Минералогический состав - основные минералы

В соответствии с диаграммой состояния преобладающей кристаллической фазой в глиноземистых цементах является однокальциевый алюминат (СА). Однако помимо СА в глиноземистых це­ментах присутствуют, и часто в значительных количествах, C₂AS, С₅A₃, C₃A₅, C₂S и ряд других минералов.

Однокальциевый алюминат СаО·А1₂Оз в составе промышленных глиноземистых цементов редко наблюдается в чистом виде. Как правило, однокальциевый алюминат образует твердые растворы с однокальциевым ферритом (до 15%), окисью железа (до 10%), однокальциевым хромитом, оксидами хрома, марганца и некоторых других элементов, в результате чего показатели светопреломления минерала сильно колеблются.

Однокальциевый алюминат может образовываться по реакциям твердой фазе и путем кристаллизации из расплава. В зависимо­сти от условий обжига и охлаждения, а также химического состава расплава форма кристаллов СА может быть различной. При равновесной кристаллизации  из расплава  кристаллы СА характери­зуются призматической формой, быстрое же охлаждение расплава приводит к появлению дендритоподобных сростков. Кристаллам СА свойственны хорошая спайность, нередко с отчетливым двойникованием, и прямое погасание. Образование СА ускоряется при введе­нии в сырьевую смесь фтористых соединений (CaF₂, Na₂SiF₆ и т. п.) и борного ангидрида в количестве 0,5-2,0%. Температура плавле­ния минерала равна 1873 К.  

Структура СА составлена тетраэдрами [AlO₄]^5-, имеющими об­щие кислороды, и катионами Са²⁺, располагающимися в октаэдрических пустотах. Координация атомов кальция по кислороду нере­гулярна и равна 6 и 7. С нерегулярной координацией атомов Са²+ и А1³⁺ связывают «высокую гидратационную активность однокальциевого алюмината.

Пятикальциевый трехалюминат 5СаО·ЗА1₂Оз. Состав этого минерала изображается также и формулой С₁₂А₇. В глиноземистом цементе минерал наблюдается в виде двух модификаций: устойчивой α-С₁₂А₇ и неустойчивой α'-С₁₂А₇.    Кристаллы α-С₁₂А₇ обычно характеризуются округлой формой, изотропны и содержат мало примесей. В восстановительных условиях могут растворять некото­рое количество карбидов, в результате чего показатель светопре­ломления минерала может повышаться с N=1,608 до N=1,620.

Кристаллы α'-С₁₂А₇ имеют вид табличек или игл и характери­зуются плеохроизмом от голубовато-зеленых до оливково-зеленых тонов. В метастабильном α'-С₁₂А₇  могут растворяться в различных количествах SiO₂, MgO, Fe₂O₃, FeO и некоторые другие оксиды, в связи с чем окраска его и показатели преломления изменяются в значительных пределах. В частности, при растворении окиси марганца в α'-С₁₂А₇ цвет минерала становится фиолетовым. Ряд исследователей, учитывая растворенные вещества, предлагает изображать метастабильный α'-С₁₂А₇ формулой 6CaO·4Al₂O₃·FeO·SiO₂.

При этом часть SiO₂ в минерале может замещаться двуокисью титана, а FeO - оксидом магния. Плавится C₆A₄F^//S при температуре 1653 К с разложением. В последнее время приведены и такие составы сложных соединений: 22СаО·17Al₂O₃·3FeO·2SiO₂   и 14СаО·9Al₂O₃·1,8FeO·SiO₂·0,05F·MgO. Они кристаллизуются в виде волокон и игл.

Структура устойчивого α-С₁₂А₇, относящегося к кубической си­стеме, выполнена октаэдрами [А1O₆]^9- и тетраэдрами [A10₄]^5-. Каль­ций имеет координационное число 8. Структура α'-С₁₂А₇  с доста­точной определенностью еще не установлена. Минерал кристаллизуется в ромбической, триклинной или моноклинной системах.

В составе глиноземистых цементов обычно присутствует мета­стабильный α'-С₁₂А₇  , обладающий ярко выраженной гидратационной активностью.

Однокальциевый двухалюминат СаO·2А1₂O₃. Имеет распространение и другое выражение состава этой фазы глиноземистого цемента - 3СаО·5Al₂O₃, которое, однако, считается менее точным.    Минерал существует в двух модификациях: устойчивой и неустойчивой. Устойчивыйα-СА₂  кристаллизуется в цементе в виде крупных призматических кристаллов, длина которых достигает иногда нескольких сантиметров. Поляризационная   окраска   α-СА₂  в зависимости от примесей (Fe₂O₃, Сr₂О₃ и т. п.) может быть синей, зеленой или красной. Неустойчивый α-СА₂  в глиноземистом цементе обычно не образуется. При температуре 2043 К минерал инконгруэнтно плавится. Минерал СА₂ образуется в глиноземистых цементах с по­ниженным содержанием извести. С водой реагирует менее энергич­но, чем СА и С₅А₃.

Геленит 2СаО• А1₂O₃ • SiO₂. В глиноземистом цементе геленит со­держит примеси MgO, Fe₂O₃, FeO, TiO₂, и щелочных оксидов. В минерале могут растворяться также в повышенном количестве СаО, А1₂O₃ и SiO₂. С соединениями мелилитовой группы (окерманитом, анортитом и др.) геленит образует ряд ограниченных твердых растворов. Наличие примесей различных веществ обусловливает зональное строение кристаллов геленита, непостоянство его окраски и величины показателей светопреломления. Кристаллизуется геле­нит в виде таблиц или призм, но часто в глиноземистых цементах наблюдаются и крестообразные кристаллы этого минерала. С однокальциевым алюминатом геленит дает тонкоструктурные прорастания.

Структура геленита выполнена полиэдрами [Si₂O₇]^6- , [AlO₄]^5- и [CaO₈]^10- Координация в решетке весьма симметричная, вследствие чего минерал отличается невысокой гидратационной активностью.

источник: Ю.М. Бутт, В.В. Тимашев. Технология цемента. М.: Высшая школа, 1973 г.