Материал: Химико-физические свойства извести

Химико-физические свойства извести

Содержание

Введение

1. Известь

2. Строительная (воздушная) известь

2.1 Производство воздушной извести

2.2 Виды воздушной извести

2.3 Гашение извести

2.4 Технические свойства извести (кипелки)

3. Производство извести

. Твердение извести

5. Гидравлические известесодержащие вяжущие

.1 Смешанные вяжущие вещества

.2 Строительная гидравлическая известь

. Применение, хранение, транспортировка извести

Заключение

Список использованных материалов

Введение

Вяжущие вещества - вещества, способные затвердевать в результате физико-химических процессов. Переходя из тестообразного <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%BE_%D1%86%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5> в камневидное состояние, вяжущее вещество скрепляет между собой камни либо зёрна заполнителя. Это свойство вяжущих используется для изготовления строительных растворов - кладочных, штукатурных и специальных, а также бетонов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%BD>, силикатного кирпича, асбоцементных и других необожжённых искусственных материалов. Вяжущие вещества по составу делятся на органические и неорганические (минеральные). К органическим относятся битумы, дёгти, животный клей, полимеры. Они переходят в рабочее состояние нагреванием, расплавлением или растворением в органических жидкостях. К неорганическим относятся известь <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%B7%D0%B2%D0%B5%D1%81%D1%82%D1%8C>, цемент <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82>, строительный гипс, магнезиальный цемент <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%86%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82>, жидкое стекло и др. Они обычно затворяются водой, реже водными растворами солей. В свою очередь делятся на воздушные, гидравлические, кислостойкие вяжущие вещества и вяжущие автоклавного твердения. [5]

Органические (битумные и дёгтевые) вяжущие представляют собой сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных, изменяющие свои физико-химические свойства в зависимости от температуры. Битумные и дёгтевые вяжущие делят на следующие группы:

битумные, состоящие из нефтяных битумов или сплавов нефтяных и природных битумов;

дёгтевые - смесь каменноугольных и сланцевых дёгтей или сплавов с дёгтевыми маслами;

гудрокамовые;

тебитумно-полимерные. [3]

Неорганическими (минеральными) вяжущими веществами называют порошкообразные тонко измельченные вещества, которые при смешивании с водой (иногда с растворами солей) образуют пластическое тесто, которое в дальнейшем затвердевает и соединяет в монолит разрозненные сыпучие материалы.

Все минеральные вяжущие получаются по следующей технологии:

)        добыча исходного сырья;

)        подготовка исходных материалов (магнитная сепарация, дробление, промывка);

)        обжиг сырьевых компонентов, который осуществляется при различных температурах;

)        помол полученного вяжущего вещества.

Все минеральные вяжущие подразделяют на 4 группы:

)        Воздушные вяжущие вещества. Это вяжущие, которые после смешивания с водой затвердевают и длительно сохраняют свои свойства только на воздухе. Связано это с тем, что образующиеся новые гидратные соединения хорошо растворимы в воде. Воздушные вяжущие вещества необходимо использовать только в воздушных сухих условиях. Примеры: гипс, воздушная известь, магнезиальные вяжущие и др.

)        Гидравлические вяжущие вещества - это вяжущие вещества, которые твердеют и длительно сохраняют свои свойства в воде. Они могут длительно эксплуатироваться в водной среде, потому что образуют гидратные соединения, которые устойчивы к водной среде. Примеры: романцемент, портландцемент и др.

)        Кислотостойкие вяжущие вещества - это вяжущие вещества, которые могут длительно эксплуатироваться при воздействии кислот. Пример: кислотоупорные, кремнефтористые, кварцевые цементы и др.

)        Автоклавные вяжущие вещества - это вяжущие вещества, которые затвердевают только при обработке в автоклавах, т.е. при температуре 170-300 °С и давлении от 8 до 16 атмосфер. Пример: все вяжущие полученные на основе извести и любого кремнеземистого или глиноземистого компонента.

Процессам твердения вяжущих веществ было посвящено много исследовательских работ, в результате которых были разработаны теории твердения. Наиболее известными работами в этой области являются работы французского ученого Ле Шателье, немецкого - Михаэлиса и российских академиков А. А. Байкова и П. А. Ребиндера. Не вдаваясь в подробности каждой из теорий твердения, следует сказать, что основополагающей в настоящее время является теория твердения, разработанная академиком А. А. Байковым и дополненная П. А. Ребиндером и его научной школой.

1. Известь

Известь - вяжущий материал, получаемый обжигом и последней переработкой известняка, мела и др. известково-магнезиальных горных пород. Чистая известь - бесцветный продукт; плохо растворяется в воде (около 0,1% при 20°С); плотность около 3,4 г/см³. В зависимости от химического состава и условий твердения известь подразделяют на воздушную, твердеющую в воздушно-сухих условиях, и гидравлическую, которая твердеет на воздухе и в воде. В зависимости от содержания в породе MgO различают следующие виды извести: кальциевую (содержит до 5% по массе MgO), магнезиальную (5-20%) и доломитовую (20-40%). В зависимости от способа обработки обожженного продукта получают негашеную комовую (кипелка), негашеную молотую и гашеную (гидратную) известь, или пушонку, а также известковое тесто. Первая представляет собой смесь кусков различной величины, образующихся после грубого помола продукта обжига. По химическому составу она состоит из СаО и MgO с небольшой примесью неразложившегося при обжиге СаСО₃, а также из силикатов, алюминатов и ферратов Са. Негашеная молотая известь - продукт тонкого помола комовой извести. Гашеная известь - высокодисперсный сухой порошок, получаемый взаимодействием комовой или молотой негашеной извести с небольшим количеством воды или пара (гашением); состоит преимущественно из Са(ОН)₂ и Mg(OH)₂ с примесью СаСО₃. При гашении извести большим количеством воды образуется пластичная тестообразная масса, так называемое известковое тесто. Активность воздушной извести, как вяжущего материала определяется общим содержанием оксидов Са и Mg. Наибольшей активностью обладает кальциевая известь, содержащая 93-97% оксидов. Высококачественные сорта извести ("жирная известь") характеризуются большим выходом известкового теста (больше 3,5 л на 1 кг негашеной извести); чем выше выход теста, тем оно пластичнее и может принять большее количество песка при приготовлении строительных растворов. Известь с низким выходом известкового теста называется "тощей". По скорости гашения различают быстрогасящуюся (длительность процесса не более 8 мин), среднегасящуюся (не более 25 мин) и медленногасящуюся известь (более 25 мин). За скорость гашения принимается время от момента смешивания порошка извести с водой до момента достижения максимальной температуры смеси. Твердение воздушной извести происходит в результате испарения воды и кристаллизации Са(ОН)₂ из насыщенного водного раствора, а также при взаимодействии с СО₂ воздуха с образованием кристаллов СаСО₃. Воздушную известь применяют для изготовления вяжущих строительных растворов, предназначенных для наземной кладки кирпича, искусственных камней и штукатурки, а также при получении известково-шлаковых, известково-пуццолановых и др. смешанных вяжущих. В смеси с красителями известь используется в качестве декоративного материала. Гидравлическая известь - тонкомолотый порошок, получаемый обжигом при 900-1100°С мергелистых известняков, содержащих 6-20% глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. Образующиеся при этом силикаты (2СаО·SiO₂), алюминаты (СаО·Аl₂О₃·5СаО + 3Аl₂О₃) и ферраты (2CaO·Fe₂O₃) кальция придают этой извести способность длительно сохранять прочность в воде после предварительного твердения на воздухе. По содержанию свободных оксидов Са и Mg гидравлическая известь подразделяют на слабогидравлическую (15-60% оксидов) и сильногидравлическую (1-15%). Гидравлическая известь, в отличие от воздушной, характеризуется большей прочностью при меньшей пластичности. [6]

2. Строительная (воздушная) известь

Сырьем для производства извести служат карбонатные горные породы: мел и различные виды известняков, основой которых является углекислый кальций. В зависимости от содержания в известняках углекислого магния они подразделяются на чистые с содержанием этого компонента до 5 % и доломитизированные - до 25 %. По содержанию песчано-глинистых примесей указанные породы подразделяются:

- на чистые известняки с содержанием примесей до 2 %;

- мергелистые известняки - от 2 до 10 %;

- известняковые мергели - от 10 до 25 %;

- мергели - от 25 до 60 %.

Для получения извести используют как чистые, так и доломитизированные известняки с содержанием в них песчано-глинистых примесей не более 8 %. Чем более чистые используются известняки, тем более качественная получается строительная известь.[1]

Воздушную известь получают обжигом известняка с малым содержанием глины (до 8%) при 1100-1300°С в шахтных или вращающихся обжиговых печах. При этом карбонаты, входящие в состав породы, разлагаются, например:

CaCO₃ = CaO + CO₂ (1)

Воздушная известь - одно из древнейших вяжущих, широко применяемых в строительстве и промышленности. Известь - продукт умеренного обжига кальциевых и кальциево-магниевых карбонатных пород до возможно полного удаления углекислого газа. В результате обжига образуется продукт белого цвета, нарываемый негашеной комовой известью (кипелкой).[7]

2.1 Производство воздушной извести

Сырьем для получения извести являются распространенные осадочные горные породы: известняки, доломиты, мел, доломитизированные известняки, содержащие не более 8 % глины. В сырье преобладает карбонат кальция СаСО₃, в небольшом количестве содержатся карбонат магния МgСОз и некоторые примеси. Сырье обжигают в шахтных или вращающихся печах при температуре 900…1200 °С:

СаСО_з = СаО + СО₂; МgСО₃ = МgО+С (2)

Неравномерность обжига может привести к образованию в извести недожога или пережога. Недожог (неразложившийся СаСО₃), получающийся при слишком низкой температуре обжига, снижает качество извести, так как не обладает вяжущими свойствами. Пережог образуется при слишком высокой температуре обжига в результате сплавления СаО с примесями кремнезема и глинозема. Зерна пережога гасятся медленно, а поскольку при гашении увеличиваются в объеме, то могут вызвать растрескивание и разрушение уже затвердевшего материала.

После выхода из печи комовую известь (мелкопористые куски размером 5…10 см), как правило, гасят водой

СаО + Н₂О= Са(ОН)₂ + 1 160 кДж/кг (3)

При смачивании водой куски извести бурно реагируют с ней, превращаясь в тонкий порошок, а при избытке воды - в пластичное тесто. Этот процесс, сопровождающийся сильным выделением теплоты и разогревом воды вплоть до кипения, называют гашением извести, а негашеную известь - кипелкой.

При гашении куски комовой извести значительно увеличиваются в объеме и распадаются на мельчайшие (до 0,001 мм) частицы.

В зависимости от времени гашения различают быстрогасящуюся известь (время гашения - до 8 мин), среднегасящуюся (до 25 мин) и медленногасящуюся (свыше 25 мин).

В зависимости от количества воды, взятой для гашения, получают гидратную известь - пушонку (50...70 % воды от массы извести, т. е. в количестве, необходимом для протекания реакции гидратации - процесса гашения); известковое тесто - воды берут в три-четыре раза больше, чем извести; известковое молоко - воды берут в восемь-десять раз больше, чем требуется теоретически.[7]

2.2 Виды воздушной извести

По содержанию оксидов кальция и магния воздушная известь бывает кальциевая (примеси МgО не более 5 %),магнезиальная (МgО - 5…20 %) и доломитовая (МgО - 20…40%).

На строительство поставляют воздушную известь в виде негашеной комовой (кипелки), негашеной порошкообразной (молотой кипелки) и гашеной (гидратной) порошкообразной (пушонки).

Комовая негашеная известь - полуфабрикат для получения молотой извести, гидратной извести (пушонки), известкового теста и молока. Комовую известь перевозят навалом в закрытых вагонах и автомашинах. Хранят комовую известь в сухом складе с деревянным полом, приподнятым над землей на 30 см. Попадание воды на известь вызывает сильный саморазогрев вплоть до 300 °С и при контакте с легковоспламеняющимися материалами (такими, как опилки, стружка) может вызвать пожар.

Негашеную порошкообразную (молотую) известь получают помолом комовой извести в шаровых мельницах. В известь часто вводят при измельчении 10…20 % гидравлических добавок (шлак, зола). Как и комовую, молотую известь без добавок делят на три сорта, с добавками - на два. Степень измельчения извести характеризуют полными остатками на ситах N 02 и N 008, которые должны составлять соответственно не более 1,5 и 15 % от массы просеиваемой пробы.

Преимущество порошкообразной извести перед комовой состоит в том, что при затворении водой она ведет себя подобно гипсовым вяжущим: сначала образует пластичное тесто, а через 20…40 мин схватывается. Это объясняется тем, что вода затворения, образующая тесто, частично расходуется на гашение извести. При этом известковое тесто густеет и теряет пластичность. Благодаря меньшему количеству свободной воды материалы на основе порошкообразной извести менее пористые и более прочные.

Гидратная известь (пушонка) - гашеная известь в виде белого порошка заводского изготовления. Влажность гидратной извести должна быть не более 5 %; насыпная плотность - 400… …450 кг/м³. Остатки на ситах N 063 и N 008 должны быть соответственно не более 2 и 10 %. Ее выпускают двух сортов. Хранят известь в силосах или бункерах; перевозят в цементовозах, контейнерах, бумажных мешках и навалом.

Известковое тесто - паста плотностью 1300..1400 кг/м³ -образуется при гашении комовой извести избыточным количеством воды. Нормально гашеная известь, которая увеличилась в объеме не менее чем в три раза, называется жирной; известь, увеличившаяся в объеме менее чем в 2,5 раза, - тощей. Чем жирнее и чище от примесей известковое тесто, тем оно больше присоединяет к себе песка при приготовлении растворов. Перевозят известковое тесто и молоко в автоцистернах.[7]

2.3 Гашение извести

Гашение извести можно производить как на стройплощадке, так и централизованно. В последнем случае гашение совмещается с мокрым помолом непогасившихся зерен, что увеличивает выход извести и улучшает ее качество.

На стройплощадке известь гасят в гасильных ящиках. Быстрогасящуюся известь заливают сразу большим количеством воды, чтобы не допустить перегрева и кипения воды, медленногасящуюся - небольшими порциями, следя за тем, чтобы известь не охладилась. Из 1 кг извести в зависимости от ее качества получается 2...2,5 л известкового теста.

По окончании гашения жидкое известковое тесто через сетку сливают в известехранилище, где его выдерживают обычно не менее двух недель (пока не завершится процесс гашения). Известковое тесто с размером непогасившихся зерен менее 0,63 мм можно применять сразу. Крупные непогасившиеся зерна опасны тем, что среди них могут быть пережженные зерна (пережог). Содержание воды в известковом тесте не нормируется. Практика показывает, что в хорошо выдержанном тесте соотношение воды и извести около 1.[7]

2.4 Технические свойства извести (кипелки)

- содержание оксида магния, по которому известь подразделяется на кальциевую (до 5 %), магнезиальную (от 5 до 20 %) и доломитизированную (от 20 до 40 %);

- содержание активных оксидов (СаО + MgO), которое колеблется по требованию стандарта в пределах от 70 до 90 и более процентов;

- содержание непогасившихся зерен от 0 до 14 % в зависимости от качества извести;

- скорость гашения извести, по которой она разделяется на быстрогасящуюся со скоростью гашения до 8 мин, среднегасящуюся до 25 мин и медленногасящуюся более 25 мин;

- тонкость помола (для молотой «кипелки») по остатку на сите № 063 не более 2 %, а по остатку на сите № 008 не более 10 %.

Следует иметь в виду, что при определении непогасившихся зерен извести в их состав входят песчано-глинистые примеси, «недожог» и «пережог». Что касается «недожога», то он представляет собой неразложившийся известняк при обжиге из-за недостаточной температуры при диссоциации углекислого кальция. Таким образом, «недожог» в извести является, по сути дела, «балластом», ухудшающим качество извести.

В то же время «пережог» оказывает вредное влияние на свойства извести и при определенном содержании делает известь непригодной к употреблению. Объясняется это тем, что при обжиге известняка при повышенной температуре образовавшийся оксид кальция в извести начинает переходить в расплав и после охлаждения обожженного продукта он закристаллизовывается в более устойчивое состояние, чем СаО, обожженный при нормальной температуре.[1]

3. Производство извести

Известь получают путем обжига сырья в различных тепловых агрегатах, наиболее распространенным из которых являются шахтные печи.

Рисунок 1. Шахтная печь для обжига извести: 1 - шахта печи; 2 - механизм для передачи известняка и топлива; 3 - зона подогрева; 4 - зона обжига; 5 - зона охлаждения; 6 - подача воздуха; 7 - разгрузочный механизм [2]