<<
>>

Получение глиноземистого цемента

Глиноземистым цементом называется быстротвердеющее гид­равлическое вяжущее вещество, состоящее преимущественно из низ­коосновных алюминатов кальция и получаемое тонким измельчением обожженной до плавления или спекания сырьевой смеси извести (из­вестняка) и бокситов.

Глиноземистый цемент характеризуется значительным содержа­нием глинозема, откуда и название «глиноземистый». Кроме того, встре­чается еще ряд других названий: бокситовый, алюминатый, электро­цемент, плавленый цемент и др. Химический состав глиноземистых цементов колеблется в следующих пределах (% мае.): А1203 - 35-55; СаО - 35-45; Si0o - 5-10; Feo03 - 0-15. Входящие в состав глиноземи­стого цемента оксиды в отличие от портландцемента образуют глав­ным образом не силикаты, а алюминаты кальция.

В системе СаО - А1о03 (рис. 24) известны следующие минералы: трехкальциевый алюминат ЗСаО • А1203 (С3А); двенадцатикальциевый семиалюминат 12СаО • 7А1203 (С12А?); моноалюминат кальция СаО • А1203 (СА); диалюминат кальция СаО • 2А1203 (САД; гексаалю­минат кальция СаО • 6А1203 (СА6).

Для всех алюминатов кальция характерен одинаковый структур­ный мотив - устойчивые анионные комплексы из тетраэдров | A10 J" и октаэдров [А106]9~, в вершинах которых располагаются атомы кисло­рода, а в центре - атомы алюминия. Они отличаются высокой склонно­стью к объединению между собой с возникновением более сложных структур (кольца, цепочки и т. д.).

Трехкальциевый алюминат С3А образуется только при получении портландцементного клинкера. Структура С3А представляет собой во­семь шестичленных колец из [А10 ]5_, связанных атомами кальция. Соединение 12СаО • 7А1,03 встречается как в портландцементном, так и в глиноземистом клинкере.

Решетка СПА? значительно деформирована, и в ней имеются боль­шие пустоты, которые легко могут быть заполнены одновалентными ионами, что способствует ускорению гидратации и поглощению гид­роксильных ионов при высокой температуре.

Максимальное поглоще­ние воды составляет 1,3 %, при этом образующиеся соединения соот­ветствуют формуле С10А?Н.

Моноалюминат кальция СаО • А1,03 является основным минера­лом глиноземистого клинкера. Структура СА представлена тетраэдра­ми [А104]5_ и ионами кальция, расположенными в октаэдрических пус­тотах. Эта структура соответствует структуре тридимита, в которой все атомы кремния замещены атомами алюминия. Это обусловливает нео­бычное трехмерное размещение тетраэдров. Структура сильно иска­жена большими ионами кальция. Два из трех ионов кальция координи­рованы шестью ионами кислорода, а третий окружен девятью ионами кислорода. Соответственно расстояние Са - О для Са1 и Са11 изменяет­ся от 0,231 до 0,272 нм, адля Са1д- от 0,236 до 0,317 нм. Этим объясня­ется высокая гидратационная активность СА.

В решетке С А, атомы алюминия тетраэдрически скоординирова­ны кислородом. С А, выкристаллизовывается из расплавов в виде игл или пластинок. С А, гидратируется медленно. Активизировать его мож­но с помощью добавки С'а(ОН), или внедрением в его решетку различ­ных элементов, например Сг3+, Тг1. Бе3+ и т. д.

Гексаалюминат кальция СаО • 6А1,0, (САД не гидратируется при обычной температуре, поэтому его наличие в глиноземистом цементе снижает прочность цементного камня.

Образование минералов идет по схеме

Разложение СаС03 происходит в интервале 600-1000 °С, образо­вавшийся СаО реагирует с А1,0, с получением СрА_ и СА. Появление двенадцатикальциевого семиалюмината наряду с моноалюминатом кальция является следствием быстрой диссоциации СаС03 в интерва­ле 600-800 °С и образования в системе СаС03 - А1,0, значительного количества СаО. При повышении температуры до 1000 °С ускоряется взаимодействие глинозема с СаО, в результате чего резко повышается количество СА в продукте обжига (спеке) и уменьшается содержание С^А При температуре 1200 °С появляются микрорасплавы, способ­ствующие ускорению реакций взаимодействия компонентов.

Повыше­ние температуры до 1300 °С сопровождается полным усвоением изве­сти. Образование СА, происходит за счет реакции взаимодействия САсА1203.

Как показывают многочисленные исследования, реакции в твер­дом состоянии являются, как правило, многоступенчатыми, с образо­ванием промежуточных соединений. Последовательность возникнове­ния новых фаз определяется не их химическим потенциалом, а рабо­той их образования. В тех случаях, когда структуры наиболее выгодных в термодинамическом отношении новых соединений будут мало отли­чаться от структур исходных веществ, они одновременно окажутся и первичными, и наиболее устойчивыми. И наоборот, если новые струк-

туры наиболее выгодны в энергетическом отношении, но очень далеки от структур исходных компонентов, то возникают кинетические труд­ности прямого перехода исходных соединений в эти структуры. По­этому первыми в таких условиях будут появляться промежуточные, близкие по структуре к исходным, соединения, хотя энергетически они менее выгодны. Этим объясняется то обстоятельство, что продукт об­жига во всех смесях СаО с А1203 имеет поликомпонентный состав. Продукт обжига смеси СаО : А1203 = 12:7 содержит С3А, С12А7 и СА. Смесь, рассчитанная на получение моноалюмината кальция, содержит С А, С12А7 и небольшое количество С А Продукт обжига смеси СаО : А1203 = 1:2 содержит СА, СА2, А1203. Расчетный фазовый состав достигается при значительном увеличении длительности обжига или повышенной температуре обжига, особенно при плавлении. Важной стадией процесса синтеза алюминатов кальция является диффузия ионов, поэтому введение в сырьевую смесь веществ с малой энергией химических связей интенсифицирует процесс образования минералов.

Минеральный состав обычных глиноземистых цементов представ­лен преимущественно низкоосновными алюминатами кальция СА и СА2, которые и обусловливают его свойства как быстротвердеющего высокопрочного вяжущего вещества. При этом главная роль принад­лежит моноалюминату кальция; количество С12А7 и СА2 относительно невелико.

Моноалюминат кальция в смеси с водой гидратируется и, твер­дея, дает камень высокой прочности. Двенадцатикальциевый семиалю- минат в смеси с водой быстро схватывается и твердеет. Прочность его достигает вначале значительной величины, а с течением времени сни­жается. Диалюминат кальция, содержащийся в обычных цементах при­мерно в пределах 20-30 %, при твердении характеризуется высокой прочностью, но относительно медленно нарастающей.

Обычно в глиноземистых цементах содержится небольшое коли­чество Р-СД. характеризующегося медленным твердением, а также геленит 2СаО • А1203 • 8Ю2, практически не взаимодействующий с во­дой при обычных температурах. Эти компоненты ухудшают вяжущие свойства глиноземистого цемента, в особенности геленит, который, связывая глинозем в инертное вещество, уменьшает содержание ак­тивных алюминатов кальция в вяжущем. Каждый процент кремнезема дает 4,5 % балластного соединения геленита, поэтому содержание 8Ю2

в сырье должно ограничиваться минимальными пределами (до 4-5 %).

Оксиды железа в глиноземистых цементах представлены обычно в виде твердых растворов - от С6А,Р до С0К Оксид магния присутству­ет в виде магнезиальной шпинели А^О • А1,0,. периклаза А^О или окерманита 2СаО • А^О • 28ЮГ

Как уже отмечалось, для производства глиноземистого цемента используют чистые известняки и бокситы. Наряду с бокситами для производства глиноземистого цемента применяют иногда алюминие­вые шлаки и шамот из высокоглиноземистых глин, однако в этом слу­чае получается глиноземистый цемент пониженного качества.

Существуют два способа производства глиноземистого цемента: обжиг до спекания и обжиг до плавления. В первом случае тщательно измельченные и размолотые сырые материалы обжигаются так же, как и портландцементный клинкер, до спекания во вращающейся или шах­тной печи. Этот способ применяется редко, так как температура спека­ния глиноземистой сырьевой смеси близка к температуре плавления (1250-1350 °С - спекание и 1400-1450 °С - плавление). Кроме того, получить качественный глиноземистый цемент по этому способу мож­но только из высококачественных бокситов с небольшим содержанием кремнезема и оксида железа.

Во втором случае грубоизмельченную смесь известняка или из­вести и боксита плавят в специальных электрических или доменных печах. Процесс плавления ведется в восстановительной среде, вслед­ствие чего происходит восстановление оксида железа до металличес­кого железа, которое, соединяясь с кремнием, восстанавливающимся из кремнезема, образует ферросилиций. Последний, обладая большим удельным весом, находится в нижнем слое расплавленной массы, а вер­хний слой состоит из жидкого сплава, представляющего собой очи­щенный от примеси кремнезема глиноземистый цемент. Отделение образующегося металлического железа производится электромагнита­ми после тонкого помола охлажденного продукта. Плавка в электри­ческих и доменных печах позволяет использовать бокситы с повышен­ным содержанием примесей. Это обусловило преимущественное при­менение таких способов производства глиноземистого цемента.

На качество цемента, получаемого плавлением в тех или иных печах, сильно влияет режим охлаждения расплавов. При быстром ох­лаждении структура материала становится стекловидной, причем при помоле получается цемент пониженного качества. Медленное охлаж­дение расплава приводит к хорошей кристаллизации алюминатов каль­ция, которые в таком виде обладают повышенными вяжущими свой­ствами.

2.3.

<< | >>
Источник: Андреева, Н. А.. Химия цемента и вяжущих веществ: учеб. пособие. 2011

Еще по теме Получение глиноземистого цемента:

  1. Получение портландцементного клинкера
  2. Способы получения воды
  3. Глава 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
  4. согласование проекта перепланировки и получение разрешения
  5. Физико-химические основы получения цементного клинкера
  6. Расширяющиеся цементы (РЦ)
  7. Расширяющиеся и напрягающие цементы
  8. 3.2. ЦЕМЕНТ
  9. ГЛИНОЗЕМИСТЫЕИ ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫЕ ЦЕМЕНТЫ (ГОСТ 969)Alumina and high alumina cements
  10. Глава 1. ХИМИЧЕСКИЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ПРИРОДНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
  11. Тонкомолотый многокомпонентный цемент (ТМЦ)
  12. Напрягающийся цемент НЦ-Люкс