Физико-химические основы производства портландцемента
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
?ествляется последовательно в ряду C2S> CS>C3S>C3S. Это обстоятельство затрудняет описание всего многоступенчатого процесса одним кинетическим уравнением. Естественно, что механизм и, как следствие этого, кинетика реакции будут изменяться на отдельных стадиях процесса.
По этой причине исследователями разрабатываются пока кинетические уравнения процессов взаимодействия твердых тел лишь для очень простых систем, а в сложных - лишь для отдельных стадий. В качестве примера можно привести кинетическое уравнение реакции образования двухкальциевого силиката при 1250, которое достаточно точно отражает действительный характер процесса:
где g - степень превращения реагирующих веществ; ? - время протекания процесса; К - константа, зависящая от свойств материалов.
При взаимодействии оксида алюминия, входящего в состав глинистых минералов, с оксидом кальция при температуре 800-900 по реакциям в твердом состоянии образуется однокальциевый алюминат СаОА12О3, который с повышением температуры насыщается далее до 12СаО7А12О3 и ЗСаОА12О3.
Оксиды железа, реагируя с СаО, приводят к образованию уже при температуре порядка 500-600 некоторого количества однокальциевого феррита СаОFe2O3. Двухкальциевый феррит начинает образовываться при температурах 900-1000.
В смесях на основе тонкоизмельченных известняка и кварца реакции образования силикатов кальция начинаются также при очень низкой температуре порядка 600, но вплоть до 800-900 они протекают с весьма небольшой скоростью. В этой системе (СаО - SiО2) является спорным вопрос о составе соединения, образующегося в первую очередь. По одним, более многочисленным данным, в качестве первичной фазы называют ?- или ?-формы C2S, а по другим C3S2. Однокальциевый силикат образуется в результате вторичной реакции между двухкальциевым силикатом и кремнеземом. Трехкальциевый силикат образуется по реакциям в твердом состоянии очень медленно. Даже при температуре 1400-1500 синтез его оказывается затрудненным, а при температурах 1250-1300 могут иногда наблюдаться лишь мельчайшие плохо оформленные кристаллики этого минерала. Основное количество алита в клинкере образуется в присутствии расплава.
При обжиге портландцементных сырьевых смесей, приготовленных на основе глин и известняков, реакции в твердом состоянии протекают несколько быстрее, чем при обжиге чистых двухкомпонентных смесей, и температуры, при которых наблюдается образование минералов, понижаются. Последовательность образования минералов в реальных смесях по реакциям в твердом состоянии примерно такова: СА и CF образуются при температурах ниже 800-900, при температурах 900-1000 начинают образовываться C2S, C2F, C12A7 и геленитС2AS, при 1100 геленит разлагается, а в интервале температур до 1260 завершается образование С3А и C4AF.
В присутствии некоторых веществ (CaSО4, FeSО4 и др.) температура образования C3S понижается, в связи с чем иногда наблюдается образование некоторого количества C3S и при температурах 800-1000.
При сравнительно низких температурах в реакциях взаимодействия частиц компонентов друг с другом начинают принимать участие жидкая и газовая фазы.
В реальных сырьевых смесях всегда содержатся в большем или меньшем количестве примеси (серы, фосфора, марганца, ванадия, щелочи и т. п.), которые приводят к образованию в обжигаемых смесях неустойчивых псевдоэвтектических жидких фаз в виде отдельных микрокапелек расплава или тонких пленок на поверхностях зерен. Эти первичные жидкие фазы различного состава, образующиеся в очень небольшом количестве, способствуют ускорению протекания твердофазовых реакций. Результаты опытов по введению в состав сырьевых смесей легкоплавкого борного ангидрида (Тпл = 294) и шлаков цветных металлов подтверждают положительное действие низкотемпературных расплавов в реакциях минералообразования.
Роль газовой фазы при низких температурах невелика, так как процессы испарения твердых тел и взаимодействия твердого тела с газом протекают в небольшом объеме. Однако при высоких температурах (1400-1500) роль газовой фазы резко возрастает, поскольку она усиливает массопередачу между зернами реагирующих компонентов.
Таким образом, портландцементные сырьевые смеси, нагретые до температуры 1250-1300, состоят из ряда минералов, образовавшихся по реакциям в твердом состоянии (С12A7, С3А, C2F, C4AF, C2S), и непрореагировавшей свободной извести. Повышение температуры выше 1300 приводит к появлению в системе расплава.
В практических условиях обжига превращение вещества весьма сложно и на разных этапах кинетика процесса может лимитироваться различными факторами: скоростью собственно химического взаимодействия компонентов, скоростью образования зародышей кристаллов новых фаз, скоростью встречной диффузии ионов.
Скорость взаимодействия отдельных компонентов (оксиды кальция с кислотными оксидами) по реакциям в твердой фазе зависит от целого ряда факторов:
а) выше температура;
б) более разрыхлены кристаллические решетки реагирующих веществ при температуре реакции (за счет разложения, присутствия примесей, полиморфизма);
в) более тонко измельчены компоненты;
г) в газовой атмосфере больше содержится веществ, катализирующих процесс (например, пары воды).
Минералы, образовавшиеся в обжигаемой сырьевой смеси в результате реакций в твердом состоянии, с появлением расплава претерпевают значительные изменения. Одни из них перекристаллизовываются при посредстве жидкой фазы,