ИЗВЕСТКОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

П. Ж. Брунт, Р. С.  Лєври

Перевод с английского языка Рогаченко А. М.

Источник: . http://nzic.org.nz/ChemProcesses/soils/2B.pdf

Известняк (CaCO3) является сырьем для производства негашеной (CaO) и гашеной (Ca (OH)) извести. Эти вещества имеют огромное значение для промышленности Новой Зеландии. Известняк является одним из лучших удобрений в сельском хозяйстве. Также он используются во многих отраслях промышленности: для нейтрализации кислотных отходов, в целлюлозно-бумажной промышленности, для производства цемента и в качестве флюса в черной металлургии. Известь используется также в технологии обогащения золота и экспортируется по всему Южно-Тихоокеанскому региону.

Известняк широко встречается в Новой Зеландии, но для изготовления из него извести необходимо провести обработку сырого материала для дальнейшего использования. Негашеная известь производится из известняка путем увеличения температуры до 1100˚ С, необходимой для протекания химической реакции:

CaCO3 + Тепло → СаО + CO2 ↑

Гидратная известь производится путем добавления воды к окиси кальция:

СаО + H2O → Ca(OH)2 + Тепло ↑

Термин известь, как правило, используется для объяснения всех аспектов элемента кальция. В Новой Зеландии термин используется для объяснений понятий: известняк (карбонат кальция – CaCO3), негашеная известь (оксид кальция - СаО) и гашеная известь (гидроксид кальция - Ca(OH)2). Все эти материалы используют в больших количествах как в Новой Зеландии, так и за рубежом.

Известь очень важна для экономики Новой Зеландии из-за ее применения в качестве удобрения. Такое применение извести не ново: во втором веке до нашей эры римский Катон Цензор рекомендовал использовать известняк для улучшения урожайности в кислых почвах. В настоящее время известь – одно из наиболее распространенных удобрений, используемых в Новой Зеландии.
 
Известняк, как правило, имеет морское происхождение, то есть, он формируется под водой, за счет скопления остатков морских организмов в течение длительного времени. По этой причине, окаменелые формы морской жизни можно легко найти во многих известняках. Многие известняки претерпевали метаморфические изменения и перекристаллизовывались в течение большого промежутка геологического времени, и остатки морской жизни в них уже не узнать. Поскольку большая часть области известных сейчас как Новая Зеландия была покрыта морем на длительное время, известняки различной чистоты встречаются в изобилии во всех регионах страны, за исключением центральной Отаго и в центре Северной Исландии.
 
Известняк умеренно растворим в воде:

CaCO3(s) ↔ Ca32+(aq) + CO32-(aq)      Kc = 8.7·10-9

В большинстве природных вод содержится большое количество углекислого газа. Это увеличивает отложение известняка следующим образом. Во-первых, оксид углерода реагирует достаточно легко с водой, образуя ионы бикарбоната и гидроксония:

CO2(aq) + 2H2O(1) ↔ H3O+(aq) + HCO3-(aq)       Kc = 4.3 · 10-7

В этих условиях кислота, карбонат легко реагируют на форме бикарбоната:

CO32-(aq) + H3O(aq) ↔ H2O(1) + HCO3-(aq)       Kc = 1.8 ·1010

Когда углекислый газ растворяется в воде, происходит следующая реакция:

CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O(1) ↔ Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq)

С помощью этих реакций, по истечении времени известняк растворяется дождевой водой и ручьями, образуя карстовые "воронки" и подземные пещеры. Характерной чертой известняковых пещер являются сталактиты и сталагмиты. Известняковые пещеры имеют относительно низкое содержание двуокиси углерода в парциальном давлении (т.е. доля диоксида углерода в атмосфере), давая  тем самым твердый карбонат кальция. Каждая капля воды, которая попадает на стенки пещеры, способствует постепенному наращиванию столба. В геологических масштабах времени эти изменения сравнительно коротки. Как уже говорилось ранее, термин "известь" относится к трем сходных веществам: известняку, негашеной извести и гашеной извести. Каждый из них используются для различных целей. Известняк используется в качестве удобрения, а также в производстве стекла и цемента. Негашеная известь и гидратная известь используются в:
• сталелитейной промышленности (в качестве флюса)
• целлюлозно-бумажной промышленности (как causticiser)
• при добычи золота
• при очистки воды
• при очистки сточных вод
• fellmongery (для лечения)
Самым важным из них в Новой Зеландии является использование известняка в сельском хозяйстве. Большинство почв Новой Зеландии - естественно кислотные, что мешает благополучному росту растений и их дальнейшему использованию. Подкисление –  результат воздействия определенных ионов, таких как алюминий и марганец в силикатных структурах почвы. При низких значениях рН, ионы этих элементов наиболее токсичны для растений. Влияние ионов алюминия и марганца в процессе метаболизма приводит к плохому росту сельскохозяйственных культур. Известкование поднимает рН почвы до 6 - 7, а также позволяет освобождать такие элементы, как Mg, P и Mo для использования растений. В общем, 2,5 - 5 тонн га применяется для девственной почвы, и еще каждые четыре года используется по 2,5 тонны. pН почвы меняется по принципу следующей реакции:

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2

Известь также изменяет физические свойства почвы, разрыхляя ее. Разрыхляемость определяет легкость дальнейшей обработки почвы. Кислые почвы, как правило, мопс, как глина, а нейтральные почвы -  легкие и рассыпчатые.

Существуют и другие применения извести, рассматриваемые в статьях соответствующих отраслей промышленности.

ПРОИЗВОДСТВО ИЗВЕСТИ

Шаг 1 - Добыча
Раньше, известняк добывался взрывным способом  при бурении взрывных скважин на карьерах. В этом способе, карьер имел  ступенчатый вид (террасы), для того чтобы каменоломни смогли достичь буровых площадок. Буровые скважины бурились вертикально, на 6 - 20 футов друг от друга, для того чтобы обезопасить проведение взрывных работ.
Новый способ предусматривает взрывные работы лишь раз в несколько недель. С помощью этого метода есть одна высокая лицевая часть, длинные отверстия, пробуренные вертикально по лицевой части карбидо-вольфрамовыми буровыми коронками. Взрывные работ устроены так, что на бурение каждого отверстия уходит лишь небольшая часть времени. Кажется, что взрывы происходят в один момент, однако разность долей во времени между взрывом каждого из отверстий не делает колебания более сильными, чем если бы каждое отверстие было взорвано в отдельности.

В некоторых карьерах с известняками небольшой крепости, в последнее время с большим успехом были использованы совершенно новый метод отработки. В нем не используют взрывчатые вещества, а механизм добычи сравним с механизмом строительства дорог. Таким образом, добыча зависит от физической природы известняка, который может варьироваться от менее до более крепкого. Количество влаги в известняке обратно пропорционально крепости. Чем ниже содержание влаги, тем меньше энергии будет израсходовано на сушку сырьевого материала. После добычи крупных блоков известняка, их измельчают. Известняк дробят до такого размера кусков, пока 95% материала сможет пройти через Британское стандартное сито № 8 (примерно двухмиллиметровые квадратные отверстия) и 50% материала должно пройти через Британское стандартное сито № 30. Это сито с отверстиями в 30 дюйм (отверстия 0.5 мм площади). Этот способ трудоемкий и занимает много времени по выпуску извести. Однако является очень хорошим материалом для быстрых действий в устранении дисбаланса рН. Известняк транспортируется либо наземными транспортными средствами, либо с помощью самолета.

Шаг 2 - преобразование

Негашеная известь
Негашеная известь производится в Новой Зеландии на трех заводах: в Отороханга в Великобритании, Северной Хейвлок и Данбек в Отаго. Высококачественный известняк (> 95% CaCO3) является исходным материалом для производства извести. В непрерывном процессе обжига в вертикальной печи при температуре 1100ْْ C, происходит разделение известняка на двуокись углерода и оксид кальция:

CaCO3 + Тепло → СаО + CO2 ↑

Гашеная известь
Гидратная известь является производной от негашеной извести и возникает в результате взаимодействия негашеной извести с водой в непрерывном гидраторе. В ходе этого процесса выделяется большое количество тепла. Затем частицы микронного размера пропускаются через воздушные сепараторы, которые отвергают грубые
частицы. Гашеный материал – легкий и "пушистый". Реакция протекает следующим образом:

СаО + H2O → Ca(OH)2 + Тепло

И негашеная, и гидратная извести являются конечными продуктами и приносят большую пользу их потребителям. Грузовые автомобили,
пневматические танкеры и в 25 кг многослойных бумажных мешках.

Статья написана PJ Брант (Нельсон Политехник) и RC Лори (WL Лори ООО,
Нельсон). Пересмотрена для этого издания Петром Rolls (McDonald's Лайм ООО) с редакцией Хизер Уонсбро.