раздел 2.1), и установили, что в данном материале практически отсутствуют примеси (кварц, кальцита и другие составляют в сумме не более 2% массы).
В табл.3.3 приведены характеристики химического и фазового состава исследованных смесей.
Таблица 3.3
Химический состав сырьевой муки, клинкера и его расчетные характеристики
Характеристика составаСырьевые
компонентыНомер сырьевой смесиСмесь 2 (p=1,3)Смесь 2/2 (p=1,0)Химический состав сырьевой смеси, %%ППП35,5535,35SiO213,9514,13Al2O33,943,53Fe2O33,033,53СaO43,5243,46Химический состав клинкера, %%SiO221,6521,85Al2O36,125,46Fe2O34,715,46СaO67,5267,22Расчетный минеральный состав клинкера, %%C3S62,5363,11C2S14,9015,03C3A8,255,23C4AF14,3216,62Стехиометри-ческие коэф-фициенты клинкерных минераловC3S0,76000,7600C2S0,24000,2400C3A0,08470,0533C4AF0,08180,0941Условная молекулярная масса клинкера277,51274,97
Уравнения клинкерообразования для смеси 2 приведены выше (2.29), а
для смеси 2/2 уравнение имеет вид:
3,2960?CaCO3 + 0,14732?Al2O3.2SiO2.2H2O + 0,7054?SiO2 + 0,0941?Fe2O3 +
+ 1,1577?H2O(ж) = 1?{Клинкер} + 3,2960?CO2(г) + 1,45234?H2O(г) (3.5)
По методу расчета стехиометрических коэффициентов образования промежуточных продуктов, изложенному в параграфе 2.3.3, была рассчитана матрица стехиометрических коэффициентов размером 23 х 22, которая приведена в табл.3.4 в качестве примера. Эта матрица включает i=1...21 компонентов исходных сырьевых материалов, промежуточных продуктов и минералов в составе клинкера. Компоненты с индексами i= 22 - 23 - определяются стехиометрией газообразных участников реакции клинкерообразования. В этой матрице j изменяется в пределах j= 1...22, что и соответствует числу базисных химических реакций и фазовых превращений.
В табл.3.5 приведены уравнения базисных химических реакций и фазовых превращений при обжиге данных смесей а также даны их количественные характеристики.
Анализ модели клинкерообразования в исследуемых смесях по табл. 3.5 позволяет отметить, что синтез новообразований возможен после испарения влаги (реакция 1) уже с 189,4о С. Первым продуктом синтеза является анортит CaO.Al2O3.2.SiO2, который затем вступает в реакцию с CaCO3 c образованием геленита 2CaO.Al2O3.SiO2 и псевдоволластонита - ?-CaO.SiO2.
Начиная с 498о С, происходит образование силикокарбоната кальция - спуррита 2(2CaO.SiO2).CaCO3, термическая диссоциация которого начинается с 885,2о С и происходит, практически, одновременно с диссоциацией CaCO3.
Из табл.3.5 видно, что от 189 до 850о С в системе происходят восемь реакций синтеза промежуточных соединений, в которых расходуется CaCO3
Таблица 3.5.
Базисные химические реакции и фазовые превращения при синтезе клинкера из смеси CaCO3, каолинита, SiO2,и Fe2O3
Реакц
№Темпер. хим. равн.,
о СУравнения базисных химических реакцийТеплозатраты
кг у т/т клСмесь
2Смесь
2/21100,0H2O(ж) ? H2O(г)4,184,152189,4Al2O3.2SiO2.2H2O + CaCO3 ?
? CaO.Al2O3.2SiO2 + CO2(г) + 2?H2O(г)9,278,743270,6?-SiO2 + CaCO3 ? ?-CaO.SiO2 + CO2(г)11,2711,754383,6?-Fe2O3 + CaCO3 ? CaO.Fe2O3(к) + CO2(г)6,796,935440,8CaO.Al2O3.2SiO2 + 2? CaCO3 ?
2CaO.Al2O3.SiO2 + ?-CaO.SiO2 + 2?CO2(г)7,396,886498,32??-CaO.SiO2 + 3? CaCO3 ?
? 2(2CaO.SiO2).CaCO3 + 2?CO2(г)13,1113,447755,67?2CaO.Al2O3.SiO2 + 12?CaCO3 ?
? 7?? 2CaO.SiO2 + 12CaO.7Al2O3 + 12?CO2(г)17,5916,898790,43?2CaO.Al2O3.SiO2 +CaO.Fe2O3(к) +7?CaCO3 ?
8CaO.3Al2O3.Fe2O3(к) + 3?? 2CaO.SiO2 + 7?CO2(г)1,611,609847,92CaO.Al2O3.SiO2 + ? 2CaO.SiO2 + 5?CaCO3 ?
? 2?3CaO.SiO2 + 3CaO.Al2O3 + 5?CO2(г)2,692,6810881,3CaCO3 ? CaO + CO2(г)13,0212,4111885,22(2CaO.SiO2).CaCO3 ?
? 2?? 2CaO.SiO2 + CaO + CO2(г)11,4711,84121001,27?CaO.Fe2O3(к) + 3?12CaO.7Al2O3 + 13?CaO ?
? 7?8CaO.3Al2O3.Fe2O3(к)4,434,40131134,2CaO.Fe2O3(к) + CaO ? 2CaO.Fe2O3(к)5,085,13141341,08CaO.3Al2O3.Fe2O3(к) ? 8CaO.3Al2O3.Fe2O3(ж)11,5111,12151342,88CaO.3Al2O3..Fe2O3(ж) + ?-2CaO.SiO2 + 2?CaO ? 3CaO.SiO2 + 3CaO.Al2O3 + 6CaO.2Al2O3.Fe2O3(к)-3,37-3,00161367,96CaO.2Al2O3.Fe2O3(к) ?6CaO.2Al2O3..Fe2O3(ж)3,683,39171367,66CaO.2Al2O3..Fe2O3(ж) + 2CaO.Fe2O3(к) ?
? 2?4CaO.Al2O3.Fe2O3(к)-1,29-2,22181371,06CaO.2Al2O3..Fe2O3(ж) + ?-2CaO.SiO2 + 2?CaO ? 3CaO.SiO2 + 3CaO.Al2O3 + 4CaO.Al2O3.Fe2O3(к)-1,26-0,06191402,84CaO.Al2O3.Fe2O3(к) ? 4CaO.Al2O3..Fe2O3(ж)4,014,46201402,84CaO.Al2O3..Fe2O3(ж) + ?-2CaO.SiO2 + CaO ?
n ? 3CaO.SiO2 + 4CaO.Al2O3.Fe2O3(к)-1,48-1,86211402,84CaO.Al2O3.Fe2O3(к) ? 4CaO.Al2O3..Fe2O3( ж)2,763,20Тепловой эффект клинкерообразования122,46121,87
и выделяются газообразные продукты - пары воды и СО2 . Таким образом, процесс декарбонизации этих смесей складывается из целого ряда реакций синтеза, где донором кальция является не оксид, а карбонат кальция. Этот процесс начинается со 189о С и заканчивается реакциями термической диссоциации CaCO3 и спуррита 2(2CaO.SiO2).CaCO3 (реакции 10 и 11).
Результаты экспериментальных исследований взаимодействия CaCO3 с анортитом, геленитом, и псевдоволластонитом ?-CaO.SiO2 а также реакций между CaCO3 и каолинитом Al2O3.2SiO2.2H2O, полностью подтверждают реальность химических процессов полученной модели синтеза [24,25]. Там же экспериментально был установлен факт взаимодействия CaCO3 с указанными силикатами и алюмосиликатами, а затем доказана их термодинамическая вероятность [26] .
Интересно отметить, что в термодинамической модели синтеза клинкера из смеси CaCO3, Al2O3, SiO2 и Fe2O3, описанной выше, в рассматриваемом температурном интервале происходит гораздо меньше реакций с образованием промежуточных соединений. В этой смеси не образуются анортит и геленит, невозможно образование 12CaO.7Al2O3 , а синтез 3CaO.SiO2 возможен только из алюмоферритных расплавов.
Особенностью клинкерообрвзования в смесях с использованием каолинита является также возможность синтеза 3CaO.SiO2 на стадии твердофазных