Известь

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

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

Известковая вода

Гидроксид кальция
Общие
Систематическое наименование Гидроксид кальция
Отн. молек. масса 74.093 а. е. м.
Молярная масса 74.093 г/моль
Физические свойства
Плотность вещества 2.211 г/см³
Состояние (ст. усл.) белые кристаллы
Термические свойства
Температура плавления 512 °C
Химические свойства
Растворимость в воде 0.185 г/100 мл
Классификация
номер CAS

Гидрокси́д ка́льция — химическое вещество, сильное основание, формула Ca(OH)2. Представляет собой порошок белого цвета, плохо растворимый в воде.

Тривиальные названия

  • гашёная известь — так как получают путём «гашения» (то есть взаимодействия с водой) «негашёной» извести оксида кальция;
  • известковая вода — прозрачный (близкий к насыщенному) водный раствор;
  • известковое молоко — водная суспензия.
  • пушонка — сухой гидроксид кальция.

Часто называют просто известь или извёстка (так же называют и оксид кальция).

Получение

Получают путём взаимодействия оксида кальция (негашёной извести) с водой (процесс получил название «гашение извести»):

CaO + H2O → Ca(OH)2

Эта реакция экзотермическая, идёт с выделением 16 ккал (67 кДж) на моль.

Свойства

Внешний вид — белый порошок, мало растворимый в воде:

Растворимость гидроксида кальция в воде

Температура, °C Растворимость, г Ca(OH)2/100 г H2O
0 0,173
20 0,166
50 0,13
100 0,08

Гидроксид кальция является довольно сильным основанием, из-за чего водный раствор имеет щелочную реакцию.

Как и все гидроксиды, реагирует с кислотами (см. реакция нейтрализации) с образованием соответствующих солей кальция:

Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2H2O,

по этой же причине раствор гидроксида кальция мутнеет на воздухе, так как гидроксид кальция, как и другие сильные основания, реагирует с растворённым в воде углекислым газом:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

Если продолжить барботацию углекислого газа, выпавший осадок растворится, так как образуется кислая соль — гидрокарбонат кальция:

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2,

причём при нагревании раствора гидрокарбонат снова разрушается и выпадает осадок карбоната кальция:

Ca(HCO3)2 →(t) CaCO3↓ + CO2 + H2O

Гидроксид кальция реагирует с монооксидом углерода при температуре около 400°C:

Ca(OH)2 + CO →(t) CaCO3 + H2

Применение

  • при побелке помещений;
  • для приготовления известкового строительного раствора. Известь применялась для строительной кладки с древних времён. Смесь обычно приготавливают в такой пропорции: к 1 части смеси оксида кальция (негашёной извести) с водой добавляют 3—4 части песка (по массе). При этом происходит затвердевание смеси по реакции:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

Это экзотермическая реакция, выделение энергии составляет 27 ккал (113 кДж). Одновременно происходит и образование силиката кальция:

CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + CO2

Как видно из реакции, в ходе её выделяется вода. Это является отрицательным фактором, так как в помещениях, построенных с помощью известкового строительного раствора долгое время сохраняется повышенная влажность. В связи с этим, а также благодаря ряду других преимуществ перед гидроксидом кальция, цемент практически вытеснил его в качестве связующего строительных растворов;

  • для приготовления силикатного бетона. Состав силикатного бетона одинаков с составом известкового строительного раствора, однако он готовится другим методом — смесь оксида кальция и кварцевого песка обрабатывается не водой, а перегретым (174,5—197,4°C) водяным паром в автоклаве при давлении 9—15 атмосфер;
  • для устранения карбонатной жёсткости воды (умягчение воды). Реакция идёт по уравнению:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O;

  • для производства хлорной извести;
  • для производства известковых удобрений;
  • каустификация карбоната натрия и калия;
  • дубление кож;
  • получение других соединений кальция, нейтрализация кислых растворов (в том числе сточных вод производств), получение органических кислот и проч;
  • в пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E526.
  • Известковая вода — прозрачный раствор гидроксида кальция. Она используется для обнаружения углекислого газа. При взаимодействии с ним она мутнеет, так как образуется нерастворимый карбонат кальция:
    Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O
  • Известковое молоко — взвесь (суспензия) гидроксида кальция в воде, белая и непрозрачная. Она используется для производства сахара и приготовления смесей для борьбы с болезнями растений, побелки стволов

См. также

  • Кальций
  • Оксид кальция
  • Сульфат кальция
  • Карбид кальция
  • Пищевые добавки

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *