Раздел 1. Общая информация об отрасли промышленности

Раздел 1 Общая информация об отрасли промышленности

1.1 Общие сведения об известковой отрасли

1.1.1 Виды извести

Известь - оксид и/или гидроксид кальция, также оксид и/или гидроксид магния, образующийся при термическом разложении (декарбонизации) природных карбонатов кальция и магния (известняка, мела, доломита) [11].

Известь - кристаллическое вещество белого цвета (с оттенками серого, серо-зеленого, желтого). Известь обладает высокой химической активностью и низкой плотностью, эти свойства существенно расширяют области использования ее в различных отраслях.

Негашеная известь нестабильна на воздухе, соединяет сначала влагу из воздуха, превращаясь в гидратную известь, затем реагирует с углекислым газом, превращаясь в карбонат.

Полный цикл извести в природе описывается следующими реакциями:

CaCO ₃  CaO + CO ₂ 

CaO + H ₂O  Ca(OH) ₂

Ca(OH) ₂ + CO ₂ = CaCO ₃

Для производства извести используют природные кальциево-магниевые горные породы - известняк, доломит, мел, состоящие из карбоната кальция CaCO ₃, карбоната магния MgCO ₃ и небольшого количества примесей SiO ₂, Al ₂O ₃, Fe ₂O ₃, CaSO ₄[12].

Кальциево-магниевые породы при 800 °C - 1200 °C диссоциируют с образованием окислов кальция CaO, магния MgO и углекислого газа CO ₂. Продукт обжига, помимо чистых окислов кальция и магния, всегда содержит некоторое количество соединений SiO ₂, Al ₂O ₃, Fe ₂O ₃ с CaO, недожог (CaCO ₃, MgCO ₃) [13], [14].

По назначению известь разделяют на строительную и технологическую. Строительная известь используется для производства силикатных изделий, сухих строительных и асфальтобетонных смесей, укрепления и консолидации грунтов, приготовления строительных растворов и бетонов.

Технологическая известь применяется в металлургии, целлюлозно-бумажной промышленности, в химии и нефтепереработке.

По условиям твердения строительная известь подразделяется на воздушную, твердеющую только в воздушно-сухой среде, и гидравлическую, способную твердеть, наращивать прочность и сохранять ее как на воздухе, так и в воде [11].

По содержанию основных окислов (CaO, MgO) известь подразделяется на кальциевую, магнезиальную и доломитовую.

Кальциевая известь содержит 70-97 % CaO и в пределах 0,5-5 % MgO, что достигается применением для обжига (в печах любого типа) чистых кальциевых известняков с низким содержанием MgCO ₃.

Магнезиальная известь содержит до 20 % MgO, а доломитовая - до 40 %. Магнезиальную и доломитовую известь получают обжигом чистых карбонатных пород в печах, обеспечивающих получение MgO в активной форме, т.е. способную гаситься водой в обычные сроки.

Воздушная известь выпускается следующих видов:

- известь негашеная комовая;

- известь негашеная дробленая (до 20 мм);

- известь негашеная порошкообразная (молотая);

- известь гидратная (гашеная).

Негашеная комовая известь (кипелка) представляет собой воздушную известь после ее обжига в печи.

Известь порошкообразную (молотую) получают путем помола в мельнице негашеной комовой извести.

Гидратную известь получают действием определенного количества воды на негашеную воздушную известь, в результате которого образуется продукт в виде сухого порошка (пушонки), известкового теста или известкового молока.

Сухая гидратная известь (пушонка) - тончайший порошок, который получается при гидратации негашеной извести точным количеством воды, необходимым для полного протекания реакции гидратации (соединения с водой).

Известковое тесто получается при гашении воздушной извести водой в количестве, превышающем теоретически необходимое в несколько раз. В среднем берут 2,5-3 л воды на 1 кг извести.

Известковое молоко образуется при введении количества воды, превышающего теоретически необходимое более чем в десять раз. При дальнейшем увеличении количества воды продукт гашения носит название известковой воды.

Гидравлическая известь - продукт умеренного обжига (при температурах 900-1100 °C) карбонатных пород с высоким (8-20 %) содержанием глинистых веществ. Такая известь содержит цементные компоненты и используется в приготовлении строительных растворов, бетонов для построек, находящихся в период эксплуатации во влажных условиях. Основные требования к различным видам извести приведены в таблицах 1.1, 1.2, 1.3, 1.4.

Таблица 1.1 - Основные показатели строительной извести по ГОСТ 9179-2018 [11]

Наименование показателя	Норма для извести, % по массе
	негашеной						гидратной
	кальциевой			магнезиальной, доломитовой
	сорт
Активные CaO + MgO, не менее
- без добавок	90	80	70	85	75	65	67	60
- с добавками	65	55	-	60	50	-	50	40
Активный MgO, не более	5	5	5	20(40)	20(40)	20(40)	-	-
CO 2, не более
- без добавок	3	5	7	5	8	11	3	5
- с добавками	4	6	-	6	9	-	2	4
Непогасившиеся зерна (недожог)	7	11	14	10	15	20	-	-

Таблица 1.2 - Спецификация негашеной извести для целлюлозно-бумажной промышленности

Наименование показателей	Минимальные значения	Максимальные значения
Активные CaO + MgO, не менее, %	90	> 92,5
Общее количество CaO, %	90	> 95,5
Fe 2O 3, %		< 0,1
MgO, %		< 1,8
MnO, %		< 0,01
CO 2, %		< 2
Al 2O 3, %		< 0,1
SiO 2, %		< 0,5
Реакционная способность, сек	30	120
Размер частиц, мм	5	60

Таблица 1.3 - Общие технические требования к металлургической извести

Марка извести	Сорт	Массовая доля, %
		CaO общ.	CaO + MgO	MgO	SiO 2	S	P	П.П.П.
ИС-1	1		92	3	1,8	0,06		5
	2		90	3	2,0	0,06		7
ИС-2	1		88	3	2,0	0,08		8
	2		85	3	2,5	0,08		12
ИСД-1	1		92	20	2,0	0,06		4
	2		90	20		0,06		6
ИФ-0	1	95		3	1,8	0,02		3
ИФ-1	1	93		3	1,8	0,02		5.7
	2	90		3	2,0	0,02
ИФ-2	1	90		3	2,0	0,03		7
	2	85		3	2,5	0,03		11

Таблица 1.4 - Спецификация гидратной извести для производства присадок моторных масел

Показатели извести	1	2
Содержание CaO в пересчете на Ca(OH) 2, %	92	94
Содержание свободной влаги, %	0,4	0,4
Содержание CaCO 3, %	3,0	3,0
Массовая доля не растворившихся в соляной кислоте веществ, %	0,3	0/3
Содержание окислов Al 2O 3 + Fe 2O 3, %	0,3	0,3
Содержание MgO		1,0

1.1.2 Применение извести

Размер и относительная значимость различных рыночных сегментов для негашеной и гашеной извести зависят от многих факторов, включая степень индустриализации, специфическую промышленность, качество, пригодность карбонатной породы, традиционные строительные методы.

Продукты извести используют во многих областях (см. таблицу 1.5). Крупнейшими потребителями извести в Российской Федерации являются металлургическая, химическая промышленность и промышленность строительных материалов. Также известь широко применяется в сфере защиты окружающей среды и сельском хозяйстве [15], [16], [17].

Таблица 1.5 - Основные области применения извести

Область применения	Детали применения
Металлургия	Получение металлического кальция, регулирование pH среды при обогащении руд, очистка черных и цветных металлов от примесей, нейтрализация дымовых газов металлургических печей, содержащих хлор, серу, фтор
Строительство	Вяжущее вещество при производстве силикатных, газосиликатных изделий, сухих строительных смесей
	Стабилизация грунтов, закрепление грунтовых оснований, приготовление асфальтобетонных смесей при строительстве автодорог.
Химическое производство	Производство соды, хлорной извести, химреактивов
	Производство минеральных удобрений
Пищевое производство	Очистка и осветление свекловичного сока в сахароварении
Сельское хозяйство	Регулирование pH почвы, связывание тяжелых металлов.
	Обработка растений
Защита окружающей среды	Обеззараживание сточных вод и их осадков на сооружениях водоподготовки и очистки сточных вод. Очистка жидких сбросов промышленных предприятий. Стабилизация и обеззараживание животноводческих стоков. Очистка топочных газов тепловых электростанций, котлов. Рекультивация полигонов ТБО и ТКО. Нейтрализация бурового шлама
Стекольная промышленность	Компонент шихты
Кожевенная и текстильная промышленность	Дубление кожи, нейтрализация кислых растворов, печать рисунков на тканях
Целлюлозная промышленность	Производство бумаги, картона
Нефтяная и нефтеперерабатывающая промышленность	Приготовление буровых растворов, производство присадок моторных масел

1.2 Производство извести в Российской Федерации

Производителей негашеной извести можно разделить на несколько групп:

- известковые заводы (производство извести основной вид деятельности), реализующие известь на свободном рынке;

- комбинаты строительных материалов, выпускающие известь как для собственных потребностей (для использования в производстве силикатного кирпича и ячеистых бетонов), так и на продажу;

- предприятия нескольких отраслей, где произведенная известь практически полностью используется для дальнейшего технологического процесса (металлургическая промышленность, сахарное производство, целлюлозно-бумажное производство, производство кальцинированной соды).

По данным Росстата объем выпуска негашеной извести в 2021 году составил около 8,4 млн. тонн. Основной объем приходится на выпуск извести предприятиями металлургической и химической промышленности. Произведенная известь на металлургических предприятиях, содовых заводах и сахарных заводах практически полностью используется в технологической цепочке для выпуска профильной продукции. На реализацию сторонним предприятиям приходится очень незначительная доля излишков производства извести предприятиями указанных отраслей.

По оценке крупнейших аналитиков, в 2021 году объем выпуска товарной негашеной извести составил около 3,2 млн. тонн. В этом объеме учтен выпуск извести известковыми заводами и комбинатами строительных материалов, как для собственного потребления, так и на продажу.

В настоящее время основой объем выпуска (75 %) приходится на производителей из группы "известковые заводы", у которых выпуск извести является профильным производством (см. таблицу 1.6). Около 25 % выпуска приходится на комбинаты строительных материалов, которые значительную часть извести используют в дальнейшем производстве на собственном предприятии (силикатного кирпича, газосиликата и других строительных материалов).

Таблица 1.6 - Объемы производства товарной извести в 2019 - 2021 гг., тыс. т (по данным компании "Строительная информация" [18])

Отрасль		2019 г.	2020 г.	2021 г.
Известковые заводы	выпуск, тыс. тонн	2 328	2 473	2 415
Комбинаты стройматериалов	выпуск, тыс. тонн	776	783	809
Итого выпуск	выпуск, тыс. тонн	3 103	3 256	3 224

Региональная структура производства товарной извести представлена на рисунке 1.1. Основной объем данной продукции (порядка 51 %) производится в Центральном федеральном округе, где сосредоточено большинство крупных производителей. Второе место по объемам производства занимает Уральский федеральный округ (около 20 %).

Основной объем извести в России потребляется предприятиями промышленности строительных материалов. Несмотря на наличие в отрасли значительного числа предприятий, которые производят известь для собственных нужд, промышленность строительных материалов остается крупнейшим потребителем товарной извести.

Рисунок 1.1 - Региональная структура производства товарной извести в 2021 г.

В 2021 году доля этого сегмента составила порядка 40 %. Второе место по объемам потребления извести занимает черная металлургия. Крупными потребителями товарной извести являются производители минеральных удобрений. Именно этот сегмент потребления показывает существенный спрос на известь в последние годы. Основные потребители извести в 2021 году представлены в таблице 1.7.

Таблица 1.7 - Основные потребители извести в 2021 году

Отрасль	Доля сегмента, %	Оценка объема потребления в 2021 г. (тыс. тонн)
Строительство	4	132
Металлургические заводы	28	885
Силикатный кирпич	28	948
Газобетон	10	309
Целлюлозно-бумажное пр-во	2	55
Сельское хозяйство	5	145
Промышленность, химпром, энергетика	8	270
Минеральные удобрения	10	317
Производство гидратной извести	5	151
Итого	100	3212

Объем выпуска гидратной извести в 2021 году составил около 170 тыс. тонн (см. рисунок 1.2). Объемы выпуска крупнейших производителей составляют по 20-30 тыс. тонн гидратной извести в год. Основным сегментом потребления гидратной товарной извести является производство сухих строительных смесей. Второе место занимает сегмент цветной металлургии и золотодобычи - около 20 % от общего объема потребления. На третьем месте - сегмент энергетики и коммунального хозяйства. При этом за последние годы наибольшие темпы роста были характерны для сегмента цветной металлургии и золотодобычи. Объем потребления гидратной извести в этом сегменте рынка в 8 раз превысил уровень 2015 г. [19].

Рисунок 1.2 - Оценка производства гидратной извести в России

Региональная структура производства гидратной извести в 2021 г. представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Региональная структура производства гидратной извести в 2021 г.

1.3 Основные факторы, характеризующие охрану окружающей среды и устойчивое развитие производства извести

Основными факторами, характеризующими охрану окружающей среды при производстве извести, являются:

- удельное потребление электроэнергии и топлива;

- выбросы (эмиссии) CO ₂, загрязняющих веществ (ЗВ), содержащихся в дымовых газах обжиговых печей;

- контроль загрязнения воздуха (запыленность);

- усовершенствование стадий подготовки, перегрузки, транспортирования сырья, топлива и готового продукта;

- защита сложившейся вокруг предприятия экосистемы;

- мониторинг состояния почв, водоемов, рек вокруг предприятия.

Факторы, характеризующие устойчивое развитие, связаны с наличием месторождений высококачественной карбонатной породы для сохранения геологических запасов в течение отдаленного будущего. Известняки, доломиты, мел широко распространенные в земной коре породы. Тем не менее, трудно найти месторождения, отвечающие следующим характеристикам:

- запасы, обеспечивающие эксплуатацию в течение 50 лет и более;

- высокая химическая чистота;

- специфические физические и механические характеристики;

- наличие инфраструктуры благоприятной для транспортирования;

Список наиболее крупных месторождений Российской Федерации представлен в приложении А.