Sönmemiş Kireç

EN 459-2'nin ıslak söndürme deneyinde 150 g kireç, 20 °C'deki 600 mL suya karıştırılır ve karışımın 60 °C'ye ulaşma süresi ölçülür; bu süre t60'tır. 1–2 dakika yumuşak yanmış, yüksek reaktif ürünü; 6 dakikanın üzeri sert yanmış, yavaş ürünü işaret eder. Deney basittir ama sonucu tane aralığına duyarlıdır — hangi fraksiyonla ölçüldüğü yazılmamışsa rakam karşılaştırılabilir değildir.

Hangi reaktivitenin doğru olduğunu proses söyler. Sıcak metal desülfürizasyonunda enjeksiyon süresi 8–15 dakikadır ve kireç bu pencerede çözünmek zorundadır; kireç sütü hazırlayan sürekli söndürücüde bekleme süresi 10–20 dakikadır. Buna karşılık kalsiyum karbür fırınında veya kesikli söndürmede aşırı reaktif ürün istenmez: söndürücüde ani kaynama, püskürme ve ekipmanın boyutlandırılmadığı bir buhar yükü yaratır.

Asıl hata t60'ı tek başına şartnameye yazmaktır. Aynı t60, farklı toplam sıcaklık artışıyla gelebilir: düşük aktif CaO'lu bir ürün hızlı başlar ve erken durur, eğrisi 45 K'e ulaşmadan düzleşir. Reaktivite değerlendirmesi t60 ile Δt'nin birlikte okunmasıdır; ikisinden yalnız birini şart koşmak, yanlış partinin sözleşmeye uygun görünmesine izin verir.

Kalsitin ayrışması 1 atm'de yaklaşık 898 °C'de dengeye ulaşır, pratikte fırın 950–1150 °C aralığında çalışır. Sıcaklık düşük veya bekleme süresi kısa kalırsa tanenin merkezinde ayrışmamış CaCO₃ kalır — ham çekirdek. Bu, kızdırma kaybını yükseltir ve aktif CaO'yu düşürür; prosese hiçbir katkısı olmadan taşınan, öğütülen ve faturalanan ölü yüktür.

Ters uçta aşırı pişme vardır: yüksek sıcaklıkta uzun kalan tanede CaO kristalleri büyür, gözenek yapısı kapanır ve özgül yüzey 1–3 m²/g'dan 0,5 m²/g'ın altına iner. Sert yanmış kireç suyla temas ettiğinde yavaş tepkir, söndürücüde tortuya döner. Hammaddedeki safsızlıklar bu süreci hızlandırır; doğal kalsiyum karbonat içindeki SiO₂ ve Al₂O₃ daha düşük sıcaklıkta sinterleşmeyi başlatır ve reaktiviteyi kimyasal analizin göstermediği ölçüde düşürür.

Ham çekirdek ve aşırı pişmiş tane aynı partide birlikte bulunabilir; özellikle 0–90 mm gibi geniş bir aralık aynı fırında aynı süreyi geçirdiğinde bu kaçınılmazdır. Pratik sonuç şudur: tane aralığını daraltmak, reaktivite bandını da daraltır. Şartnamede 10–40 mm istemek yalnız taşıma kolaylığı değil, parti içi tutarlılık talebidir.

Toplam CaO, XRF ile ölçülen element bazlı kalsiyum içeriğidir ve karbonat ya da sülfat hâlinde bağlı kalsiyumu da sayar. Aktif CaO ise sukroz çözeltisiyle ekstraksiyon ve titrasyon yoluyla belirlenir; gerçekten hidratlaşabilecek ve reaksiyona girebilecek kısmı verir. İkisi arasındaki fark doğrudan ham çekirdek, karbonatlaşmış yüzey ve sert yanmış tane demektir.

Dozaj hesabı her zaman aktif CaO üzerinden yapılmalıdır. Toplam CaO'su %96 ama aktif CaO'su %88 olan bir ürün, aktif CaO'su %92 olan üründen aynı işi görmek için yaklaşık %4,5 daha fazla tüketilir. Ton fiyatı eşitse gerçek maliyet eşit değildir; tedarikçi karşılaştırmasının birimi ton değil, ton aktif CaO olmalıdır. Bu tek düzeltme çoğu tesiste yıllık kimyasal bütçesinde görünür bir kalem oluşturur.

Stokiyometri de aynı sayıdan başlar: 56 g/mol CaO, 74 g/mol Ca(OH)₂'ye dönüşür, yani 1 kg aktif CaO 1,32 kg sönmüş kirece eşdeğerdir ve nötralizasyonda 2 mol H⁺ bağlar. Hesaba stok kaybı için pay bırakmak gerekir: depoda yüzeyi hidratlaşıp karbonatlaşan ürünün aktif CaO'su aylar içinde düşer, bu yüzden pratikte %3–5'lik bir emniyet payıyla çalışılır.

Parça kireç (10–40 ve 40–90 mm) elektrik ark ocağına ve konvertöre doğrudan şarj edilir, kesikli söndürücülere beslenir ve dökme taşımada en az tozlanmayı yaratır. 0–3 mm kırılmış ürün sürekli söndürücülerin ve kireç sütü hazırlama hatlarının standart beslemesidir. Öğütülmüş toz (≥ %90 < 90 µm) ise kuru sorbent enjeksiyonu, zemin serpme ve kuru harç karışımları içindir.

Yanlış fraksiyon iki farklı biçimde ceza keser. Fazla ince ürün söndürücüde çok hızlı ısınır, topaklanır ve tanelerin dış yüzeyi içeriden önce hidratlaşarak su geçişini kapatır — söndürmede yanma denen olay budur, sonuç iri kristalli, düşük yüzeyli hidrattır. Fazla iri ürün ise merkeze kadar sönmez; grit ve tortu artar, elenen malzeme aktif CaO taşıdığı hâlde atığa gider.

Silo ve taşıma tarafında da fraksiyon belirleyicidir. Öğütülmüş kireç serbest akmaz, silo konisinde köprüleşir; akışkanlaştırma havası, titreşimli boşaltıcı ve doğru koni açısı tasarıma girmelidir. Parça kireç akış açısından rahattır ama nem aldığında söner, hacimce yaklaşık iki katına genleşir ve silo duvarına yapışan sert bir kabuk oluşturur. Her iki durumda da silo havalandırma filtresinin kuru tutulması işletmenin en ucuz önlemidir.

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ tepkimesi yaklaşık 65 kJ/mol, yani 1150 kJ/kg CaO ısı açığa çıkarır. Bir ton kireç söndürüldüğünde ortaya çıkan 1,15 GJ, yaklaşık 3,4 m³ suyu 20 °C'den kaynama noktasına taşımaya yeter. Söndürücü tasarımının asıl işi tepkimeyi başlatmak değil, bu ısıyı kontrollü biçimde uzaklaştırmaktır.

Kireç sütü hazırlamada su/kireç oranı tipik olarak 3,5–5:1, kuru hidrat üretiminde 0,4–0,6:1'dir; hedef söndürme sıcaklığı 80–95 °C'dir. Oran düşerse yerel kaynama, buhar çıkışı ve iri kristalli hidrat oluşur. Çok soğuk söndürme (40 °C altı) ise iri, düşük yüzeyli Ca(OH)₂ verir: çabuk çöker, dozaj eğrisi tembelleşir, aynı pH için daha fazla ürün gerekir. Söndürme sıcaklığı bu yüzden ölçülen ve kayda alınan bir parametredir, gözlemsel bir ayrıntı değil.

Her söndürmede sönmeyen kalıntı — grit — çıkar; iyi bir kireçte %2–5 aralığındadır ve hidrosiklon ya da eleme ile ayrılır. Grit oranı aniden yükseldiyse önce kireç değil, söndürme suyu sıcaklığı ve besleme debisi kontrol edilir. Tesiste üretilen kireç sütü, su ve atıksu arıtma hatlarında satın alınan hidrat süspansiyonuyla aynı işi görür; fark, tane inceliğinin sizin söndürme koşullarınıza bağlı olmasıdır — yani değişkenin sizde kalmasıdır.

Demir-çelik ve metalurjide kireç cüruf yapıcıdır: cürufun bazikliğini (CaO/SiO₂) tipik olarak 2,8–4,0 aralığına taşır, kükürdü ve fosforu metalden alıp cürufa bağlar. Ancak kükürt dağılım katsayısı yalnız bazikliğe değil, cürufun oksijen aktivitesine ve sıcaklığa da bağlıdır. Oksitleyici bir cürufta kireci artırmak belli bir noktadan sonra kükürdü düşürmez, yalnız cüruf hacmini ve metal kaybını büyütür.

Reaktivite ve tane boyutu burada erime hızı üzerinden iş görür. Sert yanmış kireç konvertörde geç çözünür, cüruf geç oluşur, üfleme başında sıçrama ve refrakter aşınması artar. Sıcak metal desülfürizasyonunda enjekte edilen ince kireç (0–1 mm), magnezyum veya kalsiyum karbürle karışım hâlinde kullanılır ve temas süresi dakikalarla ölçülür; bu proseste reaktivite doğrudan verim, verim de kireç tüketimi demektir.

Safsızlık kalemi çoğu zaman fiyattan daha belirleyicidir. Kirecin içindeki her ek SiO₂, baziklik hedefini korumak için ek kireç gerektirir; %1 puanlık SiO₂ artışı ton çelik başına birkaç kilogram fazladan kireç ve buna bağlı cüruf demektir. Düşük safsızlık aynı zamanda daha az cüruf, daha az ısı kaybı ve daha az metal sürüklenmesidir — kireç seçiminin döküm başına maliyete girdiği yer burasıdır.

Zemin iyileştirme ve stabilizasyonda CaO önce kurutucu olarak çalışır. Hidrasyon suyu kimyasal olarak bağlar, açığa çıkan ısı buharlaşmayı hızlandırır ve killi zeminin işlenebilirliği saatler içinde değişir. Pratikte %1 CaO su içeriğini yaklaşık 0,5–1,5 puan düşürür; yağış sonrası saha programını kurtaran şey çoğu zaman bu ilk etkidir.

İkinci iş daha yavaştır ve asıl mukavemeti o verir. Boşluk suyunun pH'ı 12,4'e çıktığında kil mineralinden silis ve alümina çözünür, kalsiyumla birleşerek kalsiyum silikat ve alüminat hidratları oluşturur. Bu puzolanik kazanım günler ve haftalar ölçeğindedir; performans 7 ve 28 günlük serbest basınç (UCS) ya da CBR değerleriyle değerlendirilir, karıştırmadan hemen sonra alınan ölçüm yanıltıcıdır. Dozaj Eades-Grim yöntemiyle (ASTM D6276) başlar ve tipik olarak %2–5 aralığına oturur.

Karayolu altyapısı ve asfalt uygulamalarında sonucu belirleyen üç saha değişkeni vardır: karıştırma inceliği, kür süresi ve sıkıştırma penceresi. Kireçli zeminde sıkıştırma genellikle karıştırmadan sonraki 2–4 saat içinde tamamlanmalıdır; gecikme sıkıştırılmış birim hacim ağırlığını düşürür. Ayrıca sülfat içeriği %0,3'ün üzerindeyse etrenjit oluşumu ve buna bağlı kabarma riski nedeniyle laboratuvar doğrulaması yapılmadan kireç kararı verilmemelidir.

Baca gazı arıtmada sönmemiş kireç asit gazlarıyla doğrudan nadiren karşılaşır. Yaygın iki yol vardır: CaO tesiste bir hidratöre beslenip Ca(OH)₂'ye çevrilerek kuru sorbent olarak enjekte edilir ya da kireç sütü hâline getirilip yarı kuru absorberde gaz akımına püskürtülür. Her iki yolda da tesisin depoladığı ve taşıdığı madde CaO'dur; avantajı ton başına daha fazla aktif madde taşıması ve depolama hacmini küçültmesidir.

Verimi belirleyen sorbentin kimyası değil yüzeyidir. Kuru enjeksiyonda özgül yüzeyi 20–40 m²/g olan bir hidrat, Ca/S mol oranı 2–3 aralığında %70–90 SO₂ tutar; yüzeyi düşük bir hidratla aynı sonucu almak için oran belirgin biçimde yükselir. Yarı kuru absorberde ise su buharı reaksiyonu hızlandırdığı için Ca/S 1,2–1,6'ya iner, fakat bu kez yaklaşma sıcaklığı — gazın adyabatik doyma noktasına kalan 10–20 K'lik fark — kritik parametre hâline gelir.

Asit gazı bileşimi de seçime girer. HCl ve HF, SO₂'ye kıyasla belirgin biçimde kolay tutulur; baskın kirletici HCl ise düşük Ca/S oranlarında bile yüksek verim alınır, baskın kirletici SO₂ ise sorbent kalitesi ve reaktör sıcaklığı öne çıkar. Dozajın sabit değil, baca ölçümünden geri beslemeli olması gerekir: yük değiştiğinde sabit dozaj ya limiti aşar ya da gereksiz sorbent ve kalıntı üretir.