Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
2CaO • SiO2 + H2O = 2CaO • SiO2 • H2O
3CaO • Al2O3 + 6H2O = 3CaO • Ai2O3 • 6H2O
Механизм схватывания и затвердевания цементов при затворе-нии водой можно представить следующим образом. В первый период происходит растворение в воде растворимых соединений и образование насыщенных растворов. Во второй период происходит образование в коллоидном, студнеобразном состоянии малорастворимых гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроферритов кальция (по реакциям, приведенным выше), а также гидроокисей кальция. В этот период масса обладает пластичностью и легко формуется. В третьем периоде в студнеобразной массе идет процесс кристаллизации, причем различные коллоидные новообразования кристаллизуются с разной скоростью. В первую очередь кристаллизуются гидроокись кальция и гидроалюминаты кальция. В результате образования кристаллов, пронизывающих тестообразную массу, она становится твердой, но еще не приобретает прочности. Этот период называется схватыванием Цемента.
Последующий период твердения характеризуется уплотнением, массовой кристаллизацией студней, состоящих из гидросиликатов кальция, высыханием массы и упрочнением ее за счет срастания и переплетения кристаллов. Основное значение в нарастании механической прочности цементов имеет кристаллизация наиболее быстро твердеющего минерала — трехкальциевого силиката, и скорость нарастания прочности цементного камня зависит от содержания этого компонента в клинкере.
3. производство портланд-цемента
Портланд-цемент занимает первое место среди всех вяжущих веществ по масштабам производства и потребления (в среднем около 50% общего выпуска цемента). Портланд-цемент изготовляется из сравнительно доступного и дешевого сырья; изделия из него обладают высокой механической прочностью, полной воз-духоустойчивостью, высокой морозостойкостью, быстро твердеют как на воздухе, так и под водой. Портланд-цемент представляет собой смеси минералов — трехкальциевого силиката 3CaO-SiO2, двухкальциевого силиката 2CaO-SiO2, трехкальциевого алюмината 3CaO-Al2O3, трехкальциевого алюмоферрита 3CaO-Al2O3-Fe2O3, свободных окисей кальция CaO и магния MgO. Технологическая схема и оборудование производства портландцемента являются типичными для технологии большинства вяжущих материалов. Портланд-цемент получают обжигом до спекания (максимальная температура обжига 1400—1450° С) точно Дозированной смеси глины и карбоната кальция с последующим тонким измельчением полученной спекшейся массы, называемой клинкером. Соотношение основных минералов, составляющих порт-
ланд-цементный клинкер, колеблется в следующих пределах (вес. %): 3CaO-SiO2 42—60; 2CaO-SiO2 15—35; 3CaO-Al2O3 5—14; 3CaO-Al2O3-Fe2O3 10—16. В заводской практике при расчете шихты исходят из заданных процентных соотношений главнейших окислов в клинкере. Эти соотношения называются модулями — силикатным модулем я и глиноземным модулем р:
Главной характеристикой минералогического состава клинкера портланд-цемента служит коэффициент насыщения KH кремнезема известью, выражающий отношение количества извести, оставшейся в клинкере после образования 2CaO-SiO2, 3CaO-Al2O3 и CaSO4, к количеству извести, необходимому для связывания кремнезема в виде 3CaO-SiO2. Пользуясь заданными модулями и KH, а также данными химического анализа сырьевых материалов—известняка и глины, рассчитывают их весовое соотношение в шихте. Для портланд-цемента коэффициент насыщения составляет 0,8—0,95. Чем меньше KH, тем больше содержание в клинкере 2CaO-SiO2 и тем ниже активность цемента.
Производство портланд-цемента складывается из двух самостоятельных процессов: а) производство полуфабриката — клинкера, включающее подготовку сырьевой смеси и ее обжиг, и б) помол клинкера с добавками, складирование и упаковка портландцемента. Существуют два способа подготовки сырьевой смеси — мокрый и сухой; в соответствии с этим различают мокрый и сухой способы производства портланд-цемента. Мокрый способ отличается подготовкой сырых материалов в присутствии воды, а по сухому способу материалы размалывают и перемешивают в сухом виде. В настоящее время мокрый способ наиболее распространен в СССР и за рубежом.
Схема производства портланд-цемента по мокрому способу приведена на рис. 47. Известняк дробят в дробилках, дробленый известняк подается в трубные мельницы, где происходит совместное тонкое измельчение известняка и глины, подсваемой в виде жидкой массы из глиноболтушек. Из мельниц сырьевой шлам подается в железобетонные резервуары с мешалками или с пневматическим перемешиванием смеси, называемые шламбассейнами. В шламовых бассейнах производится хранение и корректировка сырьевой смеси, т. е. смешение шламов разного химического состава для получения требуемого соотношения компонентов. Сырьевая смесь обжигается в барабанных вращающихся печах. Печь отапливается угольной пылью, газообразным топливом или мазутом, причем топливо сжигается внутри печи. Сырьевой шлам, подаваемый в печь из' горизонтального шламбассейна,
%Si02
(V.1)
KH =
96Al2O3+%Pe2O3 •
96Al2O3 Р % Fe2O3 ' (СаОо6щ - СаОсво6) - (1,65Al2O3 + 0,35Fe2O3 + 0,7SO3) 2,8 (SiO205m — SiO2CBO5)
