2.Процессы протекающие при обжиге цементной сырьевой смеси с участием расплава.

Минералы, образовавшиеся в обжигаемой смеси в результате реакций в твердом состоянии, с появлением расплава претерпевают значительные изменения. Одни из них перекристаллизовываются при посредстве жидкой фазы, а другие вступают в новые реакции и образуют новые соединения. Расплав возникает в грануле в виде капель и пленок различного диаметра и толщины. Гранулы к этому периоду представляют собой конгломерат несовершенных кристаллов CaO,MgO,C2S,C3A,C12A7,C4AFи ряда неравновесных минералов. Появившийся расплав смачивает кристаллы конгломерата и дополнительно сбоижает их за счет поверхностного натяжения жидкости. Одновременно с этим происходит взаимодействие между расплавом и кристаллами, приводящее к их растворению в жидкой фазе и кристаллизации из нее новых более термодинамически устойчивых минералов.

Наиболее важное значение имеет эвтектический расплав четырехкомпонентной системы CaO–Al2O3 –Fe2O3 –SiO2 , так как указанные окислы составляют не менее 95 – 985 валового состава клинкера. Эта эвтектика имеет состав:CaO– 54.8%,Al2O3 – 22.7,Fe2O3 – 16.5,SiO2 – 6.0, температура плавления ее 1611 К.

Жидкая фаза клинкера в интервале температур от 1673 до 1723 К не является истинным раствором. Она представляет собой структурированную жидкость, поскольку содержит некоторое количество агрегатов (кристаллов и т.п.), присутствие которых обусловлено химической природой расплава, неустановившимся равновесием или пересыщенным состоянием расплава. Структурными элементами расплава являются простые и сложные ионы, т.е. расплав – это ионная жидкость. Различают 2 вида ионов в расплаве:

1. ионы – модификаторы Са +2, Mg+2,K+,Na+.

2. ионы – комплексообразователи [SiO4]4-, [SO4]4-, [FeO4]5-.

В расплаве постоянно соблюдается кислотно-основное равновесие.

Свойства расплава:

1. вязкость. Крмплексообразователи образуют цепочки – вязкость увеличивается, а модификаторы раздрабливают цепочки – вязкость снижается. Примеси К+,Na+ - увеличивают вязкость, аMg+2,Ti+4,Mn+3,Cr+3 – снижают вязкость.

2. поверхностное натяжение. Зависит от температуры. Чем выше t, тем ниже натяжение.

3. плотность. Снижается с повышением температуры, чем ниже плотность, тем легче протекает диффузия.

4. скорость диффузии ионов. Ионы диффундируют тем быстрее, чем больше заряд и меньше размер иона.

Синтез алита.

СаО+С2S→→→→ С3S

Механизм реакции :

- растворение исходных компонентов в растворе с разложением их на ионы СаО→Са+2 + О2-, 2СаО*SiO2→ 2Ca+2 + [SiO4]4- 2O2-

- диффузия ионов в расплаве и образование центров кристаллизации С3S.

3. Процессы, протекающие при охлаждении клинкера. Влияние условий охлаждения на минералогический состав клинкера и стабильность его минералов.

При понижении температуры спекающихся гранул в них протекают процессы, оказывающие значительное влияние на свойства клинкера и цемента.

Клинкер – неравновесная система. Исследование процессов кристаллизации расплавов в системе CaO–SiO2 –Al2O3 иCaO–SiO2 –Al2o–Fe2O3 позволило показать, что изменение состава жидкой и твердой фаз в процессе охлаждения расплавов, имеет очень сложный характер. Сложность обусловлена тем , что алит может выделятся из расплава при его быстром охлаждении от разных температур вначале в большем или меньшем количестве, чем это соответствует фактическому равновесному состоянию.

Влияние условий охлаждения на минералогический состав.

Практически возможны следующие различные варианты кристаллизации расплава в клинкерах:

1. расплав в клинкере в результате медленного охлаждения полностью закристаллизовывается ( равновесный процесс0),

2. расплав в клинкере в результате очень быстрого охлаждения полностью затвердевает в виде стекла

3. расплав в клинкере закристаллизовывается в большей или меньшей степени в зависимости от конкретных условий охлаждения, при этом кристаллизация расплава происходит независимо от ранее образовавшихся твердых фаз

таким образом, при полной равновесной кристаллизации расплава фактический минералогический состав клинкера соответствует расчетному.

Разложение соединений при охлаждении.

В связи с неравновесными условиями получения клинкера составляющие его минералы могут находиться в метастабильных состояниях и при медленном охлаждении испытывать превращение в стабильные формы.

Основной минерал клинкера – алит (3СаО*SiO2) – стабильно существует лишь в интервале температур от 1523 до 2173К. Ниже и выше этих температур алит в бинарной системе разлагается наC2Sи СаО. В тройной системеCaO–SiO2 –Al2O3 алит стабилен до 2346К. наиболее интенсивно процесс разложения протекает при медленном охлаждении в пределах температур от 1273 до 1473К. Явление разложения алита при медленном охлаждении приводит к уменьшению его количества в клинкере и появлению в составе последнего свободной СаО. Кроме того распад алита приводит к появлению в клинкере кристаллов этого минерала с сильно дефектной структурой

Двухкальциевый силикат стабилен во всех интервалах температур, которые необходимы для получения клинкера.

Чистый С3А при медленном охлаждении от температуры обжига клинкера не распадается как в окислительной, так и в восстановительной средах.

Термическая диссоциация Fe2O3 в алюмоферритах кальция при температуре ниже 1673К в окислительной и нетральной средах малозаметна, и менералы составаC6AxFy ghbj[kf;ltybbd‘nb[eckjdbz[ythfcgflf.ncz/