1. Сировина для магнезіальних в'яжучих.

2. Теоретичні основи обпалення магнезиту й доломіту.

3. Виробництво магнезіальних в'яжучих.

Розділ 3 технологія гідравлічного вапна

Гідравлічним вапном називається продукт, отриманий випалом нижче температури спікання мергелистих вапняків, що містять від 6 до 25% глинистих і тонкодисперсних піщаних домішок. При випалі таких мергелів поряд з CaО утвориться незначна кількість силікатів, алюмінатів і алюмоферитів, які надають отриманому продукту гідравлічні властивості.

3.1. Сировина для виробництва гідравлічного вапна

Сировина для гідравлічного вапна характеризується гідравлічним (або основним) модулем, тобто відношенням процентного вмісту CaО до процентного вмісту кислотних оксидів:

.

Гідравлічний модуль винен бути в межах 9—1,7. Чим нижче гідравлічний модуль, тім більше яскраво вираженими гідравлічними властивостями володіє гідравлічне вапно й тим менше вільного СаО залишається при випалі. Чим вище гідравлічний модуль, тим ближче вапно до повітряного. Залежно від модуля вапно буває слабо-гідравлічне (m = 9—4,5) і сильно гідравлічне (m = 4,5-1,7). Слабо-гідравлічне вапно при взаємодії водою інтенсивно гаситься, розсипається в порошок, кількість часток, які не погасилися та мають гідравлічні властивості в ньому мала. Сильно гідравлічне вапно гаситься не інтенсивно. Якщо гідравлічний модуль його дорівнює 2,2-1,7, воно не гаситься зовсім і за властивостями наближається до романцементу. Таке вапно називається граничним, або цементним. Гідравлічний модуль не є достатньою характеристикою сировини, тому що по його величині не можна судити про ті кислотні оксиди, що входять до складу мінералів й наскільки рівномірно оксиди розподілені у сировині. Так SiО₂ може входити до складу глинистих мінералів, знаходитися у вигляді тонкодисперсного рівномірно розподіленого кварцу, також у вигляді крупних зерен кварцового піску. У перших двох випадках SiО₂ буде інтенсивно реагувати із СаО при випалі, у третьому — залишатися у вигляді інертного баласту. Рівномірність розподілу домішок також має істотне значення, тому що сировина для виробництва гідравлічного вапна не піддається помелу й усередненню. Поряд із глинистими й кварцовими домішками мергелисті вапняки звичайно містять доломіт, слюду, пірит і інші, які в тому, чи іншому ступені впливають на режим випалу й властивості готового продукту.

Для визначення придатності сировини для виробництва гідравлічного вапна знати один хімічний склад недостатньо, необхідно провести спеціальні технологічні дослідження. Гідравлічне вапно можна одержати зі штучної суміші вапна й глини, однак через те, що вона є в'яжучим, що має невисоку міцність, застосування сумішей економічно невиправдано.

3.2. Процеси, що відбуваються при обпаленні

гідравлічного вапна

Гідравлічне вапно залежно від виду сировини обпалюють при температурах від 900 до 1150°С, а іноді й 1200°С. При цьому в сировині відбувається ряд хімічних реакцій. У першу чергу збезводнюються глинисті мінерали й розкладаються карбонати магнію й кальцію СаО, СаСО₃ і частково MgО вступають у твердофазові реакції з кислотними оксидами (SiО₂ і дегідратованою глиною).

Вивчення термодинамічними методами ймовірності тих або інших реакцій при взаємодії СаО з SiО₂ і глинистими мінералами показало, що в системі СаО—SiО₂ як первинний продукт утвориться β-2СаО·SiO₂, у системі СаО—Аl₂O₃ — однокальцієвий алюмінат, а при взаємодії СаО з глинистими мінералами — геленіт. Двокальцієвий силікат починає утворюватися вже при температурі вище 600°С, однак з швидкістю, достатньою для реальних умов обпалення, цей процес проходити при температурі вище 900°С. Дослідження, проведені на кафедрі хімічної технології в'язких речовин Київського політехнічного інституту, показали, що двокальцієвий силікат, отриманий в області щодо низьких температур (900—1100°С), не має здатність переходити в γ-форму, а його міцністні характеристики значно вище міцністних характеристик β-С₂S, отриманого при випалі портландцементу (1400—1450°С). Однокальцієвий алюмінат починає утворюватися при температурі 700°С. У зв'язку з тим, що в сировині для гідравлічного вапна А1₂О₃ звичайно міститься мало, при температурах вище 1000°С починає утворюватися гідравлічно-інертний геленіт С₂АS. При більш високій температурі (понад 1100°С) він розкладається. При цій же температурі утвориться й С₄АF. Виходячи з послідовності утворення окремих мінералів, найбільш раціонально обпалювати сировину для гідравлічного вапна або при 900°С і навіть більш низькій температурі, коли утвориться основна кількість найбільш активних алюмінатів СА й С₅А₃ і силікату β-С₂S, або при температурі 1100—1150°С, коли відбувається розпад гідравлічно-інертного геленіту. Ці теоретичні висновки підкріплюються експериментами якими встановлено, що при температурі 800— 900°С із них можна одержати сильногідравлічне вапно.

При випробуванні в трамбованих зразках воно дає міцність до 100 — 150 кгс/см². А при температурі 950—1050°С із тих же мергелів виходить слабогідравлічне вапно, хоча розкладається вапняк при цій температурі набагато повніше. Випал при ще більш високій температурі знову приводить до збільшення гідравлічної активності. Якщо сировина для виробництва гідравлічного вапна в значній мірі доломітизована, випал бажано проводити при більш низькій температурі, щоб не допустити утворення інертного периклазу й кальцій-магнієвого силікату СаО·MgO·SiO₂ (монтичеллиту) замість β-С₂S. При високому вмісті оксидів заліза в результаті обпалення утворюється також відповідна кількість рідкої фази, яка застигає у вигляді скла, що містить С₂F и С₄АF.