Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
СТФ 270806 КП
1 Ведение 3
2 Основные свойства 4
2.1 Определение содержания непогасившихся зерен 4
2.2 Определение влажности 4
2.3 Определение степени дисперсности порошкообразной извести 4
2.4 Определение предела прочности при изгибе 4
2.5 Определение предела прочности при сжатии 4
2.5 Определение температуры и времени гашения извести 4
2.6 Определение равномерности изменения объема извести 4
3 Сырье 5
4 Добавки в сырьевую смесь 8
5 Возможное использование отходов 10
6 Описание технологической схемы 12
7 Химические процессы, происходящие в сырье 13
8 Охрана окружающей среды 19
9 Ресурсосбережение при производстве гидравлической извести 20
9.1 Потребление известняка 20
9.2 Сокращение потребления энергии 20
9.3 Оптимизация процесса контроля 20
9.4 Выбор топлива 21
9.5 Выбросы пыли 21
9.6 Газовые выбросы 21
Список используемой литературы 22
В России первый завод, изготавливающий известковое вяжущее с гидравлическими добавками в виде толченого кирпича (цемянки), был построен в Москве в конце XVII века.
В начале XVIII века было получено новое ценное вяжущее – гидравлическая известь. Было замечено, что известняки, содержащие глинистые примеси, после обжига и тонкого измельчения медленно гасятся и приобретают способность затвердевать в воде. Гидравлическую известь стали применять для кладки фундаментов зданий, подъемных и гидротехнических сооружений. Также гидравлическая известь применяется для изготовления строительных растворов, бетонов, имеющих небольшую прочность. В отличие от растворов, приготовленных с использованием воздушной извести, такие растворы можно применять для частей построек, в период эксплуатации находящихся во влажных условиях. Это привело к еще более значительному расширению производства извести.
В настоящее время гидравлическую известь не производят из-за переменного состава (природного содержания глинистых примесей) сырьевых материалов – мергелей и не постоянства качества продукта.
Исходные продукты для гидравлической извести — мергели и мергельные известняки, которые представляют собою природные смеси мелкораздробленной углекислой извести с глиной. Мергель - осадочная горная порода, состоящая из кальцита или доломита и глинистых минералов. Соотношения карбонатной и глинистой составляющих могут быть различными. Обычно к мергелям относят породу, содержащую от 30 до 90% CaCO3 или MgCO3 и, соответственно, от 70 до 10% глинистых частиц. Известняки с содержанием глинистых примесей от 2 до 8% называются слабомергелистыми известняками, а получаемая из них известь - слабогидравлической.
Гидравлическая известь - продукт умеренного обжига (не до спекания) при температуре 900 - 1100°С мергелистых известняков, содержащих 5-20% глинистых примесей. Гидравлическая известь - это медленносхватывающееся вяжущее вещество. В зависимости от содержания в ней свободного оксида кальция (СаО) сроки схватывания колеблются от начала схватывания в пределах 0,5-2 ч. и до конца - 8-16 ч.
При содержании глинистых примесей в пределах 8-20% известняки называются мергелистыми, а получаемая из них известь - сильногидравлической. Слабогидравлическая известь в обычном виде гасится частично, а сильногидравлическая вообще не гасится. Для придания высокого качества и вяжущих свойств, гидравлическую известь подвергают тонкому помолу. По минеральному составу мергели также бывают известковые, мелоподобные и доломитовые, а в зависимости от примесей - кремнезёмистые, глауконитовые, песчанистые, слюдистые, битуминозные, углистые. Окраска разнообразна, чаще светлая. Мергели используют также как сырьё в производстве некоторых видов цемента. Составные части мергеля обыкновенно разделяют на эти две группы по растворимости их в соляной кислоте, и все, что в ней не растворяется, относят к глине. Кроме глины в тесном смысле слова (состоящей из SiO2 и Аl2О3), в мергелях обычно присутствуют углекислые соли магния и железа, окислы железа, иногда марганца, а также примесь ангидрида.
При содержании в мергеле менее 70 - 75% углекислой извести (СаО), продукт после обжига уже не имеет способности гаситься водою. В природных мергелях составные части настолько измельчены и так тесно и равномерно перемешаны между собой, что это не удается сделать искусственным путем. Этим объясняется, что попытки приготовления гидравлических известей (т. е. продуктов обожженных ниже точки спекания) из искусственных смесей до настоящего времени не удавались. Сравнительно грубые частицы в искусственных смесях могут вступать в необходимые химические реакции, дающие равномерный, годный продукт только при спекании, т. е. при начале плавления, делающего их более легкоподвижными. Отношение количества кремнезема к количеству глинозема (и окиси железа) в мергеле должно быть не менее 2,5. При этом следует принимать во внимание только активный кремнезем, так как кремнезем в виде песка при температуре обжига гидравлической извести еще остается инертным и не реагирует с известью, делая ее тощею.
Для характеристики химического состава мергеля, содержащего известняк и глину, а также готового вяжущего вещества обычно пользуются основным модулем (ОМ), представляющим собой отношение процентного содержания по массе активности извести (CaO+MgO) к процентному содержанию кислотных оксидов:
М0 = % (CaO + MgO)/(% Si02 + % А1203 + % Fe203). [12]
Для гидравлической извести численное значение основного модуля колеблется в пределах 1,7-9. В зависимости от значения основного модуля различают также сильногидравлическую и слабогидравлическую известь. У первой основной модуль равен 1,7 - 4,5, у второй - 4,5 - 9 соответственно. При гидравлическом модуле меньше 1,7 получают романцемент, а если основной модуль больше 9, то воздушную известь (см. рис. 1.) Основной модуль не является достаточной характеристикой сырья и готового продукта, так как по его значению нельзя судить о том, в состав каких минералов входят кислотные оксиды и насколько равномерно они распределены в сырье. Так, SiO2 может входить в состав глинистых минералов, находиться в виде высокодисперсного равномерно распределенного кварца, а также в виде крупных зерен кварцевого песка. В первом случае SiO2 будет интенсивно реагировать с СаО при обжиге, во втором - останется в виде инертного балласта.
Рис.1. Зависимость предела прочности гидравлической извести от основного модуля.
Наряду с глинистыми и кварцевыми примесями мергелистые известняки обычно содержат минералы: доломит, слюду, пирит и другие, которые в той или иной степени влияют на режим обжига и свойства готового продукта. Химический состав некоторых мергелей, применяющихся для производства гидравлической извести, приведен в таблице 1.
Таблица 1.
|
Месторождение |
Средний химический состав, % |
Гидравлический модуль |
||||
|
SiO2 |
R2O3 |
CaO |
MgO |
П.п.п. % |
||
|
Каменец-Подольское |
13,97 |
2,33 |
33,05 |
11,36 |
38,5 |
2,01 |
|
Алексеевское |
15,61 |
4,86 |
38,49 |
4,59 |
36,51 |
1,9 |
|
Феодосийское |
15,33 |
2,8 |
45,73 |
0,65 |
35,74 |
2,5 |
|
Ворошиловградское |
17,05 |
4,08 |
43,7 |
0,28 |
34,74 |
2,07 |
|
Амвросиевское |
16,4 |
4,6 |
42,6 |
0,6 |
35,3 |
2,03 |
Равномерность распределения примесей также имеет существенное значение, так как сырье для производства гидравлической извести не подвергается помолу и усреднению. Так как глина - это соединение кремнезема с водой и окисью алюминия, то сумма окислов SiO2+Аl2О3+Fe2О3 называется глинистыми примесями. В тех случаях, когда кремнезем равномерно распределяется по всему слою известняка, порода называется опокой. Обычно кремнезем образует в месторождении карбонатного сырья включения и прослойки или присутствует в виде песка различной крупности.
Мергелистые известняки, кроме глинистых примесей, обычно содержат включения 2 - 5% углекислого магния (MgO) и некоторые другие примеси. Так как гидравлическую известь изготовляют из природного сырья без специальной переработки в искусственные смеси однородного состава, то для ее получения необходимо применять мергелистые известняки с возможно равномерным распределением в них глинистых и других включений. При этом также учитывают, в виде каких соединений находятся в известняке те или иные примеси, так как от этого в значительной мере зависит качество получаемого продукта. Чтобы определить пригодность сырья для производства гидравлической извести мало знать только его химический состав, необходимо провести еще и специальные технологические исследования.
Производство извести сопряжено с существенным расходом энергии, это делает расходы на топливо важнейшей составляющей цены продукции. Использование горючих отходов позволяет производителям извести снизить потребность в таких ископаемых видах топлива как газ и жидкое топливо и способствовать экономической жизнеспособности этого сектора производства в России.
Как и в случае смены топлива и вследствие особых требований продукции и особенностей производственного процесса необходимо учитывать особые физические свойства горючих отходов и очень точно фиксировать их физическое состояние, теплотворную способность и химический состав. Такие высококалорийные отходы, как продукты пере-работки топлива, могут заменить в известеобжигательных печах первичное топливо. Поэтому важно постоянство качества отхода - соответствующая теплотворная способность, активность, низкая влажность, содержание металла, хлора и зольность. Кроме того, отходы должны быть приемлемы для горелочных устройств - многоканальных горелок.
Выбор подходящих горючих отходов определяется также требуемым качеством готовой продукции и возможностью его подачи в конкретную печь. Их выбор ограничивается: физическими и химическими свойствами, которые не отвечают физическим, химическим или специфическим особенностям процесса.
Горючие отходы должны быть доступны в достаточных количествах. Такое топливо не готовят на известковом заводе. Обычно различные виды горючих отходов или отходов с особенно высокой теплотворной способностью готовят на специальных установках таким образом, чтобы их можно было без дополнительной обработки сжечь в известеобжигательной печи. Исключение относится к фильтруемости жидкого топлива, это обусловлено необходимостью предотвращения засорения клапанов и горелок крупными кусками.
Разделения топлива на природное и отходы требует также обеспечение необходимого качества продукции и специфических требований местных условий. По этой причине для производства извести подходит лишь ограниченное число горючих отходов.
Эти горючие отходы обеспечивают лишь 4 % энергопотребления европейской известковой промышленности. В действительности в 2005 г. использование отходов в качестве топлива и/или сырьевых материалов осуществлялось лишь в семи странах, к которым относятся Чешская республика, Дания, Финляндия, Франция, Германия, Швеция и Великобритания.
Производительность оборудования для производства извести 70 000 т/год.
Технологический процесс состоит из следующих переходов:1) подача, подготовка сырья; 2) сушка мела; 3) обжиг мела; 4) охлаждение извести; 5) подача на склад готовой извести.
Мел (известняк), фракции 0-300 мм, с карьера автосамосвалами (или другими видами транспорта) привозится на крытый склад и вываливается в запасник сырья. Из запасника мел подается в приемный бункер питателя пластинчатого. Карьерный мел пластинчатым питателем направляется в щековую дробилку.
Дробленный мел, фракции 0-50 мм ленточным конвейером транспортируется на грохот инерционный на котором рассеивается на три фракции 5-20 мм, 20-40 мм, и менее 5 мм.
Фракции 5-20 мм и 20-40 мм раздельно подаются в два промежуточных бункера, откуда при помощи транспортирующего оборудования подаются в подогреватели сырья, где подогреваются и через переходные камеры попадают на обжиг во вращающиеся печи. Фракция менее 5 мм не пригодна для обжига во вращающейся печи и поэтому идет в бункер отходов.
Обжиг извести осуществляется в короткой печи, оснащенной запечным подогревателем. После обжига известь поступает на охлаждение в барабанный холодильник, а затем транспортирующим оборудованием на склад готовой продукции.
Осажденная пыль из камер печи и холодильника, а также из сборников систем пылегазоочистки, при помощи конвейеров винтовых подается на конвейер готового материала.
Отгрузка готовой продукции предусмотрена на автомобильный и железнодорожный транспорт (см. рис 3).
Обжиг гидравлической извести может производиться в тех же печах, что и обжиг воздушной извести. Главным образом применяются шахтные печи, снабженные полугазовыми топками или топками полного сгорания. Расход условного топлива на обжиг гидравлической извести несколько меньший, чем при обжиге воздушной, и составляет 12 - 14% от массы обожженной извести. Гидравлическую известь в зависимости от вида сырья обжигают при температурах от 900 до 1100 °С, а иногда и при 1200 °С. При этом в сырье происходит ряд химических превращений. В первую очередь обезвоживаются глинистые минералы и разлагаются карбонаты магния и кальция: СаО, СаСО3 и частично MgO вступают в твердофазные реакции с кислотными оксидами (SiO2 и дегидратированной глиной).
В процессе обжига чистых карбонатных пород происходит процесс теплового разложения карбонатов кальция СаСОз и магния MgCO3 с поглощением тепла по уравнениям:
Карбонаты разлагаются на окислы кальция СаО и магния MgO (известь) и углекислый газ СО2, который улетучивается.
На скорость разложения карбонатов решающее влияние оказывает температура. Разложение СаСО3 начинается при 600°С, но реакция не идет до конца и протекает медленно. Полное разложение СаСОз происходит примерно при температуре 900° С. Разложение MgCO3 начинается при температуре 400° С, полное разложение происходит начиная с 710° С.
Скорость реакции разложения карбонатов кальция и магния растет с уменьшением давления газа СО2, однако колебании концентрации СО2 в печных газах (25 - 40%) не оказывают существенного влияния на ведение обжига.
Разложение СаСО3 в куске и основное количество тепла диссоциации (разложения) сосредоточено на некоторой границе (поверхности), величина и положение которой непрерывно меняются. Граница между наружным обожженным слоем и внутренним необожженным называется зоной диссоциации. Эта граница хорошо видна на изломе куска извести с недожогом.
При повышении температуры обжига выше 900°С скорость разложения известняка резко возрастает. Так, если скорость продвижения зоны диссоциации при температуре 950°С принять за единицу, то при температуре 1050° С она увеличится в 1,8 раза, а при 1150° С - в 4 раза. Отсюда следует, что температура обжига является основным фактором в увеличении производительности печи.
Повышение плотности природных карбонатов кальция требует увеличения температуры их разложения, поэтому температура обжига мраморов и известняков высокой плотности должна быть на 50 - 80°С выше температуры обжига рыхлого и мелового сырья.
По мере того как кусок известняка обжигается, увеличивается толщина слоя извести на его поверхности. Вследствие высокой пористости коэффициент теплопроводности СаО в 3 раза ниже, чем известняка, что уменьшает подвод тепла к границе диссоциации. Таким образом, время полного разложения куска известняка зависит не только от температуры обжига, но и от его линейного размера.
На время разложения оказывает влияние форма кусков известняка. Время полного разложения куска известняка неправильной округлой формы в 1,5 - 2 раза меньше времени обжига равного ему по объему куска в виде плиты.
Продолжительность полного разложения кусков известняка различного размера при данной температуре пропорциональна квадрату линейного размера куска. Поэтому для получения равномерно (одинаково) обожженной извести необходимо, чтобы исходное сырье имело близкие по размеру куски.
При нагревании кальциевого известняка до температуры разложения образуется СаО, обладающая максимальной скоростью соединения с водой, т. е. минимальным временем гашения. При дальнейшем прокаливании образовавшейся окиси кальция происходит спекание материала, выражающееся в срастании мелких кристаллических зерен СаО в крупное многокристаллическое тело.
С увеличением температуры и времени прокаливания происходит рост кристаллов, называемый процессом рекристаллизации. Процесс рекристаллизации сопровождается повышением плотности и прочности извести и замедлением скорости ее гашения.
Прокаливание чистой СаО в интервале температур 950 - 1350°С приводит к росту ее кристаллов до размера 5 - 10 мк и увеличению в 2 - 3 раза времени гидратации, но не сказывается на количестве активной СаО. При прокаливании чистого известняка (с содержанием примесей менее 2%) в течение 1 ч в температурном интервале 1350 - 1400° С происходит образование перекристаллизованной (пережженной) извести (кристаллы СаО более 10 мк) в пределах 9 - 20%. Поэтому обжиг в печах на газообразном или жидком топливе чистых кальциевых известняков при температуре до 1300°С не приводит к появлению пережженной извести, а сопровождается получением активной извести со сроками гашения до 20 мин. При обжиге также сопровождается изменение плотности минералов (см. рис. 2).
Рис. 2. Изменение плотности минералов при изменении температуры обжига
Природные карбонаты кальция обычно содержат определенное количество MgCO3 и примесей. Примеси входят также в зольную часть топлива. Наиболее распространены примеси в виде кремнезема (SiО2), полуторных окислов (Fe2O3, AI2O3) и сульфата кальция (CaSO4). Влияние МgСО3 на свойства извести состоит в следующем. Разложение доломитизированного известняка идет в две стадии: вначале разлагается MgCO3, а затем при более высокой температуре СаСО3. Образовавшаяся при 700 - 750°С окись магния при дальнейшем нагревании спекается и рекристаллизуется, теряя при этом в значительной степени способность к гидратации. Чем выше температура обжига, тем больше времени затрачивается на гидратацию прокаленного MgO. Полученная длительным обжигом (в шахтной печи ) при температуре 1100 - 1300°С MgO в обычных условиях гидратирует полностью только через несколько дней и даже недель, поэтому происходит разрушение конструкций из-за увеличения в объеме MgO.
Содержание кремнезема (SiO2) в чистых известняках обычно не превышает 2%, но в мергелистых достигает 5 - 15%. SiО2 взаимодействует с СаО в твердом состоянии уже при 700 – 800° С образуя силикаты кальция ( в основном двухкальциевый силикат — 2CaO·SiO2, или белит), которые представляют собой тугоплавкие соединения и при 1300 - 1400° С не образуют плава. Полученные в процессе обжига силикаты кальция снижают количество активной СаО в извести, так как она находится в них в связанном виде.
Взаимодействие СаО с Fe2O3 и А12Оз происходит при температуре 900 - 1200°С с образованием новых соединений - ферритов и алюминатов кальция (СаО·Fе2Оз; 2CaO·Fe2O3; СаО·А12О3), обладающих низкой вязкостью и низкой температурой плавления ( так называемой жидкой фазы). Жидкая фаза обволакивает зерна СаО, образуя медленногасящуюся (гидравлическую) известь.
Присутствие в извести CaSO4 способствует понижению температуры образования жидкой фазы и значительно замедляет процесс гидратации извести. Следовательно, окись кальция в извести может находиться в свободном и связанном состоянии.
Связанной окисью кальция называется СаО, вступившая во взаимодействие с примесями с образованием новых химических соединений (силикатов и алюмоферритов кальция). Эта часть воздушной извести представляет собой безвозвратные потери окиси кальция, тогда как для гидравлической извести силикаты кальция (белит) являются необходимыми минералами.
Свободной СаО называется окись кальция, находящаяся в виде кристаллов СаО.
Таким образом, к свободным окислам СаО и MgO относятся активные СаО и MgO, ошлакованные и оплавленные частицы активной СаО и перекристаллизованные окислы СаО и МgO.
Под «недожогом» извести понимают неразложившуюся часть известняка, которая находится в куске под слоем хорошо обожженной извести. «Недожог» легко обнаружить, взяв в руки куски извести, так как куски с «недожогом» тяжелее полностью обожженных. Расколов такой кусок, можно увидеть ядро серого цвета, состоящее из неразложившегося СаСО3.
«Недожог» в извести снижает ее качество за счет уменьшения содержания СаО. Причиной появления «недожога» извести являются нарушения технологии процесса обжига.
Под «пережогом» извести понимают ту ее часть, которая в естественных условиях не взаимодействует с водой в принятые сроки гашения. К «пережогу» относятся рекристаллизованные окислы СаО и MgO, а также ошлакованные и оплавленные частицы активной окиси кальция. «Пережог» извести внешне представляет собой ошлакованные и оплавленные утяжеленные куски извести темноватого цвета, имеющие плотную структуру.
Вредное влияние «пережога» извести состоит в том, что он попадает в отходы при гашении (чистая потеря извести), гасится в силикатных изделиях (при автоклавной обработке), в кладке или штукатурке, вызывая их разрушение. Снижение количества «пережога» в комовой кальциевой извести (за счет ошлакованных и оплавленных частиц активной СаО) можно получить при ее тонком измельчении.
Причиной появления «пережога» извести является нарушение требований, предъявляемых к сырью (превышение содержания в нем МgСО3 и глинистых примесей), топливу (повышенная зольность) и режиму обжига (резко завышенная температура обжига, перерасход топлива и т. п.).
Основными факторами, воздействующими на окружающую среду при производстве извести, являются загрязнение атмосферы и использование энергии. Процесс обжига извести является главным источником выбросов и основным потребителем энергии. Вторичные процессы гашения извести и измельчения могут быть также значимыми. В зависимости от специфики производственного процесса известковые заводы дают выбросы ввоздух, в воду и в почву (как отходы). Дополнительно на окружающую среду воздействуют шум и неприятные запахи. Основным загрязнителем воздуха является пыль, оксидыазота, диоксид серы и оксид углерода. Количество выбросов полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов, углерода органических соединений, металлов, хлорида и фторид водорода зависит от используемых сырьевых материалов и топлива.
Минимальное потребление и устойчивое использование известняка в результате обеспечения максимальной производительности печи, оптимизации добычи камня (при буро-взрывных работах) и технологического процесса и в конечном счете получения товарной извести. Этого можно достичь использую оптимальную технологию обжига, позволяющую применять сырьевой камень с широкой гранулометрией, т.е. в шахтной печи с парал-лельным потоком материала и вращающихся печей.
В большинстве случаев новые печи заменяют старые, но некоторые действующие печи для снижения расхода топлива необходимо модифицировать. При этом в зависимости от особенностей конструкции ,финансовых затрат и поставленных задач может проводится модифицирование как второстепенных деталей ,так и основных элементов конструкции печи.
Оптимизация системы автоматического управления процессом, используемой на боль-шинстве стадий технологического процесса производства извести. Поддержание близки-ми к оптимальным значений параметров, контролирующих работу печи, способствует снижению всех расходных показателей процесса обжига извести и выбросов. Это среди прочего снижает количество остановок и нарушений режима работы печи. Системы ме-неджмента могут действовать таким образом, чтобы обеспечить хорошие условия экс-плуатации и мониторинг их соблюдения.
Известковое производство является энергоемким производством. В зависимости от химического состава топлива и типа используемой печи выбор соответствующего топлива или топливной смеси может способствовать снижению выбросов и повысить эффективность его сжигания. За исключением шахтных пересыпных все печи другой конструкции могут использовать все виды топлива. Некоторые из них в процессе обжига извести используют лишь одно топливо, но большинство печей работает на топливной смеси.
Для того, чтобы изначально снизить неорганизованные выбросы пыли из расположенных на открытом воздухе хранилищ сыпучих материалов, штабелей и прочих источников пы-лящих сырьевых материалов или топлива, эти источники пыли необходимо изолировать экранированием, устройством перегородок или вертикальной растительностью(с помо-щью искусственных или природных препятствий для раздувания пыли ветром).
Возможность снижения выбросов NOx обеспечивается:
1) первичными техническими решениями, ставящие целью снизить выбросы NOx и вторичными техническими решениями, направленным на разрушение NOx путем их восстановления до N2. В состав первичных технических решений в частности входят: 1)выбор топлива (ограничение содержания азота в топливе) 2) оптимизация технологического процесса (формы факела и температурного профиля в печи) 3)проектирование горелки (использование горелок, образующих пониженное количе-ство NOx) 4)ступенчатая подача воздуха.