Составители:
Рубрика:
36 37
Н. А. Андреева. Химия цемента и вяжущих веществ Глава 2. Физико-химические основы получения вяжущих веществ
ся увеличивать температуру печных газов, чтобы интенсифицировать
передачу тепла к внутренним слоям материала. Однако чрезмерное
увеличение температуры обжига и длительное ее воздействие приво-
дят к «пережогу» уже образовавшейся извести во внешних зонах куска
и отрицательно влияют на качество продукта.
При обжиге достаточно мелких агрегатов известняка (до 50 мм)
процесс декарбонизации лимитируется теплопередачей от топочных
газов к поверхности частиц, при этом агрегаты малых размеров равно-
мерно прогреваются и процесс разложения можно осуществлять при
относительно низких температурах. Для более крупных агрегатов
(до 200 мм) процесс декарбонизации зависит от теплопроводности об-
жигаемого материала и протекает достаточно медленно. Ускорить его
можно за счет повышения температуры, но возникает опасность «пе-
режога» извести, так как образовавшиеся зерна CaO спекаются (ук-
рупняются, теряют дефекты). Этот процесс происходит главным обра-
зом на поверхности зерен, что приводит к ухудшению свойств извести,
прежде всего, к замедлению ее гашения.
Пережог в извести вредно сказывается на качестве изготовляе-
мых на ее основе растворов и изделий. Запоздалое гашение такой изве-
сти, протекающее обычно в уже схватившемся растворе (или бетоне),
вызывает механические напряжения, а в ряде случаев – разрушение
материала. Поэтому наилучшей будет известь, обожженная при мини-
мальной температуре, обеспечивающей полное разложение углекис-
лого кальция [5].
С кристаллохимической точки зрения диссоциация карбоната
кальция – весьма сложный процесс, связанный с переходом одной кри-
сталлической решетки в другую: ромбоэдрический кальцит переходит
в кубический оксид кальция (рис. 20).
Следует рассмотреть последовательность процесса превращения
решетки CaCO
3
в решетку CaO [2, 9]. По мере развития распада карбонат-
ионов [CO
3
]
2−
происходит увеличение концентрации ионов кислорода
в поверхностном слое, что ведет к искажению этого участка решетки.
Но если хемодесорбция, т. е. удаление в газовую фазу молекул CO
2
,
протекает относительно легко и быстро, то диффузия ионов кислорода
внутри твердого тела крайне затруднена. Поэтому возникновение
зародышей новой фазы – CaO – вначале будет идти медленно
и лимитирующим процессом является именно диффузионное переме-
щение ионов кислорода, необходимых для формирования граней
решетки CaO. Дальнейшее развитие процесса идет на границе раздела
фаз CaO и CaCO
3
, так как вследствие деформирующего влияния CaO
на образующейся поверхности легче идет распад группы [CO
3
]
2−
.
С появлением границ раздела процесс диссоциации ускоряется и при-
обретает автокаталитический характер. Фронт реакции, определяющий
положение макроскопической границы исходной фазы – CaCO
3
и новой
фазы – CaO, будет состоять как из вновь появившихся, так и из растущих
частичек оксида кальция. Скорость реакции диссоциации, достигнув
максимального значения, соответствующего наибольшей поверхности
раздела, начинает замедляться; этому процессу способствует утолщение
внешнего слоя, состоящего из CaO, и лимитирующей стадией становится
диффузия молекул CO
2
через этот слой.
Часто известняки содержат примеси, что еще более усложняет
процессы, происходящие при их обжиге. Почти всегда в известковых
породах содержатся глины и кварц. При температуре обжига извести
протекают твердофазные реакции между карбонатом и оксидом каль-
ция и компонентами примесей, например
2CaCO
3
+ SiO
2
→ 2CaO ⋅ SiO
2
+ CO
2
CaO + Al
2
O
3
⋅ nSiO
2
→ CaO ⋅ Al
2
O
3
+ SiO
2
а б
– O
2–
– Ca
2+
–
−2
3
CO
Рис. 20. Элементарная ячейка:
а – кальцита; б – оксида кальция [2]
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- …
- следующая ›
- последняя »
