УДК 666.9.015.22
Пьячев В.А., Башкатов Н.Н.
Уральский государственный технический университет – УПИ
О возможности применения отходов мокрой магнитной сепарации в производстве портландцемента известно давно, но получаемые при этом цементы имеют в своем составе 5-6% оксида магния, из-за чего их использование считается невозможным. Однако в результате применения подобных отходов возможно получать цементы, имеющие марку 400, а существующие исследования по влиянию MgO на прочность и изменение объема цементных образцов, показывают, что подобное содержание оксида не страшно [1-2]. Получаемые цементы, как правило, отличаются от обычных более совершенной кристаллизацией алита – в виде кристаллов прямоугольной формы, что говорит о более равновесной структуре материала, а это в свою очередь может привести к изменению изотермической выдержки подобных цементов во время обжига.
Для выяснения влияния оксида магния на образование и развитие основных фаз портландцементного клинкера проведены исследования на химически чистых материалах, имитирующих реальную сырьевую смесь с модулями: КН=0,94; n = 2,44; р=1,12. Данная смесь была разбита на 4 группы: контрольную и с добавлением 3, 6, 9% MgO соответственно. Фазовый состав определяли методом химического анализа на образцах, взятых из силитовой печи при температурах 1150, 1250, 1350, 1450оС.
Кинетика усвоения свободной извести, показала, что усвоение свободной извести в интервале 1150-1450оС во всех смесях протекает равномерно, максимальное её количество во всем интервале у смеси с 3, а минимальное с 9, но при максимальной температуре у всех менее 1% с сохранением этого распределения.
Динамику образования минералов изучали при обжигах, проведенных в том же интервале, что и кинетика СаОсв и при изотермической выдержке в 30 мин. Данные по алиту показывают, что в экспериментальной смеси он появляется в количестве 10-20% уже при 1250, что на 100оС меньше, чем у контрольной. Дальнейшее его образование в шихтах идет с увеличением количества, причем максимальное его содержание у смеси с 9% MgO при 1350оС. Это возможно объяснить более ранним появлением жидкой фазы за счет магния. Однако у контрольной при 1450оС его 69,49, а у экспериментальных смесей с содержанием 6 и 9% MgO идет его снижение до 40-45% (рис.1).
Подобное поведение трехкальциевого силиката возможно объяснить тем, что при повышенном содержании магния он формируется в более равновесных условиях, а это может привести к протеканию реакции его образования в обратном направлении:
с образованием белита и свободного оксида кальция, что соответствует данным В.В.Тимашева [3].
Данные по белиту показывают, что его содержание у этих же смесей увеличивается в интервале 1350-1450оС, причем примерно в тех же пропорциях (рис.2). Обращает на себя внимание, что во всех смесях с содержанием магния идет уменьшение содержание белита от температуры 1150оС, а у контрольной увеличение его содержание до температуры 1250оС. Это так же доказывает возможность более раннего образование алита в экспериментальных шихтах, так как снижение количества C2S говорит о его растворении в жидкой фазе.
Однако повышения содержания свободной извести в экспериментальных клинкерах зафиксировано не было, что говорит о её расходе на какие-то другие нужды. Вероятнее всего, что она уходит на образования трехкальциевого алюмината, что подтверждается динамикой его образования (рис.3). Так контрольный клинкер показывает незначительное увеличения С3А в интервале 1350-1450оС, что связано с частичным растворением этого материала в жидкой фазе. У экспериментальных, в этом же интервале, начинается заметное увеличение содержания С3А, на образование которого, возможно и уходит высвободившаяся свободная известь.
Динамика образования алюмоферритной и стеклофазы не вызывает интереса, единственное, что можно отметить это повышенное её содержание у экспериментальных клинкеров в сравнении с контрольным, что так же связанно с наличием в них оксида магния.
Таким образом, повышенное содержание оксида магния приводит к образованию алита в более ранние сроки, наибольшее его количество в клинкерах с 6 и 9% MgO фиксируется при температуре 1350оС, однако это, в свою очередь, приводит к образованию более равновесной структуры, что в свою очередь, приводит к его рекристаллизации, повышению содержания белита и образованию свободной извести, которая, в свою очередь, расходуется на образование трехкальциевого алюмината. Причем наиболее активно процесс образования С3А идет в смеси с 6% оксида магния.
Библиографический список
1. Шмитт-Хенко К. Содержание окиси магния в клинкере, автоклавные испытания и прочность. / Шестой международный конгресс по химии цемента. М.,1974.
2. Никифоров Ю.Н., Зозуля Р.А., Иванова Н.М. Роль окиси магния в технологии клинкера и цемента. / Шестой международный конгресс по химии цемента. М.,1974.
3. Тимашев В.В. Избранные труды. Синтез и гидратация вяжущих материалов. М.: Наука, 1986.- 424 с.
