РАБОТА № 6 ПОЛУЧЕНИЕ ИЗВЕСТИ ОБЖИГОМ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ


1. Цель работы — Получить известь из известняка (мела или мрамора) и определить выход продукта.

2. Теоретическая часть

 Время полного термического распада СаСОз зависит от температуры, плотности карбонатной породы и размера ее кусков.По мере того как кусок известняка обжигается, увеличивается толщина слоя извести на его поверхности.

Разложение СаСОз 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° С скорость разложения известняка резко возрастает. Так, если скорость продвижения зоны диссоциации при температуре 950° С 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°С 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° С приводит к росту ее кристаллов до размера 5–10 мк и увеличению в два-три 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°С не приводит к появлению пережженной извести, а сопровождается получением активной извести со сроками гашения до 20 мин.

Природные карбонаты кальция обычно содержат определенное количество MgCOs и примесей. Примеси входят также в зольную часть топлива. Наиболее распространены примеси в виде кремнезема (Si02), полуторных окислов (Fe203, AI2O3) и сульфата кальция (CaS04).

Обжиг карбонатных пород является важным процессом в производстве портландцемента и силикатного кирпича. Так как, в результате этого процесса получают известь, которая важнейшим сырьем для силикатной промышленности.

Получение извести основано на процессах разложения породы, содержащей СаСО3 и MgCО3, на окись кальция СаО и окись магния MgO и углекислоту СО2 при нагревании до температуры выше 825° С. Углекислота при обжиге удаляется из печи с отходящими газами, а окись кальция в чистом виде или в смеси с окисью магния выгружают из печи в виде комьев. Известняк теряет при обжиге 44% по весу, уменьшаясь в объеме на 12-14%.

Диссоциация карбонатных пород сопровождается поглощением тепла, 1 грамм-молекула СаСОз требует для разложения примерно 190*103 Дж тепла.

Окись кальция является главной составной частью извести. Реакция разложения углекислого кальция обратима и зависит от температуры и парциального давления углекислого газа. Диссоциация углекислого кальция достигает заметной величины, начиная от температур выше 600° С.

Известняковые породы обжигают главным образом в шахтных печах непрерывного действия при температуре 950-1100° С. Однако более рациональными для получения извести являются вращающиеся печи, а также печи кипящего слоя.

Оборудование: муфельная печь, карбонат   кальция, аналитические весы, раствор соляной кислоты.

3. Методика проведения работы

Взвесить на весах 3-5 грамм карбоната кальция (мрамор, мел, известняк)

1Взвесить прокаленный тигель на аналитических весах.

2Перенести навеску карбоната в тигель и взвесить на аналитических весах.

3Прокалить тигель с навеской в муфельной печи при температуре 900-950° С в течение часа.

4Охладить тигель в эксикаторе и вновь взвесить на аналитических весах.

5 Содержимое тигля количественно перенести в химический стакан и растворить в избыточном количестве дистиллированной воды.

6После полного растворения отфильтровать раствор. Фильтр обильно промыть водой. Фильтрат перенести в мерную колбу и довести водой до метки (объем колбы выбрать в зависимости от количества фильтрата).

7 Фильтр с осадком поместить в прокаленный тигель, взвесить и прокалить в муфельной печи при температуре 900° С.

8Охладить тигель в эксикаторе и вновь взвесить на аналитических весах.

Данные занести в таблицу:

Масса  тигля, m1

Масса тигля с карбонатом кальция, m2

Масса тигля с карбонатом  после прокаливания, m3

Масса тигля с фильтром

m4

Масса тигля с фильтром после прокаливания

m5

 

 

 

 

 

 

Обработка результатов

Рассчитать теоретическое количество извести, которое можно получить из взятого количества карбоната кальция. Масса исходного карбоната кальция равна: mСаСО3= m2- m1

Рассчитать полученное количество извести: mСаО= m3- m1- m4+ m5

Рассчитать выход продукта

Сделать вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Классификация изделий силикатной промышленности.

2. Сырье для производства силикатов.

3. Стеклообразное состояние и характеристика стекол.