<<
>>

Процессы декарбонизации

Природное карбонатсодержащее сырье (известняк, доломит, маг­незит и пр.) подвергают сильному нагреванию (обжигу) с целью полу­чить оксиды кальция и магния - основы известковых и магнезиальных вяжущих.

При получении цементных клинкеров также происходит тер­мическая диссоциация карбонатов, входящих в состав сырьевой смеси.

Термическая диссоциация карбонатов металлов II группы глав­ной подгруппы (щелочноземельных металлов и магния) может быть представлена стехиометрическим уравнением

(1)

Карбонат и оксид металла практически нерастворимы друг в дру­ге и представляют собой две самостоятельные фазы постоянного со­става. Поскольку состав каждой фазы постоянен, то любое состояние системы (1) определяется двумя величинами: температурой и давлени­ем. За независимый параметр обычно принимают температуру, тогда если общее давление совпадает с давлением газа С02, то

Диссоциация карбонатов - эндотермическая реакция, повышение температуры сдвигает равновесие вправо и увеличивает Р(СОД.

В общем случае константа равновесия реакции (1) выражается уравнением

При небольших значениях общего давления а(С0о) = Р(С0о).

Ак­тивность конденсированных фаз постоянного состава практически не изменяется и равна единице («(МеСО,) ~ а(МеО) «1), откуда

С другой стороны, поскольку

то и зависимость Р(С0о) = /('/) может быть выражена как

Эта зависимость может быть выражена графически в виде вос­ходящей кривой, разделяющей поле диаграммы на две области: I и II (рис.

17).

Область I, лежащая над кри­вой, представляет собой совокуп­ность точек, для которых спра­ведливо неравенство

Рис. 17. Зависимость давления диссоциации от температуры

где Р(С02): - произвольное на­блюдаемое давление СО,,; Р(СО,) - равновесное давление С02.

Очевидно, что для систем (1), состояние которых описывается точками области I, АG > 0, т. е. самопроизвольным процессом будет не диссоциация, а ассоциация. МеО в таких условиях (Т, Р(С02):) образует с СО, неравновесную систему, в которой в отсутствие кинетических препятствий будет непрерывно происходить процесс карбонизации:

Таким образом, все точки области I соответствуют условиям существования неустойчивого оксида металла и устойчивого карбоната металла.

В области II соблюдается обратное соотношениеР(С02)п кислорода, необходимых для формирования граней решетки СаО. Дальнейшее развитие процесса идет на границе раздела фаз СаО и СаС03, так как вследствие деформирующего влияния СаО на образующейся поверхности легче идет распад группы [С03]2 . С появлением границ раздела процесс диссоциации ускоряется и при­обретает автокаталитический характер. Фронт реакции, определяющий положение макроскопической границы исходной фазы - СаС03 и новой фазы - СаО, будет состоять как из вновь появившихся, так и из растущих частичек оксида кальция. Скорость реакции диссоциации, достигнув максимального значения, соответствующего наибольшей поверхности раздела, начинает замедляться; этому процессу способствует утолщение внешнего слоя, состоящего из СаО, и лимитирующей стадией становится диффузия молекул СО, через этот слой.

Часто известняки содержат примеси, что еще более усложняет процессы, происходящие при их обжиге.

Почти всегда в известковых породах содержатся глины и кварц. При температуре обжига извести протекают твердофазные реакции между карбонатом и оксидом каль­ция и компонентами примесей, например

поэтому в состав продуктов обжига известняка кроме собственно оксида кальция входят двухкальциевый силикат ß-2CaO • Si02, однокальциевый алюминат СаО • А1203 и двухкальциевый феррит 2СаО • Fe203. Чем больше в известняке глинистых и песчаных примесей, тем больше образуется указанных соединений, тем медленнее гасится известь и тем сильнее выражены ее гидравлические свойства.

При обжиге доломитов могут протекать следующие химические реакции:

Термодинамический анализ этих реакций показывает, что до 450 °С возможен только распад доломита на карбонаты; при увеличе­нии температуры (600-750 °С) образуется оксид магния; начиная с 750 °С в системе образуется оксид кальция. Обжигая доломиты при разных температурах, можно получить следующие материалы:

каустический доломит, состоящий из MgO и СаС03 и получае­мый обжигом при 650-750 °С с последующим измельчением;

доломитовый цемент, состоящий из MgO, CaO и СаС03 и получа­емый обжигом при 750-850 °С с последующим измельчением в тон­кий порошок;

доломитовую известь, состоящую из MgO и СаО и получаемую обжигом при 900-950 °С.

При производстве магнезиальных вяжущих проводят обжиг маг­незита; его разложение идет по реакции

Теоретически разложение MgC03 начинается при 300 °С, но про­текает достаточно полно лишь при 600-650 °С. Дальнейшее повыше­ние температуры обжига нежелательно, так как оксид магния посте­пенно уплотняется, его зерна растут, вследствие чего получаемый про­дукт обладает низкой реакционной способностью. При температурах выше 1200 °С образуется крупнокристаллический периклаз, не обла­дающий вяжущими свойствами.

1.2.
<< | >>

Еще по теме Процессы декарбонизации:

  1. Состав технологических процессов
  2. Процесс окрашивания
  3. ТОПЛИВО И ТОПОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ
  4. Процесс окрашивания
  5. Глава 8. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ СТРОИТЕЛЬСТВА
  6. Общий состав процесса.
  7. Процесс окрашивания окон
  8. Виды моделей производственных процессов
  9. ПРОЦЕССЫ ТРУДА Н ОСНОВЫ ЕГО ОРГАНИЗАЦИИ
  10. 3.4 РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГРУНТАХ. ПОЛЗУЧЕСТЬ