VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

История производства извести

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Короткова С.Е. 1

---

1МОУ Кременкульская СОШ

Алексеева Н.Г. 1

---

1МОУ Кременкульская СОШ

Работа в формате PDF

131.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Теоретическая часть

Известняки в природе, история их применения.

История технологии производства известняка.

Современный технологический процесс получения извести.

Практическая часть

Составление технологической схемы производства извести в домашних условиях.

Получение гашеной извести и исследование PH среды в условиях школьной лаборатории.

Заключение

Список литературы

Приложение

Планирование проектной деятельности

Введение

Актуальность:Эта тема важна и увлекательна, потому что известь широко применяется во многих областях человеческой деятельности. Её применяют в сельском хозяйстве, строительстве, металлургии, химической промышленности. В строительстве известь использовался как самый экологически чистый и натуральный материал. В сельском хозяйстве гашёная известь используется для повышения плодородности, известкования кислых почв, а так же для очистки сточных вод.Мне стало любопытно, и я решила изучить эту тему подробнее.

Объект исследования: Строительная известь.

Предмет исследования: История производства извести, возможность получения её в домашних условиях.

Цель: Изучить историю производства извести и исследовать процесс её получения.

Задачи:

Создать оптимальную технологическую схему производства извести в домашних условиях.

Экспериментально получить известь в школьной лаборатории.

Научиться определять PH с помощью универсального индикатора.

Изучить специальную литературу.

Методы исследования:

Теоретические:

Изучение теоретического материала по специальной литературе и ресурсам интернета.

Анализ, синтез, обобщение.

Практические:

Исследовательский

Химический анализ

Визуальный (сравнение окраски растворов для определения кислотности)

Экспериментальный

Органолептический (запах, окраска индикатора)

Гипотеза: Возможно, получение извести в домашних условиях.

1. Теоретическая часть

1.1Известняки в природе, история их применения

Природные соединения кальция ещё в доисторические времена стали употребляться для строительных целей как непосредственно, так и в качестве строительного камня, при производстве извести, получаемой путём обжига мрамора или известняка.

Известняки являются одним из наиболее употребительных строительных материалов благодаря тому, что они сравнительно легко могут расплавиться и поддаваться полировке. Залежи известняков и мраморов имеются во всех частях света.

В древней Греции и Риме мрамор пользовался исключительным вниманием архитекторов и ваятелей. Знаменитые храмы и классические статуи высечены из каррарского и паросского мраморов. Первый получил своё название от местечка Каррары в Италии, а второй от острова Пароса в Греции.

На территории нашей страны почти нет ни одной области, в которой не было бы известняков и мраморов, пригодных для промышленных целей. Наибольшей известностью пользуются подольский, коломенский, калужский, пахринский и другие известняки (под Москвой), путиловский, репшинский, карельский, и др. (под Ленинградом), в Жигулях, Крыму, на Кавказе, на Урале. На юге России имеются большие залежи известняка-ракушечника, который обладает в 2–3 раза более низкой теплопроводностью, чем обычный, легко распиливается и тешется, почему и является прекрасным строительным материалом для южных городов.

Большие мраморные ущелья имеются в горах Средней Азии (Туркестанский и Алтайский хребты); интересны мраморы Саянских гор и Алтая.

В XIV в. в Москве известняки в архитектурных целях употреблялись в громадном количестве; на постройки шли главным образом белый мячковский и протопоповский камень, из которых в 1367 г. и был создан Кремль. От него-то Москва и получила название «Белокаменной».

Великолепными своеобразными по своей красоте сооружениями с применением мрамора являются станции Московского метрополитена.

Но не только для архитектурных сооружений и скульптурных произведений нужен мрамор: без него не обходится электротехника, где он используется как прекрасный изолятор при постройке электрораспределительных щитов. Мрамор идёт на отделку внутренних комнат больниц, особенно операционных комнат, где требуется идеальная чистота.

Мраморные валы устраиваются на кожевенных заводах для прокатки лучших сортов кожи. Крупным потребителем известняков (до 40%) является металлургическая

промышленность, где они прибавляются к руде в качестве флюсов при выплавке чугуна в домнах и при получении стали мартеновским способом. Громадные количества известняков идут на приготовление извести и цемента.

Применение гашёной извести в качестве вяжущего вещества для построек началось не менее как за 3000 лет до нашей эры. При сооружении некоторых пирамид египтяне применяли известковый раствор. На применение извести в качестве строительного раствора указывают Диоскорид и Плиний Старший (I в. до н. э.). Диоскорид же ввёл употребление для окиси кальция название «негашеная известь», сохранившееся и поныне.

Когда началось применение извести для строительства в России, установить довольно трудно. Но исследования древнерусских строительных растворов показали, что уже около 1000 лет назад известь применялась для возведения ряда сооружений, например Десятинной церкви в Киеве (990 г.). Позднее известь начала находить при постройках широкое применение, чаще всего с добавкой цемянки, т. е. толчёного кирпича, что повышало прочность извести.

1.2 История технологии производства известняка

Техника обжига известняков претерпела, конечно, значительную эволюцию. О первых примитивных способах производства можно составить представление по так называемым напольным печам, сохранившимся в некоторых местностях. На косогоре вырывали в земле яму, возводили в ней в виде башни стены и выкладывали свод из обжигаемых камней, над которыми складывали куски одного и того же материала, чтобы огонь и дым свободно могли проходить через них. Процесс обжига вёлся в течении нескольких дней, затем топку прекращали и, по охлаждении, разгружали печь. Понятно, что при таком несовершенном способе многие наружные куски известняка оставались необожжёнными.В 1931 г. в Советском Союзе сделано открытие, опрокинувшее все прежние научные и практические представления о свойствах извести. Колхозник И. В. Смирнов, занимавшийся изготовлением для окрестных колхозов точильных камней, нашёл способ получения твёрдого известкового камня из негашеной извести, минуя стадию гашения.

«Около полувека назад, – писал И.В.Смирнов, – недалеко от деревни Чухломки Нижегородской губернии, где я провёл своё детство, крестьяне производили обжиг известкового камня в маленьких напольных печах, после чего гасили его в тесто, которое применяли для различных нужд. Бурную реакцию, сопровождающую процесс гашения извести, я со своими сверстниками использовал, чтобы глушить рыбу в пруду. Ещё тогда я заметил, что чем больше удавалось набить в бутылку измельчённой кипелки и чем меньше в неё налить воды, тем реакция происходила сильнее».

1.3 Современный технологический процесс получения извести

В настоящее время обжиг извести ведут в особых непрерывно действующих шахтных печах при температуре 900 –1300 градусов и выше. В итоге обжига получается воздушная, или негашёная известь (кипелка):

CaCO₃=CaO+CO₂

Одновременно с разложением извести из неё выжигаются и органические вещества. Необходимая для обжига температура достигается сжиганием дров, каменного угля, кокоса или жидкого топлива. Обожжённая известь из нижней части печи время от времени удаляется, а сверху в печь засыпается свежий известняк.

Если негашеную известь смочить небольшим количеством воды, то она сначала впитывает воду в свои поры, а затем соединяется с ней, причём выделяется значительное количество тепла, образуются клубы пара и, наконец, куски извести растрескиваются и распадаются на тонкий весьма подвижный сухой белый порошок (пушонку):

CaO+H₂O=Ca(OH)₂+15,5 ккал.

Этот порошок – гидроксид кальция – обычно называется гашeной известью. Если известняк был чистый (до 97–98% СаСО₃), то объём получившегося рыхлого белого порошка увеличивается в 3,5 раза. Такая известь называется жирной.

При дальнейшем прибавлении к порошку воды получается суспензия гашёной извести в воде, так называемое известковое молоко, употребляемое, например, для побелки. Если хотят получить цветной колер, то к известковому молоку добавляют какую-нибудь минеральную краску до желаемого оттенка. Нельзя употреблять для этой цели краски, дающие с известью химические соединения с потерей первоначального цвета,

Н апример: берлинскую лазурь. Но это правило имеет исключения. Так, например, на практике часто к извести прибавляют медный купорос с целью получения нежно-голубого цвета раствора. В этом случае образуется стойкое соединение голубого цвета: гидроксид меди:

Ca(OH)₂+CuSO₄=CaSO₄+Cu(OH)₂

Известковая краска довольно прочна, так как тонкий слой её сравнительно быстро превращается при взаимодействии с углекислым газом атмосферы в карбонат кальция.

Если к известковому молоку прибавить значительное кол-во (количество) воды и дать отстояться, получится прозрачный раствор Ca(OH)₂ в воде, называемый известковой водой. При стоянии на воздухе этот раствор покрывается сверху тонкой плёнкой углекислого кальция, получившегося при взаимодействии Ca(OH)₂ с атмосферным углекислым газом.Известковое молоко при отстаивании в ямах в течение времени около 15 дней переходит в известковое тесто в результате процесса, называемого «созреванием» извести.

С увеличением примесей в известняках получается известь, которая труднее гасится водой; такая известь обычно называется тощей. Известняк с содержанием примесей свыше 12% для производства извести уже не годится.

Из смеси известкового теста с песком и водой (в отношении 1 : 3 или 1 : 4) строители получают тестообразную массу, которая и употребляется для связывания кирпичей и камней. Часть воды в этом растворе химически соединяется с CaO, а часть испаряется, и раствор твердеет. На это затвердевание влияет, как это указал Д. И. Менделеев, и атмосферный углекислый газ, который химически соединяется с известью и снова постепенно превращает её, начиная с наружных слоёв, в карбонат кальция:

Ca(OH)₂+CO₂=CaCO₃+H₂O

Выделяющаяся при этой реакции вода и является причиной сырости в новостройках. Иногда в только что выстроенных и оштукатуренных каменных зданиях строители расставляют жаровни с горящим кокосом или древесным углём. Этот приём имеет целью не столько просушивание помещения и уничтожение влаги, внесённой с растворами цементирующих веществ, сколько увеличение в помещении кол-ва углекислого газа и ускорение превращения гашёной извести в карбонат. Песок также химически действует на известь и превращает её в чрезвычайно прочное вещество – кремнекальциевую соль. Прочность старинных сооружений, сцементированных известью, нередко вводит малосведущих людей в заблуждение: они утверждают, что «прежде строили лучше» и что цементирующие растворы «были прочнее». И действительно, как не прийти к такому заключению, если при разборке старинных зданий скорей можно разрушить сам кирпич, чем разъединить отдельные кирпичи. Но подобного рода заключения являются довольно поспешными, так как при этом не учитывая те химические изменения, которые происходят в строительных материалах в течение целых столетий.

2. Практическая часть

2.1 Составление технологической схемы производства извести в домашних условиях

Так же, производство извести, возможно, и в домашних условиях. Для этого потребуется небольшое помещение с печью. Потом надо найти известняк, его можно найти у карьера, если есть поблизости, а так же можно встретить породу вдоль железнодорожной насыпи. Удобней всего обжигать камни размером 2 см. Поэтому их надо расколоть. Далее надо растопить печь до 800 градусов дровами и уложить уголь в печь. После того как слой угля раскалиться, нужно выложить известковые камни ровным, не толстым слоем. Поверх ещё насыпать слой угля. Лучше начинать процесс вечером, чтобы к утру камни были готовы. Утром нужно вынуть белые готовые камни щипцами из печи. Нужно обязательно загасить. В ведро с водой опускать камни на 8-9 минут. На дне остаётся белый раствор – Это и есть гашёная известь.

C aCO₃ = CaO+CO₂

CaO+H₂O = Ca(OH)₂

Принципиальная схема производства извести в домашних условиях

Добыча сырья

2. Дробление

3. Классификация

4. Обжиг

5. Гашение

6. Гашёная известь

2.2 Получение гашеной извести и исследование РН среды в условиях школьной лаборатории

В химический стакан поместили белый порошок оксида кальция. Осторожно приливаем воду. Начинается бурная экзотермическая реакция (гашение извести):

СaO+H₂O=Ca(OH)₂Образовалась известковая вода.

Из-за сильного разогревания часть воды испаряется.

Б елый порошок малорастворим в воде(0,16г в 100г воды.) Известковая вода имеет щелочную реакцию. Индикатор фенолфталеиновый изменяет окраску на малиновый цвет. Эталонная шкала для PН, универсального индикатора, подтверждает наши наблюдения и показывает 11 единиц, что подтверждает щелочность среды. Гидроксид кальция мутнеет на воздухе в результате взаимодействия с углекислым газом с выпадением осадка карбоната кальция.

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ +H₂O

Заключение

В результате исследовательской работы изучена история применения и производства известняка. Выявлено, что известняк стали применять для строительства за 3000 лет до нашей эры. В 1367 году был построен архитектурный ансамбль Кремль, а Москва стала называться «Белокаменной».История технологии производства известняка и техника обжига известняков претерпели, конечно, значительную эволюцию.

О первых примитивных способах производства можно составить представление по так называемым напольным печам, сохранившимся в некоторых местностях. В настоящее время обжиг извести ведут в особых непрерывно действующих шахтных печах при температуре 900 –1300 градусов и выше. В итоге обжига получается воздушная, или негашёная известь (кипелка). Составлена технологическая схема производства извести в домашних условиях в небольшом помещении с печью.

Экспериментально получена известковая вода из оксида кальция, затем карбонат кальция в школьной лаборатории. Известняки являются одним из наиболее употребляемых строительных материалов благодаря тому, что они сравнительно легко могут поддаваться полировке, расплавиться, образовывать растворы. Известняки имеют широкое применение в различных областях деятельности человека: строительство, сельское хозяйство, химическая промышленность.

Список литература:

Парменов К. Я., Сморгонский Л. М., Цветов Л. А. Книга для чтения по химии УЧПЕДГИЗ, 1959 год.

Молочко В. А., Крынкина С. В. Химия-Москва «Химия», 1989 год.

Бабкина С. С., Росин И. В., Толина Л. Д., Мясоедов Е. М., Елфимов В. И., Алкина И. Б., Белова Л. Н., Ярошинский А. И. Общая и неорганическая химия- ООО «Издательство Юрайт», 2012 год.

Компьютерная поддержка:

Сайт NCNEWCHEMISTRY.ru, новые химические технологии, аналитический портал химической промышленности- http://www.webviki.ru/newchemistry.ru

Сайт ПРОИЗВОДСТВО ИЗВЕСТИ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ- https://b2prom.ru/proizvodstvo-izvesti-v-domashnix-usloviyax/