Вапняк.

Вапняк – осадова порода, складена переважно карбонатом кальцію – кальцитом. Завдяки широкому поширенню, легкості обробки і хімічними властивостями вапняк видобувається і використовується більшою мірою, ніж інші породи, поступаючись тільки піщано-гравійних відкладів. Вапняки бувають різних кольорів, включаючи чорний, але найчастіше зустрічаються породи білого, сірого кольору або мають коричневий відтінок. Об'ємна щільність 2,2–2,7. Це м'яка порода, легко царапающаяся лезом ножа.

Дивлячись на історію, можна сміливо сказати, що вироби з вапняку почали застосовуватися на Русі ще в 12-му столітті. У той час його використовували, в основному, при будівництві храмів. Надалі білий камінь( вапняк) стали використовувати як в будівництві, так і в дизайнерському оформленні інтер'єру. Сам вапняк є довговічним, міцним декоративним натуральним каменем, мають однорідну екологічно чисту структуру. Після закінчення часу, вапняк зберігає свої, дані йому природою, властивості і зовнішній вигляд, зрідка купуючи наліт античності. Вироби з вапняку, виконані досвідченими фахівцями, виглядають як твори мистецтва, що підкреслюють витонченість і затишок одночасно. Приміщення, оформлене вапняком, виглядає престижно і неповторно.

Застосування вапняку

Вироби з вапняку застосовуються:

-для будівництва будівель;
-для екстер'єру будівель - як зовнішніх сходів, цоколів, при оформленні фасадів;
-в інтер'єрі приміщень: дверні прорізи, стіни, каміни, підлоги, ванні кімнати;
-при ландшафтному дизайні;
-для таких профільних виробів як сходи, колони, портали камінів, лиштви та ін
-для виготовлення стільниць, підвіконь, тумб, барних стійок і т. д.

Різноманітність колірної гами від білого до червоного дозволить створити вироби з вапняку, які найкращим чином підкреслять індивідуальність будинку і дизайнерський смак.

Вапняк надає можливість створювати рівні і гладкі площині для подальшої роботи над ним і створення ексклюзивних поверхонь і форм.

При будівництві будівель можна використовувати не тільки звичайні бетонні плити або цеглу, але і блоки з вапняку. Випиляні з гірського масиву механічним способом прямокутні блоки білого кольору ідеально підійдуть при монтажі споруд. Також блоки з вапняку використовують і для виготовлення плит з вапняку, які застосовують в якості облицювання при внутрішній або зовнішній обробці будинків, при спорудженні внутрішніх стін будинку. Такі блоки і плити з нього володіють високою міцністю і низьким відсотком водопоглинання, до того ж виконуються за різними розмірами, що дуже зручно при індивідуальному будівництві. Від природи маючи антиалергенні та антисептичні властивості, вапняк є екологічно чистим матеріалом, що ідеально сумісний з людиною.

Вироби з вапняку застосовуються для облицювання будівель, огорож та цоколів. На відміну від штучного каменю вапняк не втрачає з часом, при впливі зовнішніх факторів, свій декоративний вигляд, зберігаючи красу і форму. Різні ажурні орнаменти і рельєфи додадуть будовою неповторний вигляд. Маючи високу популярність, особливо останнім часом, білий камінь дає можливість показати красу декоративного облицювання при правильному виборі малюнка і кольору. До того ж він володіє такими унікальними якостями, як морозостійкість, естетичність і низька теплопровідність. Зроблені з вапняку, або облицьовані ним, будівлі виглядають виразно і велично.

Використовуються вироби з вапняку в ландшафтному проектуванні в якості оформлення садів, площадок і доріжок. Як найбільш простий у догляді, довговічний і естетичний, вапняк також застосовується при будівництві барбекю, арок і альпійських гірок, які будуть ідеально виглядати на прилеглій до будинку території.

Витончені форми пілястр і карнизів, колишні колись невід'ємною частиною архітектури знову повертаються в наше життя. Виконані з натурального каменю та за індивідуальними ескізами, вони підкреслять неповторність і вишуканість заміського будинку або міського будови.

Балясини, виконані з вапняку, в якості прикраси балконів або сходових перил, завдяки своїй декоративності, будуть ідеально підкреслювати інтер'єр будинку. Внаслідок високої пластичності вапняку, можна виготовляти балясини різної форми, прикрашені різьбленням, за бажанням дизайнера або скульптора.

Колони з вапняку, є частиною архітектурно - художньої композиції будинку, підкреслять стиль і дизайнерський смак господарів. Як легко оброблюваний природний камінь, вапняк дозволяє висікати найтонші і прекрасні деталі і елементи на своїй поверхні, зберігаючи при цьому міцність і довговічність. А краса і чарівність готових форм нікого не залишать байдужим.

Також, завдяки своїм екологічними властивостями, вироби з вапняку застосовуються при внутрішній обробці і в якості елементів декору і меблів.

Сходи повинні відрізнятися особливою зносостійкістю і міцністю. Це можна забезпечити за допомогою вапняку, який до того ж додасть їм благородний зовнішній вигляд. Теж відноситься і до подступенникам. Таке архітектурне будову, разом з балясинами з вапняку, буде нагадувати про античних палацах і середньовічних замках.

Різноманітність забарвлення вапняку дозволяє зробити облицювання камінів на будь-який смак замовника і відповідно до спільним проектом приміщення. А його податливість обробці надає простір для фантазії дизайнера, яка підкреслить витонченість і красу каміна.

Мозаїка, як вид стародавнього образотворчого мистецтва, з самого початку виконувалася з каменю. І зараз багато хто воліють прикрашати нею стіни, підлогу або стелю, використовуючи натуральний камінь. Відмінність кольору вапняку дозволяє робити величезні композиції мозаїки, яка довго буде прикрашати інтер'єр, підкреслюючи його індивідуальність.

Плінтус – це профільована рейка, яку використовують в самому кінці обробки приміщення. Якщо вона буде зроблена з вапняку, як підлогу або стіни, це додасть будинку якусь монументальність і цілісність, а виглядати приміщення буде ефективніше і шляхетніше, ніж з плінтусом з дерева або пластику.

Підвіконня – незмінна частина будь-якого приміщення, що привертає до себе увагу. Такий виріб з вапняку є вологостійким і приємним на дотик, при цьому він буде ідеально виглядати на фоні такої ж стільниці, що відрізняється особливою міцністю, що становитиме загальний ансамбль в інтер'єрі. Прикрасою будь-якого приміщення можуть стати столи з вапняку, виконані не тільки в стандартній формі, але і ажурними.

Барна стійка з білого каменю, виконана за ексклюзивним проектом, буде зручною і довговічною, як вдома, так і кафе або ресторані. Виглядаючи стильно, вона буде ще і екологічно безпечною. За такою стійкою не соромно буде посидіти з друзями або рідними.

Різні вази, статуї і статуетки, бюсти та скульптури та інші предмети є художніми творами. Виконані з натурального каменю, такі вироби наповнять будинок затишком, прикрасивши балкони, внутрішні приміщення, альтанки або садово-паркову зону.

Різноманітні тумби, бутылочницы, журнальні столики, художні панно або ресепшн - стійки, виконані з вапняку, в сукупності з іншими виробами з білого каменю, являють собою закінченість композиції внутрішнього простору приміщень та підкреслюють дизайнерський стиль.

Також вапняк, будучи високоякісним матеріалом, використовується при реставрації старовинних пам'яток архітектури і унікальних споруд давніх років.

Завдяки своїм природним властивостям, вапняк, на відміну від інших каменів, з роками стає міцнішою, що підтверджується історичними фактами. Він прекрасно гармоніює з іншими будівельними матеріалами та підтримує мікроклімат в приміщенні, добре пропускають повітря. Застосовують вапняк також при очищенні води і для захисту різних дерев і чагарників від комах.

 

Перераховані підприємства є на сьогоднішній день основними виробниками будівельного вапна гідратного (пушонки) для вітчизняного ринку.

Вапно одержують шляхом випалу вапняків у спеціальних обертових або шахтних печах. Залежно від складу сировини вона буває кальцієва, магнезіальних і доломітове першого, другого і третього сортів. Після випалу при температурі 1100...1200° до повного видалення вуглекислого газу відбувається розкладання вуглекислого кальцію з виділенням вуглекислого газу і утворенням окису кальцію, або так званої вапна-кипілки, у вигляді шматків різного розміру (комового вапна). Комове вапно поділяється на бистрогасящуюся з початком гасіння не більше 8 хв., среднегасящуюся — не більше 25 хв. і медленногасящуюся (більше 25 хв.). Для отримання вапняного тіста комовую вапно гасять. При правильному гасінні виходить високоякісне вапняне тісто у великій кількості. Комовую вапно зберігають у сухому сараї на дощатій підлозі або в ящиках на відстані 50 см від землі. У сирих місцях, поступово вбираючи вологу, вапно гаситься, перетворюючись в пушенку (тонкий порошок), яка потім гаситься. Виходить тісто. Найкраще вапно відразу погасити в тісто. При хороших умовах її можна зберігати протягом довгих років. В'яжучі властивості її в результаті правильного зберігання поліпшуються. Для отримання розчину вапняне тісто змішують з піском в певних пропорціях і використовують для кладки фундаментів під печі, головки труб (вище даху), а також корінні труби висотою до двох поверхів. Крім того, вапняні розчини застосовують при оштукатурюванні печей і стін будинків.

Будівельної повітряної вапном називається продукт, одержуваний з вапняних і вапняно-магнезіальних карбонатних порід випалюванням їх до можливо повного видалення вуглекислоти і складається переважно з оксиду кальцію.

Вміст домішок глини та кварцового піску в карбонатних породах не повинна перевищувати 6-8%. При більшій кількості цих домішок у результаті випалу отримують гідравлічну вапно. Повітряна вапно належить до класу повітряних в'яжучих: при звичайних температурах і без добавок вона твердне лише в повітряному середовищі. Розрізняють наступні види повітряного вапна:

• вапно негашене грудкове;

• вапно негашене мелене;

• вапно гідратне (пушонку);

• вапняне тісто.

 

Магнезія MgO міститься звичайно в карбонатних породах в широких межах – від 0,5-3 до 10-20% і більше. Будучи присутнім у вапна в кількості до 5-8%, вона відносно мало впливає на властивості продукту. При підвищеному вмісті магнезії вапно набуває слабкі гідравлічні властивості.

Залежно від вмісту оксиду магнію розрізняють наступні види повітряного вапна:

• кальцієву – MgO не більше 5%,

• магнезіальну – MgO від 5 до 20%

• доломітове – MgO від 20 до 40%.

 

Якість повітряного вапна оцінюються за різними показниками, основними з яких є вміст у ній вільних оксидів кальцію і магнію. Чим вище їх зміст, тим вище якість вапна.

Вапно, призначена для виробництва автоклавних виробів, не повинна містити більше 5% оксиду магнію. Активність високоякісних сортів маломагнезиальных известей досягає 93-97%.

Негашене комове і мелене вапно оцінюється також за змістом в них вуглекислоти і втрат при прожарюванні при 950-1000ºС протягом 30 хвилин.

Важливим показником будівельних властивостей повітряної вапна є вихід тіста. Він визначається кількістю вапняного тіста, одержуваного при гасінні 1кг вапна. Чим вище вихід тіста, тим воно пластичніше і тим більше його пескоемкость. Високоякісні сорти вапна при правильному гасінні характеризуються виходом тесту в 2,5-3,5 л і більше. Такі вапна називаються жирними. Вапно з меншим виходом тесту вважають худою.

До меленої негашеного вапна пред'являються вимоги не тільки по сумарному вмісту вільних оксидів кальцію і магнію, але і по тонкощі подрібнення.

Основним показником гідратного вапна, а також вапняного тіста є вміст активних оксидів кальцію і магнію.

За цією ознакою ці види вапна ділять на два сорти:

• 1-го сорту – 67%

• 2-го сорту – 60%

(%-мінімально допустимий вміст активних СаО і MgO ).

У мелене негашене вапно, а також у гідратне вапно допускається вводити тонкоподрібнені мінеральні добавки в такій кількості, щоб вміст СаО+ MgO в кальцієвої негашеного вапна 1-го сорту не менше 65%, а 2-го сорту – 55%.

При введенні тих же добавок в гідратне вапно активність повинна бути не менше 50% (1-й сорт) і 40% (2-й сорт).

Вологість гідратного вапна не повинна бути більше 5%.

Повітряна вапно 1-го сорту без добавок з Державним Знаком якості повинна відповідати додатковим вимогам, зокрема коефіцієнт варіації за вмістом активних СаО і MgO не повинен бути більше 3%. Зміст активних СаО і MgO в гідратного вапна повинно бути не менше 70%, а вологість повинна бути не більше 4%.

 

Вихідні матеріали

Вихідними матеріалами для виробництва повітряної вапна є багато різновидів вапняно-магнезіальних карбонатних порід. Всі вони відносяться до осадових порід. До складу вапняків входять вуглекислий кальцій СаСО3 і невелика кількість різних домішок.

Карбонат кальцію складається з 56% СаО та 44% СО2. Він зустрічається у вигляді двох мінералів – кальциту і аргонита.

Кальцит, або вапняковий шпат, кристалізується в гексагональної системи. Його кристали мають форму ромбоэдров. Істинна щільність кальциту 2,6-2,8 г/см3; твердість за десятибальною шкалою – 3. Кальцит добре розчиняється при звичайній температурі в слабкій соляній кислоті з виділенням вуглекислого газу.

Арагоніт – менш поширений мінерал, кристалізується в ромбічної системі. Його істинна щільність 2,9-3г/см3, твердість – 3,5-4. При нагріванні до 300-400 о с арагоніт перетворюється в кальцинит, розсипаючись на порох.

Чисті вапняно-магнезіальні породи – білого кольору, однак вони часто бувають забарвлені домішками оксидів заліза і углистыми домішками. Кількість і вид домішок до карбонатним породам, розміри частин домішок, а також рівномірність розподілу їх в основній масі більшою мірою відображаються на технології виробництва вапна, виборі печей для випалу, оптимальній температурі і тривалості випалу, а також на властивості одержуваного продукту. Зазвичай чисті і щільні вапняки обпалюють при 1100-1250оС. Чим більше карбонатна порода містить домішок доломіту, глини, піску, тим нижче повинна бути оптимальна температура випалу для отримання мягкообожженной вапна. Така вапно добре гаситься водою і дає тісто з високими пластичними властивостями.

Домішки гіпсу небажані. При вмісті у вапна навіть близько 0,5-1% гіпс сильно знижує пластичність вапняного тесту. Значно впливають на властивості і залізисті домішки, які вже при 1200оС і більше викликають утворення в процесі випалу легкоплавких евтектик, що сприяють інтенсивному росту великих кристалів оксиду кальцію, повільно реагують з водою при гасінні вапна і викликають явища, пов'язані з поняттям «перепал».

Фізико-механічні властивості порід також відображаються на технології вапна. Для випалу у високих шахтних печах придатні лише ті породи, які характеризуються значною механічну міцність (міцність на стиск не менше 20-30МПа). Шматки породи повинні бути однорідними, неслоистыми; вони не повинні розсипатися і розпадатися на дрібніші частини під час нагрівання, випалювання й охолодження.

Розсипатися під час випалу схильні крупнокристаллические вапняки, які складаються з кристалів кальциту розміром 1-3мм. М'які різновиди вапняно-магнезіальних порід слід обпалювати в печах, в яких матеріал не піддається сильній подрібненню. Вапняно-магнезіальні породи в залежності від їх хімічного складу є сировиною для виробництва не тільки повітря, але і гідравлічного вапна, а також портландцементу.

У залежності від хімічного складу карбонатні породи поділяють на сім класів: А, Б, В, Г, Д, Е, Ж (таблиця 1).

 

З сировини класів А і Б отримують відповідно жирну (пластичною) і худу маломагнезиальную вапно, з сировини класів В і Г – магнезіальну, з сировини класів Д і Е – доломітове, а із сировини класу Ж – гідравлічну вапно.

За структурою вапняки ділять на: кристалічні зернисті мармуроподібні, щільні тонкозернисті, оолітові, вапняні туфи, вапняки-черепашники, крейда, доломитизированные вапняки і доломіти.

Мармур по хімічному складу - найбільш чиста сировина. Однак у зв'язку з високими декоративними властивостями він використовується в якості оздоблювального матеріалу, і тому у виробництві вапна, за рідкісним винятком, не застосовується.

Щільні вапняки мають дрібнозернисту кристалічну структуру, зазвичай містять невелику кількість домішок і відрізняються високою міцністю. Їх найбільш широко використовують для одержання вапна.

Крейда – м'яка, пухка гірська порода, легко розсипається на дрібні шматки. Його зазвичай обпалюють лише в обертових печах, так як при випалюванні в шахтних печах він легко кришиться, що порушує процес випалу.

Вапняковий туф відрізняється ноздреватым будовою і великою пористістю. Іноді його використовують для виробництва вапна в обертових і шахтних печах (в залежності від міцності).

Вапняк-черепашник складається з раковин, зцементованих вуглекислим кальцієм. Він являє собою маломіцних гірську породу, тому рідко застосовується для виготовлення вапна.

Оолітовий вапняк – гірська порода, що складається з окремих кульок карбонату кальцію, зцементованих речовиною.

Доломитизированные вапняки і доломіти за своїми фізико-механічними властивостями схожі з щільними вапняками. Іноді доломіти залягають в природі у вигляді пухких скупчень. У доломитезированных вапняках в якості домішки присутній доломіт СаСО3 * MgCO3. Теоретично доломіт складається з 54,27% СаСО3 і 45,73% MgCO3 або 30,41% СаО, 21,87% MgO і 47,72% СО2. Істинна щільність доломіту 2,85-2,95 г/см3. доломітові породи майже націло складаються мінералом доломітом з тим чи іншим змістом глинистих, піщаних, залізистих і тому подібних домішок.

Середня щільність вапняків становить 2400-2800 кг/м3, крейди – 1400-2400 кг/м3.

Вологість вапняків коливається в межах 3-10%, а крейди – 15-25%.

Сировиною для виробництва повітряної вапна можуть служити не тільки спеціально видобуваються для цієї мети карбонатні породи, але і відходи при видобутку вапняків для потреб металургійної, хімічної, будівельної та інших галузей промисловості. Для цієї мети у ряді випадків використовують побічні продукти у вигляді дисперсного карбонату кальцію або гідроксиду кальцію (карбонатні відходи цукрового і содового виробництва, гідратне вапно від виробництва ацетилену та ін).

 

Негашене вапно (технічна)

Вапно негашене комове являє собою суміш шматочків різної величини. За хімічним складом вона майже повністю складається з вільних оксидів кальцію і магнію з переважним вмістом СаО. У невеликій кількості в ній можуть бути присутніми неразложившийся карбонат кальцію, а також силікати, алюмінати і ферити кальцію і магнію, що утворилися під час випалу при взаємодії глини і кварцового піску з оксидами кальцію і магнію.

Виробництво негашеного комового вапна складається з наступних основних операцій: видобування та підготовки вапняку, підготовки палива і випалу вапняку.

Вапняки видобувають зазвичай відкритим способом в кар'єрах. Щільні вапняно-магнезіальні породи підривають. Для цього спочатку за допомогою верстатів ударно-обертального (при твердих породах) або обертального буріння (при породах середньої міцності) бурять свердловини діаметром 105-150мм глибиною 5-8м і більше на відстані 3,5-4,5 м одна від іншої. У них закладають належну кількість вибухової речовини в залежності від міцності породи, потужності пласта і необхідних габаритів каменю.

Спостерігається іноді неоднорідність залягання вапняків в родовищах обумовлює необхідність вибіркової розробки корисної породи. Вибіркова видобуток вапняку підвищує вартість продукту, тому при визначенні технічної та економічної доцільності розробки тих чи інших родовищ необхідні ретельні геологорозвідувальні дослідження.

Отриману масу вапняку у вигляді великих і дрібних шматків занурюють у транспортні засоби зазвичай одноковшовим екскаватором. В залежності від відстані між кар'єром і заводом вапняк доставляють на завод стрічковими конвеєрами, автосамоскидами, залізничним і водним транспортом.

Високоякісне вапно можна отримати тільки при випалюванні карбонатної породи у вигляді шматків, мало розрізняються за розмірами. Тому перед випаленням вапняк відповідним чином готують: сортують за розміром шматків і, якщо необхідно, більш великі негабаритні шматки дроблять.

У шахтних печах найбільш доцільно обпалювати вапняк роздільно по фракціях 40-80, 80-120мм в поперечнику, а в обертових печах - 5-20 та 20-40мм.

Так як розміри брил видобутої гірської породи нерідко досягають 500-800мм і більше, то виникає необхідність подрібнення їх і сортування всієї отриманої після подрібнення маси на потрібні фракції. Це здійснюється на дробильно-сортувальних установках, що працюють по відкритому або замкнутому циклу з використанням щокових, конусних дробарок та іншого типу. Дробити і сортувати вапняк доцільно безпосередньо на кар'єрі і доставляти на завод лише робочі фракції.

Випал – основна технологічна операція у виробництві повітряної вапна. При цьому протікає ряд складних фізико-хімічних процесів, що визначають якість продукту. Мета випалу - можливо більш повне розкладання СаСО3 і MgCO3 * CaCO3 на СаО, MgO і СО2 і отримання високоякісного продукту з оптимальною мікроструктурою частинок і їх досі.

Реакція розкладання (декарбонізація) основного компонента вапняку – вуглекислого кальцію йде за схемою: СаСО3 →← СаО + СО2. Теоретично на розкладання 1 моля СаСО3 (100 г) витрачається 179 кДж або 1790 кДж на 1 кг СаСО3. В перерахунку на 1 кг одержуваного при цьому СаО витрати дорівнюють 3190 кДж.

Процес дисоціації вуглекислого кальцію – оборотна реакція. Її напрямок залежить від температури і парціального тиску вуглекислого газу СО2 в середовищі з диссоциирующимся карбонатом кальцію.

Дисоціація вуглекислого кальцію можлива лише за умови, якщо тиск дисоціації буде більше парціального тиску СО2 в навколишньому середовищі. При звичайній температурі розкладання СаСО3 неможливо, оскільки тиск дисоціації мізерно. Встановлено, що лише при 600оС в середовищі, позбавленому вуглекислого газу, починається дисоціація вуглекислого кальцію, причому вона протікає дуже повільно. При подальшому підвищенні температури дисоціація СаСО3 прискорюється.

Розкладання СаСО3 відбувається не відразу по всій масі шматка, а починається з поверхні і поступово проникає до внутрішніх його частин. Швидкість пересування зони дисоціації всередину шматка збільшується з підвищенням температури випалу.

Якість будівельної повітряної вапна залежить не тільки від вмісту в ній вільних оксидів кальцію і магнію, але і від мікроструктури продукту, яка визначається величиною і формою кристалів СаО і MgO, а також величиною пір і розподілом їх в масі речовини.

При істинної густини кальциту, основного компонента вапняку, 2,72 г/см3 1 г речовини займає абсолютний обсяг 1:2,27 = 0,36 см3. З 1 г кальциту при випалюванні утворюється 0,56 г оксиду кальцію, який при щільності 3,4 г/см3 займає обсяг 0,56:3,4 = 0,16 см3, тобто в 2,25 рази менше, ніж вихідний кальцит. Естестественно, що зменшення обсягу супроводжується зменшенням загальної пористості шматків і збільшенням їх середньої щільності.

Декарбонізація вапняків при низьких температурах (800-850оС) приводить до утворення оксиду кальцію у вигляді маси губчастої структури, складеної з розміром кристалітів близько 0,2-0,3 мкм і пронизаної найтоншими капілярами діаметром близько 8 * 10-3 мкм.

Підвищення температури випалу до 900о і особливо до 1000оС зумовлює зростання кристалів оксиду кальцію до 0,5-2 мкм і значне зменшення питомої поверхні до 4-5 м2/г, що повинно б негативно відбиватися на реакційної здатності продукту. Але одночасне виникнення великих пір в масі матеріалу створює передумови до швидкого проникнення в неї води і енергійному їх взаємодії. Найбільш енергійним характеризується взаємодією вапно, отримана випаленням вапняку при температурах близько 900оС. Випал при більш високих температурах призводить до подальшого зростання кристалів оксиду кальцію (до 3,5-10 мкм), зменшення питомої поверхні, усадки матеріалу і зниження швидкості взаємодії його з водою.

Випал при 1400оС і вище викликає збільшення середньої щільності, різке зменшення пористості і утворення кристалів оксиду кальцію та їх конгломератів значних розмірів – 10-20 мкм і більше, що зумовлює уповільнений їх взаємодія з водою, характерне для перепаленої вапна.

Деякі домішки у вапняках, особливо залізисті, сприяють швидкому зростанню кристалів оксиду кальцію і утворення «перепалу» і при температурах близько 1300оС. Це викликає необхідність обпалювати сировину з такими домішками при більш низьких температурах.

Перепал у вапна шкідливо позначається на якості виготовлених на ній розчинів і виробів. Запізніле гасіння такий вапна, протікає зазвичай у вже схватившемся розчині або бетоні, викликає механічні напруги і в ряді випадків руйнування матеріалу. Тому найкращою буде вапно, обпалена при мінімальній температурі, що забезпечує повне розкладання вуглекислого кальцію і економію палива.

Вибір температури випалу вапняку залежить і від наявності в ньому домішок вуглекислого магнію. На відміну від вуглекислого кальцію MgCO3 при нагріванні розкладається при більш низькій температурі: початок близько 400 о с і повна дисоціація при 600-650 o с. Реакційна здатність утворюється при цьому MgO, як і СаО, з підвищенням температури випалу значно зменшується. Вже при 1200-1300оС виходить намертво обпалений оксид магнію – періклаз, який практично не володіє терпкими властивостями і тільки при дуже тонкому подрібненні починає повільно взаємодіяти з водою. Досить активний оксид магнію виходить при випаленні доломітів і доломитизированных вапняків при 850-950 o с.

 

Вапняно-випалювальні печі.

Для випалу вапна застосовують печі різних типів: шахтні, обертові та ін. Використовують також установки для випалювання вапна у зваженому стані, у киплячому шарі, на спеціальних решітках і т. д.

Найбільше поширення отримали шахтні печі. Ці печі характеризуються безперервністю дії, зниженою витратою палива і електроенергії, а також простотою в експлуатації. Будівництво їх потребує відносно невеликих капіталовкладень.

Залежно від виду застосовуваного палива, способу його спалювання розрізняють шахтні печі, що працюють на короткопламенном твердому паливі, зазвичай вводиться в піч разом з обжигаемым матеріалом; так як вапняк та тверде паливо при цьому завантажують в шахту переміжними шарами, то іноді такий спосіб випалу називають пересыпным, а самі печі пересыпными; на будь-якому твердому паливі, газифікованому або спалюваному у виносних топках, що розміщуються безпосередньо у печі; на рідкому паливі; на газовому паливі, природному або штучному.

Крім того, застосовують печі, в яких вапняк обпалюється за рахунок спалювання короткопламенного палива, введеного в шахту разом з сировиною, і одночасно длиннопламенного палива, спалюваного в виносних топках.

За ступенем випалу розрізняють вапна мягкообожженные, среднеобожженные і сильнообожженные. Перші характеризуються відсутністю перепалу і швидкої гасимостью. У сильнообожженных известях може бути перепал, для них характерно уповільнене гасіння.

За характером процесів, що протікають в шахтної печі, в ній розрізняють три зони по висоті: підігріву, випалу і охолодження.

У зоні підігріву, до якої відносять верхню частину печі з температурою пічного простору не вище 850оС, матеріал підсушується і підігрівається піднімаються розжареним димовими газами. Тут також вигоряють органічні домішки. Піднімаються гази, у свою чергу, завдяки теплообміну між ними і завантаженим матеріалом охолоджуються і далі відводяться в верх печі.

Зона випалу розміщується в середній частині печі, де температура обжигаемого матеріалу змінюється від 850 до 1200оС і потім до 900оС; тут вапняк розкладається, з нього видаляється вуглекислий газ.

Зона охолодження – нижня частина печі. У цій зоні вапно охолоджується від 900 до 50-100оС надходять знизу повітрям, який далі піднімається в зону випалу.

Рух повітря і газів в шахтних печах забезпечується роботою вентиляторів, що нагнітають в піч повітря і отсасывающих з неї димові гази. Противоточного рух обжигаемого матеріалу і гарячих газів в шахтній печі дозволяє добре використовувати теплоту відхідних газів на підігрів сировини, а теплоту обпаленої матеріалу – на підігрів повітря, що йде в зону випалу. Витрата умовного палива в цих печах становить приблизно 13-16% маси обпаленої вапна, або 3800-4700 кДж на 1 кг.

У шахтних пересипних печах вапно забруднюється золою і залишками незгорілого палива. Можливо також утворення значної кількості перепалу внаслідок зіткнення розпечених шматків антрациту чи коксу з обжигаемым вапняком. Це особливо помітно при порушенні теплового режиму і черезмерном форсуванні печей за рахунок високих температур випалу.

Шахтні печі з виносними топками відрізняються від пересипних тим, що паливо в них не завантажують безпосередньо в шахту разом з вапняком, а спалюють у виносних топках, з яких розжарені продукти горіння надходять у піч і обпалюють вапняк. Виносні топки дозволяють використовувати для випалу вапна будь-які види твердого палива, у тому числі і довгополум'яне з великим вмістом летких, а також отримувати вапно, не засмічену зольными залишками, що є великою перевагою цих печей. Крім того, для них характерний підвищений витрата палива на випал вапна, досягає в печах з топками повного згоряння 25%, а в печах з полугазовыми топками 18-20% маси продукту.

Печі, що працюють на нафті, характеризуються тепловим коефіцієнтом корисної дії близько 0,65 і поступаються пересыпным печей, ККД яких досягає 0,85-0,88.

Застосовуються і газові шахтні печі, в яких теплоносій рухається поперек ходу обжигаемого матеріалу у вертикальній шахті. При цьому шахта в плані має сильно видовжене прямокутне перетин з відстанню між видовженими стінками 25-40 див. Через ці стінки на трьох-чотирьох рівнях зони випалу подається газоподібний в суміші з повітрям. При випалюванні мелкокускового вапняку (3-5 см) добовий знімання з 1 м3 корисного об'єму печі може досягати 15-20 т.

Обертові печі для випалу вапна дозволяють отримувати мягкообожженную вапно високої якості з вапняку і м'яких карбонатних порід у вигляді дрібних шматків. Обертові печі допускають можливість повної механізації і автоматизації процесу випалу. У них можна застосовувати усі види палива – пылевидное, тверде, рідке і газоподібне.

Витрата умовного палива в обертових печах значна і досягає 25-30% маси вапна, або 6700-8400 кДж на 1 кг. Недоліки обертових печей - велика витрата металу на 1 т потужності, підвищені капіталовкладення і значне споживання електроенергії.

Для випалу вапна застосовують обертові печі довжиною 30-100 м, діаметром 2-4 м, з кутом нахилу 3-4о і частотою обертання 0,5-1,2 об/хв. Питома добова продуктивність їх досягає 500-700 кг/м3 у розрахунку на повний обсяг випалювального барабана. Із збільшенням довжини печей продуктивність їх зростає, а витрата палива знижується.

Для зменшення витрати палива на випал вапна в обертових печах і для утилізації теплоти газів, що виходять з печей з температурою 750-800оС, застосовують різні способи. Зокрема, за печами ставлять нагрівачі, в які направляють призначений для випалу кусковий матеріал. Звідси з температурою 500-800оС він надходить у обертову піч, а з неї в холодильник. При такому способі роботи печі витрата теплоти на випал знижується до 4600-5030 кДж/кг вапна.

Випал вапняку в киплячому шарі за техніко-економічними показниками характеризується високим зніманням і підвищеною витратою палива – 4600-5480 кДж на 1 кг вапна. Витрата палива досягає 175 кг/т вапна (5733 кДж/кг). Випал матеріалу в умовах киплячого шару висотою до 1-1,2 м триває 10-15 хвилин. Робота цих печей легко піддається повній автоматизації.

Застосування в вапняної промисловості установок для випалу карбонатних порід в киплячому шарі дозволяє раціонально використовувати великі кількості дрібних фракцій сировини, що утворюються зазвичай на кар'єрах, а також на заводах, обладнаних шахтними і навіть обертовими печами. Недоліком цих установок є підвищена витрата палива і електроенергії.

Випал подрібненого вапняку у зваженому стані в дослідному порядку здійснюють в циклонні топки. У них тонкоподрібнені частинки карбонатної сировини захоплюються потоком розпечених газів і обпалюються. Осідає обпалене вапно з газового потоку в пылеосадительных пристроях.

Вибір типу печі для випалу вапна визначається продуктивністю заводу, фізико-механічними властивостями і хімічним складом вапняку, видом палива і необхідною якістю вапна.

 

Складування і транспортування комового вапна.

Вивантажується з печей комовую вапно транспортують на склад у вагонетках або пластинчастими або стрічковими конвеєрами із сталевою стрічкою, для якої не небезпечна підвищена температура вапна.

Комовую вапно слід зберігати тільки в механізованих складах бункерного типу або в силосах. При цьому необхідно забезпечувати належну герметизацію і аспірацію місць можливого пилоутворення з подальшим очищенням запиленого повітря. Перевозити вапно слід у спеціально обладнаних автомашинах, вагонах і т. п. При зберіганні і транспортуванні негашеного комового вапна необхідно оберігати її від зволоження, так як при цьому не тільки погіршується її якість, але може виникнути пожежа.

 

Гідратне вапно (пушонка) і вапняне тісто

Технічна негашене вапно є полупродуктом. Якщо її застосовують у гашеном вигляді, то попередньо в гідратне вапно (пушонку) або вапняне тісто.

Гідратне вапно – високодисперсний сухий порошок, одержуваний гасінням комового або меленого негашеного вапна відповідною кількістю рідкої або пароподібної води, що забезпечує перехід оксидів кальцію і магнію в їх гідрати. Гідратне вапно складається переважно з гідроксиду кальцію Са(ВІН)2, а також гідроксиду магнію Mg(OH)2 і невеликої кількості домішок (як правило, карбонату кальцію).

Вапняне тісто - продукт, одержуваний гасінням комового або меленого негашеного вапна водою в кількості, що забезпечує перехід оксидів кальцію і магнію в їх гідрати і освіта пластичної тістоподібної маси. Витримане тісто містить зазвичай 50-55% гідроксидів кальцію і магнію і 50-45% механічно і адсорбційно зв'язаної води.

Основна операція при отриманні цих видів вапна – гасіння. Воно полягає в обробці вапна водою. Зазвичай при гасінні йде мимовільний розпад шматків вапна на тонкодисперсні частинки розміром не більше 5-20 мкм. Чим дисперснее частинки гашеного вапна, тим пластичнее отримується з неї тісто і тим більш цінними будівельними властивостями воно володіє.

Висока пластичність тіста визначається вмістом в ньому найтонших фракцій гідроксиду кальцію і магнію (0,02-0,5 мкм).

У гашеного вапна повинні бути відсутніми непогашених частинки оксидів кальцію і магнію, які при подальшій гідратації в затверділих розчинах і бетонах могли б негативно впливати на їх якість. Тому при гасінні вапна необхідно прагнути до повного перекладу оксидів кальцію і магнію в їх гідрати Са(ОН)2 і Mg(OH)2 і до отримання продукту з максимальною дисперсністю частинок. Для цього необхідний вибір раціональних технологічних прийомів.

 

Гашене вапно (пушонка).

Процес гасіння являє собою взаємодію вапна з водою: СаО + Н2О →←Са(ОН)2.

При гасінні вапна виділяється значна кількість теплоти, що становить

65 кДж на 1 моль, або 1160 кДж на 1 кг оксиду кальцію. При цьому температура гасящейся вапна може досягати таких значень, при яких можливо не тільки кипіння води, але і загоряння дерева. Сама назва негашеного вапна – вапно-кипелка зумовлено її здатністю виділяти велику кількість теплоти, що викликає кипіння води.

Реакція гідратації оксиду кальцію оборотна. Її напрямок залежить від температури і парціального тиску водяної пари в навколишньому середовищі. Пружність дисоціації гідроксиду кальцію досягає атмосферного тиску при 547оС. Однак часткова дегідратація можлива і при більш низьких температурах (300-350 о с) з утворенням вторинного оксиду кальцію, зазвичай ущільненого і погано гасящегося надалі, тому для швидкого і повного гасіння вапна необхідно присутність води чи насичених водяних парів.

Чим вище температура гасіння вапна (особливо парою) у гідратне вапно-пушонку, тим більший і міцніший утворюються агрегати гідроксиду кальцію, майже не здатні в подальшому в суміші з водою розпадатися на тоненькі часточки і давати високопластичне тісто. При гасінні вапна в тісто доцільно встановлювати температуру гасящейся маси в межах 60-80оС з тим, щоб, з одного боку, не було перегріву матеріалу, а з іншого – процес взаємодії вапна з водою протікав досить інтенсивно і швидко. Перемішування матеріалу запобігає можливе утворення плівок Са(ОН)2 на частинках оксиду кальцію і припинення її гідратації. Воду потрібно вводити в матеріал у повному обсязі або окремими дозами з тим, щоб утримувати температуру маси в зазначених межах.

При гасінні вапна в порошок необхідно також уникати перегріву продукту вище 100оС, особливо при гасінні високоактивних быстрогасящихся видів вапна.

Механізм взаємодії карбіду кальцію з водою залежить від умов, в яких протікає реакція утворення гідроксиду кальцію (властивості вапна, агрегатний стан води – рідина або пара, значення водоизвесткового відносини тощо).

Обсяг утворюється гідратного вапна в 2-2,5 рази перевищує обсяг вихідної негашеного вапна за рахунок значного збільшення розміру порожнеч між окремими частинками.

Теоретично для гасіння вапна необхідно 32,13% води по масі СаО. Практично при гасінні в порошок вводять в середньому 60-80% води по масі вапна-кипілки. Це обумовлено тим, що при гасінні частина води випаровується, а деяка кількість її (3-5%) витрачається на змочування утворюється порошку гідроксиду кальцію.

При гасінні вапна в тісто витрата води збільшують до 2-3 частин по масі на 1 частину вапна-кипілки. При більшій кількості води отримують вапняне молоко, а при значному надлишку – вапняну воду. Чим вище вміст у вапна СаО, ніж помірніше температура випалу, тим більше води потрібно брати для гасіння.

Оксид магнію, отриманий випаленням при 900-1000оС, відносно швидко взаємодіє з водою, переходячи в Mg(OH)2. Перепалений оксид магнію при звичайних умовах гасіння не гідратіруется і гаситься лише в подрібненому вигляді насиченим пором в автоклавах під тиском 0,8-1,5 МПа.

У гашене вапно (пушонку або тісто) потрапляє частина силікатів, алюмінатів і феритів кальцію. В будівельних розчинах і бетонах ці сполуки з часом переходять у відповідні гідрати, сприяючи підвищенню міцності і водостійкості одержуваних матеріалів.

Помітно прискорюють або уповільнюють швидкість гасіння вапна деякі речовини. Зокрема, гідратацію прискорюють, вводячи у воду для гасіння хлористі солі в кількості 0,2-1% (CaCl2, NaCl та ін). Сірчанокислі солі (гіпс, Na2SO4 та ін), а також деякі поверхнево-активні речовини уповільнюють швидкість гасіння.

Гідроксид кальцію утворюється зазвичай у вигляді гексагональних платівок із шаруватою кристалічною решіткою. При швидкому процесі активної взаємодії быстрогасящейся вапна з водою Гідроксид кальцію виникає у вигляді дисперсних частинок, схильних до утворення агрегатів. Вапно високого температурного випалу, відносно повільно реагує з водою, дає більші кристали Са(ОН)2. Поверхня частинок гідрату заряджена позитивно, що, безсумнівно, сприятливо для взаємодії його з кварцом або іншими кремнеземистыми речовинами, поверхню частинок яких заряджена негативно.

Розчинність Са(ОН)2 у воді в деякій мірі залежить від величини кристалів. Розчинність гідроксиду кальцію в присутності солей NaCl, CaCl2, MgCl2 і т. д. дещо збільшується; в присутності ж гіпсу, а також Na2SO4 вона зменшується.

Гідроксид кальцію, за даними ряду досліджень, може приєднувати воду з утворенням кристалогідратів різного складу: Са(ОН)2 * 6н 2 о, Са(ОН)2 * 4Н2О, Са(ОН)2 * 0,5Н2О, стійких лише при знижених температурах.

У заводських умовах гідратне вапно отримують за наступною технологічною схемою. Грудкове негашене вапно зі складу направляють в дробарку і подрібнюють до частинок розміром не більше 5-10 мм, а при великому вмісті оксиду магнію – розміром не більше 3-5 мм. Для дроблення вапна застосовують молоткові, а останнім часом ударно-відцентрові дробарки, що працюють у замкнутому циклі з ситами. При сильно перепаленої вапна, отриманої з міцного вапняку, доцільно використання конусних дробарок.

Вапно в порошок гасять у спеціальних гасильних апаратах (гидраторах) періодичного і безперервного дії. Гидраторы безперервної дії більш раціональні. В умовах інтенсивного перемішування з водою спочатку утвориться пластична маса, яка поступово в результаті приєднання води до оксиду кальцію і її випаровування розсипається в рухливий гарячий порошок.

Для безперервного механізованого гасіння вапна призначений гідратор барабанного типу. Продуктивність цього апарату 5т гашеного вапна на 1 годину.

Высококальциевые види вапна в гидраторе безперервної дії зазвичай гасяться досить повно і відразу направляються на склад. Магнезіальні ж і доломітові вапна подають у силоси для догашування протягом 1-2 діб. Після цього продукт направляють у повітряний сепаратор для відділення непогасившихся зерен, які піддають тонкому подрібненню і знову подають у силоси на вторинне гасіння.

Насипна щільність порошку гашеного вапна 400-500 кг/м3. Гашене вапно (пушонку) поставляють споживачеві у паперових мішках або у контейнерах, а також у спеціальних вагонах, цементовозах.

На заводах силікатної цегли мелене вапно в суміші з піском іноді гасять в обертових барабанах парою під тиском 0,3-0,5 МПа. Зазвичай застосовують барабани місткістю до 15 м3, що обертаються з частотою 3-5 об/хв. Пар подають в барабан з котла. Процес гасіння займає 30-40 хвилин (із завантаженням та вивантаженням матеріалу). Такий спосіб забезпечує повну гідратацію вапна, навіть з пережогом, в короткий термін.

 

Вапняне тісто.

В сучасних умовах гасіння вапна в тісто здійснюють механізованим способом на спеціальних известегасильных установках за схемою (малюнок 1).

 

Малюнок 1 – Схема гасіння вапна у тісто

 

Складування комового вапна

↓

Дрібне дроблення

↓

Гасіння в машині з отриманням вапняного молока

↓ ↓

Відстоювання для отримання вапняного тіста Відвантаження вапняного тіста

↓

Відвантаження тесту

 

Застосовують вапногасильне машини періодичної і безперервної дії.

По конструктивним особливостям вони діляться на барабанні, бегунковые, лопатеві, фрезерні та ін.

У машинах деяких типів при гасінні вапно обробляють гарячою водою для прискорення процесу гідратації. Особливо це необхідно при медленногасящихся видах вапна. Известегасилка – обертається на ковзанках барабан, що приводиться в дію електродвигуном. З одного торця барабан забезпечений бункером для завантаження вапна, з іншого – лоток для зливу вапняного молока. Всі вузли известегасилки змонтовані на зварній рамі. Барабан складається з двох циліндрів, вставлених один в одного із зазором 12 мм. Вони утворюють сорочку (теплообмінник), до якої надходить вода з водопровідної мережі. При гасінні вапна у внутрішньому циліндрі (робочої частини) вода в теплообміннику підігрівається до 45-50оС виділяється при цьому теплотою і потім надходить всередину барабана через завантажувальний торець. Внутрішня ємність барабана гратчастої діафрагмою розділена на дві камери - гасіння та подрібнення, завантажену кулями. Камера гасіння для інтенсивного перемішування шматків забезпечена гребінками (поздовжніми куточками).

Безперервно завантажувана в известегасилку вапно при обертанні барабана перемішується і взаємодіє з підігрітою водою, що надходить з теплообмінника. Шматки вапна подрібнюють в результаті ударів один з одним і з гребінками. Проходить через діафрагму разом з молоком вапняна крихта остаточно подрібнюється в такій камері. Звідси молоко через патрубок і лоток зливається в відстійник. Відходи вивантажуються через люк. Для повного гасіння вапна рекомендується на 1 частину вапна по масі подавати 2-3 частини води. Гасять вапно при 60-70оС. В результаті інтенсивної механічної і термічної обробки матеріалу отримують гашене вапно, часто придатну до вживання без додаткової витримки.

Термомеханічні известегасилки продуктивністю 2 т/год випускають для використання в стаціонарних умовах.

Для отримання вапняного молока застосовують апарати та інших конструкцій, зокрема барабанний гаситель.

На розчинних заводах гашене вапно може бути використана у вигляді молока і тіста. Молоко з известегасильных установок подають безпосередньо в розчиномішалку, а тісто у ємності для відстою і зневоднення. Ємності представляють собою залізобетонні резервуари висотою 5-6 м і діаметром 4,5-5,5 м. Всередині вони обладнані фільтрами – вертикально встановленими металевими трубами діаметром 50-60мм, заповненими піском. Зайва вода з вапняного молока через отвори в трубах (d = 5 мм) просочується через пісок і збирається в збірник, звідки її направляють на гасіння наступних порцій вапна.

Через 16-24 години перебування в подібних відстійниках вапняне молоко перетворюється в тісто сметаноподібної консистенції, містить до 75% води. З відстійників тісто перекачують в залізобетонні ємкості без фільтрів для подальшого визрівання або ж направляють споживачеві. Вивантажують тісто з відстійників та інших ємностей зазвичай за допомогою спеціальних вибронасосов і ланцюгових підйомників. Під впливом вібрації вапняне тісто легко розріджується і перекачується. Перевозять вапняне тісто в автоцистернах.

Добре витримане вапняне тісто зазвичай містить 50% води і має середню щільність близько 1400 кг/м3

Вміст твердої речовини в тістоподібних масах (в тому числі і у вапняному тісті) з достатньою точністю можна визначати за формулою:

Т = р (рм – 1000) / (р – 1),

де Т – вміст твердої речовини в тісті, кг/м3; р – істинна щільність твердої речовини, що утворює з водою тістоподібну масу, г/см3; рм – щільність тіста, кг/м3.

 

Мелене негашене вапно

Вапно негашене мелене – порошкоподібний продукт тонкого подрібнення комового вапна. За хімічним складом вона подібна комового вапна.

Тонкоизмельченная негашене вапно має ряд переваг при виготовленні розчинів і бетонів перед гідратної вапном у вигляді порошку або тіста. У цьому випадку немає відходів і всі компоненти тонкоизмельченной вапна раціонально використовуються під час твердіння. Мелене негашене вапно характеризується меншою водовмістом, ніж гашене вапно. Питома поверхня меленої негашеного вапна зазвичай значно менше питомої поверхні гідратного вапна, тому необхідну легкоукладальність суміші або бетонної суміші на меленої негашеного вапна отримують при зниженому кількості води. Зниження ж водопотребности розчинних і бетонних сумішей сприяє збільшенню їх міцності при твердінні. Крім того, негашене вапно, гидратируясь до вже вкладених у справу розчинах і бетонах, пов'язує велику кількість води, що переходить в тверду фазу. Як відомо, оксид кальцію при переході в гідрат пов'язує 32,13% води. Все це сприяє одержанню розчинів, бетонів і виробів на меленої негашеного вапна підвищеної щільності і міцності в порівнянні з одержуваним на гашеного вапна.

При гидратном твердінні меленої негашеного вапна виділяється значна кількість теплоти, тому вироби на такій вапна при температурах нижче нуля твердіють більш спокійно і мають кращі показники міцності, так як навколишні умови сприяють швидкому відведенню теплоти і зменшення термічних напруг.

Переваги меленої негашеного вапна сприяють її застосування у виробництві будівельних матеріалів і виробів.

Сприятливі результати при гидратном твердінні меленої негашеного вапна можна отримати лише при наступних умовах: застосування вапна тонкого помелу; дотримання певного водоизвесткового відносини; відведення теплоти або використання інших прийомів, що не допускають розігрівання тверднучого розчину або бетону до температур, здатних викликати інтенсивне випаровування води (особливо при кипінні); припинення перемішування суміші або бетонної суміші на певному етапі гідратації вапна.

Негашёную известь следует измельчать до удельной поверхности 3500-5000 см2/г, причём остаток на сите № 02 должен быть близким к нулю, а на сите № 008 не превышать 4-6%.

 

 

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о бане

Статьи по пеноблоку,пенобетону,пенобетонным блокам

Статьи pp-budpostach.com.ua Статьи по бетону

Статьи Все о заборах

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о крышах ( виды, материал, как лутше выбрать)

Статьи Все о Фундаменте

Статьи по газобетону ( газоблоку ), газобетонных блоков, газосиликатнных блоков

Новости, статьи, слухи, факты, разное и по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)