Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сушка, обжиг, плавление в технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. Учебное пособие
.pdf
51
2. Определите, от каких существительных образованы при
помощи суффикса -ическ- прилагательные термический,
пластический, кристаллический, термодинамический, практический,
керамический.
Лексико-грамматические модели
ЧТО базируется НА ЧЁМ ЧТО сопутствует ЧЕМУ
14. Кристаллизация
Кристаллизация – это процесс фазового превращения,
сопровождающийся образованием в гомогенной среде кристаллов,
ограниченных поверхностями раздела, т.е. приводящий к
образованию гетерогенной среды. Процессы кристаллизации
сопровождают получение цементного клинкера и керамики.
Выделение кристаллов происходит при обжиге вследствие
пересыщенности расплава определенными ионами; этот процесс
существенно ускоряется на стадии охлаждения, когда идет массовая
кристаллизация твердой фазы. Наиболее характерный пример
кристаллизации – перевод стекол в стеклокристаллическое состояние
– ситаллизация.
Процесс кристаллизации сопровождается уменьшением объема
и направлен на уменьшение внутренней энергии системы. Он
протекает, как правило, в две стадии:
* образование центров кристаллизации (зародышей);
* рост кристаллов на образовавшихся центрах путем переноса
вещества из объема гомогенной среды к поверхности раздела
«кристалл – гомогенная среда», где происходит адсорбция частиц,
перешедших через адсорбционный слой, который прилегает к
поверхности кристалла.
Управление процессами кристаллизации позволяет
формировать фазовый состав тугоплавких неметаллических
материалов, а также изменять количество, морфологию и размеры
кристаллов, что в значительной мере формирует свойства конечных
продуктов.
Охлаждение – обязательная стадия после тепловой обработки,
представляет собой физико-химический процесс и существенно
влияет на фазовый состав и свойства получаемого продукта. В
52
зависимости от режима охлаждения меняется соотношение
кристаллической и стекловидной фаз в материале и соответственно
его свойства. Так, портландцементный клинкер требует быстрого
охлаждения, что повышает его активность и размолоспособность.
Керамику же следует охлаждать более осторожно во избежание
появления опасных термических напряжений, которые могут вызвать
трещинообразование.
Характер физико-химических и фазовых превращений,
происходящих в процессе обжига, определяется видом используемого
сырья.
Вопросы к тексту 14
1. Каков конечный результат процесса кристаллизации?
2. Из каких стадий состоит процесс кристаллизации?
3. Какие задачи позволяет решить управление процессами
кристаллизации?
4. Как влияют режимы охлаждения на свойства продукта?
Задание к тексту 14
Назовите глаголы, от которых образованы существительные:
а) модель: ход < ходить: расплав, перевод, перенос, состав, обжиг,
рост, раздел, вид;
в) модель: знание < знать: превращение, образование, получение,
выделение, охлаждение, уменьшение, управление, соотношение,
избежание, появление.
Лексико-грамматические модели
ЧТО прилегает К ЧЕМУ ЧТО формирует ЧТО
15. Дегидратация двуводного гипса
Двуводный гипс по мере повышения температуры постепенно
дегидратируется и переходит в безводное состояние, превращаясь в
итоге в нерастворимое, «намертво обожженное» соединение.
Регулируя температуру обжига, получают гипсовые вяжущие с
различными свойствами. Степень дегидратации двуводного гипса
53
зависит от температуры и длительности тепловой обработки, а также
от давления водяных паров.
При температуре 105-135оС двуводный гипс сравнительно
быстро теряет кристаллизационную воду и переходит в полугидрат:
CaSO4 2 H2O CaSO4 0,5 H2O + 1,5 H2O.
С повышением температуры до 170-2000С процесс
обезвоживания ускоряется. Гипс постепенно переходит в безводную
модификацию – обезвоженный полугидрат, который, в свою очередь,
при повышении температуры до 220-3000С превращается в
растворимый ангидрит. Полуводный гипс, а также обезвоженный
полугидрат и растворимый ангидрит могут существовать в виде - и
-модификаций, отличающихся своей структурой.
-Полугидрат образуется в результате тепловой обработки
гипсового камня при температуре выше 1000С в среде насыщенного
пара, а также при кипячении растворов его солей. Отщепляемая вода
удаляется из гипса в жидком состоянии и не вызывает разрыхления
или разрушения зерен, что обеспечивает плотную упаковку и гладкий
рельеф поверхности кристаллов -полугидрата. -Полугидрат
получают в том случае, если удаляемая вода выходит в виде пара, что
приводит к диспергированию зерен, образованию шероховатой
поверхности. Его кристаллы тем меньше, чем ниже давление
водяного пара и выше температура. Структурные отличия
отражаются на свойствах - и -модификаций полугидрата. -
модификация отличается повышенной растворимостью в воде,
большей скоростью гидратации, для получения подвижного
гипсового теста требуется большое количество воды (50-70% от
массы гипса). Для -полугидрата достаточно 30-45 % воды.
В структуре обезвоженных полугидратов резко снижается
степень ее упорядоченности и соответственно возрастает на 5-6 %
водопотребность. Растворимый ангидрит отличается высокой
удельной поверхностью и пористостью, поэтому требует воды на 2530 % больше, чем полугидраты, и дает камень меньшей прочности.
Поэтому следует избегать образования растворимого ангидрита при
тепловой обработке гипсового камня.
При температуре 4000С и выше растворимый ангидрит
переходит в нерастворимое, «намертво» обожженное соединение и
почти совсем не схватывается. При повышении температуры до 900-
10000С безводный гипс снова приобретает способность схватываться
54
и твердеть. В этом интервале температур начинается частичная
диссоциация сернокислого кальция, и в составе продукта обжига
появляется СаО.
Вопросы к тексту 15
1. От чего зависит степень дегидратации двуводного гипса?
2. Кака влияет повышение температуры на процесс обезвоживания?
3. Чем отличаются - и -модификации полугидрата?
Задания к тексту 15
Большинство терминов имеет греческие или латинские корни
и словообразовательные аффиксы, понятно химикам из разных стран
мира. Так, например, в слове дистилляция выделяются латинский
префикс dis- («отделение») и корень stilla (“капля”), в слове изомер –
греческие корни isos (“равный”) и meros (“часть”). Однако в русском
языке интернациональные термины используются вместе со
специализированной лексикой, созданной на основе слов русского
языка по русским словообразовательным моделям. Таковы, например,
слова с корневыми thermo и тепло, carbo и уголь и т.д.
1. Объясните значения слов с равнозначными корневыми
морфемами гидро- и вод- в тексте 15: дегидратироваться,
полугидрат, ангидрит, гидратация, дегидратация, безводный,
двуводный, водяной, обезвоживание, полуводный, обезвоженный,
водопотребность.
2. Приведите свои примеры синонимичных пар типа трансмиссия
– передача, гомогенный – однородный.
3. Продолжите списки известными вам образованиями с
равнозначными корневыми морфемами сульф- и сер-:
сульфат
сульфид
сернистый
сероводород
55
Лексико-грамматические модели
ЧТО отражается НА ЧЁМ ЧТО требуется ДЛЯ ЧЕГО
ЧТО требует ЧЕГО
16. Обжиг карбонатсодержащих пород
При производстве воздушной извести известняк и мел
декарбонизируются и превращаются в известь по реакции
СаСО3 СаО + СО2 – Q
На разложение 1 моля СаСО3 нужно затратить 178 кДж
теплоты.
Обжигу подвергают как твердые карбонатные породы в виде
кусков, так и меловые шламы. Температура разложения углекислого
кальция зависит от парциального давления углекислоты в
окружающем пространстве. Разложение СаСО3 начинается уже при
температуре 6000С и с повышением температуры ускоряется. При
температуре 900оС парциальное давление углекислого газа достигает
атмосферного, поэтому данную температуру иногда называют
температурой разложения карбонатов кальция. Дальнейшее
повышение температуры увеличивает скорость разложения, но
отрицательно сказывается на качестве извести – ухудшает ее
реакционную способность вследствие роста размеров кристаллов
СаО.
При обжиге в первую очередь декарбонизируются
поверхностные слои. Образующаяся известь вследствие высокой
пористости и малой теплопроводности тормозит передачу теплоты в
глубь кусков, а также диффузию СО2. Разрушение СаСО3 происходит
в сравнительно узкой зоне, перемещающейся к центру куска. Чем
толще слой извести, тем больше его сопротивление проникновению
теплоты и, следовательно, тем более высокие температуры нужны,
чтобы скорость разложения СаСО3 была экономически эффективна
для производства. Это вызывает необходимость повышения на
практике температуры обжига по сравнению с теоретической.
На каждом заводе температуру обжига устанавливают в
зависимости от вида сырья, типа печи и других факторов. При обжиге
плотных известняков необходимо повышать температуру. Наличие
глинистых примесей способствует выделению при обжиге
углекислого газа и снижению температуры обжига. Однако чем
56
больше в извести примесей, тем при более низкой температуре
наступает ухудшение ее свойств. Уже при температуре 1000-1100оС
возникает опасность пережога поверхности кусков извести.
Практически в заводских условиях температура обжига карбонатов
кальция составляет 1050-1200оС, причем под температурой обжига
понимают не температуру в печи, а температуру обжигаемого
материала.
Диссоциация углекислого кальция – реакция обратимая.
Установившееся химическое равновесие в системе СаСО3 СаО +
СО2 – Q можно сместить направо как повышением температуры, так
и удалением некоторого количества СО2, что вызывает диссоциацию
новых частиц СаСО3 и выделение дополнительного количества СО2.
Это дает возможность интенсифицировать процесс разложения
известняка путем усиления тяги в печи.
Продолжительность обжига определяется также размером
кусков обжигаемого продукта. Для завершения процесса обжига
необходимо определенное время, в течение которого материал
должен находиться в печи. Скорость перемещения зоны диссоциации
СаСО3 по куску зависит от температуры обжига: при температуре
9000С она составляет примерно 2 мм/ч, а при 11000С - 14 мм/ч, т.е.
процесс обжига идет в 7 раз быстрее. Для повышения
производительности печей, в которых производят обжиг извести,
желательно в допустимых пределах уменьшить размер кусков. При
обжиге различных по размеру кусков режим процесса определяют
исходя из времени, необходимого для обжига кусков средних
размеров. При неправильной эксплуатации печи, а также при
попадании в нее крупных кусков повышенной плотности часть
материала не успевает декарбонизироваться (не дожигается). В
гашеной воздушной извести такие частицы служат балластом, они не
способны к твердению. При производстве молотой негашеной
извести недожженные и пережженные частицы измельчают и они не
являются отходами, а могут даже оказывать положительное влияние:
ускорять твердение и повышать прочность.
Необходимо учитывать, что при обжиге карбонатных пород
происходят процессы не только разложения, но и синтеза новых
соединений. Во взаимодействие с известью вступают кислотные
оксиды SiO2, Al2O3, Fe2O3, присутствующие в сырье. В результате
образуются двухкальциевый силикат 2СаО Fe2O3, однокальциевый
алюминат СаО Al2O3 и др. Количество новых соединений зависит от
57
химико-минералогического состава исходного сырья. Чем больше в
нем глинистых и песчаных примесей, тем большее количество оксида
кальция связывается, медленнее гасится известь, но в большей
степени проявляются ее гидравлические свойства.
Аналогичным образом, но при более низких температурах
протекает процесс обжига магнезиальных карбонатных пород.
Разложение магнезита MgCO3 = MgO + CO2 – Q протекает с
достаточно высокой скоростью уже при температуре 600-6500С; в
заводских условиях температура обжига составляет 800-8500С.
Необходимо стремиться к полной декарбонизации MgCO3, не
допуская при этом спекания образующегося оксида магния.
Температура обжига каустического доломита составляет 650-7500С и
выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить максимальную
декарбонизацию MgCO3 без разложения карбоната кальция.
Вопросы к тексту 16
1. От чего зависит температура разложения углекислого кальция?
2. Как влияет на качество извести повышение температуры при
обжиге?
3. Какое влияние оказывает на особенности обжига количество
примесей в извести?
4. Как можно интенсифицировать процесс разложения известняка при
обжиге?
5. Как связаны темепература обжига и скорость перемещения зоны
диссоциации СаСО
3?
6. Какие соединения синтезируются в процессе обжига карбонатных
пород?
7. Каковы особенности обжига магнезиальных карбонатных пород?
Задания к тексту 16
В текстах научного стиля речи употребляются как первичные
предлоги (к чему-л., до чего-л., у чего-л.), так и производные (в связи с
чем-л., навстречу чему-л., несмотря на что-л.). Последние особенно
характерны для научного текста, они позволяют более определенно и
точно выражать мысль.
58
1. Найдите в тексте и распределите предлоги по падежам, с
Падеж
Род.
Дат.
Тв.
Предл.
которыми они употребляются: в виде, от, по, при, вследствие,по
сравнению с, в зависимости от, под, путём, для, в течение, исходя из,
без.
2. Определите, от каких существительных образованы предлоги
(модель в виде < вид): в сопровождении, в области, в отношении, в
пользу, в целях, за счёт, на путях, по линии, по причине, со стороны.
Эти предлоги употребляются с существительными в род.п.
Составьте словосочетания с ними.
Синтетическая форма сравнительной степени прилагательных
и наречий образуется с помощью суффиксов -ее (-ей), -ше и -е,
которые заменяют суффикс формы положительной степени.
Сравнительная степени прилагательных указывает на большую меру
признака предмета по сравнению с другими предметами: этот
показатель выше (=более высокий), сегодняшняя обстановка
спокойнее (=более спокойная) вчерашней. Сравнительная степень
наречия указывает на более высокую степень проявления признака
действия: прыгать выше (=более высоко), действовать спокойнее
(=более спокойно). Аналитическая форма сравнительной степени
прилагательных и наречий выражается сочетанием слова более с
формой положительной степени: голос более громкий, петь более
громко.
3. Определите форму муж. р. ед. ч. им. п. положительной степени
прилагательных: чем толще слой извести; тем больше его
сопротивление; тем более высокие температуры нужны; большее
количество оксида кальция; при более низких темепературах.
4. Назовите положительную степень сравнения наречий (модель
тише < тихо): чем больше в нем глинистых и песчаных примесей;
тем медленнее гасится известь; процесс идет в 7 раз быстрее.
59
Лексико-грамматические модели
ЧТО сказывается НА ЧЁМ ЧТО ухудшает ЧТО
ЧТО устанавливают В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЧЕГО
ЧТО тормозит ЧТО
17. Физико-химические основы обжига
портландцементного клинкера
Образованию портландцементного клинкера предшествует ряд
физико-химических процессов, в результате которых клинкер
приобретает сложный минералогический состав и
микрокристаллическую структуру. Эти процессы протекают в
определенных температурных границах – технологических зонах. В
основном обжиговом агрегате – вращающейся печи – при мокром
способе производства цемента по ходу движения материала
выделяют зоны: I – испарения, II – подогрева и дегидратации, III –
декарбонизации, IV – экзотермических реакций, V – спекания, VI –
охлаждения. Подготовительные зоны занимают 50-60 % длины печи,
зона декарбонизации – 20-25, зона экзотермических реакций – 7-10,
зона спекания – 10-15 и зона охлаждения – 2-4 % длины печи. На
рисунке 2.27 показано распределение температуры материала и
газового потока по зонам вращающейся печи (1 – материал, 2 –
газовый поток, I-IV – зоны печи).
В зоне испарения шлам долгое время сохраняет температуру
около 1000С и лишь в конце зоны нагревается до 2000С. Затраты
теплоты на испарение влаги шлама составляют около 35% общего
расхода теплоты. При нагревании шлам сначала разжижается, а затем
загустевает и комкуется. В печах обжига сухого сырья эта зона
отсутствует.
В зоне подогрева при температуре 200-6500С выгорают
органические примеси и начинаются процессы дегидратации и
разложения глинистого компонента. Обезвоживание и распад на
оксиды водных алюмосиликатов кальция приводят к образованию
ряда промежуточных соединений, заметно влияющих в дальнейшем
на скорость связывания СаО.
В зоне декарбонизации при температуре 900-12000С
происходит диссоциация карбонатов кальция и магния с
60
образованием свободных СаО и MgO. Одновременно продолжается
распад глинистых минералов.
При повышении температуры колебательные движения атомов
и ионов в кристаллических решетках твердых веществ достигают
такой интенсивности, что становится возможным отрыв ионов
(атомов) от положения равновесия в данном узле решетки и переход
их в новые положения равновесия в данном узле решетки как внутри
решетки, так и вне ее. В результате происходит обмен атомами и
ионами между веществами с образованием новых соединений, т.е.
протекают реакции в твердой фазе. Скорость реакции тем выше, чем
выше температура и больше длительность выдержки; более
разрыхлены кристаллические решетки реагирующих веществ; более
тонко измельчена сырьевая смесь.
Одновременное присутствие в сырьевой смеси термически
активированных оксидов кальция, кремния, алюминия и железа
интенсифицируют протекание реакций в твердой фазе с образованием
двухкальциевого силиката, алюминатов и алюмоферритов кальция.
Однако при температуре 900-12000С разложение СаСО3 происходит
значительно быстрее, чем связывание СаО в минералы, поэтому в
конце зоны декарбонизации содержание свободного оксида кальция
в материале достигает максимума – 30-35%.
В зоне экзотермических реакций при температуре 1200-13000С
завершается процесс твердофазного спекания материала. В
результате образуются минералы 3 СаО Al2O3, 4 СаО Al2O3 Fe2O3
и 2СаО SiO2. Однако в смеси остается некоторое количество
свободной извести, необходимое для насыщения двухкальциевого
силиката до трехкальциевого (алита).
В зоне спекания при температуре 1300-14500С происходит
частичное плавление материала. Плавление начинается в
поверхностных слоях зерен, а затем постепенно распространяется к
их центру. Время полного усвоения оксида кальция и образования
алита в зоне спекания составляет 20-30 мин.
Повышение температуры сопровождается увеличением
количества расплава и изменением его состава. С появлением
расплава минералы, образовавшиеся при реакциях в твердой фазе,
претерпевают значительные изменения. Одни из них
перекристаллизуются, а другие снова вступают в реакции с
образованием новых соединений. В расплав переходят все
клинкерные минералы, кроме 2СаО SiO2, все легкоплавкие примеси
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]