آهک زنده ( آهک کلسینه )

آهک زنده ( آهک کلسینه ) چیست ؟

آهک زنده همان کلسیم اکسید (CaO) است که در ابعاد مختلف بسته به مصرف نهایی و کلسیم موجود در آن استفاده می‌شود. اصولا از آهک زنده در بسیاری از زمینه‌های زیست محیطی و کشاورزی استفاده می‌شود.

بعنوان مثال از جمله کاربردهای آهک زنده ( آهک کلسینه )می‌توان به پاکسازی دودکش (دود) در اثر انتشار گاز سولفور، پاکسازی آب و فاضلاب، عملیات اصلاح خاک و حفاری چاه اشاره کرد.

اگر کلوخه‌های آهک ( سنگ آهک ) دمایی در حدود 900 درجه به بالا حرارت داده شود، کربن‌دی اکسید آن خارج شده و چیزی که باقی می‌ماند آهک زنده یا کلسیم اکسید است.

به این فرآیند کلسیناسیون گفته می‌شود. اگر عملیات کلسیناسیون به درستی انجام شود، ابعاد کلوخه‌های آهک زنده ( آهک کلسینه ) تقریبا برابر با کلوخه‌های آهک اصلی خواهد بود. گفتنی است که چگالی کلوخه‌های آهک زنده ( آهک کلسینه ) تولید شده بسیار کمتر از چگالی کلوخه های آهک اصلی است. دلیل کمتر شدن چگالی آهک زنده ( آهک کلسینه ) در مقایسه با سنگ آهک، کاهش وزن 44 درصدی آهک زنده در اثر حذف کربن‌دی اکسید است.

از طرفی، واژه ” آهک ” که در کارخانجات و جاهای مختلف استفاده می‌شود معنای متفاوتی دارد. بطور مثال در کارخانه‌های آهک منظور همان آهک زنده CaO است. همچنین در صنعت ساختمان زمانی که از کلمه “آهک” استفاده می‌شود منظور همان آهک هیدراته Ca(OH)2 است.

متاسفانه زمانی که کلمه‌ی “آهک” مطرح می‌شود، شما برای فهمیدن اینکه منظور گوینده یا نویسنده کدام است مجبور به تفسیر آن هستید.درک صحیح منظور از آهک نامبرده بسیار مهم است، زیرا آهک زنده بسیار خطرناک‌تر از آهک هیدراته است.

ویژگی های فیزیکی آهک زنده ( آهک کلسینه ) چیست ؟

ویژگی‌های فیزیکی آهک کلسینه به صورت زیر است :

• رنگ: بیشتر آهک‌‌های زنده سفید هستند. وجود ناخالصی‌ها به ویژه آهن و منگنز باعث ایجاد آهک کلسینه با ته‌رنگ خاکستری، قهوه‌ای و زرد می‌شود. زمانی که آهک زنده با استفاده از سوخت جامد سوزانده می‌شود، خاکستر حاصل از آن می تواند یک پوشش سطحی قهوه‌ای یا خاکستری ایجاد کند.
• بو: آهک زنده اندکی بوی خاک می‌دهد.
• بافت: تمام آهک‌های زنده ریز بلورین هستند اما با چشم غیرمسلح به نظر بی‌شکل(غیر متبلور و غیر شفاف) می‌آیند.
• چگالی حجمی: بیشتر آهک‌های کلسینه تجاری و مصرفی دارای وزن مخصوص ظاهری بین 900 تا 1200 کیلوگرم بر مترمکعب هستند. وجود ذراتی که باعث پر شدن حفره‌ها می‌شوند، وزن مخصوص ظاهری را تا 30 درصد افزایش می‌دهد.
• نقطه ذوب: نقطه ذوب کلسیم اکسید ( آهک زنده ) و منیزیوم اکسید به ترتیب برابر با 2580 و 2800 درجه سانتی‌گراد است.

نقطه جوش: مقادیر گزارش شده برای نقطه جوش کلسیم اکسید و منیزیوم اکسید به ترتیب برابر با 2850 و 3600 درجه سانتی‌گراد است.

منظور از کلسیناسیون سنگ آهک ( آهک کلسینه ) چیست ؟

اصطلاح کلسیناسیون سنگ‌ آهک به فرآیندی اشاره دارد که در آن سنگ‌ آهک در اثر فرآیند تجزیه و گرمایی که به آن داده می‌شود به آهک زنده و کربن دی‌اکسید تبدیل می شود. این فرآیند توسط تولیدکنندگان آهک کلسینه انجام شده و به صورت اختصار، ،کلسیناسیون نامیده می‌شود.

واکنش‌های شیمیایی درگیر در تجزیه سنگ‌ آهک در عین سادگی دارای پیچیدگی‌های قابل ملاحظه‌ای است. این باور وجود داشت که این پیچیدگی‌ها به دلیل تغییرات در بلورشناسی و ریزساختار ایجاد شده است.

تلاش‌های زیادی برای ایجاد یک نظریه‌ی واحد در رابطه با کلسیناسیون انجام شده اما هریک از آن‌ها دارای محدودیت‌های هستند. این باور وجود دارد که این موضوع به دلیل:

• فرآیندهای متعدی در کلسیناسیون درگیر هستند، هریک از این فرآیندها می‌توانند تعیین کننده نرخ (نسبت) کلسیناسیون باشند.
• تفاوت‌های موجود در بلورشناسی و ریزساختارهای سنگ‌آهک که بیان کمی آن‌ها دشوار است، می‌توانند تاثیر قابل توجهی در فرآیند داشته باشند.
• ریزساختار آهک زنده (به ویژه لایه‌ی سطحی) می‌تواند تاثیر ویژه‌ای داشته باشد. این موضوع به دما، ناخالصی‌ها و در معرض بودن آن پس از تکمیل کلسیناسیون بستگی دارد.

به دلیل وجود پیچیدگی‌های فوق، بهترین راه برای تعیین ویژگی‌های سنگ‌آهک استفاده از آزمون‌های آزمایشگاهی است.

کیفیت آهک زنده چگونه تعیین می‌شود ؟

تولید آهک کلسینه با کیفیت مورد نیاز مستلزم انتخاب مناسب سنگ‌آهک، طراحی کوره و سوخت مناسب است. همچنین در این فرآیند، کنترل پارامترهای کوره برای اطمینان از اینکه کیفیت محصول تولیدی مطابق با ویژگی‌های ذکر شده در دیتاشیت است نیز ضروری است. شرکت پایا گستر برزین با سابقه موثر در این زمینه این اطمینان را به شما می‌دهد که محصولی با کیفیت و استاندارد در اختیار شما قرار می‌دهد.

تولید آهک با کیفیت خوب به نوع کوره، شرایط کلسیناسیون و طبیعت مواد خام (به عنوان مثال سنگ‌آهک) بستگی دارد. در دماهای کلسیناسیون نسبتا کم، محصولات تشکیل شده در کوره هم دارای کربنات سوزانده نشده و هم دارای آهکی با نام تحت آهک‌سوز است. با افزایش دما، آهک خردشده نرم یا به شدت واکنش‌پذیر تولید می‌شود.

در دماهای بالاتر نیز آهک سوزانده شده مرده یا کم واکنش‌پذیر تولید می‌شود. زمانی که جبهه‌ی واکنش به هسته‌ی سنگ‌آهک بارگذاری شده می‌رسد و تمام کربنات‌‌های موجود را به آهک تبدیل می‌کند، آهک خردشده نرم تولید می‌شود.

آهک زنده ( آهک کلسینه ) چگونه تولید می‌شود ؟

آهک زنده از طریق حرارت دادن به سنگ‌آهک خرد (سنگ‌شکنی) ‌شده در کوره دوار تولید می‌شود. دمای این کوره‌ها حدود 1100 درجه سلسیوس است. با حرارت دادن به سنگ‌آهک، کربن‌دی‌اکسید آزاد شده و کلسیم اکسید باقی می‌ماند (CaO مواردی چون CaO و CO₂ تولید می‌کند). بعد از حرارت دادن، آهک کلسینه خرد (سنگ‌شکنی) شده و تا رسیدن به ابعاد مناسب آسیاب می‌شود.

اصولا واژه‌ی آهک به شش ماده‌ی شیمیایی تولید شده در اثر فرآیند کلسیناسیون و هیدراسیون (آبدار کردن) اشاره دارد.

• CaO آهک زنده
• CaO + MgO آهک زنده دولومیتی
• MgO دولومیت سوزانده شده مرده
• Ca(OH)2 آهک هیدراته
• Ca(OH)2 + MgO دولومیت هیدراته نوع N
• Ca(OH)2 + Mg(OH)2 دولومیت هیدراته نوع S

کلسیم اکسید (CaO) عموما و در بازار با نام آهک یا آهک کلسینه شناخته می‌شود. از این ماده به طور گسترده در ترکیبات شیمیایی و صنایع مختلف استفاده می‌شود. این ماده یک ماده‌ی جامد سفید، آلکالین و بلورین است.

کاربرد آهک کلسینه ( آهک زنده ) در کجاها است ؟

آهک زنده کاربردهای فراوانی دارد، برای مثال می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تصفیه (خالص‌سازی) آب آشامیدنی
• حذف سیلیس (سیلیکا)، سولفور و کربن. از این فرآیند در تخلیه آهن‌ریختگی از کوره بلند (کوره قالب گیری آهن یا کوره ذوب‌آهن) استفاده می‌شود
• ساخت بلوک‌های بتنی اسفنجی (متخلخل، هواداده)
• پاکسازی فاضلاب
• خنثی‌سازی زهاب اسیدی معدن
• گوگردزدایی (دی سولفوریزاسیون) گازهای دودکش

همچنین، بطور کلی ابعاد و اندازه آهک های کلسینه استفاده شده برای مصارف مختلف می‌تواند به صورت زیر باشد:

• (10-50 میلی‌متر) به طور عمده صنایع فلزی، آهن و فولاد
• (3-15 میلی‌متر) کاربری‌های متعدد شامل فولاد و همچنین صنایع شیمیایی
• (0-3 میلی‌متر) کاربری‌های متعدد نظیر فولادسازی، صنایع شیمیایی همچنین صنایع غذایی (عمدتا شکر)
• (0-90 میکرون) کاربری‌های متعدد شامل معدن‌کاری، خالص‌سازی طلا، صنایع غذایی، فایبرگلاس (الیاف شیشه‌ای)، گندزدایی ماکیان، گندزدایی آب و بسیاری کاربردهای دیگر در صنایع شیمیایی.
• (40-100 میلی‌متر) کوره‌های سیمان و برخی کوره‌های فولاد
• (11-22 میلی‌متر) کارهای عمرانی و سنگفرش مسیر (جاده)ها
• (6-10 میلی‌متر) مخلوط‌های بتنی، بلوک‌های بتنی و سایر اهداف
• (1.5-4 میلی متر) گندزدایی و تصفیه آب

چگونه تعیین می‌کنید که از آهک هیدراته استفاده کنید یا آهک زنده؟

فرآیند نرخ خوراک‌دهی خشک تعیین کننده انتخاب آهک هیدراته یا آهک زنده است. فقط به خاطر داشته باشید که آهک کلسینه واکنش‌پذیرتر از آهک هیدراته است. با این وجود، در برخی فرآیندها آهک هیدراته حتی اگر به صورت خشک نیز تزریق شود مناسب نیست.

بهترین مثال عملیات پاکسازی گاز دودکش است. از این عملیات با نام گوگردزدایی گاز دودکش نیز یاد می‌شود. از این عملیات در نیروگاه‌های زغال سوز (با سوخت زغال)، صنایع سیمان، صنایع شیشه، کوره‌های زباله‌سوزی (برای کاهش HCL آن‌ها)، انتشار‌های گازهای سمی و نسوز استفاده می‌شود.

برخی از این سیستم‌ها برای فیلتر یا کاتالیز ذرات منتشر شده بعد از احتراق به آهک هیدراته نیاز دارند. این در حالی است که بقیه‌ی سیستم‌ها به آهک زنده نیاز دارند. اصول و قواعد دقیق مشابه بوده و نرخ‌های خوراک دهی نیز کاملا مشابه خواهد بود. با این وجود، خود فرآیند و گاز دودکش تعیین کننده این موضوع است که چه زمانی از آهک کلسینه و چه زمانی از آهک هیدراته استفاده کنیم.

اگر سیستم نیاز به آهک داشته باشد، راه اصلی برای تعیین اینکه آهک هیدراته مناسب‌تر از آهک زنده است این است که باید حجم آهک مورد نیاز فرآیند مورد نظر را بدانیم. در سیستم‌هایی که به مقادیر زیادی آهک نیاز دارند، آهک زنده گزینه‌ی ارجح‌تری در مقایسه با آهک هیدراته است، زیرا چگالی آهک زنده دو برابر آهک هیدراته است. این موضوع باعث کاهش هزینه‌های نگه‌داری و حمل و نقل می‌شود. با این وجود، واکنش آب گریز آهک کلسینه با آب به آب‌دیده‌کردن آهک در فرآیند نیاز دارد.

ویژگی های آهک زنده مناسب چیست ؟

ابعاد آهک تصفیه‌شده برای فرآیند فولادسازی بسیار مهم است. اندازه معمول آهک بکار رفته بین 8 تا 40 میلی‌متر است. این ابعاد به انحلال خود آهک تشکیل سرباره کمک می‌کند. اگر اندازه آهک کمتر از 8 میلی‌متر باشد اکثر کریستال‌های آهکی (کمتر از 8 میلی‌متر) همراه با مبدل گازهای خروجی تخلیه می‌شوند.

دومین ویژگی فیزیکی آهک کلسینه‌ شده که تاثیر زیادی دارد، واکنش‌پذیری آهک است. واکنش‌پذیری آهک یکی از ویژگیهای آهک زنده است که موجب انحلال سریع و حذف عناصر مضر است. از آنجایی که تعیین واکنش‌پذیری آهک در فولاد امکان‌پذیر نیست، معمولا این ویژگی در آب و با استفاده از فرآیند آزمایشی استاندارد شده انجام می‌شود.

آهک کلسینه‌ شده ویژگی واکنش‌پذیری خود را به دلیل تخلخل خوب به دست آورده است.این ویژگی تاثیر مطلوبی بر واکنش‌های متالورژیکی دارد.

اگر آهک بیش از حد در کوره کلسینه ‌شود واکنش‌پذیری آهک از بین می‌رود. به طور مشابه و در حالتی که اهک کمتر از اندازه کلسینه شود، آنگاه هسته‌ی آهک کلسینه نخواهد شد. چنین آهکی دارای کربن‌دی‌اکسید مازاد (CO2) است، ازینرو واکنش‌پذیری آن کم خواهد بود.

واکنش‌پذیری آهک به همگن‌ بودن آن، درجه تجزیه گرمایی و مساحت سطح ویژه آن بستگی دارد. آهک کلسینه شده در طبیعت به دلیل تخلخل بالا به شدت نمگیر (قابلیت جذب رطوبت) است. سطح کلوخه‌های آهک رطوبت را از هوا جذب کرده و هیدراته می‌شود.

تست مرغوبیت آهک کلسینه

آهک با جذب رطوبت واکنش‌پذیری‌ خود از دست می‌دهد. روش معمول برای تعیین واکنش‌پذیری آهک، تیتراسیون (عیارگیری) با اسید هیدروکلریک 4N (HCL) است. در این آزمایش 12.5 گرم نمونه آهک با محدوده ابعادی بین 1 تا 3 میلی‌متر برداشته می‌شود. سپس یک محلول اشباع شده که محتوی 100 میلی‌لیتر آب با دمای 60 درجه‌سانتی‌گراد است آماده می‌شود. پس از آن دو قطره شناساگر متیل نارنجی (متیل اورانژ) به این محلول افزوده می شود.

سپس اسید HCL با غلظت 4N (مول) به صورت قطره‌چکانی (قطره به قطره) به آن اضافه می‌شود. این کار تا جایی ادامه پیدا می‌کند که محلول کاملا خنثی شود. طریقه‌ی شناسایی نقطه پایانی این است که در این نقطه رنگ محلول از نارنجی به صورتی تغییر پیدا می‌کند.

سپس حجم HCL مصرف شده برای خنثی‌سازی ضربدر 4 می‌شود. مقدار به دست آمده به عنوان مقدار واکنش‌پذیری شناخته می‌شود. هرچه حجم بیشتری از HCL برای خنثی‌سازی مورد نیاز باشد، مقدار واکنش‌پذیری آهک بیشتر خواهد بود.