсностью частичек. Для этого необходим выбор рациональных технологических приёмов.

 

Гашёная известь (пушонка).

Процесс гашения представляет собой  взаимодействие извести с водой: СаО + Н2О →←Са(ОН)2.

При гашении извести выделяется значительное количество теплоты, составляющее

65 кДж на 1 моль, или 1160 кДж на 1 кг оксида кальция. При этом  температура гасящейся извести  может достигать таких значений, при которых возможно не только кипение воды, но и возгорание дерева. Само название негашёной извести – известь-кипелка обусловлено способностью её выделять большое количество теплоты, вызывающей кипение воды.

Реакция гидратации оксида кальция  обратимая. Её направление зависит от температуры и парциального давления водяных паров в окружающей среде. Упругость диссоциации гидроксида кальция достигает атмосферного давления при 547оС. Однако частичная дегидратация возможна и при более низких температурах (300-350оС) с образованием вторичного оксида кальция, обычно уплотнённого и плохо гасящегося в дальнейшем, поэтому для быстрого и полного гашения извести необходимо присутствие воды или насыщенных водяных паров.

Чем выше температура гашения извести (особенно паром) в гидратную известь-пушонку, тем крупнее и прочнее образующиеся агрегаты гидроксида кальция, почти не способные в дальнейшем в смеси с водой распадаться на тончайшие частички и давать высокопластичное тесто. При гашении извести в тесто целесообразно устанавливать температуру гасящейся массы в пределах 60-80оС с тем, чтобы, с одной стороны, не было перегрева материала, а с другой – процесс взаимодействия извести с водой протекал бы достаточно интенсивно и скоро. Перемешивание материала предотвращает возможное образование плёнок Са(ОН)2 на частицах оксида кальция и прекращение её гидратации. Воду нужно вводить в материал в полном объёме или отдельными дозами с тем, чтобы удерживать температуру массы в указанных пределах.

При гашении извести в порошок  необходимо также избегать перегрева продукта выше 100оС, особенно при гашении высокоактивных быстрогасящихся видов извести.

Механизм взаимодействия оксида кальция  с водой зависит от условий, в  которых протекает реакция образования  гидроксида кальция (свойства извести, агрегатное состояние воды – жидкость или пар, значение водоизвесткового отношения и др.).

Объём образующейся гидратной извести  в 2-2,5 раза превышает объём исходной негашёной извести за счёт значительного  увеличения размера пустот между  отдельными частицами.

Теоретически для гашения извести  необходимо 32,13% воды по массе СаО. Практически  при гашении в порошок вводят в среднем 60-80% воды по массе извести-кипелки. Это обусловлено тем, что при  гашении часть воды испаряется, а  некоторое количество её (3-5%) расходуется на смачивание образующегося порошка гидроксида кальция.

При гашении извести в тесто  расход воды увеличивают до 2-3 частей по массе на 1 часть извести-кипелки. При большем количестве воды получают известковое молоко, а при значительном избытке – известковую воду. Чем выше содержание в извести СаО, чем умереннее температура обжига, тем больше воды необходимо брать для гашения.

Оксид магния, полученный обжигом  при 900-1000оС, относительно быстро взаимодействует  с водой, переходя в Mg(OH)2. Пережжённый оксид магния при обычных условиях гашения не гидратируется и гасится лишь в измельчённом виде насыщенным паром в автоклавах под давлением 0,8-1,5 МПа.

В гашёную известь (пушонку или  тесто) попадает часть силикатов, алюминатов и ферритов кальция. В строительных растворах и бетонах эти соединения со временем переходят в соответствующие гидраты, способствуя повышению прочности и водостойкости получаемых материалов.

Заметно ускоряют или замедляют  скорость гашения извести некоторые  вещества. В частности, гидратацию ускоряют, вводя в воду для гашения хлористые  соли в количестве 0,2-1% (CaCl2, NaCl и др.). Сернокислые соли (гипс, Na2SO4 и др.), а также некоторые поверхностно-активные вещества замедляют скорость гашения.

Гидроксид кальция образуется обычно в виде гексагональных пластинок  со слоистой кристаллической решёткой. При быстром процессе взаимодействия активной быстрогасящейся извести  с водой Гидроксид кальция  возникает в виде дисперсных частичек, склонных к образованию агрегатов. Известь высокого температурного обжига, относительно медленно реагирующая с водой, даёт более крупные кристаллы Са(ОН)2. Поверхность частичек гидрата заряжена положительно, что, несомненно, благоприятно для взаимодействия его с кварцем или другими кремнеземистыми веществами, поверхность частичек которых заряжена отрицательно.

Растворимость Са(ОН)2 в воде в некоторой  мере зависит от величины кристаллов. Растворимость гидроксида кальция  в присутствии солей NaCl, CaCl2, MgCl2 и т. д. несколько увеличивается; в присутствии же гипса, а также Na2SO4 она уменьшается.

Гидроксид кальция, по данным ряда исследований, может присоединять воду с образованием кристаллогидратов различного состава: Са(ОН)2 * 6Н2О, Са(ОН)2 * 4Н2О, Са(ОН)2 * 0,5Н2О, устойчивых лишь при пониженных температурах.

В заводских условиях гидратную  известь получают по следующей технологической  схеме. Комовую негашёную известь  со склада направляют в дробилку и  измельчают до частиц размером не более 5-10 мм, а при большом содержании оксида магния – размером не более 3-5 мм. Для дробления извести применяют молотковые, а в последнее время ударно-центробежные дробилки, работающие в замкнутом цикле с ситами. При сильно пережжённой извести, полученной из прочного известняка, целесообразно использование конусных дробилок.

Известь в порошок гасят в  специальных гасильных аппаратах (гидраторах) периодического и непрерывного действия. Гидраторы непрерывного действия более рациональны. В условиях интенсивного перемешивания с водой вначале образуется пластичная масса, которая постепенно в результате присоединения воды к оксиду кальция и её испарения рассыпается в подвижный горячий порошок.

Для непрерывного механизированного  гашения извести предназначен гидратор барабанного типа. Производительность этого аппарата 5т гашёной извести в 1 час.

Высококальциевые виды извести  в гидраторе непрерывного действия обычно гасятся достаточно полно  и сразу направляются на склад. Магнезиальные  же и доломитовые извести подают в силосы для догашивания в течение 1-2 суток. После этого продукт направляют в воздушный сепаратор для отделения непогасившихся зёрен, которые подвергают тонкому измельчению и снова подают в силосы на вторичное гашение.

Насыпная плотность порошка  гашёной извести 400-500 кг/м3. Гашёную известь (пушонку) поставляют потребителю в бумажных мешках или в контейнерах, а также в специальных вагонах, цементовозах.

На заводах силикатного кирпича  молотую известь в смеси с  песком иногда гасят во вращающихся  барабанах паром под давлением 0,3-0,5 МПа. Обычно применяют барабаны вместимостью до 15 м3, вращающиеся с частотой 3-5 об/мин. Пар подают в барабан из котла. Процесс гашения занимает 30-40 минут (с загрузкой и выгрузкой материала). Такой способ обеспечивает полную гидратацию извести, даже с пережогом, в короткий срок.

 

Известковое тесто.

В современных условиях гашение  извести в тесто осуществляют механизированным способом на специальных  известегасильных установках по схеме (рисунок 1).

 

Рисунок 1 – Схема гашения извести  в тесто

 

Складирование комовой извести

↓

Мелкое дробление

↓

Гашение в машине с получением известкового молока

↓ ↓

Отстаивание для получения известкового теста Отгрузка известкового теста

↓

Отгрузка теста

 

Применяют известегасильные машины периодического и непрерывного действия.

По конструктивным особенностям они  делятся на барабанные, бегунковые, лопастные, фрезерные и др.

В машинах некоторых типов при  гашении известь обрабатывают горячей  водой для ускорения процесса гидратации. Особенно это необходимо при медленногасящихся видах извести. Известегасилка – вращающийся на катках барабан, приводимый в действие электродвигателем. С одного торца барабан снабжён бункером для загрузки извести, с другого – лотком для слива известкового молока. Все узлы известегасилки смонтированы на сварной раме. Барабан состоит из двух цилиндров, вставленных друг в друга с зазором 12 мм. Они образуют рубашку (теплообменник), в которую поступает вода из водопроводной сети. При гашении извести во внутреннем цилиндре (рабочей части) вода в теплообменнике подогревается до 45-50оС выделяющейся при этом теплотой и затем поступает внутрь барабана через загрузочный торец. Внутренняя ёмкость барабана решётчатой диафрагмой разделена на две камеры - гашения и измельчения, загруженную шарами. Камера гашения для интенсивного перемешивания кусков снабжена гребёнками (продольными уголками).

Непрерывно загружаемая в известегасилку известь при вращении барабана перемешивается и взаимодействует с подогретой водой, поступающей из теплообменника. Куски извести измельчают в результате ударов друг с другом и с гребёнками. Проходящая через диафрагму вместе с молоком известковая крошка окончательно измельчается в следующей камере. Отсюда молоко через патрубок и лоток сливается в отстойник. Отходы выгружаются через люк. Для полного гашения извести рекомендуется на 1 часть извести по массе подавать 2-3 части воды. Гасят известь при 60-70оС. В результате интенсивной механической и термической обработки материала получают гашёную известь, часто пригодную к употреблению без дополнительной выдержки.

Термомеханические известегасилки производительностью 2 т/ч выпускают для использования  в стационарных условиях.

Для получения известкового молока применяют аппараты и других конструкций, в частности барабанный гаситель.

На растворных заводах гашёная известь может быть использована в виде молока и теста. Молоко из известегасильных установок подают непосредственно в растворомешалку, а тесто – в ёмкости для отстоя и обезвоживания. Ёмкости представляют собой железобетонные резервуары высотой 5-6 м и диаметром 4,5-5,5 м. Внутри они оборудованы фильтрами – вертикально установленными металлическими трубами диаметром 50-60мм, заполненными песком. Излишняя вода из известкового молока через отверстия в трубах (d = 5 мм) просачивается через песок и собирается в сборник, откуда её направляют на гашение следующих порций извести.

Через 16-24 часа пребывания в подобных отстойниках известковое молоко превращается в тесто сметанообразной  консистенции, содержащее до 75% воды. Из отстойников тесто перекачивают в железобетонные ёмкости без фильтров для дальнейшего вызревания или же направляют потребителю. Выгружают тесто из отстойников и других ёмкостей обычно с помощью специальных вибронасосов и цепных подъёмников. Под влиянием вибрации известковое тесто легко разжижается и перекачивается. Перевозят известковое тесто в автоцистернах.

Хорошо выдержанное известковое  тесто содержит обычно 50% воды и имеет  среднюю плотность около 1400 кг/м3

Содержание твёрдого вещества в  тестообразных массах (в том числе  и в известковом тесте) с достаточной точностью можно определять по формуле:

Т = р (рm – 1000) / (р – 1),

где Т – содержание твёрдого вещества в тесте, кг/м3; р – истинная плотность  твёрдого вещества, образующего с  водой тестообразную массу, г/см3; рm – плотность теста, кг/м3.

 

Молотая негашёная известь

Известь негашёная молотая –  порошковидный продукт тонкого  измельчения комовой извести. По химическому составу она подобна  комовой извести.

Тонкоизмельчённая негашёная известь  имеет ряд преимуществ при  изготовлении растворов и бетонов перед гидратной известью в виде порошка или теста. В этом случае нет отходов и все компоненты тонкоизмельчённой извести рационально используются во время твердения. Молотая негашёная известь характеризуется меньшей водопотребностью, чем гашёная известь. Удельная поверхность молотой негашёной извести обычно значительно меньше удельной поверхности гидратной извести, поэтому требуемую удобоукладываемость растворной или бетонной смеси на молотой негашёной извести получают при пониженном количестве воды. Снижение же водопотребности растворных и бетонных смесей способствует увеличению их прочности при твердении. Кроме того, негашёная известь, гидратируясь в уже уложенных в дело растворах и бетонах, связывает большое количество воды, переходящей в твёрдую фазу. Как известно, оксид кальция при переходе в гидрат связывает 32,13% воды. Всё это способствует получению растворов, бетонов и изделий на молотой негашёной извести повышенной плотности и прочности по сравнению с получаемым на гашёной извести.

При гидратном твердении молотой негашёной извести выделяется значительное количество теплоты, поэтому изделия на такой извести при температурах ниже нуля твердеют более спокойно и имеют лучшие показатели прочности, так как окружающие условия способствуют быстрому отводу теплоты и уменьшению термических напряжений.

Преимущества молотой негашёной  извести способствуют её применению в производстве различных строительных материалов и изделий.