کوره آهک کوره ای است که برای کلسینه کردن سنگ آهک ( کربنات کلسیم ) برای تولید شکل آهکی به نام آهک زنده ( اکسید کلسیم ) استفاده می شود. معادله شیمیایی این واکنش است
این واکنش می تواند در هر نقطه بالاتر از 840 درجه سانتیگراد (1540 درجه فارنهایت) انجام شود، اما به طور کلی در 900 درجه سانتیگراد (1650 درجه فارنهایت) (در آن دما، فشار جزئی CO 2 1 اتمسفر است ) اتفاق می افتد، اما یک دما حدود 1000 درجه سانتیگراد (1830 درجه فارنهایت) (در آن دما فشار جزئی CO 2 3.8 اتمسفر است [1] ) معمولاً برای انجام سریع واکنش استفاده می شود. [2] از دمای بیش از حد اجتناب می شود زیرا آهک غیر واکنشی و "مرده سوخته" تولید می کند.
آهک خشک شده ( هیدروکسید کلسیم ) را می توان با مخلوط کردن آهک زنده با آب تشکیل داد.
.jpg/1280px-%C3%87atalh%C3%B6y%C3%BCk_2008_DSC_0007_(2767648656).jpg)
از آنجایی که آهک بسیار آسان با حرارت دادن سنگ آهک ساخته می شود، آهک باید از قدیم الایام شناخته شده باشد و تمام تمدن های اولیه از آن در ملات های ساختمانی و به عنوان تثبیت کننده در پوشش های گلی و کف استفاده می کردند. [3] بر اساس یافته‌های «عین غزال» در اردن، «یفتاحل» در اسرائیل و «ابوهریره» در سوریه مربوط به سال‌های 7500 تا 6000 قبل از میلاد، اولین استفاده از آهک بیشتر به‌عنوان چسبنده در کف و گچ برای پوشش دیوارها بوده است. [4] این استفاده از گچ ممکن است به نوبه خود منجر به توسعه سفال اولیه ساخته شده از آهک و خاکستر شود. [4] در ملات، قدیمی ترین چسباننده گل بود. [4] بر اساس یافته‌های Catal Hüyük در ترکیه، در هزاره ششم قبل از میلاد، گل به‌زودی با خاک رس و سپس آهک همراه شد. [4]
آگاهی از ارزش آن در کشاورزی نیز باستانی است، اما استفاده کشاورزی تنها زمانی امکان پذیر شد که استفاده از زغال سنگ آن را ارزان کرد [5] در مزارع زغال سنگ در اواخر قرن سیزدهم، و گزارشی از کاربرد کشاورزی در سال 1523 ارائه شد . ] اولین توصیفات کوره های آهک سازی با مواردی که یک قرن پیش برای تولید در مقیاس کوچک استفاده می شد، تفاوت کمی دارد. [ نیاز به منبع ] از آنجایی که حمل و نقل زمینی مواد معدنی مانند سنگ آهک و زغال سنگ در دوران پیش از صنعتی شدن دشوار بود، آنها از طریق دریا توزیع می شدند و آهک اغلب در بنادر کوچک ساحلی تولید می شد. [ نیاز به نقل از ] بسیاری از کوره های حفظ شده هنوز در اسکله های اطراف سواحل بریتانیا دیده می شوند.
کوره‌های آهک‌سازی دائمی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: «کوره‌های شعله‌ور» که به‌عنوان کوره‌های «منقطع» یا «دوره‌ای» نیز شناخته می‌شوند. و کوره های کشی که به کوره های دائمی یا در حال اجرا نیز معروف است. در یک کوره مشعل، یک لایه زیرین زغال سنگ ساخته شد و کوره بالا فقط با گچ پر شد. آتش چند روز روشن بود و سپس تمام کوره از آهک خالی شد.
در کوره کشی، معمولاً یک سازه سنگی، گچ یا سنگ آهک را با چوب، زغال سنگ یا کک لایه بندی می کردند و روشن می کردند. در حین سوختن، آهک از ته کوره، از طریق سوراخ کشش استخراج می شد. لایه های بیشتری از سنگ و سوخت به بالا اضافه شد. [7] [8]
ویژگی مشترک کوره های اولیه یک محفظه سوزاندن به شکل فنجان تخم مرغ با ورودی هوا در پایه ("چشم") بود که از آجر ساخته شده بود. سنگ آهک خرد شد (اغلب با دست) تا 20-60 میلی متر (1-2 ) نسبتاً یکنواخت شود.+1 ⁄ 2 اینچ) توده - سنگ ریز رد شد. لایه های گنبدی شکل متوالی از سنگ آهک و چوب یا زغال سنگ در کوره بر روی میله های رنده ای در سراسر چشم ساخته می شد. هنگامی که بارگیری کامل شد، کوره در پایین روشن شد و آتش به تدریج از طریق شارژ به سمت بالا گسترش یافت. پس از سوختن، آهک خنک شد و از طریق پایه خارج شد. خاکستر خوب از بین رفت و با "معماها" رد شد.
فقط می توان از سنگ توده استفاده کرد، زیرا شارژ برای "تنفس" در هنگام شلیک لازم بود. این همچنین اندازه کوره ها را محدود می کند و توضیح می دهد که چرا کوره ها تقریباً یک اندازه بودند. بالاتر از یک قطر مشخص، بار نیمه سوخته احتمالاً تحت وزن خود فرو می ریزد و آتش را خاموش می کند. بنابراین کوره ها همیشه 25 تا 30 تن آهک در یک دسته تولید می کردند. به طور معمول کوره یک روز برای بارگیری، سه روز برای آتش زدن، دو روز برای خنک کردن و یک روز برای تخلیه زمان می برد، بنابراین یک هفته چرخش طبیعی بود. درجه سوختن با آزمون و خطا از دسته ای به دسته دیگر با تغییر میزان سوخت مصرفی کنترل می شد. از آنجایی که اختلاف دمای زیادی بین مرکز شارژ و ماده نزدیک به دیوار وجود داشت، معمولاً مخلوطی از آهک زیر سوخته (یعنی تلفات زیاد در هنگام اشتعال )، آهک خوب سوخته و مرده سوخته تولید می شد. راندمان سوخت معمولی پایین بود، با استفاده از 0.5 تن یا بیشتر زغال سنگ در هر تن آهک نهایی (15 MJ/kg).
تولید آهک گاهی اوقات در مقیاس صنعتی انجام می شد. یک نمونه در Annery در شمال دوون ، انگلستان ، نزدیک گریت تورینگتون ، از سه کوره تشکیل شده بود که به شکل L در کنار هم قرار گرفته بودند و در کنار کانال تورینگتون و رودخانه توریج برای آوردن سنگ آهک و زغال سنگ و حمل و نقل قرار داشتند. آهک کلسینه شده را در روزهای قبل از وجود جاده های فلزی مناسب دور کنید . [9]
مجموعه های هفت کوره رایج بود. یک باند بارگیری و یک باند تخلیه، کوره ها را به صورت چرخشی در طول هفته کار می کردند.
کوره ای که به ندرت مورد استفاده قرار می گرفت به عنوان "کوره تنبل" شناخته می شد. [10]
در اواخر قرن 19 و اوایل قرن 20، شهر واراتاه در گیپسلند ، ویکتوریا ، استرالیا اکثریت آهک زنده مورد استفاده در شهر ملبورن و همچنین در اطراف دیگر مناطق گیپسلند را تولید می کرد. این شهر که اکنون Walkerville نامیده می شود ، در قسمتی جدا شده از خط ساحلی ویکتوریا قرار داشت و آهک را با کشتی صادر می کرد. هنگامی که این کار در سال 1926 بی سود شد، کوره ها تعطیل شدند. منطقه امروزی، اگرچه فاقد امکانات شهری است، اما خود را به عنوان یک مقصد گردشگری معرفی می کند. ویرانه‌های کوره‌های آهک‌سازی امروزه نیز دیده می‌شود.
یک کوره آهک نیز در خلیج وول ، استرالیای جنوبی وجود داشت .
کوره بزرگ در کریندلدایک در نزدیکی پل هایدون ، نورثامبریا، یکی از بیش از 300 کوره در این شهرستان بود. این منحصر به فرد در این منطقه بود که دارای چهار قوس کشیده به یک گلدان است. با کاهش تولید، دو قوس جانبی مسدود شدند، اما در سال 1989 توسط انگلیسی Heritage بازسازی شدند .
توسعه شبکه ریلی ملی کوره‌های کوچک محلی را به طور فزاینده‌ای بی‌سود کرد و به تدریج در قرن نوزدهم از بین رفت. آنها با کارخانه های صنعتی بزرگتر جایگزین شدند. در همان زمان، استفاده های جدید از آهک در صنایع شیمیایی ، فولاد و قند منجر به کارخانه های بزرگ مقیاس شد. اینها همچنین شاهد توسعه کوره های کارآمدتر بودند.
کوره آهک‌سازی که در دادلی ، میدلندز غربی ( ووسسترشر سابق ) در سال 1842 برپا شد، به عنوان بخشی از موزه زندگی بلک کانتری که در سال 1976 افتتاح شد، باقی مانده است، اگرچه این کوره‌ها آخرین بار در دهه 1920 مورد استفاده قرار گرفتند. در حال حاضر یکی از آخرین مناطق در منطقه ای است که تا دهه 1960 توسط استخراج زغال سنگ و سنگ آهک برای نسل ها تحت سلطه بود. [11]
گرمای نظری ( آنتالپی استاندارد ) واکنش مورد نیاز برای ساخت آهک با کلسیم بالا حدود 3.15 مگا ژول به ازای هر کیلوگرم آهک است، بنابراین کوره های دسته ای تنها حدود 20 درصد کارایی داشتند. کلید توسعه کارایی، اختراع کوره‌های پیوسته بود که از چرخه‌های گرمایش و سرمایش بیهوده کوره‌های دسته‌ای اجتناب می‌کرد. اولین آنها کوره های شفت ساده بودند که از نظر ساخت شبیه به کوره بلند بودند . اینها کوره های محوری با جریان مخالف هستند. انواع مدرن شامل کوره های احیا کننده و حلقوی است. تولید معمولاً در محدوده 100 تا 500 تن در روز است.
سوخت تا حدی به بالای شفت تزریق می شود و حداکثر دما را در این نقطه تولید می کند. خوراک تازه وارد شده در بالا ابتدا خشک می شود سپس تا دمای 800 درجه سانتیگراد گرم می شود، جایی که کربن زدایی آغاز می شود و با افزایش دما به تدریج سریعتر ادامه می یابد. در زیر مشعل، آهک داغ گرما را به هوای احتراق منتقل می کند و توسط آن خنک می شود. یک رنده مکانیکی آهک را از پایین خارج می کند. یک فن گازها را از طریق کوره می کشد و سطح در کوره با افزودن خوراک از طریق قفل هوا ثابت نگه داشته می شود. همانند کوره های دسته ای، تنها از سنگ های بزرگ و درجه بندی شده می توان استفاده کرد تا از جریان یکنواخت گاز از طریق شارژ اطمینان حاصل شود. درجه سوختگی را می توان با تغییر میزان خروج آهک تنظیم کرد. مصرف حرارت تا 4 MJ/kg امکان پذیر است، اما 4.5 تا 5 MJ/kg معمول تر است. به دلیل پیک دما در مشعلها تا 1200 درجه سانتیگراد در کوره شفت شرایط ایده آل برای تولید آهک متوسط و سخت سوخته است.
اینها معمولاً از یک جفت شفت تشکیل می شوند که به طور متناوب عمل می کنند. ابتدا، هنگامی که شفت A "اولیه" و B شافت "ثانویه" است، هوای احتراق از بالای شافت A اضافه می شود، در حالی که سوخت تا حدودی در زیر از طریق لنج های مشعل اضافه می شود. شعله از بالا به پایین است. گازهای داغ به سمت پایین عبور می کنند، از طریق به اصطلاح «کانال» به شفت B می گذرند و به سمت بالا به خروجی شفت B می گذرند. همزمان در هر دو شفت هوای خنک کننده از پایین اضافه می شود تا آهک خنک شود و گازها خارج شود. از طریق پایین کوره از طریق حفظ فشار مثبت همیشه غیر ممکن است. هوای احتراق و هوای خنک کننده به طور مشترک از طریق اگزوز بالای شافت B از کوره خارج می شوند و سنگ را پیش گرم می کنند. جهت جریان به صورت دوره‌ای (معمولاً 5 تا 10 بار در ساعت) تغییر می‌کند، شافت A و B نقش شفت "اولیه" و "ثانویه" را تغییر می‌دهد. کوره دارای سه ناحیه است: منطقه پیش گرمایش در بالا، منطقه سوزاندن در وسط و منطقه خنک کننده نزدیک به پایین. دوچرخه‌سواری یک منطقه سوزاندن طولانی با دمای ثابت و نسبتاً پایین (حدود 950 درجه سانتیگراد) تولید می‌کند که برای تولید آهک واکنش‌پذیر نرم با کیفیت بالا ایده‌آل است. با دمای گاز خروجی کمتر از 120 درجه سانتیگراد و دمای آهک در خروجی کوره در محدوده 80 درجه سانتیگراد، تلفات حرارتی کوره احیا کننده حداقل است، مصرف سوخت به 3.6 MJ/kg می رسد. با توجه به این ویژگی‌ها، کوره‌های احیاکننده امروزه در شرایطی که هزینه‌های سوخت قابل توجهی دارند، فناوری اصلی هستند. کوره های احیا کننده با خروجی 150 تا 800 تن در روز ساخته می شوند که معمولاً 300 تا 450 تن است.
اینها حاوی یک استوانه داخلی متحدالمرکز هستند. این هوای از پیش گرم شده را از ناحیه خنک کننده جمع آوری می کند، که سپس برای تحت فشار قرار دادن ناحیه حلقوی میانی کوره استفاده می شود. پخش شدن هوا از ناحیه تحت فشار به خارج باعث جریان مخالف به سمت بالا و جریان همزمان به سمت پایین می شود. این دوباره یک منطقه کلسینه طولانی و نسبتا خنک ایجاد می کند. مصرف سوخت در محدوده 4 تا 4.5 مگاژول بر کیلوگرم است و آهک معمولاً متوسط سوخته است.
کوره‌های دوار در آغاز قرن بیستم برای تولید آهک مورد استفاده قرار گرفتند و اکنون در صورتی که هزینه‌های انرژی اهمیت کمتری داشته باشد، بخش بزرگی از تاسیسات جدید را تشکیل می‌دهند. استفاده اولیه از کوره های دوار ساده دارای مزایایی بود که می توان از طیف وسیع تری از اندازه سنگ آهک، از ریزدانه به بالا استفاده کرد و عناصر نامطلوب مانند گوگرد را حذف کرد. از سوی دیگر، مصرف سوخت به دلیل تبادل حرارت ضعیف در مقایسه با کوره های شفت نسبتاً بالا بود که منجر به اتلاف حرارت بیش از حد در گازهای خروجی می شد. کوره های دوار "طولان" قدیمی با سرعت 7 تا 10 مگاژول بر کیلوگرم کار می کنند. تاسیسات مدرن تا حدی با اضافه کردن یک پیش گرمکن که تماس خوبی با مواد جامد/گاز دارد مانند کوره شفت، این نقطه ضعف را تا حدی برطرف می کند، اما مصرف سوخت همچنان تا حدودی بالاتر است، معمولاً در محدوده 4.5 تا 6 MJ/kg. در طرح نشان داده شده، دایره ای از محورها (معمولاً 15-8) در اطراف مجرای بالابر کوره چیده شده است. سنگ آهک داغ به صورت متوالی و با عمل یک "صفحه فشاردهنده" هیدرولیک از شفت ها خارج می شود. کوره های 1000 تن در روز تولید معمولی هستند. کوره دوار انعطاف پذیرترین کوره آهکی است که قادر به تولید آهک یا آهک سوخته نرم، متوسط یا سخت است.
تمام طرح های کوره فوق گاز خروجی تولید می کنند که مقدار قابل توجهی گرد و غبار را حمل می کند. گرد و غبار آهک به ویژه خورنده است. تجهیزاتی برای به دام انداختن این گرد و غبار، معمولاً به شکل رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک یا فیلترهای کیسه‌ای نصب می‌شوند. گرد و غبار معمولاً حاوی غلظت بالایی از عناصر مانند فلزات قلیایی ، هالوژن و گوگرد است.
صنعت آهک یک تولید کننده قابل توجه دی اکسید کربن است . تولید یک تن اکسید کلسیم شامل تجزیه کربنات کلسیم با تشکیل 785 کیلوگرم CO 2 در برخی کاربردها، مانند زمانی که به عنوان ملات استفاده می شود . این CO 2 بعداً با خارج شدن ملات دوباره جذب می شود.
اگر گرمای تامین شده برای تشکیل آهک (3.75 MJ/kg در یک کوره کارآمد) با سوزاندن سوخت فسیلی حاصل شود، CO2 آزاد می کند : در مورد سوخت زغال سنگ 295 کیلوگرم در تن. در مورد سوخت گاز طبیعی 206 کیلوگرم بر تن. مصرف برق یک نیروگاه کارآمد حدود 20 کیلووات ساعت در هر تن آهک است. این ورودی اضافی معادل حدود 20 کیلوگرم CO 2 در هر تن است اگر برق تولید شده از زغال سنگ باشد. بنابراین، انتشار کل ممکن است حدود 1 تن CO 2 برای هر تن آهک حتی در کارخانه های صنعتی کارآمد باشد، اما معمولاً 1.3 تن در تن است. [13] با این حال، اگر منبع انرژی گرمایی مورد استفاده در ساخت آن یک منبع انرژی کاملاً تجدیدپذیر مانند خورشیدی، بادی، آبی یا حتی هسته‌ای باشد. ممکن است هیچ انتشار خالص CO 2 از فرآیند تکلیس وجود نداشته باشد. انرژی کمتری در تولید به ازای وزن نسبت به سیمان پرتلند مورد نیاز است ، در درجه اول به این دلیل که دمای کمتری مورد نیاز است.
کوره آهک دوطاقی Wainmans - ساخت بنای درجه دوم فهرست شده - 1 فوریه 2005
جزئیات و تصویر: https://web.archive.org/web/20140522012536/http://cowlingweb.co.uk/local_history/history/wainmanslimekiln.asp
.jpg/1280px-Old_lime_kiln_of_1906_at_Simplon,_Namibia_(2017).jpg)