Обожженное до спекания цементное сырье 7 букв

Обожженное до спекания цементное сырье 7 букв

Классическая технология производства стекломагниевого листа (СМЛ) подразумевает использование основных материалов: магнезит, перлит, опилки, отходы СМЛ, тальк, гипс, раствор соли магния, стеклоткань, укрывной нетканый материал – «спанбонд».

1. Магнезиальные вяжущие. Каустический магнезит

Каустическим магнезитом называют порошок, состоящий в основном из окиси магния и получаемый, помолом магнезита, обожженного при температуре 700…800 о С. В отличие от других вяжущих каустический магнезит затворяют не водой, а растворами хлористого или сернокислого магния и в таком виде его называют магнезиальным цементом. Иногда, для затворения, применяют и другие соли (ZnCl₂, FeSO₄ и др.).

Сырьем для получения каустического магнезита служит магнезит – горная порода, состоящая, преимущественно, из углекислой соли магния MgCO₃, в кристаллическом или аморфном состоянии. Кристаллический магнезит – минерал серого, белого, иногда желтого цвета (в зависимости от содержания примесей). Кристаллизуется в гексагональной системе, плотность 3,1…3,3 г/см 3 . Аморфный магнезит представляет собой фарфоровидную массу, большей частью белого цвета. Плотность 2,9…3,0 г/см 3 .

Производство каустического магнезита заключается в добыче сырья, его дроблении, обжиге и помоле. При обжиге магнезита происходит его разложение на MgO и CO2. Разложение карбоната магния начинается при 400 о С, но протекает достаточно полно лишь при 600…650 о С. При увеличении температуры обжига сверх 800 о С окись магния постепенно уплотняется и приобретает крупнокристаллическое строение. В таком виде MgO называют периклазом, он почти не взаимодействует с водой. Кроме того, при температурах 850…900 о С начинает разлагаться углекислый кальций (почти всегда присутствующий в сырье) с образованием окиси кальция. При затворении каустического магнезита хлористым магнием окись кальция реагирует с ним и образует хлористый кальций, повышающий гигроскопичность изделий и ухудшающий их долговечность.

Нормально обожженный каустический магнезит имеет плотность 3,1…3,4 г/см 3 . При недожоге плотность каустического магнезита ниже 3,1 г/см 3 , а при пережоге выше 3,4 г/см 3 вследствие наличия в нем периклаза с плотностью 3,58 г/см 3 .

Обожженный магнезит размалывают в шаровых и других мельницах. Каустический магнезит измельчают до остатка на сите №02 не более 5%, а на сите №008 – не более 25%.

Специального магнезиального вяжущего, строго регламентируемого состава и качества, в нашей стране до 2006 г не производилось. С 2006 г планировалось одну печь на комбинате «Магнезит» отдать под производство магнезиального вяжущего. Каустический магнезит марки ПКМ-75 – побочный продукт производства периклазовых огнеупоров на комбинате «Магнезит» г. Сатка. Изделия на его основе довольно часто проявляют склонность к растрескиванию. Это связано с присутствием в вяжущем переменного количества пережога оксида магния – периклаза. В результате гидратации этого вяжущего в затвердевшем магнезиальном камне остаются непрореагировавшие зерна периклаза, которые позднее в сформировавшемся камне присоединяют воду с образованием гидроксида магния, что приводит к значительному увеличению объема этих зерен, появлению внутренних напряжений и образованию трещин через 3…12 месяцев. Для формирования структуры магнезиального камня, не склонной к растрескиванию, необходимо ускорить гидратацию периклаза в ранние сроки твердения вяжущего, что возможно при применении тепловой обработки или введении добавок активаторов.

2. Каустический доломит

Каустическим доломитом называется порошок, состоящий из окиси магния и углекислого кальция, получаемый помолом доломита, обожженного при 600…700 о С. В каустическом доломите содержатся обычно глинистые и песчаные примеси и небольшие количества свободной окиси кальция (1-2%). Основное требование, предъявляемое к вяжущему, является минимальное содержание активной окиси кальция при достаточно полной диссоциации магнезиальной составляющей. При содержании активной окиси кальция в количестве более 3% резко ухудшаются физико-механические свойства вяжущего, и значительно снижается его эффективность в изделиях с древесными наполнителями.

Доломит – двойная углекислая соль магния и кальция MgCO₃∙CaCO₃. Плотность доломита 2,85…2,95 кг/см3. Обычно доломиты содержат около 20% окиси магния, около 30% окиси кальция и около 45% углекислого газа. В природе доломит встречается значительно чаще, чем магнезит.

Обжигая доломит при разных температурах, можно получать разные материалы:

1. Каустический доломит, состоящий из MgO и CaCO₃ и получаемый при при 650…800 о С с последующим измельчением. Углекислый кальций при этом не разлагается и является инертным материалом, поэтому каустический доломит по качеству уступает каустическому магнезиту.

2. Доломитовый цемент, состоящий из MgO, CaO и CaCO₃ и получаемый обжигом при 750…850 о С с последующим измельчением в тонкий порошок. Доломитовый цемент затворяется водой, по показателям прочности при сжатии трамбованных образцов из раствора 1:3 через 28 суток твердения на воздухе этот цемент характеризуется марками 25…50.

3. Доломитовую известь, состоящую из окисей магния и кальция и получаемую обжигом при 900…950 о С.

4. Доломит, обжигаемый до спекания при 1400…1450 о С, применяется в качестве огнеупорного материала, он не взаимодействует с водой и не обладает вяжущими свойствами.

Каустический доломит должен содержать не менее 15% окиси магния и не более 2,5% свободной окиси кальция, а значение потерь при прокаливании должно быть в пределах 30…35%. Его качество определяется содержанием окиси магния и температурой обжига.

При затворении каустического доломита растворами солей магния окись кальция реагирует с ними, образуя хлористый или сернокислый кальций, что отрицательно отражается на качестве затвердевшего каустического доломита.

Каустический доломит, как и каустический магнезит, должен измельчаться до остатка на сите №02 не более 5%, а на сите №008 не более 25%. Однако его вяжущие свойства значительно улучшаются при более тонком помоле.

Каустический доломит затворяют водными растворами солей хлористого и сернокислого магния обычно той же концентрации, что и каустический магнезит.

Схватывание и твердение каустических доломита и магнезита обусловлено в основном гидратацией MgO и образованием оксихлорида магния или других основных солей. Каустический доломит из-за меньшего содержания окиси магния имеет меньшую активность по сравнению с каустическим магнезитом. Имеется рекомендация по эквивалентной замене для ксилолитовой смеси: вместо 1 кг магнезиально-каустического цемента можно применять 1,7 кг молотого каустического доломита или 1,2 кг смеси магнезиально-каустического цемента с минеральным порошком (крупностью до 0,15 мм) в соотношении 2:1 по массе, или 1,2 кг смеси магнезиально-каустического цемента с молотым каустическим доломитом в соотношении 1:1 по массе.

Плотность каустического доломита находится в пределах 2,78…2,85 г/см 3 . Ее повышение указывает на появление в каустическом доломите значительного количества свободной окиси кальция.

Объемная масса зависит от тонкости помола и составляет в среднем

Сроки схватывания. Начало схватывания при комнатной температуре наступает через 3…10 часов, а конец через 8…20 часов после затворения.

Равномерность изменения объема. Каустический доломит, обожженный при температуре ниже температуры диссоциации CaCO₃, характеризуется равномерным изменением объема. Неравномерность наблюдается лишь при наличии в нем 2…2,5 % свободной окиси кальция и при неправильно выбранном соотношении между MgO-MgCl₂ и водой. В этом случае появляются трещины и камень разрушается.

Прочность. Каустический доломит характеризуется меньшей прочностью, чем каустический магнезит. Прочность на растяжение трамбованных восьмерок из чистого каустического доломита достигает через 7 суток 1…1,5 МПа, а через 28 суток

– 2,5…3 МПа; предел прочности при сжатии 15…20 МПа. Образцы из трамбованного раствора состава 1:3 по массе на этом вяжущем через 28 суток воздушного твердения имеют предел прочности при сжатии 10…30 МПа.

Каустический доломит наравне с каустическим магнезитом применяют для изготовления ксилолита, фибролита, теплоизоляционных материалов и т.п.

3. Затворители для магнезиальных вяжущих.

При затворении водой магнезиальные вяжущие твердеют медленно, достигая при этом сравнительно небольшой прочности. Взаимодействие окиси магния с водой приводит к образованию гидроокиси. Реакция идет тем быстрее, чем выше активность (поверхность) MgO и температура гидратации. Хотя отмечается, что вяжущее на основе отходов Саткинского завода «Магнезит», затворенное водой и обработанное на бегунах в течение 15 минут, обеспечило получение через 28 суток образцов прочностью 113 кг/см 2 . Вяжущее же, затворенное водой без дополнительной механической обработки через шесть месяцев обеспечило прочность лишь 6 кг/см 2 . Особенно привлекательно в таком варианте увеличение морозостойкости изделий: после 25 циклов снижение прочности составило всего 10% по сравнению с 30…40% для образцов, затворенных хлористым магнием. При этом гигроскопичности изделий не наблюдается.

При затворении же растворами хлористого магния MgCl₂∙6H₂O или сернокислого магния MgSO₄∙7H₂O скорость твердения резко возрастает. Магнезиальные вяжущие, затворенные раствором хлористого магния, дают большую прочность, чем затворенные раствором сернокислого магния.

Концентрацию раствора хлористого магния берут в пределах 12…30 о Боме по, а сернокислого магния – 15…20 о Боме (раствор сульфата магния должен иметь плотность 1,14 г/см 3 ). Чем она больше, тем медленнее схватывается вяжущее, но тем выше конечная прочность получаемого затвердевшего камня. Увеличение концентрации раствора сверх указанных значений приводит к появлению на изделиях трещин с выделением избытка солей в виде налета кристаллов на поверхности.

Соотношение между компонентами по массе при затворении хлористым магнием принимают в пределах MgO 62…67% и MgCl₂∙6H₂O 38…33% (в пересчете на активную окись магния, содержащуюся в каустическом магнезите примерно в количестве 85% его массы, и на твердый шестиводный хлористый магний). При применении раствора сернокислого магния обычно берут MgO 80…84% и MgSO₄∙7H₂O 16…20%, считая на обезвоженный сульфат магния. По некоторым данным массовое соотношение магнезита и MgCl₂∙6H₂O должно находиться в пределах от 1:0,65 до 1:0,6, при этом вяжущее приобретает максимальную прочность. Если взять больше хлористого магния, то наряду с уменьшением прочности материала, на его поверхности будут появляться выцветы.

Строительные изделия, изготовленные на каустическом магнезите с применением хлористого магния, характеризуются гигроскопичностью; при повышенном содержании в них хлористого магния могут давать высолы. Для уменьшения гигроскопичности и увеличения водостойкости изделий в растворную смесь вводят иногда вместе с хлористым магнием железный купорос FeSO₄, заменяя им до 50% раствора хлористого магния. Железный купорос ускоряет также схватывание вяжущего и уменьшает возможность образования выцветов. Для уменьшения гигроскопичности ксилолита вводят Fe₂(SO₄)₃. Наиболее широко в качестве затворителя вяжущего применяется технический хлорид магния – бишофит (MgCl₂∙6H₂O) ГОСТ 7759-73.

Таблица 1 – Растворимость технического хлористого магния (плавленного).

Обожженное до спекания цементное сырье 7 букв

Библиографическая ссылка на статью:
Смаль Д.В., Москвичев Д.С. Способ нейтрализации крупных зерен кварца в цементной сырьевой смеси // Современные научные исследования и инновации. 2012. № 11 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2012/11/18763 (дата обращения: 23.11.2021).

В цементном производстве на измельчение приходится значительная доля энергозатрат. На помол сырьевых материалов и клинкера в среднем расходуется три четверти, а иногда и больше, от общих затрат электроэнергии. Цементное производство начинается и заканчивается измельчением.

Важнейшим фактором, от которого зависят качество клинкера и затрат на его производство, является реакционная способность цементной сырьевой смеси, определяемая в основном физическими, физико-механическими свойствами и минералогическим составом сырьевых материалов: тонкостью помола, степенью гомогенизации сырьевой муки, химическим составом и др.

Широкое использование тонкоизмельченных материалов в промышленности вызвало интерес к изучению закономерностей гранулометрического состава и выявлению показателей и характеристик крупности смеси минеральных зерен разного размера [1].

Помол сырья является операцией, проводимой с целью подготовки исходных материалов к обжигу. При этом необходимо не только учитывать энергетические затраты на диспергирование, но и стремиться к получению в процессе измельчения сырьевых смесей, обеспечивающих наименьшие затраты на обжиг и высокое качество клинкера [2].

Степень измельчения цементного сырьевого шлама является одной из основных технологических характеристик, от которой зависит его водопотребность, реакционная способность и особенности процессов клинкерообразования [3]. Состав сырьевой смеси должен обеспечить возможность синтеза силикатов, алюминатов и алюмоферритов с заданными соотношениями между минералами [4].

Повышенная тонкость помола помимо ускоре­ния реакций минералообразования способствует более совершенной гомогенизации сырьевой смеси и уменьша­ет ее расслоение при транспортировании и хранении.

Ряд сырьевых материалов, перерабатываемых мокрым способом (мел, глина), диспергируются в воде при перемешивании, образуя водные суспензии – шламы. Это объясняется механическим разрушением конгломератов природных тонкодисперсных частиц, расклинивающим действием пленок воды, физико-химическими процессами, связанными с наличием зарядов на частичках.

Тонкость помола и гомогенность сырьевых смесей — важнейшие факторы, влияющие на клинкерообразование. Повышение тонкости помола позволяет увеличить поверхностную энергию частиц за счет разрыва хими­ческих связей, роста дефектности кристаллов и площади контакта между частицами, ускорить растворение ча­стиц в расплаве. Достаточно реакционноспособны лишь зерна компонентов размером менее 100-120 мкм. В то же время сырьевая смесь должна быть полидисперс­ной. Это обеспечивает более равномерное протекание реакций минералообразования, так как зерна различ­ной крупности вступают во взаимодействие в разное время. Обжиг оптимальных по гранулометрии и одно­родных сырьевых смесей завершается при температу­рах на 30-50 °С ниже [4].

В портландцементных сырьевых смесях крупные зер­на представлены преимущественно известняком, квар­цем и глинистой породой. По классификации М. М. Сы­чева [5], кварцевые зерна преобладают при использо­вании легко размучиваемых в воде мелов или мягких мергелей и запесоченных глин, известняковые зерна – при легко размучиваемых (жирных) глинах и известня­ках и мраморах, глинистые зерна — при мелах, сланцах и суглинках.

Крупные кварцевые зерна (от 90 до 300 мкм), которые вводили в состав портландцементных сырьевых смесей в количестве 2-6%, понижали содержание алита в клинкере и снижали марочную прочность портланд­цемента на 7—17% (Блинов). Устранять отрицательное влияние крупнозернистого кварца автор работы предла­гает, повышая температуру обжига в зоне спекания до 1480° С. В опытах С. М. Рояка [6] увеличение средне­го размера зерна кварца в ряду 17,5 мкм → 58,5 мкм → 91,7 мкм сопровождалось возрастанием относительной продолжительности обжига смесей (для достижения равной степени связывания извести) при 1180° С соот­ветственно на 100, 190 и 202%. При этом реакция за­медлялась тем более значительно, чем крупнее были зерна известняка. М. М. Сычев и М. А. Астахова пред­лагают для устранения отрицательного влияния крупно­зернистого кварца обжигать смеси с возможно более низким силикатным модулем (1,7-2,2) и глиноземным модулем, равным 1-2.

Максимальным количеством крупных зерен кварца, которое позволяет сырьевым смесям сохранять удовлетворительную спекаемость, Т. Гейльман считает: при величине зерен 90-200 мкм — до 1% и при величи­не зерен более 200 мкм — до 0,5%. При обжиге шихт с пониженным коэффициентом насыщения можно несколь­ко превысить эти пределы. Крупные зерна кварца за принятое время обжига (20 мин при 1400-1500 °С) успевали прореагировать с CaO лишь с образованием смеси C₂S и силикатов меньшей основности. Средняя основ­ность получающегося образца составила 1,5. В резуль­тате этого 1 % кремнезема, слишком крупного для нор­мального участия в реакциях силикатообразования, вы­зывает повышение содержания свободной СаО в клин­кере на 1-1,5%, а 2% кремнезема — на 2-3%. Степень усвоения СаО возрастала при понижении КН смеси, увеличении температуры и продолжи­тельности обжига.

Относительное разли­чие в степени связывания СаО различными по ве­личине зернами кварца и кремния, полученное Ю. М. Буттом, В. В. Тимашевым и В. В. Волко­вым, свидетельствует о малой активности частиц размером более 100-150 мкм. Частицы такого размера при температуре 1400 °С и времени обжига 5 мин вообще не реаги­ровали с СаО, но при этом часть SiO₂ (3,76— 5,32%) перешла в раство­римую форму. Это свиде­тельствует о сложном характере взаимодействия СаО с SiO₂ в диффузионной об­ласти [7].

Реакционная способность цементной сырьевой смеси зависит от многих факторов, в частности от наличия в сырьевых компонентах крупнокристаллического кварца. Крупные кварцевые включения размером более 44 мкм, плохо поддаются помолу, а в процессе обжига обладают малой реакционной способностью, т.к. замедляют процессы связывания СаО и образования C₃S, следовательно, увеличивается время обжига клинкера [8, 9].

Целью данной работы является поиск оптимального режима помола сырьевых компонентов, который обеспечил бы повышение степени измельчения материалов и нейтрализацию в значительной мере негативного влияния крупных кварцевых включений, находящихся в сырье.

Для достижения поставленной задачи помол шлама был разделен на два потока. В одном потоке измельчался только мел + 0,1% ЛСТ, в другом – мел и глина в соотношении 1:1, и огарки в количестве 2% от общей массы материалов. Затем эти два потока смешивались в соотношении 58% и 42% соответственно. Чтобы устранить влияние размера кусков исходного материала, отбиралась узкая фракция мела и глины между ситами № 1,25 и № 0,63. Помол осуществлялся в одинаковых условиях: в фарфоровой мельнице объемом 2 литра, масса мелющих тел (Ø 8-20 мм) – 2,1 кг, влажность шлама – 40%, масса материала – 400 г, время помола – 5 минут. В эксперименте использовались сырьевые материалы Старооскольского цементного завода. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Обжиг клинкера белого цемента

Клинкер белого портландцемента обжигают во вращающихся печах, конструктивно мало отличающихся от печей, используемых для производства обычного портландцемента. Если вслед за обжигом отбеливают клинкер быстрым охлаждением в воде, то в концевой части вращающейся печи отсутствуют обычные устройства для охлаждения клинкера (рекуператоры или другие холодильники). Вместо этого в центральной части зоны спекания по окружности печи в корпусе имеется 6 лючков d 200 мм для разгрузки клинкера в водяной отбеливатель.

Объясняется это тем, что в этом случае клинкер необходимо выгружать из печи при высоких температурах и быстро охлаждать в воде. Зону спекания вращающейся печи футеруют тальковым или магнезитовым огнеупорным кирпичом. Использование хромомагнезитового кирпича недопустимо, так как возможна присадка окрашивающих окислов к клинкеру при обжиге.

Для обжига клинкера используют беззольпое топливо — мазут или природный газ. Температура обжига маложелезистого клинкера белого портландцемента высокая и достигает 1500— 1550С. Физико-химические процессы, протекающие при нагревании сырьевой смеси, используемой для получения белого портландцемента, не отличаются от присущих серому портландцементу. Возможно лишь некоторое отличие физико-химических процессов, обусловленное характером вводимых в сырьевую смесь добавок и газовой средой в печи.

Влияние минерализующих и легирующих добавок на клинкерообразование.

Для облегчения обжига трудноспекаемой сырьевой смеси и улучшения свойств клинкера белого портландцемента необходимо вводить в сырьевую смесь некоторые добавки. Минерализующие добавки позволяют полностью завершить клинкерообразование. Механизм влияния этих добавок при обжиге клинкера белого портландцемента аналогичен их действию при обжиге обычного портландцемента, за исключением некоторых специфических особенностей, относящихся к процессу кристаллизации, которые будут рассмотрены ниже.

Как известно, минерализаторы интенсифицируют как твердофазовые процессы, так и процессы клинкерообразования, протекающие с участием жидкой фазы клинкера.

рис. 3.1 Микроструктура клинкеров с добавками
минерализаторов. CaSo₄.

Н. А. Торопов, С. Л. Голынко-Вольфсон, М. М. Сычев пришли к заключению, что во время протекания реакций в твердой фазе минерализатор вызывает глубокое нарушение кристаллических решеток реагирующих компонентов. Это объясняется полиморфными превращениями кристаллических модификаций кремнезема и образованием промежуточных соединений между некоторыми добавками и составляющими компонентами сырьевой смеси. Во время протекания реакций с участием жидкой фазы минерализаторы ускоряют клинкерообразование, так как снижается температура появления жидкой фазы, увеличивается ее количество и снижается вязкость.

Как указывают Н. А. Торопов и Йирку, минерализаторы действуют каталитически, ускоряя разрушение комплексных кремниевокислородных и алюминиевокислородных ионов типа

Ввод в сырьевую смесь минерализаторов влияет не только на кинетику физико-химических процессов клинкерообразования, но и на фазовый состав клинкера и его структуру. Последнее обстоятельство необходимо учитывать, особенно при производстве белого портландцемента.

Микроструктура клинкера предопределяет один из основных показателей белого портландцемента его белизну. Современные представления о влиянии минерализаторов на процессы клинкерообразования основываются на достижениях кристаллохимии. Различная эффективность действия минерализаторов, как на процесс минералообразования, так и на характер кристаллизации, может быть объяснена, как указывают некоторые исследователи, различием их электростатических характеристик.

рис. 3.2 Микроструктура клинкеров с добавками
минерализаторов. Na₂SiF₆.

Нашими исследованиями было установлено, что структура клинкера белого портландцемента при введении минерализатора зависит от электроотрицательности катионов и анионов, входящих в состав минерализатора и обусловливающих его интенсифицирующее действие. Так, при одном и том же анионе с увеличением электроотрицательности катионов в ряду.

K + ->Na + ->Li + ->Mg 2+ ->Be 2+

Увеличивается размер кристаллов алита и белита. Еще в большей степени, чем у катионов, проявляется влияние анионов при одном и том же катионе на характер кристаллизации клинкера. Однако характер влияния анионов иной, чем катионов: с уменьшением электроотрицательности анионов в ряду SiF 2- ₆ -> F — -> SO 2- ₄ -> Cl — увеличивается размер кристаллов в клинкере (рис. 3).

Изучение тонкой структуры клинкера методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) показало, что в зависимости от электроотрицательности катионов и анионов изменяется координация ионов Fe 3+ : анионы минерализаторов с большей электроотрицательностью SiF 2- ₆,F- способствуют переходу Fe₃₊ в клинкере белого портландцемента из тетраэдрической координации в октаэдрическую, обладающую меньшей окрашивающей способностью.

Результаты исследований минерализующего влияния добавок на минералообразовакие и структуру клинкера показывают, что наилучшим является минерализатор, в который входит анион с наибольшей электроотрицательностью и катион с наименьшей электроотрицательностью. Для белого портландцемента таким минерализатором является кремнефтористый натрий, предопределяющий образование мелкокристаллической структуры, что способствует повышению белизны клинкера. Немаловажное значение в производстве белого портландцемента, как указывалось, имеет введение в сырьевую смесь легирующих добавок, улучшающих свойства белого портландцемента.

Изучение действия таких добавок, как окислы переходных элементов (Fe, Mn, Ti, Со и др.), показало, что они влияют не только на белизну портландцемента, но и на клинкерообразование. В частности, добавка двуокиси титана способствует интенсификации обжига (табл. 14). В этом случае добавка двуокиси титана и окислов других (переходных элементов интенсифицирует клинкерообразование, выполняя роль минерализатора.

Таблица 11. Усвоение извести при обжиге сырьевых смесей с добавками окислов переходных элементов.

Содержание окислов в %			Количество свободной извести в % в образцах, обожженых при температуре в C
Fe2O3	Mn2O3	TiO2	1150	1250	1350	1450
0.2	—	—	38.5	33.7	16.2	3.2
0.2	0.05	—	31.2	25.9	11.0	1.3
0.2	0.05	0.05	30.1	24.0	10.4	0.9

Ввод добавки двуокиси титана в сырьевую смесь изменяет также характер кристаллизации клинкерных минералов, так как несколько увеличиваются их размеры.

Благодаря изменению структуры клинкера при вводе добавки двуокиси титана в значительной степени изменяются физико-механические свойства цемента, в частности, на 20—30% повышается его механическая прочность на сжатие.

Растворимое стекло. Кислотоупорный цемент.

Растворимое стекло представляет собой натриевый или калиевый силикат (Na2O-nSiO2 или K^O-nSiC^), где п = 2,5. 4 — модуль стекла. Растворимое стекло получают из смеси кварцевого песка с содой (или сульфатом натрия) и поташом в стекловаренных печах при температуре 1300. 1400 °С. Образовавшийся расплав при быстром охлаждении распадается на стекловатые полупрозрачные куски, называемые силикат-глыбой.

В строительстве растворимое стекло применяют в жидком виде и часто называют жидким, стеклом. Растворение силикат-глыбы производят водяным паром в автоклаве. Раствор жидкого стекла, поступающего на строительство, содержит 50. 70 % воды и имеет плотность 1,3. 1,5.

Силикаты натрия или калия, являющиеся основными компонентами жидкого стекла, в воде подвергаются гидролизу. Образующийся при гидролизе гель кремниевой кислоты Si(OH)4 обладает вяжущими свойствами. По мере испарения жидкой фазы концентрация коллоидного кремнезема повышается, он коагулирует и уплотняется.

В твердении растворимого стекла участвует также и углекислота воздуха, которая, нейтрализуя едкую натриевую или калиевую щелочь, образующуюся в растворе при гидролизе, способствует коагуляции кремнекисло-ты и более быстрому затвердеванию растворимого стекла. Однако глубина проникания углекислоты сравнительно невелика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности.

Процесс твердения растворимого стекла существенно ускоряется при повышении температуры и особенно при добавлении к нему веществ, ускоряющих гидролиз и выпадение геля кремниевой кислоты, например кремнийфтористого натрия. Кремнефторид натрия в воде гидролизуется

Na2SiF8 + 4Н2О = Si(OH)4 + 2NaF + 4HF а затем проходит реакция

HF + NaOH = NaF + Н.,0

Образующийся при этом фтористый натрий мало растворим в воде, поэтому процесс расщепления силикатов жидкого стекла и выделения геля кремниевой кислоты (клеящего вещества) ускоряется, что приводит к быстрому твердению системы.

Натриевое жидкое стекло используют для изготовления кислотоупорных, жароупорных и огнеупорных бетонов, огнезащитных обмазок и силикатизации грунтов. Калиевое жидкое стекло применяют для приготовления силикатных красок, мастик и кислотоупорных растворов и бетонов.

Кислотоупорный цемент изготовляют из тонкоизмельченных смесей кислотоупорного наполнителя (кварца, кварцита, диабаза, андезита и т. п.) и ускорителя твердения — кремнефтористого натрия. Название «цемент» для таких порошков имеет условный характер, так как они вяжущими свойствами не обладают и при затворении водой не твердеют. Вяжущим веществом в таких цементах является растворимое стекло, на водном растворе которого их и затворяют. Чаще всего применяют кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, в котвром наполнителем является чистый тонкомолотый кварцевый песок.

Основное достоинство и принципиальное отличие кислотоупорного цемента от других неорганических вяжущих веществ — его способность сопротивляться действию большинства минеральных и органических кислот (кроме фтористоводородной, кремнефтористоводородной и фосфорной).

Схватываются кислотоупорные цементы в пределах 0,3. 8 ч. Предел прочности при растяжении через 28сут должен быть не менее 2,0 МПа, а кислотостойкость — не менее 93 %. Предел прочности при сжатии стандартом не нормируется, но можно получить бетоны с прочностью при сжатии 30. 40 МПа и более.

Кислотоупорный цемент применяют для приготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов. Нельзя использовать кислотоупорный цемент для конструкций, подверженных длительному воздействию воды, пара и щелочей, а также в условиях низких температур (ниже—20 °С).

Портландцемент. Сырье, принципы производства.

Состав и технология производства портландцемента

Портландцемент представляет собой гидравлический вяжущий продукт тонкого помола цементного клинкера, который получается путем обжига до спекания природного сырья или искусственной сырьевой смеси определенного состава. Сырье, пригодное для получения портландцемента должно иметь 75-78% карбоната кальция и 22-25% глины. Такое природное сырье встречается крайне редко, поэтому заводы производящие цемент отлично работают на искусственных смесях из карбонатных пород и глины. Спёкшаяся сырьевая смесь в виде зерен 40-50 мм называется клинкером.

Получение портландцемента хорошего качества зависит от содержания главнейших оксидов в клинкере, процент которых должен быть в пределах: CaO – 60-68%. SiO₂ – 19-25%, оксида алюминия 4-8%, оксида железа 2-6%.

При содержании в портландцементе серного ангидрида SO₃ более 3.5% или MgO более 4.5% наблюдается неравномерность изменения объема. Гидравлический модуль портландцемента 1.7 – 2.7. С целью увеличения содержания в портландцементе того или иного оксида в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки, т.е. вещества, содержащие значительное количество того или иного оксида. При помоле клинкера добавляют до 5% гипса для регулирования сроков схватывания.

Улучшение некоторых свойств портландцемента и снижение его стоимости возможно путем введения до 15% активной минеральной добавки при измельчении клинкера. Портландцемент с активными минеральными добавками маркируют следующим образом: ПЦ 500Д15. Без добавок: ПЦ 500Д.

Технология получения цемента

Основные технологические операции выполняющиеся для получения цемента:

1. Добыча сырья и приготовление сырьевой смеси.

2. Обжиг сырьевой смеси и получение цементного клинкера.

3. Помол цементного клинкера с добавкой

Добыча сырья

Добыча сырья является основной в ступени производства цемента. Сырьём для цемента служит слой известняка зеленовато – жёлтого цвета. Добыча ведётся открытым способом. Залегания цементного известняка располагается на глубину до 10 м. неравномерными слоями до 0,7 м. Из опыта геологоразведочных работ таких слоёв, как правило, четыре.
Первичная обработка

После добычи известняк транспортируют и производят специальную сушку и первичный помол с добавлением специальных добавок. В маркировке такого цемента добавляется обозначение Д20, например ПЦ500 Д0 обозначает 0% добавок, а ПЦ 400Д20 — 20% добавок. В конце прохождения этой стадии смеси подвергают обжигу – таким образом получается клинкер.
Конечная обработка

Далее полученный клинкер ещё раз размалывают и сушат с добавлением известкового камня и активными минеральными добавками. Полученный материал является готовым цементом с заданными свойствами.

Поскольку у каждого вида исходного сырья есть свои особенности: минеральный состав, влажность, прочность каждое производство имеет свою уникальную технологию, позволяющую добиться необходимых свойств цемента.
В основном при производстве цемента на второй стадии используют одну из трёх отработанных технологий:

Мокрый способ

Применяется при производстве цемента из сырья состоящий из мела, глины, железосодержащих добавок. Требование к глине по влажности не более 20%, к мелу – не более 29%. Измельчение сырья производится в воде. Полученная шихта в виде суспензии влажностью до 50% поступает в печь для обжига. Диаметр печи может составлять 7 метров и длиной более 200 метров. В результате обжига получаются небольшие шарики – клинкеры, которые после тонкого помола станут готовым цементом.
Сухой способ

Основным отличием данного способа является то, что сырьё после или во время измельчения не увлажняется, а наоборот сушится. Таким образом, порошкообразная шихта поступает на обжиг уже в сухом виде. Данный вид обработки является наиболее экономически целесообразным, поскольку позволяет экономить не только сырьё, но и энергию, которая при мокром способе тратится на удаления воды из шихты.
Комбинированный способ

Данный способ производства совмещает в себе два способа и предполагает две разновидности технологий.

Мокрым способом готовят сырьевую смесь – шлам. После чего шлам пропускают через фильтры, осушая смесь до 16-18%, а затем отправляют на обжиг.