ДОСЛІДЖЕННЯ ДЕКАРБОНІЗАЦІЇ

В ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОМУ ВИРОБНИЦТВІ

ТА ВПЛИВ ДОМІШКИ ФТОРИДУ НАТРІЮ

Вивчено вплив домішки NaF на процеси декарбонізації та мінералізації. Встановлено, що 2% NaF різко прискорюють процес. Це пояснюється тим, що добавка NaF зменшує концентрацію СаО за рахунок прискорення реакції взаємодії його з SiO2 в мергелю і частково в огарках. Результати даної роботи дають можливість знизити витрати тепла на процес спікання портландцементного клінкеру.

Исследовано влияние добавки NaF на процесс декарбонизации та минерализации. Установлено, что 2% NaF резко ускоряют процесс. Это объясняется тем, что примесь NaF уменьшает концентрацию за счёт ускорение реакции взаимодействия его с SiO2 в мергеле и огарках. NaF ускоряет роспад кальцита. Результаты данной работы дают возможность существенно снизить затраты тепла на процесс обжига портландцементного клинкера.

Портландцемент – найбільш важливий і поширений вид цементів. Його отримують при нагріванні вапняку і глини або інших матеріалів подібного валового складу і з високою активністю до температури 14500С. Проходить часткове плавлення і утворюються гранули клінкеру. Типовий клінкер має приблизний склад : 67% CaO, 22% SiO2, 5% Al2O3, 3% Fe2O3, і 3% інших компонентів і переважно містить чотири головних фази – аліт, беліт, алюмінатну і феритну фази [1]

Чистий С3S містить 73,7% СаО і 26,3% SiO2. Аліти в клінкерах переважно містять 3-4% домішкових оксидів. рентгенівські дослідженя порошків показують, що в більшості клінкерів беліт присутній в виді в- модифікації. Чистий С2S містить 34,9% SiO2 і 65,1% СаО. Клінкерні беліти переважно містять 4-6% домішкових оксидів, головними з яких являються Al2O3 і Fe2O3. Рентгеноспектральний мікроаналіз алюмінатної фази клінкерів провести досить важко через накладання піків даної фази на інші [2]. Чистий С3А містить 62,3% СаО і 37,7% Al2O3. Феритна фаза тісно перемішана з алюмінатною. Типовий склад С4АF – 4,6% СаО, 21,0% Al2O3 і 32,9% Fe2O3. Фаза містить біля 10% домішок і набагато менше Fe2O3. Склад приблизно відповідає формулі Ca2AlFe0,6Mg0,2Si0,15Ti0,05O5, виведений із С4АF шляхом заміщення деякої кількості Fe3+ на Mg2+ і одинакові кількості Si4+ і Ti4+. Кожна фаза утворюється при певній температурі.

При спіканні клінкеру в цементній печі відбуваються високотемпературні хімічні процеси. Це перш за все декарбонізація та мінералізація, від яких залежать сировинні та енергетичні витрати і якість цементу.

В табл.1. наведено вміст різних оксидів в найбільш поширених марках портландцементу [2-3]. Тут також наведений приблизний фазовий склад цього матеріалу. Головні компоненти портландцементів – високоосновні силікати кальцію Ca3SiO5. і в-Са2SiO4 Крім того, в портландцементі присутні алюмінат кальцію Ca3Al2O6 і алюмоферит кальцію приблизного складу Ca4Al2Fe2O10.

Таблиця 1

Хімічний і фазовий склад портландцементів

найбільш поширених марок

Оксид | Вміст, % | Фаза | Вміст, %

CaO | 63 | C3A (Ca3Al2O6) | 5-12

SiO2 | 20 | C3S (Ca3SiO5) | 50-70

Al2O3 | 6 | в-C2S (Ca2SiO4) | 20-30

Fe2O3 | 3 | C4AF (Ca4Al2Fe2O10) | 5-12

SO3 2

MgO 2

Інше 3

В технології в’яжучих речовин прийнята дещо інша система позначення компонентів, які входять до складу цементу. Кожний оксид позначається одною буквою : СаО = С, SiO2 = S, Al2O3 = A, Fe2O3 = F, H2O = H. Формули різних фаз в цих позначеннях виглядають наступним чином :

Ca2SiO4 = 2CaO?SiO2 = C2S

Ca3SiO5 = 3CaO?SiO2 = C3S

Ca3Al2O6 = 3CaO?Al2O3 = C3A

Ca4Al2Fe2O10 = 4CaO?Al2O3?Fe2O3 = C4AF

Метою даної роботи було дослідити декарбонізацію та мінералізацію цементної сировини та вплив на них малих домішок NaF.

Першим етапом було дослідити реакційну здатність сировини. Досліди проводились між вапняком та огарком, мерґелем та огарком, СаСО3 та Fe2O3, огарком та СаСО3. В якості модельної реакції розглядали взаємодію кальцій карбонату (ч.д.а.) з ферум (ІІІ) оксидом (ч.д.а.), яка супроводжувалася втратою маси за рахунок виділення карбон (ІV) оксиду. Досліди проводилися в ізотермічних умовах на протязі двох годин при 600-10000С через кожних 500С. Співвідношення кальцій оксиду в сировині з ферум (ІІІ) оксидом було однакове у всіх зразках – моль на моль. Розрахунок проводиться по даним хімічного аналізу сировини хімічний склад якої подано в табл.2. Мерґель і вапняк є основним джерелом СаО, який входить в процесі технології в цементний клінкер, а в огарку значний вміст Fe2O3. СаО – це основний оксид в складі портландцементного клінкеру : на його частку припадає 63-67 %. NaF як і інші незначні кількості лужних оксидів ( 0,2-0,3 % ) справляє мінералізуючий вплив на процес формування портландцементного клінкеру, що зумовлено зниженням температури утворення і збільшенням кількості рідкої фази, а також прискоренням розчинення беліту в розплаві за рахунок рухомості іонів Na+ і K+ [4]. Слід звернути увагу на те, у мерґелю і огарку міститься значний вміст SiO2 і Al2O3, яких у вапняку мало. Для обчислення теоретичного виходу використовується ВПП-це як правило СО2 .

Таблиця 2

Хімічний склад сировинних матеріалів в % (по масі)

Сировина | ВПП | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | У вміст домішок

Вапняк |

43.03 | 1.23 | 0.412 | 0.210 | 54.5 | 0.340 | 0.06 | 99.8

Мерґель |

32.78 | 18.73 | 5.09 | 1.62 | 40.17 | 0.70 | 0.68 | 99.77

Огарок |

5.87 | 12.70 | 3.33 | 68.10 |