A cementklinker égetésének folyamata
A nyerslisztből származó cementklinker előállításához az anyagot körülbelül 1450 ° C-ra melegítjük. A szinterezésben új, kémiailag aktív vegyületeket hoznak létre, amelyeket klinker fázisnak neveznek. A klinker égési folyamat igényel egy oxidáló atmoszféra a kemencében, különben a klinker kapott barna színű (fekete helyett) csökken, és az erőt a cement hidratációs retardált. A kiégetés alatt bekövetkezik hő fogyasztás melegítjük az anyagot, szárítás kiszáradás folyamatok és bomlása agyagásványok, a karbonátok bomlásából a kalcium és a magnézium, hogy kémiai szinterezés folyamatok eredményeként a szilárd fázisú reakciók képződésével járó reakciókat olvadék. Ezeknek a folyamatoknak a sebessége és a benne lévő hőfogyasztás a nyers tétel, az ásványi összetétel és a fizikai tényezők kémiai összetételétől függ. Ezeknek az endoterm reakcióknak a teljes folyamata döntő fontosságú a cement minőségében.
Az 1.9. Táblázat áttekintést nyújt az alább ismertetett reakciókról. Az 1.14. Ábra bemutatja a klinkerképző folyamatok reakciójának menetét a kemencében történő égetés során. Az irodalom részletes információkat tartalmaz a klinkerképző folyamatokról [53,71,72,73,74,75, 76].
1.14. Ábra - A Portland cementklinker égetésének folyamata (Voltaire szerint) [76]
Agyag ásványi anyagok (kaolinit, halloizit, montmorillonit) a hőmérsékleti tartományban 50. 100 ° C elveszti a csepegtető folyadék fizikailag kötött vizet.
1.9. Táblázat - A Portland cement nyersliszt (bázikus klinker égési reakciók) hőkezelése során végzett kémiai reakciók [77] szerint
Reakciók a szilárd fázisban
100 ° C és 400 ° C közötti hőmérséklet-tartományban az agyag ásványokból eltávolítjuk az adszorptív és részlegesen kristályosodó vizet. A hőmérséklet-tartomány 400-700 ° C a kristályrétegeiben kristályvizet szabadul alumíniumszilikátok és kristály-víz, és a maradék 2. 3% csak allokált 900. 1000 0 C.
Például a kaolinit dehidratációja metakaolinit képződéséhez vezetett:
A 600-900 ° C hőmérséklet-tartományban a metakaolinit és a megfelelő reakciótermékek például oxidok reaktív keverékébe bomlanak, az alábbiak szerint:
Az agyagok kiszáradása az ásványi anyagok típusától, a szennyeződések típusától és mennyiségétől, a részecskemérettől, a kristályrács típusától és a légköri közeg típusától függ.
A nyers étkezésben lévő CaCO3-ot 896 ° C feletti hőmérsékleten bontják le, mivel a CO2 részleges nyomása nem haladja meg az 1 bar értéket a következőkkel összhangban:
Az MgCO3 termikus hasítása alacsonyabb hőmérsékleten történik, és a klinkerképződés szempontjából lényegesen kevésbé fontos.
Körülbelül 550-600 ° C-on kezdődik a CaCO3 bomlása következtében kialakuló CaO közötti szilárd fázisú reakció. és agyagos bomlástermékek (SiO2, A12O3), amelyek kezdetben kalciumvegyületek képződnek, előnyösen monokalcium-aluminát-CA, monokalcium-szilikát CS. A formáció trikalcium-aluminát (C3A) és kalcium alyumoferrita (C2 (A, F) és a dikalcium-szilikát (C2S) a portlandcement-klinker kezdődik mintegy 800 ° C-on
A szilárd állapotban nagyon lassú reakciókat fel lehet gyorsítani a szemcseméret csökkentésével (a nyersanyag finom őrlése), növelve a kristályrács hőmérsékletét és hibáit.
Reakciók a szinterelés során
Az olvadás első szakasza, és így a szinterelés kezdete körülbelül 1260-1310 ° C hőmérsékleten megy végbe. A klinker olvadáspontja növekvő hőmérséklet mellett növekszik. 1450 ° C-on az olvadék mennyisége körülbelül 20-30%, és az éghető anyag kémiai összetételétől függ. A szilikát modulus növekedésével az olvadék aránya a klinkerben csökken. A magas klórmentes CaO-t tartalmazó takarmánykeverékben az olvadékcseppek megjelenése a klinker-szinterezés folyamatának kezdete. Az olvadék képződésével CaO és C2S oldódnak fel benne, és a reakcióval reagálnak egy trikalcium-szilikát képződésével:
A reagensek diffúziója az olvadékban jelentősen felgyorsul. Ez a szinterelés fő feladata, értékes kristályos trikalcium-szilikát képződik. Ez indokolja a drága klinkerégetési eljárást magas szinterezési hőmérsékleten. Szennyeződések aluminát amely a ferrit és az olvadt fázis vannak ágyazva a kristályrácsba dikalcium és trikalcium-szilikátok, mint a szilárd fázis és egy szilárd ásványi megoldásokat. Az A123 és Fe2O3 mindegyikét feloldjuk az ömledékben, 1400 ° C-on. majd Portland-cement-klinkert képezve. Az olvadék hozzávetőleges összetétele 56% CaO, 7% SiO2. 23% A1203 és 14% Fe203. Ezenkívül az olvadék elősegíti az egyéb reakciókat, például a durva kvarc vagy mészkő átalakítását. Ezeket a reakciókat fel lehet gyorsítani (különösen a kvarcot) az olvasztási zóna növelésével, az olvadékviszkozitás csökkentésével és a durva frakció lebontásával (törés).
Az olvadék viszkozitása az alumínium-oxid modul értékének csökkenésével vagy a Fe2O3 tartalom növekedésével csökken. Külföldi szennyeződések is befolyásolják az olvadék viszkozitását, növelve az alkáli tartalmat, CaS04 és MgO csökkentik a viszkozitást.
Reakciók hűtés közben
A cementklinker előállításának fontos folyamata a hűtés. A forgó kemencék hűtési zónájából a klinker 1100 ... 1300 0 С hőmérsékleten hagyja el. A végső hűtést hűtőszekrényben végezzük.
A klinkerhűtés jelentős hatással van a szerkezetre, ásványtani összetételre, zsugoríthatóságra és ennek következtében a kapott cement minőségére.
Először is, a klinker hűtési arány befolyásolja a kristályos és az üveges fázisok arányát. A lassú hűtés a kristályosodás bekövetkezik, és a gyors - lassítja a kristályok képződése és jelentős része az olvadék megszilárdul formájában klinker üveg. A forgókemencék klinkerében az olvadék aránya 20 ... 25%.
A klinkerhűtés hányada befolyásolja a cementmennyiség változásának állandóságát. A gyors hűtés válik nagy mennyiségű MgO az üveges fázis, vagy marad a mikrokristályos állapotban (szemcseméret legfeljebb 5 ... 8 m). Lassú hűtés esetén az MgO kristályok mérete növekszik, elérve a 30 ... 150 μm értéket, ami egyenetlen változást okoz a cement térfogatában a keményedés során. Az éles tüzelési és gyorsan lehűtjük a klinker alit képződő kristályok kicsik, ami növeli a szilárdságot a cement kő.
A klinker hűtési eljárás meghatározza a cement kémiai ellenállását is. A klinker gyors hűtése növeli a cement szulfátrezisztenciáját. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a C3 A klinker meghatározza ellenállás képest szulfát agresszió, upon gyors hűtés végbemegy főleg üvegszerű formában, és kevésbé érzékeny a hatások elleni szulfátok.