Цементы. Часть 4
По мере повышения температуры до 1280—1300° С завершаются все перечисленные выше реакции, однако избыток извести остается свободным.
Далее наступает следующая стадия процесса — спекание при участии жидкой фазы, которая создает условия для взаимодействия двухкальциевого силиката с известью, приводящего к образованию 3CaOSiO2 [884]. Зона, в пределах которой начинается и завершается реакция 2CaOSiO2 + СаО = 3CaO-SiO2, ограничена температурами 1300—1450—1300° С. Как показали работы То-ропова, Румянцева [888], Бутта и Тимашева [885], скорость этой реакции зависит от скорости растворения в расплаве частиц C2S и СаО, образовавшихся в результате реакций в твердом состоянии и в значительной степени рекристаллизованных.
Рояк [893] изучал влияние тонкости помола известняка и кварца на процесс спекания цементного клинкера. Он показал, что для периода твердофазовых реакций особо важно применять тонкоизмельченный кварц с зернами размером менее 17 мк. При содержании в сырьевой смеси крупных зерен кварца получение алитового клинкера затруднено, причем в нем будет содержаться повышенное количество свободной извести; то же происходит при содержании в сырьевой шихте крупных зерен известняка (более 60 мк).
Эти исследования в последние годы были продолжены Сычевым [886], Буттом и Тимашевым [891], Кравченко [892] и др. Указанные работы показали, что наиболее целесообразно применять сырьевые смеси, в которых частицы SiO2 имеют размер менее 15 мк, а СаС03 — менее 60 мк.
Изучена также роль твердофазовых реакций в процессе клин-керообразования [895]. Установлено, что на скорость твердофазовых реакций в процессе влияют явления рекристаллизации извести V и C2S. Кроме того, скорость формирования цементного клинкера в период спекания определяется не столько полнотой твердофазовых реакций, сколько температурой; интенсификацию процесса обжига клинкера наряду с тонким помолом и мелкой гранулометрией шихты следует осуществлять по возможности при высоких температурах.
В случае, когда источником кальция в реакционной смеси служит гипс или ангидрит (в связи с чем в смесь вводят также углерод в той или иной форме), процесс получения цементного клинкера состоит из трех основных стадий:
1) восстановления сернокислого кальция углеродом до сульфида кальция;
2) взаимодействия между сульфидом и сульфатом кальция с образованием его окиси и сернистого ангидрида;
3) взаимодействия окиси кальция с окисью кремния, алюминия и железа с образованием силикатов, ферритов, алюминатов кальция и других минералов.
Каждая из этих стадий (изученных в работах Завадского [339], Рояка [341], Симановской, Шпунт [780], авторов этой монографии [338, 781] и некоторых других исследователей) в свою очередь состоит из ряда физических и химических явлений; они в известной мере освещены в упомянутых работах. Некоторые стадии частично совмещены во времени.
При получении портландцементного клинкера на основе многокомпонентных сырьевых смесей, составляемых из природных минералов и пород, процесс твердофазового спекания усложняется — образуется ряд промежуточных соединений типа геленита, анортита, шпинели, магнезиальных минералов и т. п. Эти соединения, взаимодействуя с СаО, в последующем превращаются в равновесные минералы. Однако их образование на определенном этапе обжига изменяет кинетические характеристики процесса спекания. Особенно заметно влияние таких промежуточных соединений при использовании в качестве сырьевых компонентов доменных шлаков и белитового шлама, а также при включении в основные сырьевые материалы больших количеств полевых шпатов, биотита и мусковита.
Другие части: