Вторник, 07.07.2020, 00:40
Приветствую Вас Гость | RSS         
Меню сайта

Категории каталога
Аналитические обзоры [5]
Научные исследования [7]
Статьи [2]

Главная » Статьи » Исследования, статьи, обзоры » Научные исследования

Влияние щелочей на обжиг ПЦ - 1

Влияние щелочей Na2O и К2О на процесс обжига клинкера

                   (по Ю.М. Бутту, 1980 г.)


Щелочные окислы Na2O и К2О вносятся в состав портландцементной сырьевой смеси слюдами, гидрослюда­ми, полевыми шпатами, являющимися примесью глин и известня­ков, топливом и пылью из электрофильтров, возвращаемой в печь. Таким образом, щелочные соединения в сырьевой шихте могут быть представлены природными минералами, а также сульфатами, хлоридами, фторидами, карбонатами и гидратами Na и К. Такое разнообразие щелочных соединений усложняет анализ характер, и механизм влияния только катионов Na+ и К+.

В присутствии NaCl, NaF, Na2CO3, Na2SiF6, Na2SO4, K2SO4 и других солей Н. А. Торопов, И. Г. Лугинина, В. Гатт, С. Е. Лагдзиня и другие исследователи наблюдали образование в интервале температур от 400 до 800 0С в контактных зонах между кристаллами соли и СаСО3 двойных солей различного состава: Na2Ca(CO3)2, К2Са(СО3)2, (К, Na)2·Ca(CO3)2, Na2CO3·2Na2SO4, CaSO4·3Na2SO4, 2CaSO4·K2SO4. Эти двойные соединения плавятся при 780—830 0С с выделением CaO, CO2, SO2 и высокощелочной жидкой фазы. Об­разовавшийся расплав катализирует основную реакцию диссоциа­ции СаСО3, которая протекает в таких условиях при пониженной на 30—80° температуре. При 800—900 0С образуется кальциевый спуррит 2(2CaO·SiO2)·СаСО3, разлагающийся выше 820 0С с вы­делением C2S. Образуются в этом интервале температур и другие. комплексные соли типа спуррита — сульфитный спуррит 2(2СаО·SiO2CaSO4 и т. п., разлагающиеся при температурах до 1300 0С. В результате образования указанных выше промежуточных соеди­нений процесс связывания СаО при 900—1200 0С, т. е. на низко­температурной стадии обжига, в присутствии щелочных соединении ускоряется. Однако при последующем повышении температуры и образовании эвтектического расплава процесс связывания СаО замедляется вследствие понижения вязкости расплава в присутст­вии Na+ и К+, снижения скорости растворения в нем C2S и СаО и, как следствие этого, уменьшения скорости образова­ния и кристаллизации C3S.

Наиболее эффективно катализируют процесс при низких тем­пературах щелочные фториды, а затем щелочные сульфаты и хло­риды.

Процесс усвоения СаО замедляется и в том случае, если натрий и калий попадают в сырьевую смесь в виде природных щелочных алюмосиликатов. Последние при взаимодействии с СаСО3 и СаО разлагаются в интервале температур от 700 до 1200 0С с выделе­нием Na2O и К2О. Свободные окиси натрия и калия частично испа­ряются, а часть их остается в обжигаемом материале и сразу вхо­дит в состав различных клинкерных минералов в виде твердых растворов. При испарении щелочные окислы диссоциируют на ионы и в качестве таковых вступают в газовой фазе во взаимодействие с СО2, SO2 и Н2О, образуя карбонаты, сульфаты и сульфиды, а так­же и гидроокиси соответствующих металлов. Образовавшиеся соединения уносятся газовым потоком в холодную часть вращаю­щейся печи, и при температуре ниже 900 0С часть их конденсируется на обжигаемом материале и на футеровке печи. Оставшаяся в га­зовом потоке часть щелочных соединений входит в состав пыли, большая часть которой осаждается в пылеосадительных устройст­вах, а небольшая часть выносится с отходящими газами и образует безвозвратный пылеунос в атмосферу. Сконденсировавшиеся на об­жигаемом материале в холодной части печи щелочные соединения, как и щелочные фазы, вошедшие в состав осажденной в пыльной камере и электрофильтре  пыли, возвращаемой в печь, при попадании в зону высоких температур вновь разлагаются и испаряются. Следовательно, часть щелочных окислов совершает во вращающейся печи непрерывный кругооборот, приводящий к сохранению в клинкере значительного количества щелочесодержащих фаз.

        Щелочные соединения, не участвующие в кругообороте, при тем­пературе выше 1200 0С образуют стабильные фазы. Они вступают по взаимодействие с серосодержащими соединениями с образовани­ем K2SO4 и Na2SO4. Названные соединения являются стабильными в присутствии всех основных клинкерных минералов и могут су­ществовать как в виде самостоятельных фаз, так и в виде натрий-калиевых твердых растворов (афтиталит).

Если серы недостаточно для связывания Na2O и К2О в сульфа­ты, то они образуют твердые растворы с C2S, C3S, С3А и С6АxFу, а также входят в состав стекловидной фазы.

            Окись калия образует твердый раствор с C2S по реакции:
                             
                  12(2СаО·
SiO2) + K2O --> K2O2·23СаО·12SiO2+СаО

          Структура соеди­нения KC23SiО2 отвечает соединению α'-C2S.

В результате образования KC23S12 в клинкере высвобож­дается некоторое количество СаО, что приводит к образованию повышенного по сравнению с расчетным количества C3S. Соедине­ние KC23S12 замедленно реагирует с СаО до образования C3S, вследствие чего при наличии в клинкере большого количества К2О скорость процесса связывания извести оказывается небольшой, несмотря на то, что в этом случае расплав появляется при несколько более низкой температуре. Растворимость Na2O в β-C2S составля­ет 0,6%.

В C3S растворяется менее 1% Na2O, при этом трехкальциевый силикат стабилизируется преимущественно в тригональной моди­фикации. При концентрации Na2O более 0,7% возможен распад C3S на C2S, NCS, СаО.

                Окись натрия образует твердый раствор с С3А по реакции
                
3(3СаО·Al2O3) + Na2O --> Na2O·8СаО·3Al2O3 + СаО

Окись кальция, остающаяся в свободном состоянии в результате образования натриевого алюмината кальция, взаимодействует с C2S с образо­ванием дополнительного по сравнению с расчетным количества C3S. Возможно образование соединения К2О·8СаО·3А12О3, а также твердого раствора состава (Na,К)2О·8СаО·3А12О3.

Щелочи являются летучими компонентами и их количество в процессе обжига уменьшается. Степень улетучиваемости щелочей во вращающейся печи обусловливается рядом факторов: типом печи, видом сырьевых материалов, характером газовой фазы и не­которыми другими. Более полно при пониженной температуре про­исходит улетучивание щелочей из слюдистых глинистых минералов; полевошпатные минералы разлагаются значительно труднее. При этом калий оказывается более летучим элементом, чем натрий. Причиной повышенной летучести калия является более слабая связь его в кристаллической решетке основного минерала. Обладая ион­ным радиусом, близким по величине к ионному радиусу кальция (1,06 Å), натрий (0,99 Å) при замещении последнего не вызывает значительных нарушений в строении кристаллической решетки ос­новного минерала (C3S, C2S или С3А) и вследствие этого оказыва­ется более прочно связанным, чем калий, имеющий больший ион­ный радиус (1,33 Å) и вызывающий при развитии ионного обмена Са2++ некоторую деформацию решетки и искажение направленности сил связи. С повышением температуры обжига и продолжительности выдержки при ней степень улетучиваемости щелочей возрастает. Способствуют улетучиваемости Na2O и К2О уменьшение размера гранул обжигаемого  материала и наличие в газовой фазе паров воды. В первом случае облегчается диффузия окислов калия и натрия на поверхность гранул, а во втором образуются соответствующие гидроокиси металлов, характеризующиеся   легкой испаряемостыо. Улетучивание К2О возрастает при введении в сырьевую смесь СаС12, CaF2, Na2SiF6 в количестве 0,2—2,5%, повыше­нии силикатного модуля шихты. Наоборот, увеличение содержания Fe2O3 в шихте, сопровождающееся образованием повышенного количества подвижного расплава и, как следствие этого, повышением  плотности зерен клинкера, затрудняет улетучивание щелочных окислов. Снижается степень их улетучивания и при быстром обжиге клинкера.


Copyright © www.procement.com

   






Категория: Научные исследования | Добавил: cement (09.09.2008)
Просмотров: 2731 | Комментарии: 1 | Рейтинг: 3.0/1 |
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Форма входа

Поиск

Друзья сайта

Статистика
Rambler's Top100 Яндекс цитирования
Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0


При использовании любых материалов гиперссылка на сайт www.cement.ucoz.ru обязательна © cement.ucoz.ru 2007 - 2020