| 7. Регулирование гашения извести
П. П. Будниковым и Л. Г. Туликовой исследовалась теплота гидрации известей, полученных из мрамора, мела и известняка при температурах обжига 900, 1000, 1100 и 1300°. При помощи дифенилметанового калориметра они измеряли количество тепла, образующегося в процессе гашения, на основе которого определяли активность обожженной извести и ее зависимость от температуры обжига. Было установлено, что добавление солей в воду, используемую для гашения, вызывает ускорение процесса гашения. При этом наилучшие результаты дало применение гидрата окиси натрия и хлорида кальция. В качестве добавки они рекомендовали также хлорид магния. На рис. 22 приводятся данные о количестве тепла, выделяемого при гашении извести с различными солевыми добавками.
Ускоряющее влияние добавок они объясняют большей растворимостью гидрата окиси кальция при воздействии добавок и их пептизирующим влиянием, так как при добавлении электролитов коллоидные или дисперсные системы, близкие к коллоидному состоянию, каогулируют или пептизируются.
С нашей точки зрения процесс гашения извести зависит от двух главных причин.
Во-первых, от величины зерен гасящейся СаО и, во-вторых, от скорости диффузии воды через слой Са(ОН)2 или другие соединения, покрывающие частицы СаО.
Причиной ускоряющего влияния добавок (рис. 22) на растворимость гидрата окиси кальция, приводимой Будниковым, является добавление солей в воду и пептизация. При добавлении в воду солей слой Са(ОН)2. образующийся во время гашения вокруг зерен СаО, растворяется легче, предоставляя лучшие возможности дальнейшему диффундированию воды в частицы СаО. Но так как Са (ОН)2 растворяется в растворе NaOH хуже, чем в чистой воде, то в последнем случае эффект следует объяснить процессом пептизации.
Институт Меллона в США дает данные (табл. 8) о положительном влиянии тростникового сахара на растворимость извести (51).
Исследования Опытного завода показали (табл. 9), что воздействие добавок на ускорение гашения извести существенно зависит также от свойств извести.
Как видно из данных таблицы 9, добавки СаС12, MgCl2 и NaCl ускоряют гашение извести, a NaOH — замедляет.
По данным Т. Нодала скорость процесса гидратации извести при добавлении в воду поваренной соли выражается дифференциальным уравнением первой степени.
х — количество гашеной извести, %;
к — коэффициент, характеризующий скорость гашения.
Если гашение производится без применения ускоряющего гашения катализатора, то дифференциальное уравнение примет следующий вид:
значение n колеблется в пределах от 1,7 до 2,6 и тем выше, чем выше температура обжига извести. При этом характеризующие скорость гашения коэффициенты к и к1 пропорциональны абсолютной температуре, при которой был произведен обжиг извести.
Сокращение продолжительности гашения извести было достигнуто М. Е. Позиным при введении в раствор NaCl в соответствии с данными таблицы 10.
Но на разные извести раствор действует по-разному.
В таблице 11 приведены данные прочности на сжатие образцов в зависимости от содержания NaCl. Образцы изготовлялись из дезинтегрированной известково-песчаной смеси с удельной поверхностью песка 435 см-/г и активностью 12,3% СаО. Объемный вес сухого вещества образцов составлял 1.8 г/см3. Они имели формовочную влажность 7% при различной концентрации.
Испытание образцов показало, что небольшое содержание NaCl практически не оказывает влияния на прочность. Это позволяет рекомендовать NaCl для ускорения процесса гашения извести.
Работа, проведенная А. М. Кузнецовым, показала, что при гашении извести разбавленным раствором НСl, НNО3 и СаСl2 продолжительность гашения значительно сокращается. Целесообразно применять растворы следующих концентраций: для НС1 — 0,07N, для СаСl2 — 0,09N. Употребление концентрированных растворов нецелесообразно, потому что скорость гашения не пропорциональна концентрации и с повышением последней протекает значительно медленнее. Применение очень слабых растворов тоже нецелесообразно, так как они незначительно увеличивают скорость гашения.
Исследования С. А. Кржеминского и О. И. Рогачевой показывают, что различные активные тонкодисперсные добавки, например, трепел, кирпичные глины, бой глиняного кирпича и зола ТЭЦ способствуют связыванию негашеных частиц извести в известково-песчаных смесях, не вызывая появления в изделиях дефектов. Опыты Э. Д. Певзнера, произведенные с магнезиальными известями, показали, что добавки трепела в этом случае не дают такого эффекта.
Влияние добавок на ускорение гашения во многом зависит от состава и свойств извести, в каждом отдельном случае оно должно определяться опытным путем.
Исследования влияния крупности кусков извести на скорость гашения, проведенные М. Ворохом, показали, что продолжительность гашения дробленой извести сокращается на 30—40% по сравнению с недробленой. Дробление создает возможность получить куски извести примерно равных размеров, что способствует равномерному протеканию процесса гашения
Положительное влияние дробления извести на процесс гашения объясняется. no-видимому, тем, что дробленая известь имеет большую суммарную поверхность, чем крупнокусковая. Дробление извести, так же как и применение горячей воды, повышает производительность гасильных механизмов.
Помол извести (грубый) также ускоряет гашение
Для замедления процесса гашения применяют различные химические вещества, образующие в результате реакции нейтрализации соли, мало растворимые в воде.
Замедление процесса гашения можно вызвать добавлением в воду кислот — серной, щавелевой, лимонной, фосфорной. П. А. Ребиндер и Г. И. Логтинов установили, что под действием ряда адсорбирующих органических веществ гидрофильного типа с достаточно большим числом полярных групп в молекуле, вводимых в малых количествах в воду, гидратация извести замедляется. К числу таких добавок относятся, в первую очередь, лигносульфонаты сульфитно-спиртовой барды, являющиеся отходами целлюлозной промышленности, а также углеводы (глюкоза, черная патока, меласса — отходы свеклосахарного крахмалопаточного производства).
В производстве пеносиликальцитных изделий имеется широкий положительный опыт применения сульфитно-спиртовой барды для замедления процесса гашения извести. В зависимости от свойств извести она употребляется в воде затворения в количестве 0,1—0,5% (от веса сухого вещества изделия).
Все модификации гипса тоже замедляют гашение. Гипс добавляется при помоле извести-кипелки в количестве 3—6% от веса извести.
Замедление гашения при введении гипса происходит, вероятно, по причине образования на гасящихся частицах извести оболочки из нерастворимой соли, в результате чего площадь активной поверхности извести уменьшается и процесс гашения затягивается. Сущность ускорения и замедления процесса гашения извести с применением различных добавок еще мало изучена. В производстве ячеистых силикальцитных изделий, в особенности при применении известей, содержащих различные примеси, детальное изучение этого вопроса имеет большое практическое значение, так как при использовании различных добавок даже не пригодные для производства извести становятся пригодным сырьем.
Известковое молоко и известковое тесто как физико-химическая система состоят из жидкой фазы насыщенного известкового раствора и твердой, состоящей из твердых взвешенных частиц гидрата окиси кальция. По данным Г. Малакуори в этой системе имеется равновесие между ионами кальция и адсорбтивно связанной водой, находящейся на твердых частицах извести, и всем содержащимся в системе количеством воды. Поэтому твердые частицы извести в известковом молоке и известковом тесте можно выразить следующей формулой:
Как известно, гидрат окиси кальция кристаллизуется, не связывая гидратную воду, в виде хорошо формирующихся гексагональных пластинок , но встречаются и кристаллы ограниченной симметрии, принадлежащие к тригональной системе Хорошо выдержанные кристаллы наблюдаются в случаях, когда гидрат окисн кальция медленно выкристаллизовывается из пересыщенного раствора извести. Если же процесс гашения проходит быстро, то образуются твердые частицы Са(ОН)2 малого размера.
По данным Родта величина этих частиц гидрата окиси кальция зависит от температуры ее обжига и количества воды, использованной для гашения. Диаметр зерен Са(ОН)2 находится в пределах 2—4 μ. Чем больше избыток воды при гашении, тем тоньше получается структура образующегося известкового теста.
При увеличении количества воды можно было получить частицы Са(ОН)2 диаметром меньше 1 μ.
В. В. Лапин, исследовавший вопросы гидратации портландцемента петрографическими методами, установил, что Са(ОН)2 представляет собой скопление шаровидных частиц диаметром около 1 μ, но встречаются частицы и в виде нитей и иголок. В. В. Стольников считает, что частицы Са(ОН) 2 имеют полукруглую форму размерами 1 μ и меньше. С. М Шлипцевич, О. Е. Годлевский и др при электронномикроскопическом наблюдении препаратов известковых растворов нашли, что основной формой Са(ОН)2 является круглая.
Электронномикроскопические наблюдения гидратной извести, произведенные на Опытном заводе, показали, что ее частицы имеют кристаллическую и круглую форму. Величина частиц круглой формы была меньше 1 μ (рис. 23).
Некоторые частицы были покрыты игольчатыми образованиями различной величины. Такие игольчатые образования встречаются отдельно и агрегатами. Встречаются и очень тонкие, частично полупрозрачные частицы, размером менее 0,05 ц. Сравнение препаратов свежегашенного известкового теста и хранившегося в течение 40 суток в герметически закрытой таре, показало, что в последнем случае кристаллическая форма более заметна, хотя большой разницы между препаратами не наблюдалось. Сравнение препаратов Са(ОН)2, приготовленных из чистых известей, обожженных в течение 4-х часов при температуре 940°, и обожженных при температуре 1100°, гашенных в порошок при большом избытке воды, показало, что различия режимов обжига и гашения не оказали заметного влияния на размер и форму частиц.
Были произведены также наблюдения сухих препаратов извести. Гашение и хранение извести производилось в специальной камере-изоляторе, что давало возможность производить приготовление проб и препаратов в атмосфере, свободной от углекислого газа. Камера-изолятор представляет собой металлический ящик, герметически закрывающийся стеклянной крышкой на уплотненной резиновой прокладке (рис. 24).
На двух боковых стенках ящика имелись круглые отверстия, по контуру которых были плотно закреплены резиновые перчатки, позволяющие производить в ящике необходимые операции. На одном конце ящика имелся шлюз, через который, не открывая крышки, можно было подавать в изолятор инструмент и материалы. В шлюзе и в изоляторе были установлены чашки с натронной известью, очищающей воздух в камере-изоляторе от углекислого газа.
В этих опытах известь гасили количеством воды, необходимым только для химической связи. Несколько снимков этой извести приведены на рис. 25.
Частицы извести имеют неправильную острогранную форму. Наблюдаются крупные агрегаты. Диаметр отдельных частиц составляет 1—3 μ. Имеются полупрозрачные частицы размером ниже 0,1 ц. Встречаются отдельные частицы круглой формы.
Были проведены также опыты с известью, медленно гасившейся под действием водяных паров, содержащихся в воздухе камеры-изолятора, куда помещался открытый сосуд с водой. Пробы извести брались после 1, 3 и 5 суток выдерживания в камере.
Оказалось, что при медленном гашении извести возникали зерна с зазубринами и округлившимися углами.
Опыты с различными техническими гидратными известями показали такие же результаты.
Можно отметить, что различные гашеные извести имеют почти одинаковую форму частиц. Теоретическая и практическая задача в области гашения извести состоит в изыскании дешевых способов превращения извести в гидратированную форму.
Сравнение размеров частиц гашеной извести можно наглядно показать при помощи следующего простого опыта.
Пробы из одного куска негашеной извести гасят в порошок и тесто. Равные навески обеих проб гашеной извести, весом около 50 г каждая, помещают в химические стаканы емкостью около 500 мл, куда затем наливают до краев воду. Оба стакана взбалтывают до получения в них совершенно однородного известкового молока и ставят рядом. В стакане с известью, гашенной в порошок, вода становится прозрачной быстрее. Это указывает на большую крупность частиц и вследствие этого более интенсивную их седиментацию.
При дезинтеграторном методе приготовления известково-песчаных смесей поверхность верен песка покрывается равномерной пленкой гидратной извести толщиной 1—2 μ. Поэтому уменьшение размеров частиц гидратной извести ниже 1 μ не может существенно улучшить гомогенность смеси. Произведенные нами опыты показали, что в возникающих в автоклаве процессах образования известково-песчаных изделий частицы извести диффундируют на глубину до 200 μ.
Учитывая это, можно полагать, что изготовление смеси с гидратной известью дисперсностью ниже 1 μ вряд ли может существенно воздействовать на процессы образования известково-песчаного монолита в части улучшения его структуры. Поэтому производство гидратной извести с пластичными и очень мелкими частицами имеет большое практическое значение лишь при изготовлении известково-песчаных растворов, твердеющих при обычных температурах, где первоначально процесс твердения происходит за счет увеличения сопровождающих высыхание смесей адгезионных сил между известью и песком. Как известно, следующей стадией процесса твердения является карбонизация Са(ОН)2.
Производство извести и ее применение при изготовлении известково-песчаных изделий
И. А. Хинт |
