Основные свойства известняка: Известняк – виды, свойства, добыча, область применения

4. Заключение

(1) Резиновый формирователь диаметром 5 мм и толщиной 2 мм может эффективно изменять волну напряжения с высокочастотной прямоугольной волны на полусинусоидальную волну с более плавным восходящим участком. и более плавная форма волны. По сравнению с режимом без формирователя нарастающий фронт увеличивается на 370,28%, что соответствует эффективности эксперимента.

(2) Начальный модуль упругости известняка не чувствителен к скорости напряжения при одноосной сжимающей нагрузке, в то время как динамическая прочность на сжатие показывает сильный эффект скорости деформации, который имеет экспоненциальную зависимость от скорости деформации, и корреляция достигает 99,20 %. Динамическая прочность известняка на сжатие и скорость деформации увеличиваются с увеличением ударного давления, а увеличение скорости деформации меньше, чем увеличение ударного давления.

(3) С увеличением скорости деформации значительно увеличивается степень разрушения образцов, что свидетельствует о значительном влиянии скорости деформации.При низкой скорости деформации образцы известняка в основном разрушаются при осевом раскалывании, в то время как образцы известняка разрушаются при раздавливании при высокой скорости деформации.

(4) На начальном этапе эксперимента падающая энергия, энергия отражения, энергия пропускания и энергия поглощения увеличиваются с увеличением времени. Когда энергия увеличивается до определенного значения, увеличение энергии происходит медленно или даже не изменяется, тогда как энергия отражения увеличивается только в начале эксперимента и затем остается неизменной.Падающая энергия и энергия поглощения увеличиваются с увеличением скорости деформации. Когда скорость деформации больше 153,73 с ^-1 , падающая энергия, энергия отражения, энергия передачи и энергия поглощения резко возрастают; однако скорость поглощения энергии уменьшается с увеличением скорости деформации.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов относительно публикации этой статьи.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Фонду транспортных технологий провинции Гуйчжоу, Китай (№ 2015122046).

Кальцит, известняк и мрамор | Музей наук о Земле

Вернуться к статьям о камнях и полезных ископаемых

Келли Снайдер и Питер Рассел

Кальцит: Минерал, состоящий в основном из карбоната кальция (CaCO3). После кварца это самый распространенный минерал на Земле. Кристаллизующийся в гексагональной системе кальцит отличается широким разнообразием кристаллических форм.

Кальцит бесцветный или белый в чистом виде, но он может быть почти любого цвета — красноватым, розовым, желтым, зеленоватым, голубоватым, лавандовым, черным или коричневым из-за наличия различных примесей. Он может быть прозрачным, полупрозрачным или непрозрачным. Его блеск варьируется от стекловидного до тусклого; многие кристаллы, особенно бесцветные, являются стекловидными, тогда как зернистые массы, особенно мелкозернистые, имеют тенденцию быть тусклыми. Кальцит — номер 3 по шкале твердости Мооса; его можно легко поцарапать лезвием ножа или геологической киркой.Он имеет удельный вес 2,71. Три совершенных скола придают кальциту его шестигранники с ромбовидными гранями; углы, определяющие грани, составляют 78 и 102 градуса.

Когда свет проходит через некоторые минералы, он разделяется на два луча, которые движутся с разной скоростью и в разных направлениях. Это явление известно как двойное лучепреломление. Следовательно, кальцит проявляет двойное лучепреломление, которое можно наблюдать невооруженным глазом. Исландский лонжерон, впервые произведенный в 17 веке на восточном побережье Исландии, уже почти два столетия используется для изготовления оптических инструментов.Уильям Николь в 1828 году обнаружил, что, разрезая кристаллы в нужном направлении, можно создать оптическое устройство, которое устраняет один из лучей и позволяет другому выходить в виде плоскополяризованного света. Солнцезащитные очки Polaroid используют это свойство, чтобы уменьшить блики в солнечный день. Эта технология использовалась в микроскопах, которые используются для изучения горных пород и минералов.

На основе исследования спайности и кристаллических форм кальцита Рене Дж. Хэй разработал (1781–1801) теорию кристаллической структуры, сыгравшую важную роль в развитии современной структурной кристаллографии.Когда друг случайно разбил ценный кристалл кальцита, уронив его на пол, Хаи был шокирован, обнаружив, что кристалл разбился на ромбические формы. Он продолжал разбивать другие куски кальцита и смог определить представление о кристаллической структуре, возникающей в результате разрушения кальцита, каждый раз одинаковым образом.

• Корм ​​для животных
• Антацид — из карбоната кальция
• Строительство здания
• Химическая промышленность
• Укрепитель теста
• Камень облицовочный для внутренних и наружных работ
• Фильтр в разрыхлителе
• Стекольная промышленность
• Производство бумаги и бумажная промышленность
• Оптические цели
• Фотография
• Статуи
• Обработка отходов

Известняк — это порода, состоящая из кальцита.Большая часть известняка имеет серый цвет, но были обнаружены все цвета известняка от белого до черного. Ученые проверяют природную породу на известняк, поливая ее холодной разбавленной соляной или серной кислотой (10% -ный раствор или уксус). Известняк выделяет пузырьки двуокиси углерода.

Большая часть пресной и морской воды содержит растворенный карбонат кальция. Все известняки образуются, когда карбонат кальция кристаллизуется из раствора или из скелетов мелких морских ежей и кораллов. Все виды можно разделить на две группы.

К первой группе относятся известняки, образовавшиеся почти полностью без участия организмов. Этот вид известняка вытесняется из раствора при испарении воды. Такое испарение происходит в горячих лагунах многих коралловых рифов и в большинстве мелких тропических морей. Высокая температура вызывает испарение воды на поверхности. На дно моря оседает белый «известковый» ил. Эта белая грязь медленно затвердевает в светлый известняк, который остается мягким. Когда родниковая вода испаряется на суше, карбонат кальция образует корку на мхе, мертвых листьях и земле.Он образует насыпь или террасу, называемую туфом. При испарении воды в известняковых пещерах образуется еще одна разновидность известняка, называемая сталактитами и сталагмитами.

Почти каждый, кто посетил пещеру или видел их фотографии, кажется, более впечатлен любопытными образованиями в них, чем самой пещерой. С крыши пещеры могут спускаться длинные стройные каменные сосульки; и вверх от пола пружины аналогичные, но обычно более приземистые, гротескные отложения. «Стоунциклы», свисающие с потолка, называются сталактитами, а те, что поднимаются с пола, — сталагмитами.В некоторых случаях они присоединяются; другие — листовые, а не цилиндрические; но все до единого происходят из-за переотложения кальцита грунтовыми водами.

Если дождевая вода, циркулируя вниз по скалам над пещерой, растворяет немного кальцита по пути, он может капать с крыши пещеры. Попадая в воздух, он испаряется; и когда это происходит, кальцит откладывается. Постепенно формируются сталактиты и удлиняются. Между тем вода, которая капает на пол, может там испаряться и образовывать сталагмит.Как обычно, эта простая картина сложна по своей природе, и мы обнаруживаем, что относительные концентрации углекислого газа, давления и особенно изменение температуры вступают во взаимодействие факторов, которые определяют, будут ли грунтовые воды растворяться или оседать. Мы снова должны отказаться от технических деталей, но мы можем объяснить, что если среда, в которую попадает вода, имеет относительно высокую концентрацию углекислого газа, раствор будет иметь тенденцию, тогда как более низкая концентрация углекислого газа вызовет отложение.Здесь действительно есть хороший баланс, и он дает еще один пример подходов к равновесию, которых Природа, кажется, так стремится достичь.

Вторая группа известняков образуется в результате работы организмов. Многие водные организмы извлекают из воды карбонат кальция и используют его для изготовления своих раковин и костей. Это делают устрицы, моллюски, улитки, кораллы и морские ежи. Когда животные умирают; ракушки и кости разбиваются волнами на раковины, коралловый песок и грязь. Многие пляжи на островах Тихого океана сделаны из такой коралловой грязи и песка.Большинство слоев известняка во всех частях земли когда-то были ракушечным или коралловым песком и грязью. Известняк, называемый ракушечником, образованный из раковин и кораллов, встречается во Флориде.

• Кислотные дожди — нейтрализация кислых озерных вод
• Сельское хозяйство — стабилизация почвы и контроль pH
• Качество воздуха — нейтрализует газообразный диоксид серы, образующийся в промышленных процессах, таких как плавка металлических руд и угольные электростанции.
• Алюминий
• Заполнитель для бетона и дорожного строительства
• Искусственные водопады
• Асфальт
• Строительство — кирпич, раствор, штукатурка
• Строительный камень
• Свечи
• Цемент
• Керамика
• Бетон
• Косметика
• Хлопок — отбеливатель
• Красители — производство и очистка
• Плитка напольная
• Фонды
• Фунгициды
• Стекло
• Клей
• Желатин
• Удаление опасных отходов — отверждение и нейтрализация осадка ПХД
• Ландшафтный дизайн
• Нейтрализующий кислотный дренаж шахтный
• Масло — очистка масел и бензина
• Добыча руды
• Краска
• Производство бумаги
• Пестициды
• Фармацевтические препараты — асприн, пенициллин и др..
• Пластмассы
• Крошка домашней птицы — материал, образующий скорлупу
• Дорожное полотно
• Резина
• Мыло
• Soda Pop — делает пузыри в поп
• Удаление твердых отходов: стабилизирует шлам от очистных сооружений и установок сероочистки.
• Плавка железной руды
• Сталеплавильное производство
• Сахар очистка сахарной свеклы.
• Дубление кожи
• Могильные камни
• Зубная паста
• Очистка сточных вод — удаляет фосфор и азот, устраняет запах, убивает бактерии и способствует осветлению
• Водоподготовка — осветление питьевой воды.

Мрамор — это метаморфическая порода, образованная в результате изменения известняка под действием тепла и давления. Кальцит в известняке изменяется, а окаменелости и наслоения в исходном известняке исчезают по мере роста взаимосвязанных зерен. Если известняк чистый, образуется белый мрамор. Известняки могут включать слои глины или песка, которые могут образовывать привлекательные полосы и цвета, присущие декоративному мрамору.

• Строительный камень
• Столешницы и мойки
• Плитка напольная
• Terrazzo — мраморная крошка, смешанная с бетоном для формирования полов.
• Могильные камни

Кто, что, почему, когда и как?

Фуражный факс — доктор Ванесса Корриер

Многие почвы Техаса представляют собой кислые почвы; то есть pH почвы меньше 7,0. Кислотность почвы обусловлена ​​различными экологическими, климатическими и культурными факторами. Наиболее распространенные из этих факторов:

1. Основной материал, из которого получена почва.
2. Выщелачивание с помощью дождя или орошения, которое удаляет основные элементы, такие как кальций, магний и натрий, из профиля почвы, оставляя кислый водород, алюминий и марганец.
3. Культурные практики, такие как азотные удобрения, удаление собранного урожая и связанных с ним основных элементов, а также эрозия почвы, приводящая к потере основных элементов.

Некоторые растения более чувствительны к кислым условиям почвы, чем другие. Важно понимать, какие виды более чувствительны к кислотности почвы, чтобы внести известняк в удобное время.

pH почвы является мерой концентрации ионов водорода (H +) в почвенном растворе и используется, чтобы указать, нужен ли почве какой-либо известняк.Для более точного прогнозирования количества известняка, необходимого для повышения pH почвы до желаемого уровня, рекомендуется провести тест на потребность в извести (буферный тест pH).

Что такое Известняк:

Известняк в основном состоит из карбоната кальция, но многие из них содержат небольшие количества глины, ила и доломита. Доломитовые известняки происходят из природных отложений, содержащих карбонаты кальция и магния. Содержание магния в известняке особенно важно там, где почвам недостает этого важного питательного вещества для растений.Если анализ почвы показывает низкий уровень магния, доломитовый известняк может быть использован для коррекции дефицита питательных веществ и pH.

Ценность известняка в его способности нейтрализовать кислотность почвы. Свойства известняка значительно различаются, и эти различия влияют на способность известняка нейтрализовать кислотность почвы. Эффективность зависит от чистоты известкования и степени его измельчения. Чистый известняк имеет 100% эквивалент карбоната кальция (CCE) или нейтрализующее значение.Все остальные известковые материалы сравниваются с этим стандартом. CCE коммерческих известняковых продуктов должен быть доступен через продавца. Сельскохозяйственные известняки, используемые в системах растениеводства, в основном представляют собой измельченный карбонат кальция. Примеси, содержащиеся в некоторых известняках, снижают нейтрализующую способность.

Почему следует применять известняк?

Кислотность почвы снижает доступность питательных веществ для растений и увеличивает токсичность алюминия и марганца.Когда pH падает ниже 5,5, концентрация растворимого алюминия увеличивается и становится токсичным для роста корней растений. Ниже pH 5,2 концентрация марганца также увеличивается и может стать токсичным. Оптимальное усвоение питательных веществ большинством сельскохозяйственных культур происходит при pH почвы около 7,0. Для получения рекомендаций по конкретным культурам свяжитесь с вашим местным агентом по расширению штата. Доступность питательных веществ для удобрений, таких как азот, фосфор и калий, обычно снижается по мере снижения pH почвы. Если кислотность почвы не контролируется должным образом, можно ожидать снижения эффективности использования удобрений и урожайности.

Когда Следует ли применять известняк:

Своевременный отбор проб почвы важен, потому что известняк требует как влажности почвы, так и времени для нейтрализации кислотности почвы. Ранний отбор проб и внесение известняка за несколько месяцев до начала роста урожая дает время для корректировки pH. Уровень pH почвы колеблется в течение года, становясь самым низким осенью, отчасти из-за внесения удобрений и удаления растений. При интенсивном выращивании травы с использованием высоких доз азотных удобрений кислотность песчаных почв быстро возрастет.Рекомендуется отбор проб не реже одного раза в два года.

Хотя известняк можно наносить в любое время, при планировании применения следует учитывать несколько факторов. Влажность почвы имеет решающее значение для реакции известняка, поэтому в качестве ориентира следует использовать характер осадков в этом районе. Крупнозернистый известняк реагирует медленнее и, как и все известняки, наиболее эффективен при внесении в почву. Когда требуется более быстрое и продолжительное регулирование pH, можно использовать мелкоизмельченный известняк.

Как следует применять известняк?

Известковые материалы различаются по способности нейтрализовать кислые почвы. Чистый карбонат кальция является стандартом, по которому измеряются другие материалы для известкования, и его значение нейтрализации или CCE считается 100%. Мелкозернистый известняк нейтрализует гораздо больше кислотности, чем более крупнозернистый материал. Все, что больше гранулы BB, является слишком большой частицей и по существу не имеет ценности для нейтрализации кислых загрязнений.

• Сухой известняк обычно применяется с помощью тележек для разбрасывания удобрений.

Количество известняка, рекомендованное для нейтрализации кислой почвы, основано на применении 100% известняка ECCE. Если рекомендуется одна тонна известняка на акр, а стоимость 62% крупного известняка ECCE составляет 48 долларов за тонну, применяемую на поле, фактическая стоимость одной тонны крупного известняка составляет 77,42 долларов США.

62% разделить на 100 = 0,62 x 2000 фунтов / тонну = 1240 фунтов эффективного известкового материала (ELM), поэтому вам понадобится больше 62% грубого известняка ECCE, чтобы получить 1 тонну или 2000 фунтов эффективного известкового материала.

2000 фунтов ELM / тонна разделить на 1, 240 фунтов ELM / тонну = 1,61 x 48 долларов за тонну = 77,42 долларов

Сравните это со стоимостью тонны мелкого известняка (ECCE 100%), продаваемой за 50 долларов

2000 фунтов ELM / тонна разделить на 2000 фунтов ELM / тонну = 1 x 50 долларов за тонну = 50,00 долларов

• Жидкая известь представляет собой смесь очень мелкого известняка в воде с 1-2% глины с образованием суспензии, содержащей от 50 до 60% твердых веществ. Материал обычно распределяется с помощью автоцистерны, оснащенной стрелой и форсунками большого объема.Жидкая известь обычно дороже за тонну, чем известняк, внесенный в сухом виде, из-за увеличения затрат на тонко измельченные материалы, транспортировку и внесение продуктов.

pH почвы следует регулярно контролировать в рамках ежегодного тестирования почвы для определения потребностей сельскохозяйственных культур в питательных веществах. Лаборатория тестирования почвы, воды и кормов Texas A&M AgriLife Extension Service в Колледж-Стейшн оценивает pH почвы и дает рекомендации по известняку, где это уместно, в рамках обычного теста почвы (http: // earthtesting.таму.еду).

Машина для разбрасывания извести

Методы определения состава и реакционной способности известняка

Состав и реакционная способность известняка являются критическими факторами, определяющими производительность систем мокрой сероочистки дымовых газов на основе известняка. Качество известняка влияет на удаление диоксида серы (SO ₂ ), размер реакционного резервуара, скорость потребления известняка и состав гипсового продукта и потоков отходов.Реакционная способность — это прямая мера того, насколько легко известняк обеспечивает щелочность для нейтрализации кислоты, образующейся в результате растворения SO ₂ в воде. В этой статье мы рассмотрим ваши варианты аналитических измерений известняка и обсудим их относительную точность и ограничения.

Известняк — это обычно встречающаяся осадочная порода, в основном состоящая из карбоната кальция и магния (MgCO ₃ ) с различным количеством силикатов, оксидов металлов и других примесей.Минералогически известняк можно рассматривать как кальцит, магнезиальный кальцит, доломит или агрегат с различными пропорциями каждого из этих минералов.

Чистый кальцит существует в виде кристаллов карбоната кальция (CaCO ₃ ) с ромбоэдрической элементарной ячейкой. Известняк становится доломитизированным, поскольку ионы магния интегрируются в матрицу кальцита, причем магний замещает кальций на атомной основе один к одному. Ограниченная интеграция магния дает магнезиальный кальцит. Полная доломитизация происходит, когда в решетке существует эквимолярное соотношение CaCO ₃ и MgCO ₃ .

Замещение MgCO ₃ в кристаллической матрице является экзотермической реакцией. В результате доломит и, в меньшей степени, магнезиальный кальцит являются более термодинамически стабильными структурами, чем чистый кальцит. Следовательно, прочность решетки увеличивается по мере включения магния. Как и кальцит, основная кристаллическая структура доломита — ромбоэдрическая, с магнием, занимающим все позиции от кальция на плоскости катиона.

В промышленности принято считать, что весь MgCO ₃ в известняке является доломитовым с эквимолярным молярным соотношением MgCO ₃ и CaCO ₃ .Фактически, молярное соотношение этих частиц может значительно варьироваться от кристалла к кристаллу, и реакционная способность каждого кристалла варьируется в зависимости от доли MgCO ₃ в кристалле. Большинство известняков, выбранных для влажного обессеривания дымовых газов (WFGD), имеют высокую кальцитность и содержат менее 5% MgCO ₃ .

Известняк для удаления серы

Точное определение состава и реакционной способности известняка имеет решающее значение при выборе реагентов для приложений WFGD, особенно для систем, производящих гипсовые изделия товарного качества.(См. Рассказ о станции , генерирующей семинол, , стр. 52.) Хотя системы могут быть сконструированы для использования широкого диапазона состава и реакционной способности известняка, качество известняка должно быть согласовано на ранней стадии проектирования системы, поскольку этот параметр влияет на размер установки, качество продукции и т. Д. очистка сточных вод, скорость потребления известняка и производительность системы WFGD.

Представляющие интерес минеральные разновидности — кальцит, магнезиальный кальцит и доломит. Магний кальцит или замещенные кальциты варьируют от 6% до 13% замещения кальция магнием в кристаллической структуре.Также вызывают озабоченность силикаты и оксиды металлов, которые инертны в процессе WFGD, но влияют на чистоту гипса; концентрации этих инертных веществ в гипсе часто ограничиваются конкретными уровнями для гипсового продукта товарного качества.

Хотя использование известняка более низкого качества может дать преимущество в эксплуатационных расходах системы, выгоду от этой экономии следует сопоставить с влиянием на производительность системы. Известняк приемлемого качества необходим для достижения проектных характеристик.

WFGD Системная химия

Измельченный известняк используется в абсорберах WFGD для обеспечения щелочности для реакции с SO ₂ из дымовых газов. В системе WFGD SO ₂ растворяется в водной суспензии, где происходит диссоциация с образованием сернистой кислоты. Кислота вступает в гетерогенную реакцию с поверхностью частиц известняка, давая катионы кальция и гидрокарбонатные анионы внутри суспензии. Затем гидрокарбонат подвергается кислотно-щелочной нейтрализации с образованием диоксида углерода (CO ₂ ) и воды.В реакционном резервуаре абсорбера — в дополнение к растворению известняка, нейтрализации кислоты и удалению CO ₂ — сульфит окисляется до сульфата, а ионы кальция, сульфат и вода впоследствии вступают в реакцию с образованием гипсового продукта.

Состав и чистота гипса зависят от состава известняка. Когда в систему подается известняк с низким содержанием CaCO ₃ , скорость подачи известняка должна увеличиваться, чтобы обеспечить такой же уровень удаления SO ₂ .При этом увеличится как расход известняка, так и уровень примесей, включая CaCO ₃ , в суспензии. Следовательно, чистота и качество гипса снизятся. Доступно несколько способов определения состава известняка.

Термогравиметрический анализ (ТГА). TGA — это аналитический метод, который можно использовать для определения доли различных минералогических веществ в образце известняка. Этот метод использует разницу температур термического разложения компонентов известняка для определения состава путем измерения потери веса как функции температуры.Поскольку образец известняка нагревается в потоке газа CO ₂ , его вес уменьшается, поскольку разложение происходит из-за повышенной температуры. Потеря веса образца интерпретируется как массовая доля выделившегося CO ₂ , путем взятия отношения веса образца к общему исходному весу образца.

Минералогическая структура влияет на температуру разложения соединения. Двуокись углерода выделяется из CaCO ₃ и MgCO ₃ , связанных с доломитом и магнезиальным кальцитом в различных диапазонах температур (Таблица 1).Первоначально вода, органические вещества и примеси удаляются при низких температурах. После этого начинается разложение карбонатных частиц в известняке.

Таблица 1. Приблизительные температуры разложения известняка. Источник: B&W

Важно отметить, что магний может быть связан в доломите или в виде магнезиального кальцита. Однако точное количественное определение содержания магния в фазе магнезиального кальцита с помощью ТГА затруднено из-за спектра концентраций магния, который может существовать в замещенных магнием кальцитах, и из-за концентраций в образце, приближающихся к пределу обнаружения ТГА.Сильное снижение веса часто связано с потерей CO ₂ из MgCO ₃ в структуре доломита. После потерь CO ₂ , связанных с видами MgCO ₃ , CO ₂ выделяется в результате разложения CaCO ₃ , независимо от минеральной фазы.

Анализ данных ТГА основан на потере веса образца как функции температуры и производной этой функции (рисунки 1 и 2). Общая потеря массы образца рассчитывается на основе CO ₂ , обеспечивая прямое измерение общего содержания карбоната в образце.

1. Данные TGA для NIST SRM 1d. Источник: B&W

2. Данные TGA для NIST SRM 88b. Источник: B&W

Производная зависимости потери веса от температуры позволяет количественно определить CO ₂ , связанный с частицами магния. Доломитовый пик интегрирован, чтобы получить значение потери веса CO ₂ , присвоенное доломитовой MgCO ₃ . Из-за его низких концентраций в известняке MgCO ₃ , связанный с магнезиальным кальцитом, по-видимому, находится за пределами предела обнаружения ТГА и неотличим от базовой линии этой производной функции для большинства известняков.Разница между общей потерей веса CO ₂ и потерей веса доломитового MgCO ₃ приписывается разложению CaCO ₃ . Такое приближение влечет за собой группирование MgCO ₃ , связанного с магнезиальным кальцитом, в значение для общего CaCO ₃ .

Рентгеновская флуоресценция (XRF). XRF — это широко доступный, быстрый и экономичный метод элементного анализа. Он также предлагает преимущество одновременного количественного определения многих элементов, включая такие виды, как кремний и различные металлы.

Во время XRF образец облучается пучком рентгеновских лучей высокой энергии. Энергия выделяется в длинах волн, характерных для конкретных элементов. Общая энергия, выделяемая на каждой характеристической длине волны, пропорциональна количеству присутствующего элемента. Эти длины волн используются для идентификации элементов, присутствующих в образце. Концентрации элементов определяются путем соотнесения измеренного излучения с аналитическими кривыми стандартных образцов известного состава.

Мокрые химические методы испытаний. Влажные химические методы испытаний используются в комбинации для получения результатов, которые могут быть получены с помощью одного анализа XRF или TGA. Эти методы часто трудозатратны и дороже, чем другие обсуждаемые методы.

Линия TAPPI — это гравиметрический метод определения общего содержания CO ₂ в пробе известняка. Оксалатное титрование — это метод определения содержания кальция в образце известняка. Гравиметрический метод фосфата аммония используется для определения содержания магния в образце известняка.

Результаты лабораторных исследований

Для сравнения точности различных методов анализа известняка были выбраны контрольный образец доломитового известняка (NIST SRM 88b) и контрольный образец глинистого известняка (NIST SRM 1d) для тестирования методами TGA, XRF и влажных химических испытаний. NIST SRM 88b имеет относительно высокое содержание MgCO ₃ и демонстрирует низкую реакционную способность из-за содержания доломита. Напротив, NIST SRM 1d имеет высокую кальцитность и будет более репрезентативным для известняка с реагентом WFGD.Для каждого из этих образцов известняка было проведено несколько аналитических прогонов с использованием различных методов.

Смешанные образцы NIST SRM 1d с добавлением NIST SRM 88b были созданы для анализа TGA и XRF, так что небольшие количества доломитового камня были смешаны с глинистым известняком, создавая искусственные образцы с диапазоном содержания доломитового карбоната магния. Содержание MgCO ₃ в этих смесях составляло от 1% до 4% по весу. Эти низкие процентные содержания MgCO ₃ характерны для известняков, используемых в полевых установках.

Будьте осторожны при сравнении результатов, полученных с помощью различных методов, потому что в этих методах используются разные физические свойства известняка и связанные с ними допущения, что дает разные основы для количественной оценки отдельных видов, некоторые из которых могут быть восприняты как естественная систематическая ошибка при рассмотрении результатов.

Элементные методы, включая XRF и влажные химические методы, позволяют получить значения общей доли элементарных частиц. Однако сведений о структуре минералов не получено.При интерпретации результатов XRF или влажных химических веществ поставщик системы WFGD делает предположения относительно распределения карбоната магния в известняке.

TGA — это метод деструкции, в котором различия в температуре термического разложения CaCO ₃ , MgCO ₃ доломита и MgCO ₃ , не связанных в матрице доломита, используются во время интерпретации данных для определения как минерального, так и химического состава. Хотя он позволяет количественно оценить долю кристаллических структур в массивном образце, ТГА не может дать информацию о точном элементном составе.

Определите общий карбонат кальция. Количественное определение общего содержания CaCO ₃ необходимо, поскольку это основной компонент известняка, который будет реагировать в системе WFGD. Неточности в этом измерении приводят к ошибкам в вычислении общего доступного CaCO ₃ , что повлияет на конструкцию и производительность системы. Для сравнения точности каждого метода испытания проводились на двух стандартных известняках, сертифицированных NIST, и на шести смесях этих известняков (Таблица 2).

Таблица 2. Проверка точности измерений. Тестирование среднего содержания CaCO3 было проведено для сравнения точности каждого метода измерения на двух стандартных образцах известняка, сертифицированных NIST, и на шести смесях этих известняков. Источник: B&W

Результаты показали, что все методы обеспечивают точную оценку общего содержания CaCO ₃ в NIST SRM 1d. Для 88b XRF дал наиболее точное измерение общего CaCO ₃ по сравнению с сертифицированными значениями.Результаты с использованием метода оксалатного титрования были немного выше ожидаемых, но они были допустимыми. Для этого образца результаты ТГА были сильно смещены. Отчасти это завышение, вероятно, было вызвано отнесением магния в фазе магнезиального кальцита к общему количеству CaO. Камни с высоким содержанием доломита вряд ли будут использоваться в системах WFGD. Следовательно, хотя TGA может иметь смещение в этом диапазоне, это подходящий метод для известняков с содержанием магния в диапазоне, встречающемся при коммерческом применении WFGD.

Определите содержание карбоната магния. Определение содержания магния — еще один важный аспект анализа состава известняка. Этот подход к тестированию иллюстрирует фундаментальные различия между TGA и элементными методами, включая XRF и влажную химию. XRF и другие элементные методы позволяют определить значение магния на основе общего содержания магния, обнаруженного в составе видов, выраженного как MgO или MgCO ₃ . Промышленное соглашение предполагает, что весь MgCO ₃ , полученный в результате элементного анализа, связан в виде доломита в атомном соотношении 1: 1 с CaCO ₃ .

Напротив, ТГА — это физический метод, который дает разные результаты в зависимости от степени доломитизации образца известняка, поскольку CO ₂ будет выделяться из минералогических фаз с высоким содержанием кальцита и доломита при различных температурах. Следовательно, результаты для содержания доломитового карбоната магния, представленные TGA, должны быть ниже результатов XRF для общего содержания магния, выраженного как MgCO ₃ . Это более низкое значение является результатом разницы между общим количеством MgCO ₃ и MgCO ₃ , прочно связанным в доломитовой матрице, что, вероятно, приравнивается к магнию, связанному в виде магнезиального кальцита.

Все три метода занижали общее содержание MgCO ₃ в NIST 1d. Это может быть связано с очень низкой концентрацией MgCO ₃ , присутствующей в этом образце. Для решения этой проблемы были созданы шесть контрольных смесей с диапазоном содержания MgCO ₃ . XRF и гравиметрический метод фосфата аммония дали аналогичные результаты для доломитового известняка, что хорошо согласуется с сертифицированными значениями. Результаты ТГА были ниже для доломитового известняка, поскольку этот метод позволяет количественно определять доломитовый MgCO ₃ , а не общее содержание MgCO ₃ .

Мы заметили, что средние результаты XRF дают лучшее представление об общем MgCO ₃ по сравнению с результатами TGA, хотя некоторые из них могут быть отнесены к различиям в минеральной фазе (Таблица 3).

Таблица 3. Средние результаты испытаний MgCO ₃ . Источник: B&W

В целом, РФА предоставил точную оценку общего содержания карбоната магния в этих образцах, но не смог определить минералогическую фазу. Результаты ТГА дали приемлемую оценку содержания доломита MgCO ₃ .Для количественного определения магния в магнезиальном кальците потребуется дополнительная разработка ТГА.

Определите общий доступный карбонат кальция. Основной целью получения данных о составе содержания CaCO ₃ и MgCO ₃ в данном известняке является определение доступного CaCO ₃ . Доступный CaCO ₃ — это количество CaCO ₃ в известняке, которое, как ожидается, вступит в реакцию в скруббере WFGD.

Общий доступный карбонат кальция рассчитывается путем вычитания доли доломитового карбоната из общего количества карбоната в образце.Общий доступный CaCO ₃ рассчитывается из результатов ТГА путем вычитания одной молекулы CaCO ₃ на каждую измеренную молекулу доломитового MgCO ₃ . Поскольку магнезиальный кальцит относится к общему количеству CaCO ₃ , эта щелочность будет считаться общей доступной щелочностью. Напротив, указание на разделение минеральной фазы выходит за пределы возможностей элементного анализа. Поэтому принято считать, что весь магний существует полностью в виде доломита ((Ca, Mg) (CO ₃ ) ₂ ) с соотношением CaCO ₃ и MgCO ₃ 1: 1.Это фундаментальное различие важно осознавать, но оно может быть незначительным из-за низких концентраций недоломитового карбоната магния во многих известняках с реагентом WFGD.

Анализ фильтрата из образцов суспензии WFGD показывает, что концентрация растворенного магния колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч частей на миллион. Концентрация очень зависит от содержания хлоридов в угле и концентрации хлоридов, поддерживаемой продувочным потоком. Однако из этих данных очевидно, что значительное количество MgCO ₃ растворено в системах WFGD.В некоторых случаях коммунальные предприятия предоставят стоимость использования MgCO ₃ ; типичные значения варьируются от 20% до 35%. Проекты исследований и разработок, направленные на разработку корреляции для прогнозирования доступного MgCO ₃ , находятся в стадии реализации.

TGA и XRF обеспечивают отличное согласие с ожидаемыми значениями для общего доступного CaCO ₃ (Таблица 4). Результаты ТГА для большинства образцов были немного выше, чем значения, сертифицированные XRF или NIST. Большая часть этого отклонения может быть связана с магнием, отнесенным к доступной щелочности методом ТГА.

TGA действительно дал завышенную оценку общего доступного CaCO ₃ в NIST SRM 88b. Это отклонение может быть связано с отнесением некоторой части общего количества MgCO ₃ к общей щелочности или смещением общего количества выделившегося CO ₂ , наблюдаемым для этого образца. И TGA, и XRF приемлемы для определения общего количества доступного CaCO ₃ в известняках, используемых для WFGD.

Испытание реакционной способности известняка

Определение реакционной способности известняка имеет важное значение для точного моделирования и проектирования систем WFGD.Поскольку реакционная способность — это мера скорости, с которой известняк обеспечивает щелочность для реакции с кислотой, образовавшейся во время растворения и гидролиза SO ₂ , она используется для оценки количества известняка, которое необходимо подать в абсорбер для поддержания заданного уровня. pH для конкретной стехиометрии Ca / S и времени пребывания твердых веществ. Эти данные затем могут быть использованы при первоначальном проектировании системы WFGD.

Однако, когда используется известняк, обладающий реакционной способностью ниже проектной, скорость подачи будет увеличиваться по сравнению со скоростями, разработанными для реактивного известняка, чтобы поддерживать pH и удаление SO ₂ .В результате чистота гипса будет снижаться из-за увеличения количества инертных веществ и непрореагировавших CaCO ₃ и MgCO ₃ , подаваемых в систему обезвоживания. Расходы потоков отходов также могут увеличиваться.

В настоящее время промышленный стандарт реактивности недоступен, и существует ряд различных процедур для проведения измерений реактивности. Метод испытаний находится в стадии разработки ASTM; Babcock & Wilcox (B&W), коммунальные предприятия, поставщики известняка и другие производители оригинального оборудования поддерживают эти усилия, входя в рабочую группу.Следующий метод испытаний был разработан и в настоящее время используется компанией B&W для проведения анализа реакционной способности известняка:

• Подготовка проб. Повторяемая пробоподготовка очень важна, так как различия в измельчении известняка приводят к разному начальному гранулометрическому составу (PSD).

• Настройки управления PH и автоматического титратора. Следует использовать жесткий контроль системы для обеспечения постоянного pH и контролируемого добавления кислоты.Недостаточное и превышение pH должно быть сведено к минимуму, поскольку колебания pH изменяют скорость реакции, делая результаты неубедительными.

• Кислота. Поскольку после диссоциации кислоты прямой реакции между известняком и анионами не происходит, для титрования известняка можно использовать соляную кислоту (HCl). Полученные продукты остаются растворимыми, оставляя непрореагировавший известняк и инертные частицы как единственные частицы в растворе. Когда серная кислота (H ₂ SO ₄ ) используется в качестве титранта, образуется гипсовый продукт, что исключает измерение PSD известняка после начала реакции и приводит к возможности образования накипи и загрязнения электрода.

• Концентрация обычных ионов. Согласно принципам химического равновесия, на скорость реакции влияют относительные концентрации продуктов и реагентов в растворе.

• Смачивающее средство. Использование смачивающего агента гарантирует, что вся площадь поверхности образца доступна для гетерогенной реакции. В идеале смачивающий агент также действует как диспергатор, снижая вероятность ошибки из-за агломерации образца.

• Поправка для исходной PSD. B&W протестировал тот же известняк, измельченный до разной степени измельчения. Результаты показывают, что эмпирически определенное значение скорости реакции не будет постоянным, если оно не скорректировано на PSD.

Методика испытания реактивности

Метод испытания реакционной способности известняка B&W используется для определения константы скорости пробы известняка и для квалификации известняков-кандидатов на пригодность в качестве реагентов WFGD в отношении этого параметра.В этом методе используется автоматический титратор для добавления HCl к фиксированному количеству пробы известняка. Автоматический титратор включает в себя мешалку и обеспечивает точный контроль титрования, который необходим при определении скорости реакции. Измерения PSD проводятся для оценки площади поверхности известняка, доступной для реакции. Результаты титрования и измерения PSD используются для оценки константы реактивности данного известняка. Результаты сравниваются с известняком с известными эксплуатационными характеристиками.

Чтобы приготовить образец, известняк измельчают в дисковой мельнице и просеивают таким образом, чтобы 100% его проходило через 325 меш. Используя постоянную настройку мельницы во время измельчения и просеивая образец, можно получить некоторый контроль над PSD. Однако получение двух образцов с одинаковой PSD очень маловероятно даже при одном и том же скрининге. Это, прежде всего, связано с различиями в индексе вязкости различных образцов известняка. Двойной скрининг не используется из-за опасений, что такая активность может вызвать ошибку, поскольку теоретически фракции разного состава могут быть выше и ниже самого маленького экрана.

Считается, что в системе WFGD известняк реагирует с ионами водорода в растворе в результате растворения SO ₂ и его последующего гидролиза в воде. Поскольку известняк не реагирует напрямую с SO ₂ , а, скорее, реагирует с протонами, высвобождающимися в результате его поглощения, любую кислоту можно использовать для моделирования реакции известняка и кислоты. B&W предпочитает использовать HCl для тестирования реакционной способности известняка, потому что продукты этой реакции остаются растворимыми в воде, что позволяет проводить измерения PSD на более поздних стадиях реакции.

1-граммовый образец подготовленного известняка титруют HCl в автоматическом титраторе до завершения реакции при pH 3,85. Использование совместимого смачивающего агента имеет решающее значение для обеспечения смачивания образца известняка и обеспечения полного диспергирования частиц образца известняка. Объем добавленной кислоты записывается, и этот результат используется для определения общей щелочности образца известняка. На основе анализа результатов титрования рассчитывается количество HCl, необходимое для титрования 60% общей щелочности.

Второй 1-граммовый образец из того же скрининга готовится и титруется при pH 5,0 до тех пор, пока не будет добавлен расчетный объем кислоты, необходимый для реакции 60% от общей щелочности. Результаты записывают как объем добавленной кислоты как функцию времени (рис. 3).

3. Зависимость объема добавленной кислоты от времени для 60% -ного титрования щелочности известняка. В данных выборки NIST SRM 88b используется шкала времени на вторичной оси, расположенная сверху. Источник: B&W

4.Натуральный логарифм доли оставшегося известняка в зависимости от времени. В данных выборки NIST SRM 88b используется шкала времени на вторичной оси, расположенная сверху. Источник: B&W

Во время анализа данных данные титрования 60%, исходная масса образца и общая щелочность образца используются для построения кривой натурального логарифма оставшейся фракции известняка как функции времени (Рисунок 4). Производная этой кривой в конечной точке титрования используется для расчета константы скорости реакции.Измерения PSD для образца получают в конечной точке титрования, чтобы соответствовать этому наклону.

Затем снимают значение PSD для аликвоты титрованной пробы. Также измеряются начальная и инертная PSD. Показания PSD используются для определения удельной поверхности, выраженной как средний диаметр по Заутеру (SMD), щелочных частиц в образце в конечной точке титрования. Предполагается, что щелочные частицы имеют сферическую форму. SMD и скорость добавления кислоты используются для определения константы скорости реакции с единицами микроны щелочных частиц, вступающих в реакцию в минуту.Константа скорости не зависит от фактического размера частиц.

Лабораторный контрольный известняк B&W представляет собой известняк с реагентом WFGD с известными эксплуатационными характеристиками, и этот камень прореагировал за аналогичный период времени с NIST SRM 1d. В противоположность этому, доломитовый контрольный известняк потребовал почти 14 часов для достижения 60% реакции при pH 5,0. Такой известняк не подходит для использования в системах WFGD.

Результаты по реакционной способности для этих известняков и для CaCO ₃ , нормализованные к контрольному известняку B&W, представлены в Таблице 5.Считается, что большие различия в реакционной способности контрольного камня, глинистого известняка и реактива CaCO ₃ связаны с различиями в исходном гранулометрическом составе и методах подготовки проб, поскольку все они должны обеспечивать адекватную производительность в системе WFGD. Обратите внимание, что доломитовый известняк показал только 1% реакционной способности контрольного известняка B&W, что указывает на то, что он не будет реактивным в большинстве систем WFGD.

Таблица 5. Относительная реакционная способность различных известняков. Источник: B&W

Испытания по усовершенствованию этого метода продолжаются, при этом основное внимание уделяется разработке корреляции для начального гранулометрического состава. Предварительные результаты по относительной реакционной способности образцов одного и того же измельченного известняка к трем различным гранулометрическим составам показывают, что исходная PSD может иметь значительное влияние на константу скорости реакции, что эмпирически определено с помощью типичных методов реакционной способности на основе кислотного титрования.

Результаты XRF предоставлены Доном Бротоном, старшим научным сотрудником CTL Group Inc.

Нормальный
0
0
1
29
170
1
1
208
11,0

0

0
0

— Шеннон Р. Браун ([email protected]) — инженер AQCS, Ричард Ф. ДеВолт ([email protected]) — химик-исследователь, а Пол Дж. Уильямс ([email protected]) — технический специалист. для Babcock & Wilcox Power Generation Group Inc.

Физические свойства известняка, в Бхилваре, индийские камни