Фазовий склад цементного клінкеру при використанні різновидів глинистої сировини

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФАЗОВИЙ СКЛАД ЦЕМЕНТНОГО КЛІНКЕРУ ПРИ ВИКОРИСТАННІ РІЗНОВИДІВ ГЛИНИСТОЇ СИРОВИНИ

Черняк Л.П.

Вступ, постановка проблеми. Цементи загальнобудівельного та спеціального призначення широко використовуються як гідравлічне в'яжуче, що забезпечує конструктивну та експлуатаційну надійність споруд. У 2016 р. в світі було вироблено 4, 2 млрд. т цементу, в Україні -- біля 10 млн. т.

Виробництво цементу потребує значної кількості сировинних і енергетичних ресурсів, що відносяться до вичерпних і невідновлювальних. Це обумовлює необхідність постійного пошуку нових і раціонального використання існуючих ресурсних джерел на наукових засадах хімічної технології силікатів.

Карбонатні та глинисті матеріали є головними складовими сировинних сумішей для виготовлення гідравлічних в'яжучих. При цьому глини та каоліни розглядаються як алюмо- і кремнеземвмісний компонент, необхідний для реалізації фізико-хімічних процесів спікання силікатних систем при їх випалі, наслідком чого є формування фазового складу, що визначає властивості в'яжучого матеріалу. В цьому зв'язку вирішення задач оптимізації складів сировинних сумішей для виробництва в'яжучих потребує поглиблення наукових уявлень про вплив хіміко-мінералогічного складу глинистого компоненту на фазо- утворення та властивості матеріалу, в напрямку чого виконана подана робота.

Портландцементний клінкер є продуктом спікання при випалюванні сировинної суміші належного, складу [1-7]. При цьому в результаті фізико-хімічних і термохімічних процесів отримують клінкер, що складається з чотирьох основних клінкерних мінералів: трикальцієвого силікату C3S (аліта), двокальцієвого силікату C2S (беліта), трикальцієвого алюмінату С3А і чотири- кальцієвого алюмофериту C4AF.

Хімічний склад портландцементного клінкеру характеризується вмістом, мас.%: Si02 -- 20-24; А12О3 - 4-8; Fe203 - 2-6; СаО - 62-68; MgO - 1-4, 5; SO3 - 1. крім того містяться домішки у вигляді лугів, оксидів титану, фосфору та ін.

Виділення не вирішених раніше частин загальної проблеми. Хіміко-мінералогічний склад суміші, який багато в чому залежить від різновиду глинистого компоненту, є важливим фактором досягнення заданого мінералогічного складу клінкеру.

Розрахунки та аналіз складу сировинних сумішей

Із застосуванням комп'ютерної програма «Клінкер» [13] визначено склади і проведено аналіз сировинних сумішей на основі дубовецького вапняку з різновидами глинистих компонентів [14; 15]. При цьому встановлено залежність кількісного співвідношенні компоненті та вмісту глини від її хіміко-мінералогічного складу.

Так, сировинна суміш для виготовлення клінкеру з регламентованими значеннями коефіцієнту насичення КН = 0, 90 та кремнеземного модулю n = 2, 0-3, 5 можливий вміст кривинської глини становить 12-17 мас.%, спондилової глини -- 11, 522 мас.%, каоліну КССК -- 9-15, 5 мас.% (рис. 3).

Проведені у відповідності з ДСТУ Б В.2.7 -- 46:2010 розрахунки прогнозного фазового складу клінкеру з досліджуваних сумішей вказують на вірогідність відмінностей: при аналогічному якісному складі кристалічних утворень проби суттєво відрізняються їх кількісним вмістом і співвідношенням. Так при збільшенні у вихідній суміші вмісту кривинської глини від 12 до 17 мас.% прогнозується незначне (на 1-2%) зростання утворень C3S, C2S і С3А при суттєвому зменшенні C4AF на 4, 5% (табл. 1).

При збільшенні у вихідній суміші вмісту спондилової глини від 11, 5 до 22 мас.% прогнозується також незначне (на 1, 5-1, 7%) зростання утворень C2S і С3А, збільшення C3S на 5, 1% при значному зменшенні C4AF на 8, 6% або у 1, 9 рази.

При збільшенні у вихідній суміші вмісту каоліну КССК від 9 до 15, 5 мас.% прогнозується також незначне (на 1, 2%) зростання утворень C2S, збільшення C3S і С3А відповідно на 3, 6 і 3, 9% при значному зменшенні C4AF на 8% або у 2, 3 рази.

Склад 3-х компонентних сумішей визначали по заданим значенням коефіцієнту насичення КН=0, 90 та кремнеземного модулю n=2, 50. Очевидно (табл. 2), що при цьому склад сумішей на основі дубовецького вапняку відрізняється вмістом різновидів глинистого компоненту: на рівні 16--17 мас.% у випадку спондилової та кривинської глини, суттєво меншим -- близько 13 мас.% у випадку каоліна КССК.

Досліджувані 3-компонентні суміші в залежності від різновиду глинистого компоненту мають відмінності у кількісному співвідношенні компонентів, значенні глиноземного модулю та фазового складу клінкеру.

У випадку суміші на основі системи вапняк -- спондилова глина при застосування як коригуючої добавки 7, 0 мас.% відходу теплоенергетики -- золи-виносу Бурштинської ТЕС у порівнянні з бінарною сумішшю має місце зменшення вмісту глини та зростання кількісного співвідношення вапняк: глина з 3, 2 до 4, 6 із зменшенням значень кремнеземного модуля клінкера з 4, 05 до 2, 50 і глиноземного модуля з 1, 40 до 0, 95. При цьому прогнозуються зміни фазового складу клінкеру: зменшення вмісту C3S на 4, 6% (з 64, 58 до 59, 98), C2S - на 1, 6% (з 21, 00 до 19, 39), C3A - на 1, 2% (з 5, 00 до 3, 82), збільшення C4AF майже вдвічі (з 7, 60 до 14, 20).

Таблиця 1 Склад і характеристики сумішей та клінкеру