Интенсификация процесса обжига извести с помощью минерализаторов —

Известно, что определенные разновидности легкоплавких веществ при введении их в небольших количествах ускоряют течение химических процессов как при реакциях взаимодействия (применение минерализаторов при обжиге цемента), так и при разложении некоторых карбонатов.

Наилучшими минерализаторами из анионов признаны — сульфаты, фториды. нитраты, карбонаты, а наихудшими— хлориды. Из восьми изученных катионов наибольшей эффективностью характеризуются цинк, железо и алюминий.

Обжиг сырьевых смесей с применением минерализаторов (0,5 г на 100 г сырьевой смеси) производился при 12 0 и 1300°, что значительно превышает температуру диссоциации кальцита. Поэтому полученные данные отражают, в основном, влияние минерализаторов на реакпии в твердой фазе, а не на процесс декарбонизации СаСОз.

Нами были проведены работы по выяснению возможностей и пределов ускорения хода обжига карбонатного сырья с использованием минерализаторов. С этой целью подбирались наиболее экономичные минерализаторы, изучались особенности полученной извести.

Последнее было особенно важным, так как в упомянутых работах Л. Г. Берга и С. Г. Ганелиной отмечалось резкое ускорение процессов перекристаллизации MgO, СаО и других окислов при обжиге с минерализаторами.

Предшествовавшие работы позволили установить, что наибольшее воздействие оказывают добавки солей щелочных металлов (хлористого натрия и других), растворимых солей двухвалентного железа и цинка, а также фторидов и крем- нефторидов.

Прн наших исследованиях в качестве исходного сырья принят мел Маркинского месторождения (Воронежская область) с водопоглощением 33—34%. Выбор наиболее пористой разности карбонатного сырья обусловлен возможностью введения минерализаторов в водном растворе, без нарушения естественной структуры породы.

Маркинский мел характеризуется перлитовой структурой. В нем преобладает пелитомоэфный кальцит с размером зерен 0,5—3 мк, содержащий редкие более крупные (до 10 мк) кристаллы кальцита

Мел пропитывался 3%-ным водным раствором минерализатора (из расчета 1% сухого вещества от веса высушенного мела).

Практически это оказалось осуществленным не во всех случаях, так как из- за малой растворимости гипса и кремнефторида натрия эти минерализаторы вводились в количестве соответственно 0,08 и 0,8%.

Были сняты термограммы для мела, пропитанного растворами минерализаторов. Термический анализ всех образцов (включая образец мела без минерализаторов) производился на установке ФПК-55 в совершенно идентичных условиях: при равенстве навесок, одинаковой установке термопар, одних и тех же шунтах. Скорость подъема температур была принята равной 8° в 1 мин.

По дифференциальным термическим кривым фиксировалась температура начала эндотермического эффекта диссоциации кальцита и максимума этого эндотермического эффекта (соответствует завершению процесса диссоциации).

На термограмме, характеризующей мел с фторидом натрия, отмечено небольшое плавное понижение кривой дифференциальной записи, начиная с температуры 658° (оно объясняется поглощением тепла в связи с появлением расплава состава 32% СаО + 68% NaF).

Данные термического анализа позволили установить, что применение всех испытанных минерализаторов (исключая CaS04) приводит к небольшому снижению температур начала и конца диссоциации кальцита.

Для наиболее эффективного минерализатора — хлорида кальция — были проведены опыты по выяснению влияния увеличения дозировки до 2.5—10%.

Результаты термического анализа сведены в таблице. Наиболее характерные кривые дифференциальной записи показаны на р-с. 1 (кривых соответствуют нумерации образцов в таблице).

Максимальное снижение температуры начала диссоциации кальцита в присутствии хлоридоз составляет от 33 до 64°, а температуры максимума эффекта диссоциации— от 18 до 35°. Наиболее активным минерализатором оказался хлорид кальция. За ним следует хлорид натрия.

Данные, полученные при термоанализе, представляют только сравнительный интерес, так как относятся к материалу с нарушенной структурой. Для перехода к практическим условиям работы

Обожженные образцы охлаждались в эксикаторе, затем замерялись и взвешивались. Степень обжига проверялась сравнение потери в весе кубика при обжиге со значением п. п. п. по химическому анализу.

На рис. 2 и 3 показаны графики зависимости объемной усадки образцов и скорости диссоциации кальцита (выраженной через потерю в весе при обжиге) от вида минерализаторов и условий обжига мела.

Результаты работы дают возможность объединить изученные минерализаторы а три группы, обладающие сходным воздействием на процесс обжига карбонатного сырья.

Третья группа—фторид и кремне- фторид натрия. Применение этих минерализаторов при низкотемпературном обжиге (700-800с) сопровождается весьма интенсивной (до 30—50°/о) усадкой за счет перекристаллизации кальцита. Наблюдается значительное увеличение среднего поперечника кристаллов кальцита при обжиге с NaF (8—12 мк против 1,5—2 мк в исходном меле, т. е. в 5—8 раз).

Чрезвычайно сильная усадка из-за перекристаллизации кальцита под влиянием фторида и кремнефторида натрия приводит к замедлению диссоциации.

Повышение температуры обжига до 900°, существенно ускоряя диссоциацию, одновременно уменьшает влияние перекристаллизации кальцита и величину объемной усадки.

В итоге проведенных исследований установлено, что наилучшим минерализующим действием (с точки зрения снижения температуры и ускорения процесса диссоциации) характеризуется хлористый кальцин.

При введении 1% СаС12 (в пересчете на безводную соль) обжиг пелитоморфного сырья (мела, известняка) может осуществляться либо при температурах 750—800°, т. е. на 100—150° ниже, чем без минерализатора, либо при тех же температурах, но с большей (в 1,5— 2 раза) скоростью.

Нами изучено также влияние оптимального минерализатора — хлорида свойства извести высоко температурного обжига. Образцы кубики мела без минерализатора н с введени ем 1 и 2°/о СаС12 обжигались в течение 5 час. при температуре 1300° в керосиновом горне. При просмотре полученной извести под микроскопом было установлено, что хлористым кальций почти не влияет на процесс перекристаллизации СаО. Так, в образцах извести без мине рализатора и с 1°/о СаС12 средний размер кристаллов СаО оказался примерк.

одинаковым — 4—5 мк. Увеличение дозировки СаС12 до 2% привело к небольшому повышению среднего размера кристаллов окиси кальция (до 5—6 мк).

Введение СаС12 в количестве 1% при обжиге не только ускоряет диссоциацию кальцита но н способствует увеличению скорости гашения получамой извести.

Оптимальные условия введения минерализатора — пропитывание пористого карбонатного сырья перед обжигом раствором СаС12. Концентрация раствора должна определяться величиной водо-поглощения обжигаемого материала и обеспечивать введение 1% СаС12.

К плотному сырью — мрамору или известнякам, при пористости менее 15— 20% — такой способ введения минерализаторов неприменим. Поэтому следует в первую очередь внедрять метод интенсификации процесса обжига извести с применением минерализаторов на известковых заводах, использующих в качестве сырья мел или пористые известняки.