Получение извести

30-05-2017, 15:32

Сырье. Известь (СаО) и сатурационный газ получают непосредственно на сахарном заводе, обжигая известняковый камень (СаСОз) в вертикальных известково-газовых печах.
Печь работает непрерывно. Известняковый камень и топливо подают сверху, известь отбирают снизу, а сатурационный газ — из верхней части печи. Сатурационный газ — это смесь диоксида углерода (СО2, 30—36%), азота (N2, 60%), оксида углерода (СО, 0,5—4,0%), кислорода (02, до 0,5%). Основным сырьем для получения извести и сатурационного газа являются известняковый камень и топливо.
Известняковый камень (известняк) представляет собой осадочную горную породу, образовавшуюся в результате осаждения раковин и скелетов простейших морских животных. Известняк имеет крупнокристаллическое строение, отличается большой плотностью и прочностью на сжатие, малой пористостью, почти не впитывает влагу и при обжиге незначительно изменяется в объеме. Плотность известняка 2,4—2,9 т/м3.
Используемый иногда мел характеризуется мелкокристаллическим строением, высокой пористостью и низкой твердостью, плотность его 1,6—2,0 т/м3, прочность на сжатие небольшая.
Содержание влаги в известняке не нормируется, а для мела не должно превышать 15 %.
Качество известняка определяется по внешнему виду, прочности, размеру кусков и химическому составу. Он не должен содержать заметных на глаз посторонних включений (глины, песка, иных горных пород), цвет снежно-белый со слабым сероватым и желтоватым оттенками.
Согласно техническим условиям состав известнякового камня (в % к массе сухих веществ) должен быть следующим:
Получение извести

Известняк поставляют дробленым и рассортированным на фракции с размерами кусков (в мм): 40—80. 80—120, 80—180, 80—200, 120—200.
Для обжига известняка чаще всего применяется твердое топливо: кокс или антрацит марок АО и АК, иногда — природный газ или мазут. Кокс легче антрацита, содержит мало летучих веществ. Потери тепла с летучими веществами у него в 5 раз меньше, чем у антрацита, а содержание СО2 в печном газе получается более высоким. Но стоимость кокса значительно выше, чем антрацита.
Перед употреблением топливо сортируют: куски кокса размером меньше 25 мм, а антрацита меньше 40 мм отсеивают, размером более 80 мм дробят.
Смесь известняка и твердого топлива в массовом соотношении (8/10):1 называют шихтой.
Обжиг известняка. На сахарных заводах мощностью 3 и 6 тыс. т переработки свеклы в сутки обжиг известняка проводят в печах производительностью 100 т печной извести в сутки. Печь представляет собой вертикальную цилиндрическую шахту 3 (с внутренним диаметром 3,4 м и полезной высотой 16 м) с небольшим сужением 2 внизу для лучшего распределения воздуха.
В качестве загрузочно-распределительного устройства применяется поворотный лоток. Роль выгрузочного устройства выполняет квадратный качающийся стол 1 в виде двухскатной решетки. Стены шахты выложены кирпичом: внутреннее кольцо— огнеупорным, наружное шамотным легковесным. Зазор между кольцами (25 мм) заполняется молотым трепелом (изоляционным порошком). Печь заключена в стальной кожух. Зазор между кожухом и кирпичном кладкой (60 мм) также заполнен молотым трепелом. Прослойки из трепела дают возможность кладке расширяться при нагревании и являются теплоизолирующими. Печь монтируется на фундаменте.
Загрузка шихты производится по показателям уровнемера. В средней части печи (в зоне обжига) имеются несколько рядов смотровых окон и датчики температуры.
Печной газ отбирается газовым насосом через специальный короб, установленный на 1,5 м ниже уровня засыпки шихты.
В результате непрерывного отбора газа в верхней части печи создается разрежение.
Перед пуском в нижнюю часть печи вручную загружают куски известняка одинаковой величины до уровня нижних смотровых окон, затем укладывают слой дров, на них — слой известняка без топлива и три слоя известняка с коксом. Шихту укладывают так, чтобы куски кокса не соприкасались со стенками печи. На верхнем слое известняка выкладывают клетку из сухих дров, смоченных мазутом, все смотровые окна, кроме нижнего ряда, закрывают, открывают вытяжную трубу и поджигают верхний слой дров. Когда дрова вверху разгорятся, поджигают дрова, уложенные на уровне нижних окон.
Во избежание спекания шихты с облицовкой из печи через 10—12 ч выгружают немного извести и добавляют шихту. Затем через каждые 3—4 ч часть извести выгружают до тех пор, пока в печи не установятся нормальные условия горения (примерно через 24 ч со времени пуска). После этого закрывают естественную тягу, включают газовый компрессор для отсоса печного газа и начинают непрерывный отбор извести через выгрузочное устройство 1 и загрузку шихты в печь через бункер 5. Между загрузками шихты печь закрыта конусным затвором 4.
Шихту поднимают в бункер скиповым подъемником и загружают через каждые 30 мин. Длительность цикла от открытия конусного затвора до полного закрытия составляет 7—8 с, в результате чего потери печного газа во время загрузки шихты незначительны.
Цикл обжига известняка 24 ч. Удельный съем печной извести составляет 9—11 т СаО с 1 м2 в сутки, или около 0,65 т СаО с 1 м3 печи.
Известково-газовая печь по вертикали делится на три зоны: подсушки, подогрева шихты и выделения летучих веществ; обжига известняка; охлаждения извести. В зоне подсушки и подогрева шихта подсушивается и нагревается теплом печных газов до 850—900 °С, а уходящий сатурационный газ охлаждается до 150—200 °С. В зоне обжига СаСО3 разлагается на СаО и СО2 с поглощением тепла извне. Температура известняка в конце зоны обжига достигает 1200 °С, а затем начинает снижаться, отдавая в зоне охлаждения тепло поступающему снизу воздуху. В зоне охлаждения известь охлаждается до 200 °С, а воздух нагревается до 600—700 °С.
Нижняя граница зоны обжига не совпадает с границей зоны горения топлива, которая располагается немного ниже. Объясняется это тем, что в зоне охлаждения воздух нагревается только до 600—700 °С, выше (в промежутке между нижними границами зон горения топлива и обжига) температура увеличивается до 1200—1250 °С за счет горящего топлива. Это способствует интенсивному разложению карбоната кальция. В зоне обжига теплота газов расходуется на разложение СаСО3 более интенсивно, чем поступает от сгоревшего топлива, поэтому температура газов здесь снижается. В интервале между нижней границей зон горения и обжига большая часть тепла расходуется на нагревание воздуха, а температура извести начинает снижаться.
Если известь и диоксид углерода не выводятся, а остаются в замкнутой системе, то в ней устанавливается химическое равновесие. Равновесие парциального давления образовавшегося диоксида углерода называется давлением диссоциации карбоната кальция. Оно зависит от температуры.

Чтобы нарушить установившееся равновесие и вызвать образование нового количества СаО, нужно или повысить температуру, или удалить часть образовавшегося газа, уменьшив тем самым его парциальное давление. Последний способ используется в производстве для разложения карбоната кальция. т. е. из печи непрерывно отбирается газ. Интенсивный отбор СО2 из системы дает возможность вести разложение карбонатa кальция при температуре 1200—1250 °С. При большей температуре оксиды железа и алюминия образуют с кремнеземом (SiО2), содержащимся в известняке, силикаты и алюминаты кальция и натрия, которые, спекаясь, обволакивают частицы СаО и не дают им возможности реагировать с водой при получении известкового молока. Образуется так называемый перепал, обусловливающий безвозвратные потери извести.
Карбонат кальция в известняке при обжиге разлагается от поверхности вглубь куска. Чем больше куски известняка, тем большее время требуется для полного разложения. Поэтому известняковый камень, после дробления, сортируют по размеру на фракции и фракции обжигают раздельно.
На производство печной извести расходуется 7—8 % известнякового камня и 0,5—0,7 % условного топлива к массе свеклы.
Удовлетворительная по качеству печная известь примерно на 85 % состоит из свободной и на 15 % из связанной извести. В свою очередь свободная известь обусловлена суммой активной извести (реагирующей с водой в обычных условиях гашения) и неактивной извести (реагирующей с водой только после тонкого помола ее).
Связанная известь — это та часть оксида кальция, которая в процессе обжига известняка вступила во взаимодействие с его примесями и образовала новые химические соединения, не реагирующие с водой.