Гашение извести термохимическая реакция

В производстве гашеной извести основной процесс — это гидратация оксида кальция, представляющая собой обратимую термохимическую реакцию соединения CaO с водой:

CaO+ H₂O = Ca(OH)₂

56        18        74

В соответствии с химической реакцией для гидратации 1 кг теоретически необходимо 18:56=0,321 л H₂O.

Частицы гидрата оксида кальция Ca(OH)₂ имеют кристаллическую структуру, их плотность 2200 … 2400 кг/м³.

Температура гашения извести

При гидратации CaO выделяется теплота, равная 1160 кДж на 1 кг CaO.

Направление реакции гидратации зависит от температуры и парциального давления паров в окружающей среде. Давление диссоциации Ca(OH)₂
достигает атмосферного при 547° С, поэтому для быстрой и полной гидратации CaO необходимо, чтобы в реакторе не развивалась слишком высокая температура и имелось некоторое количество воды.

При гашении воздушной высококальциевой извести в зависимости от количества подаваемой воды образуется продукт в виде сухого порошка (гидратная известь), известкового теста или известкового молока.

Гидратная известь

Гидратная известь (пушонка) — белый тонкий порошок, который получается, если при гашении подать воду в количестве, необходимом для полного завершения реакции гидратации, т. е. 32% массы CaO. Например, при гашении 1 кг высококальциевой извести теоретически необходимо добавить 0,321 л воды, чтобы получить 1,321 кг гидратной извести (пушонки).

Вследствие испарения влаги при гашении и наличия в пушонке адсорбированной воды исходной воды дается значительно больше, чем требуемое в соответствии с химической реакцией. Так, при гашении высококальциевой извести в пушонку воды берут не 32% от массы CaO, a 52…70%. Однако и большое количество воды также нежелательно, так как выделяющейся при реакций теплоты уже будет недостаточно для превращения ее в пар и часть воды останется в пушонке, ухудшая ее качество.

При гашении негашеной извести в пушонку ее объем увеличивается в 2… 3,5 раза, что объясняется увеличением объема пустот между зернами пушонки. Плотность гидратной извести составляет в среднем 560 кг/м³, насыпная плотность — 400 … 450 кг/м³.

Выделяющаяся при гидратации CaO теплота вызывает интенсивное парообразование. Образующийся пар разрыхляет куски извести, превращая их в тонкий порошок с частицами размером 1 … 20 мкм.

Быстрогасящаяся известь с высоким содержанием оксида кальция состоит преимущественно из мелких кристаллов CaO (размером 0,5…1 мкм) и обладает большим количеством крупных пор. При соприкосновении с водой пористой извести она гасится так быстро, что процесс гидратации походит на взрыв. Бурное гашение высококальциевой извести сопровождается быстрым подъемом температуры. При ее гашении образуется тонкий легкий порошок гидратной извести и жирное известковое тесто.

Среднегасящаяся высококальциевая известь состоит из более крупных кристаллов CaO (размером 3…7 мкм) и имеет значительно меньшее количество пор в куске, в связи с чем она гасится менее бурно и при ее гашении получается более грубый порошок гидратной извести и менее пластичное известковое тесто.

Адсорбированная вода — вода химически не связанная с Ca(OH)₂, но обволакивающая частички Ca(OH)₂ подобно пленке, в связи с чем может быть удалена только нагреванием.

Чем выше температура процесса гашения (например, при гашении паром), тем выше скорость гидратации извести, но тем крупнее и прочнее образующиеся частицы Ca(OH)₂. Крупные частицы только в небольшом количестве распадаются в воде на тончайшие частицы и поэтому в дальнейшем не образуют высокопластичного известкового теста. Низкая температура процесса замедляет скорость реакции гашения. Установлено, что гашение извести начинается при 25° С, оптимальная температура гасящейся массы при сухом гашении извести 80 … 90° С.

Известковое тесто

Известковое тесто — влажная пластичная паста из Ca(OH)₂, которая получается, если при гашении к 1 кг высококальциевой извести добавить 1…1,4 л воды. Размер частиц Ca(OH)₂, образующихся при гашении в известковое тесто (и вообще при мокром гашении), существенно меньше, чем при сухом гашении той же извести.

Обычно известковое тесто содержит 30…50% свободной воды и 40…55%, Ca(OH)₂. Свойства известкового теста в значительной степени определяются количеством свободной воды: оно может быть густым или жидким, большей или меньшей подвижности, с разным количеством твердого известкового вещества.

Известковый шлам — текучая сметанообразная суспензия Ca(OH)₂, которая получается, если при гашении к 1 кг высококальциевой извести добавить 2 … 2,5 л воды.

Известковое молоко — водная коллоидальная суспензия Ca(OH)₂, получаемая при добавлении к 1 кг высококальциевой извести трех и более литров воды. Концентрация приготовляемого на стройках известкового молока колеблется в широких пределах.

В табл. 1 приведены характеристики известкового теста, шлама и молока, применяемых в строительстве. Принято характеристики известковых суспензий замерять при температуре 15° С

или 20° С.

Таблица 1. Характеристики известкового теста, шлама, молока

Плотность, кг/л (при 15°С)	Массовая доля извести, кг/л
CaO	Ca(OH)2
Известковое тесто
1,42	0,538	0,711
1,40	0,510	0,674
1,38	0,484	0,640
1,36	0,460	0,608
Известковый шлам
1,30	0,382	0,505
1,28	0,356	0,470
1,26	0,331	0,437
1,24	0,307 £	0,406

Для ускорения мокрого гашения извести применяют добавки в виде разбавленных растворов CaCl₂
(в содовом производстве), HCl, HNO₃, NaCl.