Физико-химические основы производства портландцемента
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
?онный каркас клинкерного расплава. Комплексные анионы могут взаимодействовать свободными связями ионов кислорода как с ионами-модификаторами, так и друг с другом. В результате такого взаимодействия происходит непрерывный процесс усложнения и разукрупнения комплексных анионов, причем возникающие более или менее сложные группы ионов, называемые роями, по своей структуре приближаются к строению соответствующих кристаллических тел. Следовательно, в алюмосиликатных расплавах могут присутствовать анионы различной степени сложности состава и строения.
Размер гомоцепных и гетероцепных анионных комплексов уменьшается с повышением температуры расплава вследствие разрывов цепей из-за возрастающей амплитуды тепловых колебаний отдельных ионов. При определенных условиях в клинкерной жидкой фазе может установиться кислотно-основное равновесие. Сильно выраженными основными, свойствами обладают К2О, Na2О, CaO, MgO, FeO, а сильно выраженными кислотными свойствами - С1-, F-, О2-, РО43-, SiО44-. Оксиды Al2O3 и Fe2О3 могут вести себя и как слабые кислоты, и как слабые основания в зависимости от характера кислотно-основных отношений других элементов в расплаве. При недостатке в расплаве оснований алюминий и железо образуют группировки [МеО6]9- и выступают как основания. В случае же недостатка кислотных компонентов А13+ и Fe3+ образуют группировки [МеО4]5- и выступают как кислоты. Устанавливается кислотно-основное равновесие:
[МеО4]5-=Ме3+ + 4О2-.
Нарушение кислотно-основного равновесия системы в любую из двух сторон сопровождается изменением концентрации в расплаве группировок [МеО4]5- и [МеО6]9-, что сопровождается заметным изменением его свойств. Например, при избытке ионов Na+ и К+ увеличивается доля группировок [МеО4]5-, что вызывает упрочнение каркасной структуры расплава и, как следствие этого, повышение его вязкости. В присутствии же избытка, например, ионов S042- эти группировки разрушаются и расплав становится более подвижным.
Вязкость ? клинкерного расплава в истинно жидком его состоянии определяется подвижностью наиболее крупных его структурных элементов: чем крупнее анионные комплексы, тем они менее подвижны и тем выше вязкость. Повышение температуры вызывает диссоциацию сложных ионов на более простые, что сопровождается значительным понижением вязкости расплавов. При 1723-1773 К абсолютные значения вязкости эвтектического и насыщенного при 1723 К расплавов составляли 0,03-0,4 Н•с/м2. Дальнейшее повышение температуры перегрева расплава (по соотношению к ТПЛ) сопровождается небольшим изменением вязкости, что свидетельствует о разрушении в нем большей части комплексных анионов. Так, величины вязкости расплавов при 1773-2073 К равнялись 0,02-0,1 Нс/м2.
Поверхностное натяжение расплавов уменьшается с ростом их температуры и увеличением в них концентрации соединений, которые сами характеризуются поверхностным натяжением. Если у водорастворимого в расплаве металла связь Me-О слабая, то он не удерживается в объеме жидкой фазы и вытесняется в ее поверхностный слой, понижая тем самым поверхностное натяжение системы.
Растворение в насыщенном при температуре 1723 К клинкерном расплаве оксидов MgO, Na2О, K2О, SО3 сопровождалось понижением его поверхностного натяжения от 0,58 до 0,35 Н/м, т. е. для ионов Na+, K+, Mg2+, [S04]2- характерна высокая поверхностная активность.
Плотность р насыщенного при 1723 К клинкерного расплава при повышении температуры снижается. Так, при увеличении температуры от 1723 до 1823 К величина р снизилась с 3020 до 2840 кг/м3, что связано с увеличением числа вакансий, и их размера в жидкости, т. е. с возрастанием свободного объема в расплаве.
Диффузия разных ионов в расплаве неодинакова, но каждый из них перемещается в жидкости значительно быстрее, чем в твердой фазе. Скорость диффузии ионов в расплаве зависит в основном от двух факторов:
) прочности связи диффундирующего катиона с кислородом: чем прочнее катион связан с кислородом, тем менее он подвижен;
) плотности расплава: чем плотнее структура расплава, тем меньше скорость диффузии иона, поскольку движущемуся иону в этом случае необходимо преодолеть большее число сил отталкивания при соприкосновении с электронными оболочками других ионов.
Большое значение в переносе растворяющегося вещества в жидкости имеет не только диффузия ионов, но и конвективное перемещение слоев расплава, а также случайное механическое перемещение расплава (например, движущимися пузырьками газообразного компонента). Под влиянием указанных факторов скорость перемещения ионов может быть во много раз больше, чем это следует из скорости их диффузии.
При растворении кристалла в эвтектическом расплаве на его поверхности образуется адсорбционный (пограничный) слой жидкости, насыщенный по отношению к растворяющимся оксидам. Состав и толщина этих адсорбционных слоев на кристаллах (в частицах) разного состава неодинаковы. Скорость дальнейшего растворения кристалла зависит от скорости отвода из адсорбционного слоя расплава ионов, поступающих в него из кристалла, т. е. скорость растворения кристалла в расплаве определяется двумя компонентами:
) кинетикой химического взаимодействия расплава с кристаллом на поверхности раздела этих фаз с переходом структурных элементов кристалла в пограничный слой;
) кинетикой диффузии перешедших в расплав ионов в пограничном слое - скоростью отвода, ионов от растворяющегося кристалла.
Процесс кристаллизации расплава с выделением новой фазы (например C3S) проходит последовательно тр