Расчет состава извести и известняка

Федеральное агентство по образованию

Белгородский Государственный технологический

университет им. В. Г. Шухова

Институт строительного материаловедения

Кафедра Технологии цемента и композиционных материалов

Курсовая работа

По дисциплине «Химия вяжущих материалов»

На тему «Расчет состава извести и известняка»

Вариант № 10

Белгород 2011

Задание

Рассчитать состав извести и степень диссоциации карбоната кальция в ней, а также состав исходного известняка и определить вид извести (кальциевая, магнезиальная, доломитовая, карбонатная) и сорт извести (1, 2, 3й), если известно (см. вариант в приложении):

активность извести (Ак.);

содержание в извести оксида магния (% MgO);

содержание в извести остаточной углекислоты (% СОг);

потери при прокаливании глины, содержащейся в известняке (% пппгл).

Указание

строительная известь карбонатный

Состав извести включает содержание неразложившегося известняка и содержание негася-щихся продуктов обжига, %.

Состав известняка включает содержание кальцита, доломита и глины, %.

MgO содержится в исходном известняке в виде доломита (MgCО3СаСО3).

Принять, что 1 % прокалённой глины связывает 1,7 % СаО.

Степень диссоциации (ηс.д.) СаСОз определяется по формуле:

%

где (CaO+MgO)aкт. - активность извести, %;

(СО2)ост - содержание в извести остаточной углекислоты, %.

1. СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНОЙ ИЗВЕСТИ

Для производства воздушной извести применяют все природные материалы, содержащие в основном углекислый кальций (известняк, мел, известковый туф и т. д.). Теоретический состав его: 56% СаО и 44% СО2. Углекислый кальций встречается в природе в виде трех минералов: кальцита, арагонита и ватерита.

Арагонит СаСО3 имеет твердость 3,5 - 4, плотность 2900 - 3000 кг/м3, при нагревании превращается в кальцит.

Доломиты представляют собой породы смешанного происхождения. В виде примесей обычно присутствуют кальцит и глинистые, минералы, иногда - ангидрит,кварц,оксиды железа и др. По внешнему виду доломиты очень похожи на известняки как по структуре, так и по окраске. Аналогично многим известнякам они имеют зернистую или плотную структуру. Они отличаются значительной пористостью и трещиноватостью. Плотность доломитов составляет 2700-2800 кг/м3, предел прочности при сжатии - 100 - 140 МПа. От известняков доломиты отличаются повышенным содержанием минерала доломита.

Кальцит СаСО3 имеет белую и серую окраску. Твердость кальцита по минералогической шкале 3; плотность 2720 - 2800 кг/м3 Кальцит растворяется в кислотах; в воде его растворимость незначительная. Кальцит обнаруживается эффектом «вскипания» при: воздействии на него 10%-ным раствором соляной кислоты.

Магнезит МgСО3 встречается желтого, белого, серого и коричневого цветов, имеет стеклянный блеск. Твердость 3,75 - 4,25, плотность 2900 - 3100 кг/м3.

Известняки. Горная порода карбонатной группы, состоящая из; кальцита (редко из арагонита) и некоторого количества минеральных примесей, называется известняком. К известнякам относятся карбонатные породы с содержанием углекислого кальция СаСО3 не менее 70%.

Известняки образовались в основном из останков живых организмов, обитавших миллионы лет назад в морской воде. Чем больше времени прошло с момента образования таких скоплений, тем более плотным является известняк.

Некоторая часть известняков образовалась химическим путем вследствие перехода растворимой в воде двууглекислой соли кальция в нерастворимую углекислую.

В природе встречаются известняки самой разнообразной окраски: белой, серой, желтой, зеленоватой, бурой, красноватой, черной и пестрой. Цвет известняка определяется примесями. Пахучесть известняка говорит о значительном содержании в нем органических остатков.

Известняки классифицируют по двум признакам: по структуре, т.е. по строению материала, и по химическому составу.

Зернисто-кристаллические известняки - к ним относятся кальцитовый и доломитизированный мрамор, имеют крупнокристаллическое строение Объемная масса мрамора 2600¸2800 кг/м3; карьерная влажность до 2%.

Плотные известняки имеют тонкозернистую структуру; объемная масса - 2400¸2600 кг/м3; карьерная влажность- 2¸4%. Отдельные виды плотных известняков поддаются полированию и поэтому называются мраморовидными.

Пористые известняки - известняк-ракушечник, известняковые туфы и оолитовые известняки.

Ракушечник сложен из остатков крупных раковин (размером 2¸3 см); влажность 8¸10%.

Мел имеет землистое сложение. Его особенности рыхлость, тонкозернистость, отсутствие слоистости. Объемная масса мела 1300¸2000 кг/м3; карьерная влажность мела составляет 10¸30%.

Известняковый туф - ноздреватая относительно твердая порода; предел прочности при сжатии в сухом состоянии до 80 МПа.

Оолитовый известняк состоит из отдельных шаровидных сцементированных зерен кальцита (диаметром до 0,05 мм), внутри которых часто находятся песчинки; отличается он низким пределом прочности при сжатии 16¸20 МПа.; влажность 6¸8%.

Землистые известняки мел и рыхлые сходные по структуре с мелом известняки.

Доломитизированные известняки дают серую воздушную известь, используемую иногда в строительных растворах, а при обжиге во взвешенном состоянии - в изделиях автоклавного твердения.

Примеси - известковые горные породы обычно содержат различные примеси, главным образом глинистых веществ, доломита, кварца, окиси железа. Соединения железа находятся в примесях в виде карбонатов (сидерит FeСО3), сульфидов (пирит), свободных окислов (магнетит, гематит) и в составе других примесей (глауконит). Условно к карбонатным породам относят только те, которые содержат не менее 50% карбонатов кальция и магния и не более 50% глинистых примесей. Карбонатную породу, содержащую от 21 до 50% песчано-глинистых веществ, называют мергелем.

Количество примесей колеблется в довольно значительных пределах. Даже сравнительно чистые известняки содержат 2-3% примесей. Характер физической структуры известняков и наличие в них примесей отражаются на процессе производства извести, обусловливая изменение температуры обжига и производительности печи, а также оказывают влияние на свойства конечного продукта.

Глинистые примеси в количестве до 8% существенно не изменяют свойства воздушной извести. Известняки с содержанием глинистых примесей от 8 до 12% называются слабо мергелистыми известняками, а получаемая из них известь - слабогидравлической. При содержании глинистых примесей в пределах 12¸20% известняки называются мергелистыми, а получаемая из них известь сильногидравлической

2. КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИЗВЕСТИ

В зависимости от характера последующей обработки обожженного продукта воздушная известь делится на негашеную (комовую и молотую) и гашеную - гидратную (пушонку и тесто).

Негашеная известь, иногда называемая кипелкой, состоит из СаО, а гашеная - из Са(ОН)2, причем известковое тесто наряду с Са(ОН)2 содержит значительное количество механически примешанной воды.

Комовая негашеная известь представляет собой кусковую обожженную известь, которая может содержать примеси мелких частиц. извести и золы сгоревшего топлива. Молотая негашеная известь - порошкообразный продукт; полученный помолом комовой извести.

Гашеная известь-пушонка представляет собой порошкообразный продукт гашения комовой извести.

Известковое тесто - тестообразный продукт гашения комовой или молотой извести.

На свойства извести большое влияние оказывают содержащиеся в известняках примеси: глина, углекислый магний, кварц и др., в той или иной степени уменьшая ее способность к гашению. Известняк в чистом виде дает при надлежащем обжиге продукт, который при взаимодействии с водой полностью гасится, превращаясь в гидрат окиси кальция.

При производстве молотой извести некоторые примеси не только не ухудшают, но даже улучшают ее качество. Если глинистых примесей в известняке больше 6%, то продукт обжига приобретает четко выраженные гидравлические свойства и называется гидравлической известью; гидравлическая известь делится на слабо - и сильногидравлическую.

В зависимости от пластичности получаемого продукта, зависящей от содержания глинистых и песчаных примесей, различают жирную и тощую извести.

Жирная известь быстро гасится, выделяя при этом много тепла, и дает после гашения пластичное жирное на ощупь тесто. Жирная известь отличается большей пескоемкостью, т. е. позволяет получать удобо-обрабатываемые строительные растворы при введении большего количества песка.

Тощая известь гасится медленно и дает менее пластичное тесто, в котором прощупываются мелкие зерна. Чем больше глинистых и песчаных примесей содержит известняк, тем более тощей получается изготовленная из него известь.

В зависимости от содержания окиси магния различают следующие виды воздушной извести: кальциевую при содержании не более 5% MgO, магнезиальную при содержании 5-20% MgO и доломитовую (высокомагнезиальную) при содержании 20-40% MgO. При значительном содержании MgO известь гасится медленнее и выделяет при гашении меньшее количество тепла, чем известь с малым содержанием MgO и, следовательно, с высоким содержанием СаО. Магнезиальная и доломитовая извести проявляют гидравлические свойства при меньшем содержании глинистых и песчаных примесей, чем маломагнезиальные, так как Mg(OH)2 значительно менее растворим в воде, чем Са(ОН)2.

В зависимости от температуры, развивающейся при гашении, различают низкоэкзотермичную (с температурой гашения ниже 343 К) и высокоэкзотермичную (с температурой гашения выше 343 К) извести.

По скорости гашения согласно ГОСТ 9179- 77 различают известь быстрогасящуюся (скорость гашения не более 8 мин); средне-гасящуюся (скорость гашения не более 25 мин) и медленно гасящуюся (скорость гашения не менее 25 мин).

3. ТРЕБОВАНИЯ ГОССТАНДАРТА К СТРОИТЕЛЬНОЙ ИЗВЕСТИ

3.1 Технические требования

.1. Строительную известь следует изготовлять в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.

.1.2. Материалы, применяемые при производстве строительной извести: карбонатные породы, минеральные добавки (гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки, активные минеральные добавки, кварцевые пески), должны удовлетворять требованиям соответствующих действующих нормативных документов.

.1.2.1. Минеральные добавки вводят в порошкообразную строительную известь в количествах, допускаемых требованиями к содержанию в ней активных CaO + MgO по п. 2.4.

.1.3. Воздушная негашеная известь без добавок подразделяется на три сорта: 1, 2 и 3; негашеная порошкообразная с добавками - на два сорта: 1 и 2; гидратная (гашеная) без добавок и с добавками на два сорта: 1 и 2.

.1.4. Воздушная известь должна соответствовать требованиям, указанным в табл. 3.1.

Таблица 3.1.

Норма для извести, % , по массе

негашеной

гидратной

кальциевой

магнезиальной и доломитовой

Сорт извести

1

2

3

1

2

3

1

2

Активные СаО и MgO, не более:

с добавкой

65

55

-

60

50

-

50

40

без добавок

90

80

70

85

75

65

67

60

Активные MgO, не более

5

5

5

20(40)

20(40)

20(40)

-

-

СО2, не более:

с добавкой

4

6

-

6

9

-

2

4

без добавок

3

5

7

5

8

11

3

5

Непогасившиеся зерна, не более

7

11

14

10

15

20

-

-

. В скобках указано содержание MgO для доломитовой извести.

. СО2 в извести с добавками определяют газообъемным методом.

. Для кальциевой извести 3-го сорта, используемой для технологических целей, допускается по согласованию с потребителями содержание непогасившихся зерен не более 20%.

.1.4.1. Влажность гидратной извести не должна быть более 5%.

.1.4.2. Сортность извести определяют по величине показателя, соответствующего низшему сорту, если по отдельным показателям она соответствует разным сортам.

.1.5. Гидравлическая известь по химическому составу должна соответствовать требованиям, указанным в табл. 3.2.

Таблица 3.2

3.1.7. Предел прочности образцов, МПа (кгс/см2), через 28 суток твердения должен быть не менее:

а) при изгибе:

·        0,4 (4,0) - для слабогидравлической извести;

·        1,0 (10) - для сильногидравлической извести;

б) при сжатии:

·        1,7 (17) - для слабогидравлической извести;

·        5,0 (50) - для сильногидравлической извести.

.1.7.1. Вид гидравлической извести определяют по пределу прочности при сжатии, если по отдельным показателям она относится к разным видам.

.1.8. Содержание гидратной воды в негашеной извести не должно быть более 2%.

.1.9. Степень дисперсности порошкообразной воздушной и гидравлической извести должна быть такой, чтобы при просеивании пробы извести сквозь сито с сетками № 02 и № 008 по ГОСТ 6613-86 проходило соответственно не менее 98,5 и 85% массы просеиваемой пробы.

Максимальный размер кусков дробленой извести должен быть «не более 20 мм.

.1.9.1. По согласованию с потребителем допускается поставка комовой гидравлической извести, используемой в технологических целях.

.1.10. Воздушная и гидравлическая известь должна выдерживать испытание на равномерность изменения объема.

.2 Правила приемки

.2.1. Известь должна быть принята отделом технического контроля предприятия-изготовителя.

.2.2. Известь принимается и отгружается партиями. Размер партии устанавливается в зависимости от годовой мощности предприятия в следующем количестве:

·        200 т - при годовой мощности до 100 тыс. т;

·        400 т - св. 100 до 250 тыс. т;

·        800 т - 250 тыс. т.

Допускается приемка и отгрузка партий и меньшей массы;

.2.3. Массу поставляемой извести определяют взвешиванием в, транспортных средствах на железнодорожных и автомобильных весах. Массу извести, отгружаемой в судах, определяют по осадке судна.

.2.4. Предприятие-изготовитель производит приемку и паспортизацию продукции и назначает вид и сорт извести на основании, данных заводского технологического контроля производства и данных текущего контроля отгружаемой партии.

Журналы с данными текущего контроля отгружаемой партии, используемые для приемки продукции, должны быть пронумерованы и опечатаны гербовой печатью.

.2.4.1. Заводской технологический контроль производства осуществляют в соответствии с технологическим регламентом.

.2.4.2. Текущий контроль качества отгружаемой партии осуществляют по данным испытаниям общей пробы. Общую пробу составляют не менее чем за две смены работы предприятия и не менее чем из восьми разовых проб. Пробы отбирают для комовой извести - от транспортных средств подачи продукции на склад, для порошкообразной - от каждой мельницы или гидратора, работающих в данный силос. Общую пробу для комовой извести: составляют массой 20 кг, порошкообразной - 10 кг. Отбор разовых проб осуществляют равномерно и в равных количествах. Общую пробу комовой извести измельчают до размеров кусков не более 10 мм.

.2.4.3. Пробы, отобранные для текущего контроля отгружаемой партии, тщательно смешивают, квартуют и делят на две равные части. Одну из этих частей подвергают испытаниям для определения показателей, предусмотренных стандартом, другую - помещают в герметически закрываемый сосуд и хранят в сухом помещении на случай необходимости контрольных испытаний.

.2.5. Контрольную проверку качества извести осуществляют государственные и ведомственные инспекции по качеству или потребитель, применяя при этом указанный порядок отбора проб.

.2.5.1. От каждой партии отбирают общую пробу, получаемую объединением и тщательным смещением разовых проб. Общая проба для комовой извести составляет 30 кг, для порошкообразной - 15 кг.

.2.5.2. При отгрузке извести навалом пробу отбирают в момент погрузки или выгрузки, при отгрузке извести в таре - со клада готовой продукции или при разгрузке у потребителя.

.2.5.3. При поставке извести навалом в вагонах пробу отбирают равными долями из каждого вагона; при поставке извести автомобильным транспортом - равными долями от каждых 30 т извести; при поставке извести в мешках - равными долями из 10 мешков, отобранных случайным образом от каждой партии; при поставке водным транспортом - с транспортных лент или другого вида погрузочно-разгрузочных средств.

.2.5.4. Отобранную общую пробу извести подвергают испытаниям для определения показателей, предусмотренных настоящим стандартом.

.2.5.5. При контрольной проверке качества известь должна соответствовать всем требованиям настоящего стандарта для данного вида и сорта.

.3 Методы испытаний

.3. 1. Химический анализ и определение физико-механических свойств извести производят по ГОСТ 22688 - 77. При этом для кальциевой извести содержание активного MgO устанавливают по данным входного контроля сырья.

.4 Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение

.4.1. Комовую известь отгружают навалом, порошкообразную - навалом или в бумажных мешках по ГОСТ 2226-88. Допускается с согласия потребителя применять четырехслойные бумажные мешки.

.4.2. Для определения средней массы мешков брутто одновременно взвешивают 20 мешков с известью, отобранных случайным образом, и результат делят на 20. Среднюю массу мешка нетто определяют, вычитая из массы брутто среднюю массу нетто мешка. Отклонение средней массы мешков с известью нетто от указанной на упаковке не должно превышать ±1 кг.

.4.3. Изготовитель одновременно с отгрузочными реквизитами обязан направлять каждому потребителю извести паспорт, в котором должны быть указаны:

·        название предприятия-изготовителя и (или) его товарный знак;

·        дата отгрузки извести;

·        номер паспорта и партии;

·        масса партии;

·        полное наименование извести, ее гарантированный вид и сорт, показатели соответствия продукции требованиям настоящего стандарта;

·        время и температура гашения;

·        вид и количество добавки;

·        обозначение стандарта, по которому поставляется известь.

Кроме того, в каждую транспортную единицу должен быть вложен ярлык, в котором указывают: название предприятия-изготовителя и (или) его товарный знак, полное наименование извести, ее гарантированный вид и сорт, обозначение стандарта, по которому поставляется известь.

.4.4. При отгрузке извести в бумажных мешках на них должно быть обозначено: название предприятия и (или) его товарный знак, полное наименование извести, ее гарантированный вид и сорт, обозначение стандарта, по которому поставляется известь.

.4.4.1. Допускается замена всех обозначений на мешках цифровыми кодами, согласованными с потребителем.

.4.5. Изготовитель обязан поставлять известь в исправном и очищенном транспортном средстве.

.4.6. При транспортировании и хранении известь должна быть защищена от воздействия влаги и загрязнения посторонними примесями.

.4.6.1. Известь транспортируют всеми видами крытого транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на данном виде транспорта. Допускается с согласия потребителя поставка комовой извести в цельнометаллических полувагонах и открытых автомашинах при условии сохранения ее качества и принятия необходимых мер против распыления и воздействия атмосферных осадков.

.4.6.2. Известь следует хранить и транспортировать раздельно по видам и сортам.

.5. Гарантия изготовителя

1.       Изготовитель гарантирует соответствие извести требованиям настоящего стандарта при соблюдении условий ее транспортирования и хранения.

2.       Гарантийный срок хранения извести - 30 сут со дня ее отгрузки потребителю.

4. Расчет состава извести и известняка

Таблица 4.1. Исходные данные

.1 Расчет состава извести

Известь состоит из CaO и MgO, неразложившегося известняка CaCO3 и погасившихся продуктов обжига (СаО + глина).

Согласно исходных данных содержание MgO=4 %. Из условия, активность извести равна 85 %, т.е. сумма оксидов СаO + MgO=85 %.

Следовательно СаO=85-4=81 %.

Содержание неразложившегося известняка можно определить по содержанию остаточной углекислоты в извести:

СаO + СО2 = СаСО3

µ(СаСО3) = 100 г/моль

µ(СО2) = 44 г/моль

Массу неразложившегося карбоната кальция вычисляем по формуле:

Следовательно, оставшаяся часть - это негосящиеся продукты обжига, содержание которых вычисляется по формуле:

,

т.е. сумма негасящегося СаСО3 и глины (прокаленная) составляет 8,18 %. Из условия, что 1 % прокаленной глины (х) связывает 1,7 % СаО, можно составить уравнение:

Содержание прокаленной глины равно 3,03 %.

Содержание не гасящегося СаО равно:

Таблица 4.2. Состав извести, %

.2 Расчет состава карбонатной породы

Известняк состоит из кальцита, доломита и глины. Содержание доломита в извести можно вычислить исходя из содержания Mgo в извести:

Содержание глины можно определить из ее количества в извести, учитывая потери при прокаливании (П.П.П.):

Тогда в извести ее содержится:

Количество кальцита в извести можно рассчитать исходя из содержания СаО во всех формах (СаОактивный + СаОнепогасившийся + СаОнеразложившегося в составе СаСО3):

Из пропорции найдем массу СаО в составе СаСО3:

Пересчитываем СаО в СаСО3:

Но, так как часть СаСО3 содержится в доломите, тогда:

где

- содержание СаСО3 в доломите.

Рассчитаем массу чистого кальцита:

Пересчитаем состав на % , исходя из пропорции:

где

Х - содержание компонентов в кг;

Y - содержание компонентов в %.

Таблица 3

Состав карбонатной породы

Рассчитаем количество MgCO3 в извести:

.3 Расчет степени декарбонизации

Степень декарбонизации СаСО3 определение по формуле:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе полученных данных можно сделать вывод, что:

Содержание MgCO3 составляет 10,68% что соответствует классу В. CaCO3 - 87,43% - класс В. Глинистые примеси - 1,89% - класс В.

Таким образом карбонатная порода относится к классу В.

Активность извести - 85%, содержание MgO - 4%, остаточной углекислоты - 3%, не погасившиеся зерна - 8,18%.

Следовательно это негашеная кальциевая известь второго сорта без добавок.

Список литературы

1.   Монастырев А.В. Производство извести, Стройиздат, М., 1972, 1975, 1978 гг.

2.       Табунщиков Н.П. Производство извести, М., "Химия", 1974 г.

3.   Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов, "В.Ш.",М, 1980 г.