Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
спекания, уменьшаясь к холодному концу печи до 23... 29 кДж/(м2-К-с);
2) возможность очень точно регулировать температуру обжига;
3) отсутствие разбавления газообразных продуктов разложения сырья топливными газами, которое позволяет получать наряду с силикатными материалами также газообразные химические продукты;
4) многократное уменьшение и даже полное устранение пыле-уноса из обжигового агрегата. При обжиге в агрегате с жидким теплоносителем количество газов многократно уменьшается и, как минимум, в той же степени уменьшается количество пыли, выносимое из обжигового агрегата. Создание таких агрегатов, в которых пылеунос будет полностью исключен, становится реальностью;
5) при термообработке в среде металлических теплоносителей химические превращения идут с большой скоростью, что позволяет существенно сократить время пребывания материала в печи.
Выполненное в Ленинградском технологическом институте им. Ленсовета экспериментальное изучение твердофазовых превращений типа
Тисх-*т1 + г. Т1 + Т2-ИГ3, ц + т2-*т3 + г
показало исключительно высокую эффективность термообработки в расплавах чугуна или олова как средства синтеза твердых веществ. На примере реакций диссоциации карбонатов и дегидратации некоторых гидроксидов, твердофазового синтеза силикатов, алюминатов и других тугоплавких веществ была выявлена возможность ускорения соответствующих реакций в пределах от 5 до 300 раз. Об этом свидетельствуют данные, суммированные в табл. 23, а также приведенные в табл. 24, показывающие зависимость степени превращения от продолжительности термообработки в реакциях образования силикатов кальция, являющихся основными минералами портландцементного клинкера.
Как видно из табл. 24, скорость синтеза силикатов кальция в расплаве чугуна действительно весьма велика. Так, синтез ортосиликата при Г= 1773 К практически завершается в течение 1 мин, оксиортосиликата при Г = 1883 К в течение 20 мин. Это означает, что по сравнению с обычно используемыми условиями термообработки, при которых синтез этих веществ исчисляется многими часами, длительность процесса минералообразования сокращается примерно в 200—300 раз. Столь высокая эффективность термообработки в среде металлических расплавов является следствием ряда факторов:
1) с ростом темпов разогрева смесей кристаллических веществ, как это отмечалось еще в работах Н. А. Торопова, И. Г. Лугини-ной, М. Ф. Чебукова, занимавшихся резким обжигом, возрастает роль эффекта Хедвала благодаря реальной возможности совместить
324
С = х а о я ь 5 о 1> о ь «то" ь я а *
2: о м о
53 * и о
Э 3 я о
Я о я а
?я а а
>> я о
0) ^
но я о
а к Е-я
? я
о5
я я"
я а
ОО ОО 00 т*.
•е-
о
Ы
о о
СО
о
м
+
О
га
и
о
5
О
и
га
и
О
и
га
и
О
и
5
к
? О
га со су га О, о.
о о
со
о
см
1 га
2 ё га ^
га О Н
й) О
ь
? 2
о
СО
§ § §
со с--1^.
со со со
С~- СО СО 00 со СО
о
м
га
и
О
сЛ
о
и и
о
<
га
О с/5
3
О
СЛ
+ О
и
га
и
см
О
с/5
+
О
'О га
и
о
+
со
О
и
га
и
<
+
со
О
и
га
и
О
сл
+
со
О
и од
2!
СМ
О
со о со га
т. — га
§ 2 т
Я о. н га ш я V ш к
325
процессы разложения исходных реагентов и полиморфных переходов в них с основной реакцией минералообразования;
Таблица 24. Зависимость количества иепрореагировавшего СаО от условий синтеза силикатов кальция
Время обжига в расплаве чугуна, с Количество свободного СаО, % (мае.)
синтез Са2ЗЮ4 при Г=1773 К синтез Ca3(Si04)0 при Г = 1873 К
30 16,9 52,2
60 0,3 24,2
180 0 15,8
300 0 11,0
600 — 4,9
1200 — 0,7
2) в рассматриваемых условиях термообработки намного возрастает возможность образования метастабильных микроэвтектик, ускоряющих процессы минералообразования;
3) в условиях расплавотермической обработки используется экзотермический эффект самих реакций минералообразования, поскольку выделяемая теплота практически полностью используется на реализацию комплекса химических превращений;
4) следует иметь в виду, что в условиях скоростного нагрева вероятно повышение активности исходных реагентов из-за изменения термодинамических свойств веществ. По мере увеличения скорости нагрева происходит отклонение свойств нагреваемого вещества от равновесных, что приводит к увеличению избыточной свободной энергии;
5) при осуществлении термообработки в расплаве практически отсутствует неизотермический участок взаимодействия, на котором в обычных условиях формируется до 50. ..70% продуктов реакции. Поскольку скорость реакций при низких температурах меньше, чем при высоких, то очевидно, что при высоких темпах нагрева условия минералообразования становятся более предпочтительными.
Таким образом, изменяя условия подвода теплоты, можно активно влиять на скорость химических превращений.
Высокочастотный обжиг. В обычных печных агрегатах термо-обрабатываемое изделие прогревается горячими газами снаружи и в нем устанавливается температурный градиент, направленный от центра зерна к периферии. В последнее десятилетие разработан способ синтеза силикатных материалов путем их обработки в поле токов высокой частоты, при которой происходит объемное тепловыделение за счет диэлектрических потерь в обрабатываемом материале, и температурный градиент изменяет свое направление на обратное. При диэлектрическом нагреве имеется возможность,
