Курсовая работа на тему "Производство молотой негашенной извести"
Министерство образования и науки Российской Федерации Южно – Уральский государственный университет Саткинский филиал Курсовой проект по дисциплине: ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА Тема: “Производство молотой негашеной извести” Сатка 2004 г. Аннотация Производство молотой негашеной извести. – 2004., 28 с. В данном курсовом проекте разработана технология производства молотойнегашеной извести из известняка ракушечника. Курсовой проект содержит 4таблицы, 1 технологическую схему, расчеты. Содержание Введение 4I. Технология производства 5 I.I Сырье и его свойства 5 I.II Материал и требования к нему 9 I.III Производство извести 12 I.IV Технологическая схема 14II. Фонды рабочего времени 17III. Материальный баланс 18VI. Выбор технологического оборудования 20V. Расчет бункеров и склада 23VI. Расчет расхода энергоресурсов технологического оборудования 25VII. Охрана труда на известковых заводах 26VIII. Заключение 27IX. Библиографический список 28 Введение Строительными вяжущими веществами называются порошкообразныематериалы, образующие при смешивании с водой пластичную удобообрабатываемуюмассу, со временем затвердевающую в прочное камневидное тело. Почти все минеральные вяжущие вещества получают путем грубого итонкого измельчения исходных материалов и полупродуктов с последующейтермической обработкой. В этих условиях протекают разнообразные физико -химические процессы, обеспечивающие получение продукта с требуемымисвойствами. Минеральные вяжущие используются в подавляющем большинстве случаев всмеси с водой и с так называемыми заполнителями, которые представляют собойминеральные (а иногда и органические) материалы, состоящие из отдельныхзерен, кусков, волокон разных размеров. Строительные изделия на основе вяжущих бывают различной формы иразмеров, начиная от набольших плиток и кончая крупными элементами сборныхжелезобетонных конструкций. I. Технология производства I.I Сырье и его свойства Исходными материалами для производства воздушной извести являютсямногие разновидности известково-магнезиальных карбонатных пород(известняки, мел, доломитизированные известняки, доломиты и др.). Все ониотносятся к осадочным породам и широко распространены на территории нашейстраны. В состав известняков входят углекислый кальций СаСОз и небольшоеколичество различных примесей (глина, кварцевый песок, доломит, пирит, гипси др.). Теоретически карбонат кальция состоит из 56% СаО и 44% СО2. Онвстречается в виде двух минералов — кальцита и арагонита. Кальцит или известковый шпат кристаллизуется в гексагональной системе.Его кристаллы имеют форму ромбоэдров. Плотность кальцита 2,6—2,8 г/см3;твердость по десятибалльной шкале (шкала Мооса) — 3. Кальцит хорошорастворяется при обычной температуре в слабой соляной кислоте с выделениемуглекислого газа. Доломит при таких условиях не разлагается (этимпользуются при определении вида горных пород). Арагонит — менее распространенный минерал, кристаллизуется вромбической системе. Его плотность 2,9—З г/см3, твердость 3,5—4. Принагревании до температуры 300— 400° С арагонит превращается в кальцит,рассыпаясь в порошок. В доломитизированных известняках в качестве примеси присутствуетдоломит СаСОз • MgCOe. Теоретически доломит состоит из 54,27% СаСОз и45,73% MgCO3 или 30,41% СаО, 21,87% MgO и 47,72% СО2. Плотность доломита2,85—2,95 г/см3. Доломитовые породы почти нацело слагаются минераломдоломитом с тем или иным содержанием глинистых, песчаных, железистых и томуподобных примесей. Чистые известково-магнезиальные породы — белого цвета, однако оничасто бывают окрашены примесями окислов железа в желтоватые, красноватые,бурые и тому подобные тона, а углистыми примесями — в серые и даже черныецвета. Количество и вид примесей к карбонатным породам, размеры частицпримесей, а также равномерность распределения их в основной массе в большойстепени отражаются на технологии производства извести, выборе печей дляобжига, оптимальной температуре и продолжительности обжига, а также насвойствах получаемого продукта. Обычно чистые и плотные известняки обжигаются при температурах до1100—1250° С. Чем больше карбонатная порода содержит примесей доломита,глины, песка и т. п., тем ниже должна быть оптимальная температура обжига(900—1150° С) для получения мягкообожженной извести. Такая известь хорошогасится водой и дает тесто с высокими пластичными свойствами. Раньше считали, что высококачественную известь можно получать толькоиз чистых известняков с малым содержанием примесей (до 2—3%). Новыеисследования показали, что из известняков со значительным количествомпримесей глины и тонкодисперсного кварцевого песка (до 5—7%), равномернораспределенных в общей массе, при правильном ведении обжига также можнополучать известь, дающую при гашении высокий выход пластичного теста. Приэтом лучшую по качеству известь получают из пород, в которых равномернораспределенные примеси присутствуют в виде частичек размером до 1 мкм. Примеси гипса нежелательны. При содержании в извести даже около 0,5—1%гипс сильно снижает пластичность известкового теста. Значительно влияют насвойства извести железистые примеси (особенно пирита), которые уже притемпературах 1200° С и более вызывают образование в процессе обжигалегкоплавких эвтектик, способствующих интенсивному росту крупных кристалловокиси кальция, медленно реагирующих с водой при гашении извести ивызывающих явления, связанные с понятием «пережог». Таблица 1. Примерная классификация сырья для производства известковыхвяжущих веществ |Сырье |Содержание, % |Получаемая известь || |СаСО3 |MgCO3 |Глинист| || | | |ые | || | | |примеси| ||Известняк: | | | | ||Чистый |95 – 100|0 – 3 |0 – 2,5|Маломагнезиальная || | | | |жирная ||Обычный | |0 – 3 | |Маломагнезиальная || |87 – 95 | |3 – 8 |тощая ||Мергелистый | |0 – 5 | |Гидравлическая ||Доломитизированный |75 – 90 |5 – 20 |8 – 25 |Магнезиальная ||Доломит |75 – 90 |25 – 45|0 – 8 |Доломитовая ||Доломитизированный |55 – 75 | |0 – 8 |Магнезиальная ||мергелистый известняк | | | |гидравлическая || |50 - 70 |5 - 25 |8 – 30 | || | Физико-механические свойства пород также отражаются на технологииизвести. Для обжига в высоких шахтных печах пригодны лишь те породы,которые характеризуются значительной механической прочностью (прочность насжатие не менее 20—30 МПа); куски породы должны быть однородными,неслоистыми; они не должны рассыпаться и распадаться на более мелкие частиво время нагревания, обжига и охлаждения. Рассыпаться во время обжига склонны крупнокристаллические известняки,состоящие из кристаллов кальцита размерами 1—3 мм. Мягкие разновидностиизвестково-магнезиальных пород (мел и т. п.) надо обжигать в печах, вкоторых материал не подвергается сильному измельчению (вращающиеся и др.). Известково-магнезиальные породы в зависимости от их химическогосостава являются сырьем для производства не только воздушной, но игидравлической извести, а также портландцемента. В табл. 1 приведенапримерная классификация известково-магнезиальных горных пород, применяемыхдля производства воздушной и гидравлической извести, а также ихразновидностей. По ГОСТ 21-27-76 в зависимости от химического состава карбонатныепороды делят на семь классов: А, Б, В, Г, Д, Е, Ж (табл. 2). Таблица 2. Требования к химическому составу известняков дляпроизводства известковых вяжущих|Компоненты |Содержание, % || |А |Б |В |Г |Д |Е |Ж ||СаСО3, не менее |92 |86 |77 |72 |52 |47 |72 ||MgCO3, не более |5 |6 |20 |20 |45 |45 |8 ||Глинистые примеси (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3), | | | | | | | ||не более |3 |8 |3 |8 |3 |8 |20 | Для производства воздушной извести применяют следующие виды известково-магнезиальных карбонатных пород: зернисто-кристаллический мраморовидныйизвестняк; плотный кристаллический известняк; землисто-рыхлый известняк(или мел); известковый туф; известняк-ракушечник; оолитовый известняк;доломитизированный известняк; доломит. Мрамор по химическому составу (СаСО3 или СаСО3 + MgCO3) — наиболеечистое сырье, однако в связи с высокими декоративными свойствами ониспользуется в качестве отделочного материала, и поэтому в производствеизвести, за редким исключением, не применяется. Плотные известняки имеют мелкозернистую кристаллическую структуру,содержат обычно небольшое количество примесей и отличаются высокойпрочностью. Плотные известняки наиболее широко используются для полученияизвести. Мел — мягкая рыхлая горная порода, легко рассыпающаяся на мелкиекуски. Его обычно обжигают лишь во вращающихся печах, так как при обжиге вшахтных печах он легко крошится, что нарушает процесс обжига. Известняковый туф отличается ноздреватым строением и большойпористостью; иногда его используют для производства извести во вращающихсяи шахтных печах (в зависимости от прочности). Известняк-ракушечник состоит из раковин, сцементированных углекислымкальцием. Представляет собой малопрочную горную породу, поэтому редкоприменяется для изготовления извести. Оолитовый известняк — горная порода, состоящая из отдельных шариковкарбоната кальция, сцементированных тем же веществом. Доломитизированные известняки и доломиты по своим физико-механическимсвойствам сходны с плотными известняками. Иногда доломиты залегают вприроде в виде рыхлых скоплений. Объемная масса плотных известняков составляет 2400— 2800, мела —1400—2400 кг/м8. Влажность известняков колеблется в пределах 3—10, а мела—15—25%. Широкое распространение карбонатных горных пород способствует развитиюпроизводства извести почти во всех экономических районах страны. Сырьем для производства воздушной извести могут служить не толькоспециально добываемые для этой цели карбонатные породы, но и отходы придобыче известняков для нужд металлургической, химической, строительной идругих отраслей промышленности. Наконец, для этой цели в ряде случаевиспользуются побочные продукты в виде дисперсного карбоната кальция илигидрата окиси кальция (карбонатные отходы сахарного и содовогопроизводства, гидратная известь от производства ацетилена и др.). I.II Материал и требования к нему До недавнего времени воздушную известь применяли в строительстветолько в гашеном виде. В 30-х годах И. В. Смирнов предложил применять известь втонкоизмельченном нагашеном виде. Он, а затем и Б. В. Осин показали, чтопри определенных условиях возможно гидратное твердение негашеной извести,т. е. твердение при взаимодействии с водой с образованием гидрата окисикальция подобно тому, как твердеет портландцемент или гипс при реакции их сводой с возникновением гидратных новообразований. Тонкоизмельченная негашеная известь имеет ряд преимуществ приизготовлении растворов и бетонов перед гидратной известью в виде порошкаили теста. В этом случае нет отходов и все компоненты тонкоизмельченнойизвести рационально используются во время твердения (в том числе силикаты,алюминаты, ферриты и карбонат кальция). Молотая негашеная известьхарактеризуется меньшей водопотребностью, чем гашеная известь. Удельнаяповерхность молотой негашеной извести обычно значительно меньше удельнойповерхности гидратной извести. Поэтому требуемую удобоукладываемостьрастворной или бетонной смеси на молотой негашеной извести получают припониженном количестве воды. Снижение же водопотребности растворных ибетонных смесей способствует увеличению их прочности при твердении. Крометого, негашеная известь, гидратируясь в уже уложенных в дело растворах ибетонах, связывает большое количество воды, переходящей в твердую фазу. Какизвестно, окись кальция при переходе в гидрат связывает 32,13% воды отсвоей массы. Все это способствует получению растворов, бетонов и изделий намолотой негашеной извести повышенной плотности и прочности по сравнению сполучаемыми на гашеной извести. При гидратном твердении молотой негашеной извести выделяетсязначительное количество тепла. Поэтому изделия на такой извести притемпературах ниже нуля твердеют более спокойно и имеют лучшие показателипрочности, так как окружающие условия способствуют быстрому отводу тепла иуменьшению термических напряжений. Указанные преимущества молотой негашеной извести способствуют ееприменению в производстве различных строительных материалов и изделий. Благоприятные результаты при гидратном твердении молотой негашенойизвести можно получить лишь при следующих условиях, обеспечивающихнормальный ход процессов ее твердения: . применение извести тонкого помола; . соблюдение определенного водоизвесткового отношения; . отвод тепла или использование других приемов, не допускающих разогревания твердеющего раствора или бетона до температур, вызывающих интенсивное испарение воды (особенно при кипении); . прекращение перемешивания растворной или бетонной смеси на определенном этапе гидратации извести. При грубом помоле извести создаются условия для возникновения местныхочагов перегрева материала, кипения воды и разрыхления структурысхватывающихся новообразований, что сопровождается появлением значительныхрастягивающих напряжений и деформаций, вызывающих снижение прочности, аиногда и разрушение твердеющего раствора или бетона. Поэтому негашенуюизвесть следует измельчать до удельной поверхности 3500—5000 см2/г, причемостаток на сите № 02 должен быть близким к нулю, а на сите № 008 непревышать 4—6%. Отрицательно влияет на гидратное твердение негашеной извести пережог. Замедленная гидратация крупных кристаллов окиси кальция (крупнее 10—20 мкм) в уже затвердевшем известковом камне вызывает дополнительные неком- пенсируемые напряжения. Поэтому количество пережога в молотой негашеной извести не должно превышать 3—5%. Гидратное твердение негашеной извести протекает нормально при содержании воды в растворной или бетонной смеси лишь в пределах 100—150% массы извести. Точнее количество воды устанавливают с учетом интенсивности отвода тепла и скорости гидратации извести в растворной или бетонной смеси. При малом содержании воды (60—80% массы извести) температура резко повышается и интенсивно образуется пар, который разрыхляет структуру, препятствуя схватыванию и твердению массы. При избытке воды (200—250%) частицы извести отделяются одна от другой водными пленками, адсорбирующимися на их поверхности, и образуется несхватывающаяся и очень медленно твердеющая пластическая масса. При гидратации нормально обожженной извести практически в течениепервого часа после затворения ее водой выделяется 1160 кДж на 1 кг окисикальция. В результате изделие из раствора или бетона на молотой негашенойизвести сильно разогревается, причем, если температура поднимается до 100°С, возникают те отрицательные явления, о которых говорилось раньше. Дляпредупреждения интенсивного разогревания смеси при гидратации известииспользуют различные приемы и, в частности, несколько увеличивают расходводы, охлаждают ее, частично гасят известь перед ее применением и т. п. Одним из простых способов является замедление скорости гидратации, аследовательно, и интенсивности тепловыделения с помощью различных веществ(гипса, сульфата натрия, сульфитно-дрожжевой бражки и др.). ССБ, СДБ и имподобные поверхностно-активные вещества, вводимые в воду для гашения вколичестве 0,2—1%, адсорбируются на кристаллических зародышах гидрата окисикальция, препятствуя их росту и замедляя вследствие этого дальнейшеерастворение в воде и гидратацию окиси кальция. Возможно, что поверхностно-активные вещества уменьшают скорость гашения также вследствие адсорбции ихна частичках окиси кальция. Замедление скорости гидратации при добавках 2—5% гипса от массыизвести объясняют образованием пленок гидрата окиси и сульфата кальция наповерхности еще не прореагировавших частичек окиси кальция. В тех случаях, когда известь наряду с очень активными частичками окисикальция содержит медленно гасящиеся частички пережога, целесообразно всоответствии с рекомендациями Б. Н. Виноградова применять комбинированнуюдобавку, состоящую из замедлителя и ускорителя гашения. Ускоритель всоставе добавки действует преимущественно на пережженные частички,значительно ускоряя их гашение и обеспечивая их превращение в гидрат дотвердения системы. Так влияет, например, смесь СДБ и хлористого кальция.Необходимое количество добавок нужно устанавливать опытом для каждой партииизвести с учетом ее свойств. Наконец, при гидратном твердении молотой негашеной извести необходимона определенной ступени взаимодействия ее с водой прекращать механическиевоздействия на растворную или бетонную смесь. Перемешивание, вибрация и т. п. в течение всего периода гидратацииизвести нарушают ее схватывание и твердение. Точным же регулированиемпродолжительности механических воздействий на растворные и бетонные смесиво время их перемешивания в мешалках или вибрации в формах можно добитьсягидратации какой-то части окиси кальция. Она будет происходить в условияхсвободных деформаций смеси с последующим гидратным твердением остальнойчасти в спокойном состоянии без нарушения возникающих структурных связеймежду образующимися частичками гидрата окиси кальция. На практике такой эффект дает двухступенчатое перемешивание растворныхили бетонных смесей на молотой негашеной извести, заключающееся вследующем. Вначале смесь извести с заполнителями и водой, взятой вколичестве 80—90% общего ее содержания, перемешивают 2—3 мин и затемвыдерживают 0,5—1 ч. При этом гидратируется наиболее активная частьизвести, что сопровождается интенсивными объемными деформациями. Послетакой выдержки, продолжительность которой в зависимости от извести уточняютопытным путем, вторично перемешивают смесь с остальной частью воды иукладывают ее в формы (при изготовлении изделий). В формах в спокойномсостоянии и протекает твердение бетона, обусловливаемое гидратацией ещенепрореагировавшей части окиси кальция. Возникающие при этом деформации ужене столь интенсивны и не разрушают изделия. Строительную воздушную негашеную известь делят на три сорта: 1, 2 и 3-й. негашеная молотая известь должна соответствовать требованиям указанным вТаблица 3|Показатели |Нормы для извести || |Кальциевой, сортов |Магнезиальной и || | |доломитовой, сортов || |1-го |2-го |3-го |1-го |2-го |3-го ||Содержание активных СаО + | | | | | | ||MgO в пересчете на сухое | | | | | | ||вещество, %, не менее | | | | | | ||а) в негашеной извести без | | | | | | ||добавок |90 |80 |70 |85 |75 |65 ||б) в негашеной извести с | | | | | | ||добавкой |64 |52 |–– |64 |52 |–– ||Содержание активной MgO, %,| | | | | | ||не более |5 |5 |5 |20(40*)|20(40*)|20(40*)||Содержание углекислоты СО2,| | | | | | ||%, не более |3 |5 |8 | | | || | | | |5 |8 |11 | *В скобках указано содержание MgO для доломитовой извести. I.III Производство извести Производство молотой негашеной извести состоит из следующих основныхопераций: добычи и подготовки известняка, обжига и последующего помолаизвестняка. Известняки добывают обычно открытым способом в карьерах после удаленияверхних покрывающих непродуктивных слоев. Плотные известково-магнезиальныепороды взрывают. Полученную массу известняка в виде крупных и мелких кусковпогружают в транспортные средства обычно одноковшовым экскаватором. Взависимости от расстояния между карьером и заводом известняк доставляют назавод ленточными конвейерами, автосамосвалами, железнодорожным и воднымтранспортом. Так как размеры глыб добытой горной породы нередко достигают 500 – 800мм и более, то возникает необходимость дробления их и сортировки всейполученной после дробления массы на нужные фракции. Это осуществляется надробильно-сортировочных установках, работающих по открытому или замкнутомуциклу с использованием щековых, молотковых и другого типа дробилок. Дробитьи сортировать известняк целесообразно непосредственно на карьере идоставлять на завод лишь рабочие фракции. Обжиг является основной технологической операцией в производствевоздушной извести. При этом протекает ряд сложных физико-химическихпроцессов, определяющих качество продукта. Целью обжига являются: 1) возможно полное разложение СаСО3 и MgCO3 . CaCO3 на СаО, MgO и СО2; 2) получение высококачественного продукта с оптимальной микроструктурой частичек м их пор. Обжигают известняк в различных печах: шахтных, вращающихся и кипящегослоя; используют также установки для обжига известняка во взвешенномсостоянии и т. д. Наибольшее распространение получили шахтные известеобжигательные печи.В зависимости от вида применяемого топлива и способа его сжиганияразличают шахтные печи, работающие: 1) на короткопламенном твердом топливе, вводимом обычно в шахту перемежающимися с известняком слоями, такой способ обжига называют пересыпным, а сами печи – пересыпными; 2) на любом твердом топливе, газифицируемом или сжигаемом в выносных топках; 3) на жидком топливе; 4) на газообразном топливе. По характеру процессов, протекающих в шахтной печи, по её высотеразличают три зоны. В верхней части печи - зона подогрева – материалподсушивается и подогревается раскаленными дымовыми газами, и из неговыгорают органические примеси. В средней части печи располагается зонаобжига, где температура обжигаемого материала изменяется в пределах 850 -1200 - 900о С; здесь известняк разлагается и из него удаляется углекислыйгаз. В зоне охлаждения – нижней части печи – известь охлаждается с 900 до50 – 100о С поступающим с низу воздухом, который в свою очередь нагреваетсяи попадает в зону обжига для поддержания горения. Противоточное движение обжигаемого материала и горячих газов в шахтнойпечи позволяет хорошо использовать тепло отходящих газов на подогрев сырья,а тепло обожженного материала – на подогрев воздуха, переходящего в зонуобжига. Поэтому пересыпные шахтные печи экономичны по расходу топлива,однако известь в них загрязняется золой топлива. Обжиг на природном газеили жидком топливе позволяет значительно улучшить качество извести, однакоконструкции шахтных печей, использующих эти виды топлива, требуютусовершенствования, особенно в отношении подачи топлива в печь. Вращающиеся печи для обжига извести позволяют получать мягкообожженнуюизвесть высокого качества из известняка и мягких карбонатных пород ( мела,туфа, ракушечника ) в виде мелких кусков. В них можно механизировать иавтоматизировать процессы обжига, применять все виды топлива – пылевидное,твердое, жидкое и газообразное, но они отличаются большим расходом топлива,повышенными капиталовложениями и расходом электроэнергии. Весма эффективным является обжиг в «кипящем» слое, обеспечивающийбыструю передачу большого количества тепла от газа к обжигаемому материалу.Обжигают известь в кипящем слое в реакторе, представляющим собойметаллическую шахту, разделенную по высоте на 3 – 5 зон. По периферииреактора расположены горелки для газа или мазута. Многозонность реакторапозволяет получать известь высокого качества при небольшом расходе топлива.Применение в известковой промышленности установок для обжига карбонатныхпород в кипящем слое позволяет рационально использовать большое количествомелких фракций сырья, образующихся обычно на карьерах и заводах, шахтными идаже вращающимися печами. Обжиг измельченного известняка во взвешенном состоянии осуществляют вобжиговых трубах или циклонных топках, в которых тонкоизмельченные частичкикарбонатного сырья увлекаются потоком раскаленных газов и обжигаются.Осаждается обожженная известь из газового потока в пылеосадительныхустройствах. После обжига полученную комовую известь транспортируют ленточнымконвейером со стальной лентой на помол в мельницу. После него молотуюизвесть отправляют на склад.I.IV Технологическая схема |