Складирование сырья и топлива

Складское хозяйство предприятия, изготовляющего известь, состоит из открытых или закрытых площадок, емкостей и хранилищ. Промежуточные (складские) емкости позволяют предприятию накапливать в них одно-двухмесячный запас сырьевых материалов, топлива и продукции для бесперебойной работы основного технологического оборудования.

Различают склады, служащие для хранения сырья, топлива и готовой продукции.

Склады заводов часто получают сырье и топливо по железной дороге. Транспортируется оно обычно в саморазгружающихся вагонах, реже на платформах грузоподъемностью 50 т.

При доставке сырья автомобильным транспортом склад обычно представляет собой открытую бетонированную площадку с эстакадой, на которую заезжают самосвалы.

Сырье поступает на склад в фракционированном или нефракционированном виде. В первом случае оно распределяется со склада по приемным бункерам печей. Во втором — его вначале отправляют в приемные бункера дробильно-сортировочной установки (ДСУ), а после дробления и рассева ленточными транспортерами распределяют по приемным бункерам обжиговых печей.

Для доставки известняка со склада к приемным бункерам применяют опрокидные вагонетки узкой колеи, которые откатывают при помощи маневровых лебедок МОЛ-1 и МОЛ-2; бульдозеров; мостовых грейферных кранов грузоподъемностью 5 и 10 т.

Типовой склад сырья и твердого топлива большой емкости протяженностью 100−130 мимеет бетонированный пол и стенки и оснащен двумя мостовыми кранами длиной 32 ми грузоподъемностью 10 т. Одной своей стороной склад примыкает к приемным бункерам дробильно-сортировочного отделения (или приемным бункерам печей). Противопожарная сторона склада оборудована эстакадой с железнодорожным путем. Сырье складируется в средней части площадки, а топливо с обоих сторон от сырья.

Полувагоны с сырьем или топливом разгружают вдоль склада по обе стороны от эстакады. Выгрузочные люки полувагонов открывают вручную (при односторонней выгрузке) или при помощи механизмов, укрепленных на фермах мостового крана. Железнодорожный состав перемещают при помощи маневровой лебедки. Сырье и топливо загружают в приемные бункера мостовыми кранами.

Процессы, происходящие при обжиге гидравлической извести. Температурные условия обжига Обжиг гидравлической извести может производиться в тех же печах, что и обжиг воздушной извести. Главным образом применяются шахтные печи, снабженные полугазовыми топками или топками полного сгорания. Расход условного топлива на обжиг гидравлической извести несколько меньший, чем при обжиге воздушной, и составляет 12 — 14% от массы обожженной извести. Гидравлическую известь в зависимости от вида сырья обжигают при температурах от 900 до 1100 °C, а иногда и при 1200 °C. При этом в сырье происходит ряд химических превращений. В первую очередь обезвоживаются глинистые минералы и разлагаются карбонаты магния и кальция: СаО, СаСО3 и частично MgO вступают в твердофазные реакции с кислотными оксидами (SiO2 и дегидратированной глиной).

В процессе обжига чистых карбонатных пород происходит процесс теплового разложения карбонатов кальция СаСОз и магния MgCO3 с поглощением тепла по уравнениям:

Карбонаты разлагаются на окислы кальция СаО и магния MgO (известь) и углекислый газ СО2, который улетучивается.

При полном разложении 1 кгуглекислого кальция образуется 0,56 кгСаО и 0,44 кгСО2. Следовательно, для получения 1 кгСаО требуется:

При полном разложении 1 кгMgCO3 образуется 0,477 кгMgO и 0,523 кгСО2. Следовательно, для получения 1 кгMgO требуется :

Количество тепла, которое необходимо затратить для разложения при атмосферном давлении и температуре 15° С 1 кгСаСО3, равно 425 ккал и для разложения 1 кгMgCO3 — 310 ккал.

Теоретически для получения 1 кгСаО необходимо затратить тепло в количестве: 425· 1,786 ~ 760 ккал. Для получения 1 кгMgO необходимо затратить тепло в количестве: 310· 2,1 ~ 650 ккал, т, е. на 14,5% меньше.

На скорость разложения карбонатов решающее влияние оказывает температура. Разложение СаСО3 начинается при 600 °C, но реакция не идет до конца и протекает медленно. Полное разложение СаСОз происходит примерно при температуре 900° С. Разложение MgCO3 начинается при температуре 400° С, полное разложение происходит начиная с 710° С.

Скорость реакции разложения карбонатов кальция и магния растет с уменьшением давления газа СО2, однако колебании концентрации СО2 в печных газах (25 — 40%) не оказывают существенного влияния на ведение обжига.

Рассмотрим основы процесса обжига карбоната кальция. Время полного термического распада СаСО3 зависит от температуры обжига, плотности карбонатной породы и размера ее кусков.

Разложение СаСО3 в куске и основное количество тепла диссоциации (разложения) сосредоточено на некоторой границе (поверхности), величина и положение которой непрерывно меняются. Граница между наружным обожженным слоем и внутренним необожженным называется зоной диссоциации. Эта граница хорошо видна на изломе куска извести с недожогом.

При повышении температуры обжига выше 900 °C скорость разложения известняка резко возрастает. Так, если скорость продвижения зоны диссоциации при температуре 950 °C принять за единицу, то при температуре 1050° С она увеличится в 1,8 раза, а при 1150° С — в 4 раза. Отсюда следует, что температура обжига является основным фактором в увеличении производительности печи.

Повышение плотности природных карбонатов кальция требует увеличения температуры их разложения, поэтому температура обжига мраморов и известняков высокой плотности должна быть на 50 — 80 °C выше температуры обжига рыхлого и мелового сырья.

По мере того как кусок известняка обжигается, увеличивается толщина слоя извести на его поверхности. Вследствие высокой пористости коэффициент теплопроводности СаО в 3 раза ниже, чем известняка, что уменьшает подвод тепла к границе диссоциации.

Таким образом, время полного разложения куска известняка зависит не только от температуры обжига, но и от его линейного размера.

На время разложения оказывает влияние форма кусков известняка. Время полного разложения куска известняка неправильной округлой формы в 1,5 — 2 раза меньше времени обжига равного ему по объему куска в виде плиты.

Продолжительность полного разложения кусков известняка различного размера при данной температуре пропорциональна квадрату линейного размера куска. Поэтому для получения равномерно (одинаково) обожженной извести необходимо, чтобы исходное сырье имело близкие по размеру куски.

При нагревании кальциевого известняка до температуры разложения образуется СаО, обладающая максимальной скоростью соединения с водой, т. е. минимальным временем гашения. При дальнейшем прокаливании образовавшейся окиси кальция происходит спекание материала, выражающееся в срастании мелких кристаллических зерен СаО в крупное многокристаллическое тело.

С увеличением температуры и времени прокаливания происходит рост кристаллов, называемый процессом рекристаллизации. Процесс рекристаллизации сопровождается повышением плотности и прочности извести и замедлением скорости ее гашения.

Прокаливание чистой СаО в интервале температур 950 — 1350 °C приводит к росту ее кристаллов до размера 5 — 10 мк и увеличению в 2 — 3 раза времени гидратации, но не сказывается на количестве активной СаО. При прокаливании чистого известняка (с содержанием примесей менее 2%) в течение 1 ч в температурном интервале 1350 — 1400° С происходит образование перекристаллизованной (пережженной) извести (кристаллы СаО более 10 мк) в пределах 9 — 20%. Поэтому обжиг в печах на газообразном или жидком топливе чистых кальциевых известняков при температуре до 1300 °C не приводит к появлению пережженной извести, а сопровождается получением активной извести со сроками гашения до 20 мин. При обжиге также сопровождается изменение плотности минералов (см. рис. 2).

Природные карбонаты кальция обычно содержат определенное количество MgCO3 и примесей. Примеси входят также в зольную часть топлива. Наиболее распространены примеси в виде кремнезема (SiО2), полуторных окислов (Fe2O3, AI2O3) и сульфата кальция (CaSO4). Влияние МgСО3 на свойства извести состоит в следующем. Разложение доломитизированного известняка идет в две стадии: вначале разлагается MgCO3, а затем при более высокой температуре СаСО3. Образовавшаяся при 700 — 750 °C окись магния при дальнейшем нагревании спекается и рекристаллизуется, теряя при этом в значительной степени способность к гидратации. Чем выше температура обжига, тем больше времени затрачивается на гидратацию прокаленного MgO. Полученная длительным обжигом (в шахтной печи) при температуре 1100 — 1300 °C MgO в обычных условиях гидратирует полностью только через несколько дней и даже недель, поэтому происходит разрушение конструкций из-за увеличения в объеме MgO.

Содержание кремнезема (SiO2) в чистых известняках обычно не превышает 2%, но в мергелистых достигает 5 — 15%. SiО2 взаимодействует с СаО в твердом состоянии уже при 700 — 800° С образуя силикаты кальция (в основном двухкальциевый силикат — 2CaO· SiO2, или белит), которые представляют собой тугоплавкие соединения и при 1300 — 1400° С не образуют плава. Полученные в процессе обжига силикаты кальция снижают количество активной СаО в извести, так как она находитсяв них в связанном виде.

Взаимодействие СаО с Fe2O3 и А12Оз происходит при температуре 900 — 1200 °C с образованием новых соединений — ферритов и алюминатов кальция (СаО· Fе2Оз; 2CaO· Fe2O3; СаО· А12О3), обладающих низкой вязкостью и низкой температурой плавления (так называемой жидкой фазы). Жидкая фаза обволакивает зерна СаО, образуя медленногасящуюся (гидравлическую) известь.

Присутствие в извести CaSO4 способствует понижению температуры образования жидкой фазы и значительно замедляет процесс гидратации извести. Следовательно, окись кальция в извести может находиться в свободном и связанном состоянии.

Связанной окисью кальция называется СаО, вступившая во взаимодействие с примесями с образованием новых химических соединений (силикатов и алюмоферритов кальция). Эта часть воздушной извести представляет собой безвозвратные потери окиси кальция, тогда как для гидравлической извести силикаты кальция (белит) являются необходимыми минералами.

Свободной СаО называется окись кальция, находящаяся в виде кристаллов СаО.

Таким образом, к свободным окислам СаО и MgO относятся активные СаО и MgO, ошлакованные и оплавленные частицы активной СаО и перекристаллизованные окислы СаО и МgO.

Под «недожогом» извести понимают неразложившуюся часть известняка, которая находится в куске под слоем хорошо обожженной извести. «Недожог» легко обнаружить, взяв в руки куски извести, так как куски с «недожогом» тяжелее полностью обожженных. Расколов такой кусок, можно увидеть ядро серого цвета, состоящее из неразложившегося СаСО3.

«Недожог» в извести снижает ее качество за счет уменьшения содержания СаО. Причиной появления «недожога» извести являются нарушения технологии процесса обжига.

Под «пережогом» извести понимают ту ее часть, которая в естественных условиях не взаимодействует с водой в принятые сроки гашения. К «пережогу» относятся рекристаллизованные окислы СаО и MgO, а также ошлакованные и оплавленные частицы активной окиси кальция. «Пережог» извести внешне представляет собой ошлакованные и оплавленные утяжеленные куски извести темноватого цвета, имеющие плотную структуру.

Вредное влияние «пережога» извести состоит в том, что он попадает в отходы при гашении (чистая потеря извести), гасится в силикатных изделиях (при автоклавной обработке), в кладке или штукатурке, вызывая их разрушение.

Снижение количества «пережога» в комовой кальциевой извести (за счет ошлакованных и оплавленных частиц активной СаО) можно получить при ее тонком измельчении.

Причиной появления «пережога» извести является нарушение требований, предъявляемых к сырью (превышение содержания в нем МgСО3 и глинистых примесей), топливу (повышенная зольность) и режиму обжига (резко завышенная температура обжига, перерасход топлива и т. п.)[4].

Взвешивание навесок должно производиться.

• · для химического анализа — на аналитических весах с точностью до ±0,0002 г,
• · для прочих определений — на технических весах с точностью до ±0,01 г.

Титр раствора устанавливают по трем параллельным пробам и вычисляют как среднеарифметическое из получаемых результатов.

Допускаемые отклонения в результатах параллельных определений не должны превышать следующих величин, %:

• Ш активная окись кальция ±0,4
• Ш активная окись магния ±0,3
• Ш CO2 (весовой метод) ±0,2

Подсчет результатов анализа производят с точностью до 0,01%.

Концентрацию разбавленных кислот в ряде случаев выражают как отношение объема кислоты к объему воды. Например, раствор соляной кислоты 1:3 означает, что один объем соляной кислоты плотностью 1,19 разбавлен тремя объемами воды.

Методы испытаний:

Определение суммарного содержания активных окисей кальция и магния в магнезиальной, доломитовой и гидравлической извести Применяемые реактивы и растворы:

Аммиачный буферный раствор готовят следующим образом:

67,5 г хлористого аммония по ГОСТ 3773–72 растворяют в 200 мл дистиллированной воды, фильтруют, прибавляют 570 мл 25%-ного раствора аммиака по ГОСТ 3760–64, доливают до 1 л водой и хорошо перемешивают.

Кислотный хром темно-синий (индикатор), 0,5%-ный раствор готовят следующим образом:0,5 г индикатора хром темно-синего растворяют в 10 мл аммиачного буферного раствора и разбавляют до 100 мл синтетическим этиловым спиртом по ГОСТ 11 547–76 или техническим этиловым спиртом по ГОСТ 17 299–71. гидравлический известь месторождение оборудование Трилон Б по ГОСТ 10 652–73, 0,1 н раствор (двунатриевая соль этилендиаминотетрауксусной кислоты); готовят следующим образом:

19 гтрилона Б растворяют в мерной колбе в 300 — 400 мл дистиллированной воды при незначительном нагревании. Если раствор получится мутным, то его фильтруют, затем доливают до 1 л водой и хорошо перемешивают. Для установки титра трилона Б приливают из бюретки 20 мл 0,1 н титрованного раствора сернокислого магния, приготовленного из фиксанала, в коническую колбу вместимостью 250 — 300 мл, разбавляют раствор до 100 мл водой, нагревают до 60 — 70 °C, приливают 15 мл аммиачного буферного раствора и 5 — 7 капель кислотного хром темно-синего индикатора и титруют 0,1 н раствором трилона Б при интенсивном помешивании до перехода красной окраски раствора в устойчивую сине-сиреневую или синюю с зеленоватым оттенком.

Титр 0,1 н раствора трилона Б TMgО, выраженный в MgО, вычисляют по формуле:

где V — объем 0,1 н раствора трилона Б, пошедший на титрование 20 мл 0,1 н раствора сернокислого магния, мл; 0,2 016 — количество окиси магния, соответствующее 1 мл точно 0,1 н раствора трилона, Б, г.

Гидрат окиси калия, 20%-ный раствор, хранят в полиэтиленовой посуде.

Флуорексон (индикатор), сухая смесь готовят следующим образом:

1 г флуорексона тщательно растирают в ступке с 99 г безводного хлористого калия по ГОСТ 4234–69. Индикаторную смесь хранят в посуде с притертой крышкой в темном месте.

Триэтаналамин по действующим нормативным документам, водный раствор 1:4.

• · Сахароза по ГОСТ 5833–75, 10%-ный раствор.
• · Фенолфталеин (индикатор) по ГОСТ 5850–72, 1%-ный спиртовой раствор.
• · Соляная кислота по ГОСТ 3118–67, 1 н титрованный раствор.

Проведение анализа Определение содержания активной окиси кальция сахаратным способом:

0,25 г извести помещают в коническую колбу вместимостью 500 мл, добавляют 50 мл раствора сахарозы и энергично взбалтывают в течение 15 мин. Для улучшения перемешивания в колбу предварительно помещают 3 — 5 стеклянных бус или оплавленных стеклянных палочек длиной 5 — 7 мм. Затем прибавляют 2 — 3 капли фенолфталеина и титруют 1 н раствором соляной кислоты. Титрование производят по каплям до первого исчезновения розовой окраски. Количество активной окиси кальция А1 в процентах вычисляют по формуле.

где V — объем 1 н раствора соляной кислоты, пошедший на титрование, мл;

ТСаО — титр 1 н раствора соляной кислоты выраженный в г. СаО; G — масса навески извести, г.

Определение содержания активной окиси магния трилонометрическим методом:

Массу навески извести 0,5 г помещают в стакан вместимостью 200 — 250 мл, смачивают ее водой и прибавляют 30 мл 1 н соляной кислоты. Стакан закрывают часовым стеклом и нагревают в течение 8 — 10 мин до температуры кипения, затем часовое стекло ополаскивают дистиллированной водой и после охлаждения раствор переливают в мерную колбу вместимостью 250 мл, доливают дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. После отстаивания раствора отбирают пипеткой 50 мл, переносят в коническую колбу вместимостью 250 мл и добавляют 50 мл дистиллированной воды, 5 — 10 мл аммиачного буферного раствора, 5 — 7 капель кислотного хром темно-синего индикатора и титруют при сильном взбалтывании 0,1 н раствором трилона Б до перехода красной окраски раствора в сине-зеленую или синюю.

По окончании титрования отмечают объем V1 израсходованного трилона Б в миллилитрах.

Из этой же мерной колбы отбирают 50 мл раствора в коническую колбу вместимостью 250 мл, приливают 100 мл дистиллированной воды и перемешивают. Затем добавляют 3 мл триэтаноламина, 25 мл 20%-ного раствора едкого калия и вновь перемешивают. Через 1 — 2 мин добавляют на кончике шпателя флуорексон и титруют раствором трилона Б до перехода флуоресцирующей розово-зеленой окраски раствора в устойчивую розовую при наблюдении на черном фоне. Отмечают объем V2 израсходованного раствора трилона Б в миллилитрах.

Содержание активной окиси магния А2 в процентах вычисляют по формуле.

где V1 — объем 0,1 н раствора трилона Б, пошедший на титрование СаО + МgО, мл; V2 — объем 0,1 н раствора трилона Б, пошедший на титрование СаО, мл; TMgO — титр 0,1 н раствора трилона Б, выраженный в г MgO; 5 — коэффициент, учитывающий определение MgО в аликвотной части раствора; G — масса навески извести, г.

Содержание активных окисей кальция и магния, А в процентах определяется суммой величин A1 + A2.