Физико-химические основы производства портландцемента
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
?льтате обжига спекшийся камнеподобный продукт - клинкер - характеризуется сложным минералогическим составом и столь же сложной микрокристаллической структурой.
В процессе обжига сырьевой смеси в результате взаимодействия главных оксидов СаО, SiO2, Al2O3, Fe2O3, образуется четыре основных клинкерных минерала, содержание которых может колебаться в пределах:
трехкальциевый силикат (алит) 3СаО•SiO2 (С3S) - 45-60%;
двухкальциевый силикат (белит) 2СаО•SiO2 (C2S) - 15-360%;
трехкальциевый алюминат 3СаО•Аl2O3 (C3A) - 5-15 %;
четырёхкальциевый алюмоферрит 4СаО•Al2O3•Fe2O3 - 10-20%.
Сырьевые смеси в процессе их нагревания до высоких температур претерпевают сложные превращения, сопровождающиеся изменением минералогического состава и физических свойств. Характер изменения физических свойств сырьевых смесей, приготовленных по сухому или мокрому способу, по мере их нагревания оказывается до определенного интервала температур различным, однако химические превращения компонентов и основные химические реакции в обоих видах сырьевых смесей протекают, естественно, в одном и том же направлении.
При нагревании сырьевых смесей до 373 К из них испаряется капельно-жидкая вода, в интервале от 373 до 573 К удаляется адсорбционная и частично кристаллизационная вода, при 673-973 К - основная масса кристаллизационной и кристаллохимически связанной воды, а остаточные небольшие количества воды (2-3%) выходят из состава кристаллических решеток алюмосиликатов при температуре материала 1173-1273 К.
Органические примеси в сырьевой смеси выгорают в интервале температур от 473 до 573 К.
По мере повышения температуры структурные элементы кристаллических решеток твердых тел (ионы, атомы, молекулы) начинают совершать все более значительные по частоте и амплитуде колебания вокруг своих центров. При некоторой определенной для каждой данной кристаллической решетки температуре амплитуда колебаний частиц достигает такой большой величины, что появляется возможность для отрыва элементарных частиц от положения равновесия в данном узле решетки и для перехода их в новые положения как внутри решетки, так и вне ее.
Диссоциация кальцита является комплексной реакцией. На начальной стадии происходит распад ионов СО3 по схеме СО3 > СО2 + О2. Вначале молекулы СО2 адсорбируются остающейся твердой фазой с образованием комплексов (СаСО3)тв. > (СаОтв.*СО2)адс. Затем молекулы СО2 десорбируются и покидают решетку кристалла СаСО3 (рис. 2.1).
Рис.2.1 Схема диссоциации зерна СаСО3
Кинетика процесса диссоциации СаСО3 определяется скоростью протекания двух его стадий, образования зародышей кристаллов СаО и их диффузионного роста.
Диссоциация примесного доломита СаМg(СО3)2 протекает в две стадии:
)при 730оС идет реакция разложения и диссоциации
СаМg(СО3)2 > СаСО3 + МgО + СО2;
)при 910оС происходит диссоциация
)СаСО3 = CaO + CO2 .
Перемещение (диффузия) ионов в решетке кристалла происходит в основном по следующим направлениям: а) из узла решетки в междоузлие; б) из междоузлия в узел решетки с вытеснением из него в междоузлие находящегося там иона; в) из междоузлия в междоузлие; г) из узла или междоузлия в вакантные пустоты. Разупорядоченность кристаллической решетки, наличие в ней точечных дефектов и дислокаций способствуют протеканию реакций в твердой фазе.
Кристаллические решетки почти всех компонентов цементного сырья характеризуются в этих условиях особо повышенной активностью вследствие появления в них уже при относительно низких температурах вакантных мест, которые ранее были заняты Н2О, ОН, СО2. Интенсивное тепловое движение структурных элементов таких решеток, сопровождающееся обменом мест, вначале приводит к некоторому исправлению дефектности строения монокристаллов, а затем к взаимодействию кристаллов различных компонентов друг с другом. Результатом этого взаимодействия являются укрупнение кристаллов существующих фаз (собирательная рекристаллизация) и образование кристаллов новых химических соединений (рис.2.2).
Рисунок 2.2 Схематическое изображение процесса укрупнения кристаллов существующих фаз и образование кристаллов новых химических соединений между ними.
Диффузионные процессы перемещения структурных элементов в твердых телах отличаются большим разнообразием. Различают самодиффузию - перемещение в кристаллической решетке элементы и гетеродиффузию - перемещение чужеродных ионов, атомов или молекул. В зависимости от направленности процесса перемещения частиц различают объемную диффузию (в глубине решетки), поверхностную (по внешней поверхности зерен) и диффузию вдоль поверхностную (по внешней поверхности зерен) и диффузию вдоль граней и дефектов, кристаллов (по внутренним поверхностям тела).
Различные ионы перемещаются в пределах одной и той же решетки с разной скоростью, что обусловлено различием их по размерам, величине заряда и другим свойствам. В большинстве случаев анионы перемещаются значительно медленнее, чем катионы. Величины коэффициента диффузии Са2+ в ряде кристаллических тел при 1473-2273 К составляли 10-9-10-12 см2/с. С повышением температуры величины коэффициентов диффузии катионов возрастают.
Кинетика реакций в твердом состоянии определяется скоростью диффузии наиболее активного покрывающего компонента смеси сквозь слой продукта реакции.
Реакции в твердом состоянии большей частью являются многоступенчатыми. Так, в системе СаО - SiО2 процесс синтеза минералов осу?/p>