Физико-химические основы производства портландцемента
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
и основные стадии:
) пересыщение жидкой фазы соответствующими оксидами,
) образование центров кристаллизации,
) рост кристаллов.
Пересыщение расплава в клинкере достигается растворением в нем несовершенных кристаллов С2S, СаО и других фаз или переохлаждением насыщенной жидкой фазы. Процесс образования центров кристаллизации C3S может быть самопроизвольным (гомогенным) или принудительным (гетерогенным). В первом случае в расплаве возникают скопления ионов Са2+ и [SiO4]4- (сиботаксические группы, ассоциаты) в результате их соударений друг с другом. Размер этих группировок ионов является функцией температуры: при понижении температуры величина скоплений возрастает. При достижении ими определенной для каждого данного случая величины и устойчивости в расплаве начинается самопроизвольная кристаллизация C3S. Ионы в жидкости, обладая значительной по сравнению с ионами кристаллов кинетической энергией, не могут долгое время образовать сколько-нибудь устойчивый агрегат, и всякое случайное скопление молекул быстро распадается. Лишь при благоприятных условиях становится возможным появление устойчивых кристаллических зародышей C3S. Во втором случае процесс зарождения кристаллов C3S облегчается из-за наличия в расплаве твердой фазы (C2S и СаО), так как возникновение зародышей происходит на поверхности уже имеющихся кристалликов. Устойчивые зародыши кристаллов C3S постепенно растут. Между поверхностью растущего кристалла и расплавом образуется адсорбционный слой (дворик кристаллизации) из жидкости, содержащей в большом количестве ионы кристаллизующегося вещества, который служит источником питания растущего кристалла. В пределах этого слоя диффузия частиц из-за их повышенной концентрации оказывается замедленной. Следовательно, рост кристаллов, так же как и их растворение, складывается из двух процессов:
) диффузии ионов из расплава к граням кристалла через пограничный слой жидкости;
) реакции присоединения ионов к грани и их ориентации на ней в соответствии со строением данной кристаллической решетки.
Между частицами в адсорбционном слое возможны неупругие столкновения, в результате которых могут образовываться мельчайшие кристаллики C3S, присоединяющиеся в дальнейшем к основному кристаллу. Следовательно, рост кристаллов в расплаве с повышенной концентрацией растворенного вещества может происходить не только благодаря последовательному отложению молекул на поверхности кристалла, но и вследствие прилипания к ней уже сформировавшихся мельчайших кристаллов, образовавшихся вблизи основного кристалла. При получении клинкера в интервале температур от 1723 до 1773 К основной фазой, кристаллизующейся в расплаве, является трехкальциевый силикат. Преимущественное выделение C3S происходит до тех пор, пока расплав остается пересыщенным по отношению к СаО. По мере убыли свободный СаО в системе и появления локальных объемов насыщенного и не насыщенного кальцием расплава начинается перекристаллизация через жидкую фазу остаточного количества несовершенных кристаллов C2S, а также кристаллов MgO. Кристаллизация С3А и C6AхFу начинается ниже 1623 К и продолжается ниже температуры эвтектики в переохлажденном расплаве. Кристаллизация эвтектики при низких температурах сопровождается обычно выделением 3-5% мелкокристаллических C3S и C2S. Остаточное количество (весьма небольшое) не успевшей закристаллизоваться жидкой фазы может образовать, стекло.
На рис.2.3 приведена кривая роста кристаллов алита в зависимости от температуры обжига. Пологий отрезок кривой А - Б свидетельствует о том, что при быстром нагревании сырьевой смеси до температуры порядка 1400 рост кристаллов алита протекает медленно. В интервале температур 1400-1550 (отрезок Б - В) рост кристаллов минерала происходит более интенсивно, а при температурах 1600-2000 за время обжига, равное нескольким секундам, кристаллы алита достигают размеров 2-3 мм и более.
Рис 2.3 Рост кристаллов алита в зависимости от температуры обжига
Помимо температурного режима на кинетику кристаллизации заметное влияние оказывают и такие факторы, как состав расплава, его вязкость, поверхностное натяжение, наличие примесей. Оценка влияния каждого из них производится в зависимости от конкретных условий процесса обжига.
Примеси, включенные в кристалл, могут влиять и на его рост и облик. Адсорбируясь как на дефектных местах кристалла, так и по всей его поверхности, примеси образуют неустойчивые смешанные кристаллы, способные к интенсивному растворению. В результате одновременно на одном и том же кристалле наблюдаются рост и растворение кристалла, в результате чего снижается скорость роста кристалла и искажается его форма. В том случае, когда сродство атомов примеси и основного вещества велико, примесь может включиться в процесс построения основного кристалла и образовать в массе последнего свой собственный кристалл. Такого рода параллельный рост двух кристаллов приводит к тому, что возникают кристаллы алит с включениями, состоящими из мельчайших кристалликов примеси. Растущий кристалл может захватить и просто механические примеси. Такие тонкодисперсные примеси, не дающие с основным веществом ни твердых растворов, ни химического соединения, очень часто наблюдаются в составе кристаллов алита и белита.
При кристаллизации минералов в стесненных условиях спекающейся гранулы возможны различные отклонения от рассмотренного общего процесса зарождения и роста кристал?/p>