7.1 Сурет- Шикізат үлгісінің рентгенограммасы Практикалық сабақ №8 Минералды тұтқыр заттарды алу мен қатаюының физика-химиялық негіздері.

Минералды тұтқыр заттар деп негізінен майда ұнтақ түріндегі, сумен араласқанда (немесе сирек жағдайда бірқатар тұздың су ерітіндісімен) біртіндеп қатаятын пластикалық тұтқыр массаны, уақыт өтуімен қатты тас түріндегі денеге айналатын «тұтқыр қамыр» түзуге қабілетті материалдарды айтады.

Барлық минералды тұтқыр заттар күйдірілетін құрылыс материалдарына жатады.

Тұтқыр заттарды ауалық және сулық деп бөледі. Ауалық тұтқыр заттар ауасы бар ортада ғана қатуы, өзінің беріктігін арттыруы және сақтауы мүмкін, бірақ суда төзімділігі төмен болады. Бұл топқа ауалық әк, гипсті және бірқатар басқа да тұтқырлар жатады.

Сулық тұтқырлар іс жүзінде ауада да, суда да қатуға және беріктігін ұзақ уақыт суда сақтауға қабілетті. Алайда, бастапқы кезеңінде қатып келе жатқан масса құрамында су болуы міндетті, өйткені су болмаса оның қатты денеге айналуына әсер ететін химиялық процестер жүрмейді. Бұдан кейін бірнеше жыл бойы, беріктік ылғалдылығы жеткілікті орта жағдайында арта береді. Ал құрғақ жағдайда сулық тұтқыр заттан жасалған материалдың беріктігі артпайды, бірақ сақталады. Сулық тұтқырлар тобына сулық әк, портландцемент, шлакты портландцемент, пуаццалонды портландцемент, гипсті - пуццоланды цементтер, сондай-ақ бірқатар өзге тұтқырлар жатады.

Тұтқырларды көп жағдайда қату жылдамдығы бойынша бағалайды. Ең тез қату жылдамдығымен ерекшеленетін –құрылыс гипсі; ол бірнеше сағат ішінде елеулі қаттылыққа ие болады. Барынша баяу қатаятын – ауалық әк. Ол қалыпты жағдайда бірнеше апта немесе айлап уақыт өтуімен ғана елеулі қаттылыққа ие болады.

Минералды тұтқыр затарды өндіру үшін тау жыныстары мен өндіріс қалдықтары шикізат бола алады. Бұл мақсатта таужыныстарынан сульфатты – гипс пен ангидрит; корбанатты - әктас, бор, әктасты туфтар, ракушкалар, мәрмәр, доломиттер, доломиттелген әктастар, магнезит, мергелитті - әктасты мергелдер; алюмосиликаттар – нефелин, саздар, сазды сланцылар; жоғары сазды шикізат – бокситтер, корундтар т.б., кремнеземді тау жыныстары – кварц құмы, трастар, жанартаулық күл, диотомит, трепел, опока қолданылады.

Цемент өндірісінде қосымша шикізат ретінде металлургиялық шлактар мен күлдер қолданылады.

Құрылыстық материалтануда тұтқыр заттың қату процесінде екі кезеңді ажырату қабылданған: ұстасу және қатяюдың өзі. Процесті бұлайша бөлу барынша шартты сипатта болғанымен, практикалық мақсаттар үшін тиімді. Тұтқыр қамырдың иілгіштігі азайып кете бастағаны аңғарылса, бұл сәтті ұстасудың басталуы деп атайды. Көптеген цементтердің ұстасуының басы суға батырылғаннан соң 45 минут өткенде көбінесе 3-4 сағаттан соң басталады. Бұл уақыт ішінде өндірісте бетон қоспасын араластырып, тасымалдап және орналастырып үлгереді. Ұстасқанға дейін тұтқыр қамыр айқын байқалатын тиксотроптық қасиеттерге ие, яғни сілкілегенде және басқа механикалық әсер ету кезінде сұйықталуға, ал одан соң тыныштықта тұрғанда қою тұтқырға қайта айналуға бейім. Тұтқыр қамырдың тиксотропиясы практикада, мәселен бетон лайын дірілдету арқылы тығыздауда кең қолданылады.

Сөйтіп, шикізат материалы ретінде белгілі бір мөлшерде әк ерітіндісі мен саз алып, портландцементтік клинкер алуға болады: олардың қатынасы орташа есеппен 3:1 (масса бойынша) құрайды. Әк шөгіндісі мен сазды тиісті химиялық құрамдағы басқа материалдармен алып қарауға болады. Меселен, бірқатар цемент заводтары әк шөгіндісімен олардың берік табиғи қоспасы түрінде мергелді пайдаланады, бор қазбалары мол жерлерде оны әк шөгіндісі орнына колданады.

Шикізаттық қоспаны құрғақ және ылғалды әдіспен жасауға болады. Бірінші әдісте шикізаттық материалдар келтіріледі де, онан соң майдаланып, араластырылады. Ылғалды әдістің мәні - шикізаттық материалдарды майдалап, сумен араластыруда. Шикізаттық материалдарды дайындап алу тәсілдеріне орай цемент өндірудің екі әдісін ажыратады: құрғақ және ылғалды. Құрғақ әдісті пайдалансақ клинкерді күйдіруге жылу, ылғалды әдіске қарағанда, аз мөлшерде жұмсалады, бірінші әдіс салыстырмалы факторлармен алғанда жақсы техникалық экономикалық көрсеткіштермен ерекшеленеді.

Өндірудің қолданатын әдісіне тәуелсіз, қашанда мүмкіндігінше цемент сапасын айқындайтын барынша жұқа және біркелкі, шикізаттық қоспа алуға ұмтылады. Өйткені әрекетке түсетін заттардың дисперстілік дәрежесі мен олардың араласуы дәрежесінің артуымен бірге, күйдіру кезінде олардың арасында реакция тез және толық жүре бастайды.

Сабақтың мақсаты. Тұтқыр заттарды өндіруде шикізатты термиялық өңдеу мен олардың қатаюы кезінде жүретін физика-химиялық процестер жайлы ілімге ие болу.

Ұсынылатын әдебиеттер:

1. Т.В. Кузнецова, И.В. Кудряшев, В.В. Тимашев – Физическая химия вяжущих материалов-М: Высшая школа 1989-384с.

2. Ю.М. Бутт, М.М. Сычев; В.В. Тимашев –Химическая технология вяжущих материалов -М: Высшая школа 1980.

Өзін- өзі бақылау сұрақтары.

1. Минералды тұтқыр заттар дегеніміз не?

2. Минералды тұтқыр заттардың жіктелуі.

3. Әр түрлі тұтқыр заттарды өндіру кезінде қолданылатын шикізаттық материалдардың минералогиялық және химиялық құрамы.

4. Гипсті тұтқыр заттарды өндіру кезіндегі физика-химиялық процестер.

5. Ауалық және гидравликалық әкті өндіру кезіндегі физика-химиялық процестер.

6. Портландцементті өндіру кезіндегі жүретін физика-химиялық процестер.

7. Ауалық және гидравликалық тұтқыр заттардың минералогиялық құрамы (гипсті, әктің, магнезиалды портландцементтің).

8. Гидравликалық және беттік белсенді қоспалардың портландцементтің қатаюына әсері.

9. Портландцементті өндіру кезіндегі шикізаттық араласпа. Араласпаның құрамын есептеу принциптері.

10. Тұтқыр заттың қатаю теориясы.

11. Ауалық және гидравликалық тұтқырлар негізіндегі жасанды тастардың құрамы мен құрылымы.

Практикалық тапсырма.

Әр түрлі минералды тұтқыр заттарды өндірудің материалды - техникалық балансын есептеу бойынша есептер шығару.

Есеп №1

10т гипс тасын СаSО₄ * 2Н₂О термиялық өңдеу арқылы қанша жарты сулы гипс алуға болады СаSО₄ * 0,5Н₂О.

Есеп №2

1т жарты сулы гипстің толық гидратациялануы кезіндегі байланысқан судың мөлшерін анықтаңдар (%).

Есеп №3

Ылғалдылығы 10% , 10т таза әктасты күйдіру кезінде алынатын сөндірілмеген әктің мөлшерін анықтаңдар.

Есеп №4

Ылғалдылығы 2% , 10т таза әктасты күйдіру кезінде қанша сөндірілмеген әк алынады. Сазды қоспалардың мөлшері - 10%, құмдағы қоспалардың мөлшері - 10%. Күйдірілген әктің шығымын және белсенділігін анықтаңдар (СаО мөлшерін). Алынған тас әк қай сортқа жатады. 2- қосымшадағы МемСТ 9170-59 көшірмесі негізінде анықтаңдар.

Есеп №5

Таза әктастан 20т сөндірілмеген әк алу үшін, калориялығы 6300 ккал/кг тас көмірден қанша қажет. 1г/моль әктасты ыдырату үшін 42,5 ккал жылу қажет.

Есеп №6

10т сөндірілмеген әк алу үшін, ылғалдылығы 5% таза әктастан қанша қажет.

Есеп №7

20т әктастан алынатын сөндірілмеген және гидратталған әктің массасын есептеңдер. Әктастағы СаО-тың масса бойынша мөлшері 85%, ал оның табиғи ылғалдылығы 8%.

Есеп №8

Белсенділігі 80% (СаО мөлшері) 5т сөндірілмеген әкті сөндіру кезінде қанша құрғақ гидратталған әк алуға болады.

Есеп №9

Белснділігі 70% (СаО мөлшері) 1т сөндірілмеген әктен массасы және көлемі бойынша қанша әк қамырын алуға болады. Әк қамырындағы судың мөлшері 50%, ал әк қамырының орташа тығыздығы 1400кг/м³.

Есеп №10

Белсенділігі 80% (СаО мөлшері) 1т сөндірілген әкті толық байланыстыру үшін қанша гидравликалық қоспа қажет. Гидравликалық қоспаның құрамындағы белсенді кремнеземнің мөлшері 60%. Қатаюдың нәтижесінде СаО* SiО₂ *Н₂О бірнегізді гидросиликат түзіледі деп қарастырылады.

Есеп №11

1т әкті-трепелді цемент алу қажет. Трепелдің құрамында 70% SiО₂, ал гидратты әктің құрамында 85% СаО бар.

Есеп №12

М400 маркалы пуацалонды портландцемент алу үшін, М600 портландцементке қанша трепел қосу қажет. Трепел 28 тәулікке дейін цемент тасының түзілу реакциясына қатыспайды деп есептеу қажет.

Есеп №13

Минералогиялық құрамы: С₃S - 50%, С₂S - 25%, С₃А - 5%, С₄АҒ - 18% портландцементтен дайындалған цемент тасындағы химиялық байланысқан судың мөлшерін анықтаңдар. Клинкерлік минералдың соңғы өнімдерін көрсетіңдер.

Есеп №14

Портландцементтен дайындалған қатайған цемент тасының кеуектілігін анықтаңдар.

Қатаю кезідегі цемент тасындағы судың мөлшері 28%, ал химиялық байланысқан судың мөлшері цемент массасының 20% тең. Портландцементтің нағыз тығыздығын 3,1 г/см³ тең деп алу қажет.

Есеп №15

Шлакопортландцементтен дайындалған қатайған цемент қамырының кеуектілігін анықтаңдар. Цемент қамырындағы судың мөлшері 40%, ал қатаю реакциясы үшін 18% су қажет. Шлакопортландцементтің нағыз тығыздығы 2,95 г/см³ тең.

Есеп №16

Портландцемент өндіру үшін 8.1-кестеде көрсетілген химиялық құрамдағы әктас пен саз қолданылған.

Қанығу коэффициенті 0,90 тең портландцемент алу үшін әктас пен сазды қандай қатнаста алу қажет екендігін есептеңдер.

К_н = СаО – 1,65Аl₂О₃ – 0,35Ғе₂О₃ / 2,8SiО₂ =0,90

Шикізаттың құрамындағы қосылыстардың мөлшері 100% тең емес екендігін түсіндіріңдер.

8.1 - кесте

Аталуы	СаО	МgО	SiО2	Аl2О3	Ғе2О3
әктас саз	48 6	5 1	8 55	1 10	0,7 6

Есеп №17

Зауыт жағдайында портландцемент алу үшін шикізатты 1:5 (саз : әктас) қатнаста алады. Саз бен әктастың химиялық құрамы 8.2 кестеде көрсетілген.

8.2 кесте

Аталуы	СаО	МgО	SiО2	Аl2О3	Ғе2О3
әктас саз	48 10	0,8 0	5 54	2 10	0,5 4

Алынғын шикізаттық құрам негізділік, силикатты, глиноземді модульдер үшін тағайындалған құрамға сәйкес келеді ме? МgО мөлшері МемСТ 10178-62 талаптарын қанағаттандырады ма?

Модульдердің тербелісі:

Негізділік СаО / SiО₂ + Аl₂О₃ + Ғе₂О₃ = 1,8-2,9

Силикатты SiО₂ / Аl₂О₃ + Ғе₂О₃ = 1,7-3,5

Глиноземді Аl₂О₃ / Ғе₂О₃ = 1-3

Есеп №18

5т М500 маркалы портландцемент клинкеріне қанша трепел қосу қажет және пуацолонды портландцементтің қандай маркасын алуға болады. Трепелдің құрамындағы белсенді кремнеземнің мөлшері 60%, ал портландцемент клинкеріндегі үшкальцилі силикаттың (3СаО * SiО₂) мөлшері 50%.

Есеп №19

СаО(МgО) , SiО₂ , Аl₂О₃ (Ғе₂О₃) жүйесіндегі тұтқыр заттардың үшбұрышты диаграммасында 1,3,10 қосылыстарын тұтқыр заттардың қай түріне жатқызуға болады, олардың орташа химиялық құрамы қандай?