ЛЕКЦИЯ №22

Обжиг сырьевых смесей и получение клинкера

Качество клинкера и свойства цемента зависят от физических свойств и химического состава обжигаемой сырьевой смеси, вида и качества топлива, температуры и продолжительности обжига, а также от скорости охлаждения клинкера.

Процессы, протекающие при обжиге клинкера

В обычных условиях известняк и глина инертны, но при нагревании они становятся активными и начинают взаимно проявлять реакционную способность.

Скорость химической реакции возрастает, если часть материалов расплавляется, образуя жидкую фазу. Такое частичное плавление назвается спекание, а материал — спекшимся.

Портландцементный клинкер обжигают до спекания, для более полного химического усвоения окиси кальция СаО кремнеземом SiO2 и получения при этом трехкальциевого

силиката 3CaO·SiO2.

Вращающиеся печи — основной тепловой агрегат, как при мокром, так и при сухом способах производства клинкера; в них получают примерно 98,1 % клинкера от общего выпуска, 1,9 % клинкера обжигают в шахтных печах.

1

Вращающаяся печь

Физические свойства сырьевых смесей, приготовленных по сухому или мокрому способу, по мере их нагревания до определенных температур изменяются по-разному. После испарения воды в обоих видах сырьевых смесей при дальнейшем их нагревании протекают одни и те же химические реакции.

2

Процессы клинкерообразования и тепловые эффекты

Химические реакции, температурный уровень и технологические зоны

Компоненты сырьевой смеси: известняк, мел, мергель, глина, глинистый сланец и др.

С целью получения требуемого состава к сырьевой смеси добавляют железную руду, колчеданные огарки, трепел, боксит и др. В порядке кооперации производства и использования промышленных отходов при выработке цемента применяются в качестве сырья гранулированный доменный шлак, сланцевый кокс, нефелиновый шлам и т. п.

Мергель — осадочная камнеподобная горная порода смешанного глинисто- карбонатного состава: 50 — 75 % карбонат (кальцит, реже доломит), 25 — 50 % — нерастворимый остаток (SiO2 + R2O3).

Процесс обжига

3

Схема протекания химических реакций

В зоне дегидратации протекает химическая реакция распада каолинита:

Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3+2SiO2+2H2O

Первой зоной периода новообразований является экзотермическая зона. Первая экзотермическая реакция - образование метакаолина из свободных аморфных окислов глинозема и кремнезема:

Al2O3+2SiO2→Al2O3·2SiO2

К первичным минералам, образующимся при температурах 950-1000 ᵒС, относится однокальциевый феррит (CaO∙Fe2O3) и

однокальциевый алюминат (CaO ∙ Al2O3),

которые с повышением температуры насыщаются известью и образуют соответственно четырехкальциевый алюмоферрит, иначе «браунмиллерит» (4CaO ∙ Al2O3 ∙ Fe2O3) и трехкальциевый

алюминат (2CaO ∙ SiO2).

4

Распределение температуры материала

Распределение температуры материала и газового потока по длине барабана вращающейся печи, работающей по мокрому способу производства.

По характеру процессов температурные зоны в печи называют: I — до 200°С — испарения (сушка шлама);

II — 200—800°С — подогрева (дегидратации);

III — 800—1000° С — декарбонизации (кальцинирования);

IV — 1000—1300° С — экзотермических реакций;

V — 1300—1450—1300° С — спекания; VI — 1300—1000° С — охлаждения.

! для разложения 1 кг карбоната кальция по схеме СаСОз → СаО + CO2 требуется 1785 кДж (425 ккал)

5

Основные пояснения к графику

Клинкерные фазы

Количество жидкой фазы, образующейся при обжиге портландцемента в зоне спекания вращающейся печи, колеблется обычно в пределах от 15 до 30 %.

При быстром охлаждении жидкая фаза может застыть в виде

стекла, а при медленном – полностью закристаллизоваться.

Основные клинкерные фазы

7

Важные моменты

* Гидратация— присоединение молекул воды к молекулам или ионам.

8

Факторы, влияющие на процесс клинкерообразования

1. Увеличение содержания в сырьевой смеси СаО

2. Повышение содержания в сырьевой смеси SiО2

Оптимальное количество расплава в обжигаемой портландцементной сырьевой смеси составляет 25—30 %, при этом содержание минералов рекомендуется изменять в пределах от 20 до 25 %, а силикатный модуль от 1,5 до 2,5.

9

Факторы, влияющие на процесс клинкерообразования

3. Изменение величины глиноземистого модуля

При n смеси более 2,5 глиноземистый модуль рекомендуется понижать до единицы.

10