Высокотемпературные процессы при получении строительной во и)ушной извести и магнезиальных вяжущих.

В основе получения этих вяжущих обжиг карбонатсодержащих пород. При производстве воздушной извести известняк и мел декарбонизируются и превращаются в известь по реакции: СаС0₃ ↔ CaO+СО₂

Как правило, обжигу подвергают твердые карбонатные породы в виде кусков, но возможна и тепловая обработка меловых шламов. Температура разложения карбоната кальция зависит от парциального давления углекислоты в окружающем пространстве. Декарбонизация СаСО₃ начинается уже при 600°С и с повышением температуры реакция ускоряется. При 900°С парциальное давление углекислоты достигает атмосферного, поэтому данную температуру иногда называют температурой разложения известняка. Дальнейшее повышение температуры значительно увеличивает скорость разложения, но отрицательно сказывается на качестве извести - ухудшает ее реакционную способность вследствие роста размера кристаллов.

При обжиге кусков в первую очередь декарбонизирутся поверхностные слои. Образующаяся известь вследствие высокой пористо и малой теплопроводности тормозит передачу теплоты вглубь кусков. Чем толще слой извести, тем больше его сопротивление проникновению теплоты и, следовательно, тем более высокие температуры нужны для передачи теплоты в глубину, чтобы практическая скорость разложения карбона^-кальция была экономически целесообразна. Поэтому реальная темпера обжига всегда выше теоретической. Ее устанавливают на каждом заводе в зависимости от плотности сырья, наличия примесей, типа печи и ряда других факторов. Чем выше плотность сырья, тем выше должна быть температура обжига. Наличие глинистых примесей облегчает удаление CO₂ и снижает температуру обжига. Однако чем больше в извести примесей, тем при более низкой температуре наступает ухудшение ее свойств. Уже при 1000 - 1100°С возникает опасность пережега поверхности кусков извести. Практически в заводских условиях температура обжига карбоната кальция составляет 1050-1200°С, причем под температурой обжига понимают не температуру в печи, а температуру обжигаемого материала.

Диссоциация углекислого кальция - обратимая реакция, протекающая при определенных температурах и соответствующих парциальных давлениях углекислого газа. Установившееся при какой-либо температуре химическое равновесие в системе СаСОз ↔ СаО + СО₂ можно сместить слева направо удалением некоторого количества СО₂, что вызывает диссоциацию новых частиц карбоната и выделение дополнительных количеств углекислого газа. Это дает возможность интенсифицировать процесс разложения известняка путем усиления тяги в печи.

Продолжительность обжига определяется размером кусков обжигаемого продукта. Для завершения процесса обжига необходимо определенное время, в течение, которого материал должен находится в печи. Скорость перемещения зоны диссоциации СаСО₃ по куску зависит от температуры обжига: при 900°С она составляет примерно 2 мм/ч, а при 1100°С - 14 мм/ч, т.е. обжиг завершается в 7 раз быстрее. Для повышения производительности печей желательно уменьшение размеров кусков в допустимых пределах. При обжиге кусков различной крупности режим процесса определяют исходя из времени, необходимого для обжига кусков средних размеров.

Характер процессов, протекающих при обжиге мела или известняка, зависит также от содержания в них примесей, влияющих на свойства обожженного материала. При температуре 850-1100°С образующийся оксиде кальция взаимодействует с кислотными оксидами примесей SiО₂, А1₂О₃ и Fe₂О₃ с образованием двухкальциевого силиката 2CaO·SiО₂, двухкальциевого феррита 2СаО·Fе₂О₃, однокальциевого алюмината СаО·А1₂О₃ и др. Количество этих фаз зависит от химико-минералогического состава исходного сырья. Чем больше в нем глинистых и песчаных примесей, тем большее количество оксида кальция связывается в эти минералы.

При получении магнезиальных вяжущих обжигу подвергают магнезит или доломит. Процесс декарбонизации идет аналогично рассмотренному ранее, но при более низких температурах. Разложение MgCО₃ ↔MgO+ СO₂ начинается при 400°С, но достигает заметной скорости лишь при 600-650°С.

Практически процесс ведут при температурах порядка 700°С. Дальнейшее повышение температуры интенсифицирует процесс разложения, но ухудшает вяжущие свойства продукта.

Доломит CaCО₃ ·MgCО₃ обжигают при температурах 650-750°С, т.е. температуры разложения СаСО₃. Поэтому СаСО₃ остается не разложенным в виде балласта. Полученное вяжущее состоит из MgO, CaСО₃ и небольшого количества извести.