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.