Výchozími surovinami pro výrobu vzdušného vápna jsou mnohé odrůdy vápenato-hořečnatých karbonátových hornin (vápence, křída, dolomitizované vápence, dolomity atd.). Všechny patří k sedimentárním horninám a jsou rozšířeny po celé naší republice. Složení vápenců zahrnuje uhličitan vápenatý CaCO03 a malé množství různých nečistot (jíl, křemenný písek, dolomit, pyrit, sádrovec atd.).
Teoreticky se uhličitan vápenatý skládá z 56 % CaO a 44 % CO02. Vyskytuje se ve formě dvou minerálů – kalcitu a aragonitu.
Kalcit nebo vápenec, krystalizuje v hexagonální soustavě. Jeho krystaly mají tvar kosočtverců. Skutečná hustota kalcitu je 2,6-2,8 g/cm3; tvrdost na desetibodové stupnici (Mohsova stupnice) – 3. Kalcit se za běžných teplot dobře rozpouští ve slabé kyselině chlorovodíkové za uvolňování oxidu uhličitého. Dolomit se za takových podmínek nerozkládá (toto se používá k určení typu horniny).
Aragonit – méně častý minerál, krystalizuje v ortorombické soustavě. Jeho skutečná hustota je 2,9-3 g/cm3, tvrdost 3,5-4. Při zahřátí na 300-400 °C se aragonit mění na kalcinit, který se rozpadá na prášek.
V dolomitizovaných vápencích je jako nečistota přítomen dolomit CaC03-MgC03. Teoreticky se dolomit skládá z 54,27 % CaCO03 a 45,73 % MgC03 nebo 30,41 % CaO, 21,87 % MgO a 47,72 % CO02. Skutečná hustota dolomitu je 2,85-2,95 g/cm3. Dolomitové horniny jsou téměř výhradně složeny z minerálního dolomitu s různým obsahem jílu, písku, železitých a podobných nečistot.
Čistý vápenato-hořečnaté horniny – bílé, ale často jsou zbarveny nečistotami oxidu železa ve žlutavých, načervenalých, hnědých a podobných tónech a uhlíkovými nečistotami – v šedých a dokonce černých barvách. Množství a druh nečistot v uhličitanových horninách, velikost částic nečistot, jakož i rovnoměrnost jejich rozložení ve velkém se do značné míry odráží v technologii výroby vápna, volbě pecí pro výpal, optimální teplotě a délce trvání. výpalu, stejně jako vlastnosti výsledného produktu.
Typicky se čisté a husté vápence vypalují při 1100–1250 °C. Čím více karbonátových hornin obsahuje příměsi dolomitu, jílu, písku atd., tím nižší by měla být optimální teplota výpalu (900-1150 °C) pro získání měkce páleného vápna. Takové vápno se snadno haší vodou a vyrábí těsto s vysokou plasticitou a vlastnostmi.
Sádrové nečistoty jsou nežádoucí. Když je obsah vápna dokonce asi 0,5-1%, sádra výrazně snižuje plasticitu vápenného těsta. Vlastnosti vápna významně ovlivňují železnaté nečistoty (zejména pyrit), které již při 1200 °C a více způsobují tvorbu nízkotavných eutektik během procesu výpalu, podporujících intenzivní růst velkých krystalů oxidu vápenatého, které pomalu reagují s vodou při hašení vápna a způsobující jevy spojené s pojmem “vyhoření”.
Fyzikální a mechanické vlastnosti hornin ovlivňují i technologii vápna. Pro výpal ve vysokých šachtových pecích jsou vhodné pouze ty horniny, které se vyznačují výraznou mechanickou pevností (pevnost v tlaku minimálně 20-30 MPa). Kamenné kusy musí být homogenní a nevrstvené; při zahřívání, vypalování a chlazení by se neměly drolit nebo lámat na menší kousky.
Hrubokrystalické vápence, tvořené krystaly kalcitu o velikosti 1-3 mm, mají tendenci se při výpalu drolit. Měkké druhy vápenato-hořečnatých hornin (křída atd.) se musí vypalovat v pecích, ve kterých materiál není vystaven silnému mletí (rotační atd.).
Vápno-hořečnaté horniny jsou v závislosti na svém chemickém složení surovinou pro výrobu nejen vzdušného vápna, ale i hydraulického vápna a také portlandského cementu
Podle chemického složení se karbonátové horniny dělí do sedmi tříd: A, B, C, D, E, F, G
Pro výrobu vzdušné vápno Používají se tyto typy vápenco-hořečnatých karbonátových hornin: zrnitý-krystalický vápenec podobný mramoru, hustý krystalický vápenec, zemito-sypký vápenec (nebo křída), vápnitý tuf, lasturový vápenec, oolitický vápenec, dolomitizovaný vápenec, dolomit.
Mramor je z hlediska chemického složení (CaC03 nebo CaC03 + MgC03) nejčistší surovinou, pro své vysoké dekorativní vlastnosti se však používá jako dokončovací materiál, a proto se až na vzácné výjimky nepoužívá při výrobě Limetka.
Husté vápence mají jemnozrnnou krystalickou strukturu, obvykle obsahují malé množství nečistot a jsou vysoce odolné. Nejčastěji se používají k výrobě vápna.
Křída je měkký, volný kámen, který se snadno rozpadá na malé kousky. Obvykle se vypaluje pouze v rotačních pecích, protože při vypalování v šachtových pecích se snadno drolí, což narušuje proces vypalování.
Vápencový tuf se vyznačuje porézní strukturou a vysokou porézností. Někdy se používá k výrobě vápna v rotačních a šachtových pecích (v závislosti na pevnosti).
Vápencová skořápka sestává ze skořápek stmelených uhličitanem vápenatým. Je to hornina s nízkou pevností, takže se zřídka používá k výrobě vápna.
Oolitický vápenec – hornina skládající se z jednotlivých kuliček uhličitanu vápenatého stmelených stejnou látkou.
Dolomitizované vápence a dolomity jsou svými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi podobné hustým vápencům. Někdy se dolomity vyskytují v přírodě ve formě volných nahromadění.
Průměrná hustota vápence je 2400-2800 kg/m3, křída – 1400-2400 kg/m3. Vlhkost vápence se pohybuje mezi 3-10% a křída – 15-25%.
Široké rozšíření karbonátových hornin přispívá k rozvoji výroby vápna téměř ve všech ekonomických regionech země.
Surovinou pro výrobu pufovaného vápna mohou být nejen karbonátové horniny speciálně těžené pro tento účel, ale také odpady z těžby vápence pro potřeby hutního, chemického, stavebního a jiného průmyslu. Nakonec se pro tento účel v některých případech používají vedlejší produkty ve formě dispergovaného uhličitanu vápenatého nebo hydroxidu vápenatého (uhličitanový odpad z výroby cukru a sody, hašené vápno z výroby acetylenu atd.).
Surovinou pro výrobu vápna jsou rozšířené usazené horniny: vápenec, křída, dolomit, sestávající převážně z uhličitanu vápenatého (CaCO3). Pokud se kousky takových hornin zahřejí nad ohněm, uhličitan vápenatý se změní na oxid vápenatý:
CaCO3 -> CaO + CO2?
Po kalcinaci se kousky, ztrácející 44 % své hmoty oxidem uhličitým, stávají lehkými a porézními. Když se navlhčí vodou, prudce s ní reagují, mění se na jemný prášek, a když je vody přebytek, na plastické těsto. Tento proces, doprovázený silným uvolňováním tepla a ohřevem vody až k varu, se nazývá hašení vápna. Jako pojivo se používá plastické těsto vytvořené při odběru přebytečné vody. Jak se voda odpařuje, těsto houstne a přechází do stavu připomínajícího kámen.
Nedostatek vápna – pomalé tuhnutí: proces získávání síly kalením vápna trvá roky a desetiletí. Ve skutečné době výstavby pevnost tvrzeného vápna zpravidla nepřesahuje 0,5. 2 MPa.
Výroba vápna
Suroviny – karbonátové horniny (vápence, křída, dolomity), neobsahující více než 6 % jílových nečistot, se vypalují v šachtových nebo rotačních pecích při teplotě 8 °C. Během procesu výpalu se CaCO1000 a MgCO1200 obsažené v původní hornině rozkládají se na oxidy vápníku CaO a hořčík MgO a oxid uhličitý. Nerovnoměrný výpal může vést k podpálení a přepálení vápna.
Nedopalování (nerozložený CaCO3), které je důsledkem příliš nízké teploty vypalování, snižuje kvalitu vápna, protože nehasne a nemá adstringentní vlastnosti.
K přepálení dochází, když je teplota výpalu příliš vysoká v důsledku fúze CaO s nečistotami oxidu křemičitého a oxidu hlinitého. Vyhořelá zrna pomalu uhasínají a mohou způsobit praskání a destrukci již vytvrzeného materiálu.
Kousky páleného vápna – kusové vápno – se obvykle haší vodou:
CaO + H2O -> Ca(OH)2 + 1160 kJ/kg
Teplo uvolněné při hašení prudce zvyšuje teplotu vápna a vody, která může dokonce vřít (proto se nehašené vápno nazývá vařící voda).
Při hašení kousky kusového vápna zvětší svůj objem a rozpadnou se na drobné (až 1 mikron) částice.
V závislosti na množství vody odebrané pro hašení se získá: hydratované vápno – chmýří (35. 40 % vody na hmotnost vápna, tj. v množství potřebném pro hydratační reakci – proces hašení); vápenné těsto (3x více vody než vápno), vápenné mléko (množství vody převyšuje teoreticky potřebné 4x).
Druhy pufovaného vápna
Na základě obsahu oxidů vápníku a hořčíku je vzdušné vápno:
• vápník – MgO ne více než 5 %;
• dolomit – MgO > 20 %.
Pneumatické vápno se podle typu výrobku dodávaného na stavbu dělí na: hrudka nehašeného vápna (varný hrnec) prášek z nehašeného vápna (mletá vroucí voda) a hydrát (hašený nebo chmýří).
Nehašené vápno hrudkové vápno jsou jemně porézní kousky o velikosti 5 cm, získané pálením vápence. V závislosti na obsahu aktivního CaO + MgO a počtu neuhasitelných zrn se kusové vápno dělí na tři druhy.
Při použití práškového vápna odebírá voda 100 % hmotnosti vápna v závislosti na kvalitě vápna a množství aktivních přísad v něm. Experimentálně určete množství vody.
Hydratované vápno (chmýří) je nejjemnější bílý prášek získaný hašením vápna, obvykle v továrním nastavení, s malým množstvím vody (o něco vyšším, než je teoreticky požadováno). Při hašení na chmýří zvětší objem vápna 2krát. Objemová hmotnost chmýří – 2,5 kg/m400; vlhkost – ne více než 450%.
Hašení vápna lze provádět jak na staveništi, tak centrálně. V druhém případě se hašení kombinuje s mokrým mletím nehašených částic, což zvyšuje výtěžnost vápna a zlepšuje jeho kvalitu.
Při výstavbě se vápno haší v hasicích boxech (tvorech). Kusové vápno se nakládá do boxu maximálně do 1/3 jeho výšky (tloušťka vrstvy je obvykle asi 100 mm), protože hašením vápno zvětší svůj objem o 2,5. 3,5krát. Rychle haící vápno se ihned zalije velkým množstvím vody, aby nedošlo k přehřátí a varu vody, pomalu hašené vápno se sype po malých dávkách, dbáme na to, aby vápno nevychladlo. Z 1 kg limetky se v závislosti na její kvalitě získá 2 litru limetkového těsta. Tento ukazatel se nazývá „výtěžnost testu“.
Vzduchové vápno je jediné pojivo, které se mění na jemný prášek nejen mletím, ale také hašením vodou.
Kolosální specifický povrch částic Ca(OH)2 a jejich hydrofilita určuje vysokou schopnost zadržovat vodu a plasticitu vápenné pasty. Po usazení obsahuje vápenná pasta asi 50 % pevných látek a 50 % vody. Každá částice je obklopena tenkou vrstvou adsorbované vody, která působí jako jakýsi lubrikant, který zajišťuje vysokou plasticitu vápenného těsta a směsí využívajících vápno.
Na konci hašení se tekutá vápenná pasta nalije přes síto do skladu vápna, kde se uchovává až do úplného dokončení hašení (obvykle alespoň dva týdny). Vápennou pastu s nehašenou zrnitostí menší než 0,6 mm lze okamžitě použít. Velká neuhasená zrna jsou nebezpečná, protože mezi nimi mohou být spálená zrna (přepálení).
Obsah vody ve vápenné pastě není standardizován. Typicky má dobře ochucené těsto poměr vody a vápna asi 1:1.
