Влияние крупных зерен кварца на процессы синтеза портландцементного клинкера тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.11, кандидат наук Кобзева Наталия Сергеевна

• Кобзева Наталия Сергеевна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Кобзева Наталия Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Кремнезем. Полиморфные превращения кремнезема

1.2 Поверхность кремнезема

1.3 Влияние крупнозернистого кварца на процессы минералообразования при обжиге клинкера

1.4. Силикатообразование в присутствии минерализаторов

1.5. Диаграммы состояния силикатных систем

1.5.1 Взаимодействия в системе 8Ю2-Я20

1.5.2 Взаимодействия в системе Ка20-Са0-БЮ2

1.5.3 Взаимодействие кварца с соединениями щелочных металлов

1.6 Циркуляция соединений щелочных металлов при обжиге

клинкера во вращающейся печи

1.7 Влияние ионов-модификаторов на свойства клинкерного расплава

1.8 Влияние различных факторов на гидратационную активность

клинкера

Выводы по Главе

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1 Методы исследований

2.2 Характеристика сырьевых материалов

Выводы по Главе

3. ВОЗДЕЙСТВИЕ КРУПНЫХ ЗЕРЕН КВАРЦА НА ОБЖИГ ШЛАМОВ

С ПОВЫШЕННЫМ ИХ СОДЕРЖАНИЕМ И КАЧЕСТВО ПОЛУЧАЕМОГО ЦЕМЕНТА

3.1 Влияние крупных зерен кварца на обжиг шлама во

вращающихся печах ЗАО «Осколцемент»

3.2 Воздействие крупных зерен кварца, содержащихся в сырьевой смеси, на скорость протекания процессов минералообразования

и качество получаемого клинкера

3.3 Воздействие крупных зерен кварца на параметры

работы ЗАО «Осколцемент»

Выводы по Главе

4. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ КРУПНЫХ ЗЕРЕН КВАРЦА НА ПРОЦЕССЫ НА ПРОЦЕССЫ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ И КАЧЕСТВО КЛИНКЕРА

4.1. Усвоение крупных зерен кварца при обжиге

4.2. Механизм воздействия крупных зерен кварца на процессы

минералообразования при обжиге клинкера

Выводы по Главе

5. НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ КРУПНЫХ ЗЕРЕН КВАРЦА ПРИ ОБЖИГЕ КЛИНКЕРА

5.1 Воздействие соединений щелочных металлов на обжиг сырьевых смесей

с крупными зернами кварца и прочность получаемых цементов

5.2 Минерализующее действие фторида кальция на обжиг сырьевых смесей с крупными зернами кварца и качество цемента

5.3 Воздействие гомогенизации сырьевых смесей, содержащих

крупные зерна кварца, на качество получаемого клинкера

Выводы по Главе

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ЗЕРЕН КВАРЦА НА ОБЖИГ КЛИНКЕРА

6.1 Цементная промышленность в современных экономических условиях

6.2 Повышение экономической эффективности производства цемента при внедрении способа нейтрализации отрицательного действия

крупных зерен кварца на обжиг

Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние крупных зерен кварца на процессы синтеза портландцементного клинкера»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Цементные заводы часто используют сырье загрязненное такими нежелательными примесями, как кварциты, которые негативно воздействуют на процессы обжига клинкера и на качество получаемого цемента. В присутствии крупных зерен кварца замедляются процессы

минералообразования, что является причиной повышения расхода топлива на обжиг, сокращается срок службы футеровки в зоне спекания, усиливается клинкерное пыление.

Решение проблемы наличия крупных зерен кварца в сырьевой смеси позволит расширить сырьевую базу, используемую на заводе, сократить расход топлива, нормализировать работу производства в целом, повысить качество продукции и снизить ее себестоимость.

Диссертационная работа выполняет задачи долгосрочной целевой программы «Энергоснабжение и повышение энергетической эффективности Белгородской области на 2010-2015гг. и целевые показатели на период до 2020г», утверждённой постановлением Правительства Белгородской области от 30.10.2010г. № 364-пп.

Степень разработанности темы. В данной диссертационной работе изучен механизм действия крупных зерен кварца на обжиг клинкера, предложены способы их нейтрализации, заключающиеся в снижении КН, введении минерализующих добавок и улучшении гомогенизации сырьевой смеси.

Цель работы: Снижение негативного действия крупных зерен кварца, содержащихся в портландцементных сырьевых смесях.

Задачи:

- установить особенности влияния крупных зерен кварца на обжиг портландцементных сырьевых смесей;

- установить механизм действия крупных зерен кварца на процессы минералообразования;

- определить предельно допустимый размер зерен кварца, не оказывающих отрицательного воздействия на обжиг клинкера и его активность;

- на основании установленного механизма разработать рекомендации по нейтрализации отрицательно действия крупных зерен кварца.

Научная новизна работы. Установлен механизм воздействия крупных зерен кварца на процессы минералообразования и качество цемента, который состоит из 3 этапов:

- первый - химическое взаимодействие кварцевого зерна с СаО в твердой фазе с образованием на поверхности зерна слоя С2Б (до 1280-1338°С);

- второй этап - химическое взаимодействие кварцевого зерна с СаО в присутствии расплава (выше 1280-1338°С). Оксид кальция растворяется в клинкерном расплаве и начинает диффундировать из прилегающей к кварцевому зерну области к его поверхности через продукты реакции и реагирует с зерном с образованием С2Б. Прилегающую к кварцевому зерну область из которой СаО полностью расходуется на связывание кварцевого зерна назовем «областью обеднения». Согласно значениям энергий Гиббса, в области обеднения до момента полного усвоения крупных зерен кварца образования алита происходить не будет;

- третий этап - диффузия ионов Са2+ из удаленных областей в область обеднения с образованием в ней алита.

Установлены причины ухудшения обжигаемости сырьевых смесей с крупными зернами кварца связанные с образованием областей обеднения. При наличии в сырьевой смеси зерен кварца размером более 200 мкм, вокруг них образуются области обеднения такой ширины (более 140 мкм), что ионы Са за время обжига не могут проникнуть в них на достаточную для образования необходимого количества алита глубину. Это приводит к уменьшению содержания С3Б в клинкере и из-за чего снижается активность клинкеров.

Установлено, что в клинкерах из сырьевых смесей с крупными зернами кварца отношение Са0/БЮ2 в кристаллах алита и белита увеличивается до 3,02 и 2,2 соответственно в сравнении со стехиометрическими значениями.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- установлен механизм воздействия крупных зерен кварца на обжиг клинкера;

- выявлен допустимый размер зерен кварца в сырьевой смеси, не замедляющий процессы алитообразования;

- разработаны способы ослабления отрицательного действия крупных зерен кварца на обжиг клинкера, направленные на снижение ширины области обеднения;

- разработаны практические рекомендации предприятиям, столкнувшимся с данной проблемой.

Методология и методы исследований. Научной базой исследований являются процессы, протекающие при твердофазовых взаимодействиях и при спекании сырьевых цементных смесей, опираясь на которые был сформулирован механизм действия крупных зерен кварца на обжиг клинкера. Для разработки представленного механизма и решения поставленных в работе задач использовались химический, петрографический, рентгенофазовый, электронно-микроскопический анализы. Для определения качества цемента проводились физико-химические испытания.

Достоверность результатов работы. Для достижения достоверности результатов были использованы стандартные и опробованные методики исследования. Для получения надежных данных эксперименты повторялись несколько раз.

Внедрение результатов исследований. На ЗАО «Осколцемент» снижение отрицательного влияния крупных зерен кварца в количестве 0,4-1% путем рекомендуемого в работе уменьшения КН шлама на 0,01-0,02 единицы привело к снижению условного расхода топлива на 3-7 кут/т клинкера без ухудшения качества получаемого цемента. По результатам экономического расчета эта мера позволит увеличить прибыль на 40 млн. руб. в год с 1-й технологической линии.

Апробация работы. Основные положения работы представлены:

- на международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов». Сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. .-Белгород.-2010. -ч.2.- с.86-91.

- XIII Всероссийском (VII Международное) совещании начальников лабораторий цементных заводов, М., 26-29 октября 2010г.

- Ежегодных научно-технических семинарах института строительного материаловедения, БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород 2008, 2009г.

Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы изложены в 6 научных публикациях, в том числе 3 статьи в рецензируемом научном издании, в котором должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена в шести главах на 137 страницах, состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, экономической части, выводов, библиографии, включающей 125 наименований, содержит 35 рисунков и 43 таблицы.

На защиту выносятся:

- основные положения предложенного в диссертации механизма воздействия крупных зерен кварца на обжиг;

- обоснование на основе представленного механизма предельно допустимого размера зерен кварца в сырьевой смеси, при котором не замедляются процессы алитообразования и не снижается качество цемента;

- обоснование эффективности использования способов снижения отрицательного воздействия крупных зерен кварца при обжиге клинкера.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Кремнезем. Полиморфные превращения кремнезема

Кремнезем - самое распространенное вещество на Земле. По средним оценкам в литосфере содержится 58,3% SiO2, причем в виде самостоятельных пород (кварц, опал, халцедон) - 12%. Кварц часто встречается в виде составной части изверженных пород (гранита, порфира и пр.) и кристаллических сланцев (гнейса, слюдяного сланца). Среди осадочных пород из кварца состоят песчаник, кварцит, кварцевые пески. К природным разновидностям относят горный хрусталь, морион, аметист, хризопраз, халцедон, агат, яшму, опал. Вместе с тем следует отметить, что кремнезем встречается не только в виде минералов и в растворенном состоянии в водах, но и содержится во многих растениях и живых организмах, в том числе млекопитающих, выполняя в жизненном процессе незаменимые, до конца непознанные функции [3].

Традиционные искусственные строительные материалы, создаваемые на основе кремнезема имеют огромное значение в жизни человека и по масштабам производства стоят на первом месте, превосходя продукцию металлургической и топливной промышленности [3].

В природе наиболее широко распространена кристаллическая модификация кремнезема - кварц, который представляет собой главную составную часть обычного песка. Однако существуют и другие разновидности кремнезема, модификации которого можно разделить на классы [3]:

а) Безводный кристаллический кремнезем SiO2.

б) Гидратированный кристаллический кремнезем SiO2•H2O.

в) Безводный аморфный кремнезем, имеющий микропористое анизотропное строение. К этому классу относится волокнистый или пластинчатый кремнезем.

г) Безводный и содержащий воду кремнезем, подразделяемый по коллоидным признакам и имеющий микропористое изотропное строение. Сюда относятся золи, гели и тонкодисперсные порошки.

д) Массивное аморфное кварцевое стекло.

В цементной сырьевой смеси кремнезем является вторым после окиси кальция компонентом, образуя силикаты, из которых на 70-80% состоит портландцементный клинкер. Часть SiO2 в сырьевую смесь попадет в связанном состоянии в виде каолинитовых или монтмориллонитовых глин, аморфного кремнезема (трепел, опока, диатомит) и часть в виде крупнозернистого кварца (песка), содержащегося в глине [34, 109, 114]. По современным представлениям об энергии решеток кварц среди основных представителей класса силикатов является наиболее энергетически устойчивым, малореакционноспособным минералом. Именно поэтому внимание многих исследователей сосредоточено на проблеме повышения его химической активности.

Основные превращения кремнезема отражены на однокомпонентной диаграмме состояния, построенной Феннером [1, 23, 52, 96, 114] (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Диаграмма состояния кремнезема

SiO2 образует три главные модификации: кварц, тридимит, кристобалит, каждая из которых имеет несколько разновидностей - модификаций второго порядка; а- и р-кварц, а-, р-, у-тридимит и а- и р-кристобалит [1, 3, 46, 110].

Последовательность фазовых превращений в системе SiO2 представлена на рисунке 1.2.

у-тридитт Рис. 1.2. Полиморфизм кремнезема

SiO2 при нормальном давлении имеет следующие стабильно существующие формы: Р-кварц (устойчив до 575°С), а-кварц (575...870°С), а-тридимит (870...1470°С) и а-кристобалит (1470...1728°С). Формы, находящиеся при нормальном давлении только в метастабильном состоянии: у-тридимит (ниже 120°С), р-тридимит (120. 163°С), р-кристобалит (ниже 230°С).

При переходе от низкотемпературных форм SiO2 к высокотемпературным их плотность уменьшается, а удельный объем увеличивается. Поэтому реакционная способность высокотемпературных форм выше низкотемпературных. Наиболее плотная из представленных на диаграмме форм -Р-кварц, наименее плотная - Р-кристобалит. Во время фазовых превращений возникают объемные изменения: переходы а-кварц^а-кристобалит, а-кварц^ а-тридимит и а-тридимит^а-кристобалит сопровождаются увеличением объема соответственно на 15,7; 16,1 и 0,6%.

Г. Тамман и И. Хедвал сформулировали положения о закономерностях реакций кристаллических смесей в твердом состоянии. Из них следует, что при полиморфном превращении одного из компонентов смеси при относительно низкой температуре (ниже температуры реакции в отсутствии такого превращения) химическая реакция начинается и интенсивно протекает в точке

этого полиморфного превращения. Т.е. в момент полиморфного превращения фаза Р-кварца становится наиболее реакционноспособной [3].

Нужно отметить, что для крупных зерен кварца (песка) превращения Р-кварц^а-тридимит^а-кристобалит происходят весьма медленно и иногда только при помощи минерализующих добавок [3, 37, 46].

Реакции взаимодействия кварца с СаО при обжиге клинкера протекают на поверхности кремнезема. Поэтому важно знать свойства его поверхности.

1.2 Поверхность кремнезема

Кристаллический кварц обладает поверхностным слоем аморфного кремнезема, толщиной около 100А, который удаляется обработкой НБ, но затем при наличии влаги в окружающей среде образуется повторно [3]. Поверхность кварца в воде выделяет «мозаичный» кремнезем в виде частиц коллоидного размера. При измельчении кварца протекает повышение его реакционной активности в результате разрыва и деформации межмолекулярных связей [51, 68, 100, 101]. Поверхностный слой вследствие активации оказывается менее плотным и аморфизированным. Поверхности кремнезема могут быть классифицированы следующим образом [3]:

1. Полностью гидроксилированная поверхность, когда поверхностная структура обрывается силанольными группами SiOH. Такая поверхность легко смачивается водой и водорастворимыми органическими молекулами. Все типы кремнезема, у которых удалена вода путем их высушивания при температуре менее чем 150°С, относятся к данному типу.

2. Силоксановая поверхность состоит большей частью из атомов кислорода, причем каждый атом кислорода связывается с соседними атомами кремния. К данному типу относятся порогенные кремнеземы, сконденсированные из парообразного состояния.

3. Органическая поверхность формируется за счет химически или физически присоединенных органических молекул или радикалов.

Система кремнезем-вода Свойства воды и кремнезема очень похожи [3, 120]. Как вода, так и кремнезем имеют температуру, при которой наблюдается минимальный объем вещества. Другое сходство воды с кремнеземом: вода имеет значительно меньшую плотность, чем это следует из представлений о плотной упаковке составляющих ее атомов и из исследования методом дифракции рентгеновских лучей [3, 26-29, 58]. Молекулы воды образуют открытую кварцеподобную структуру, а переохлажденная вода, подобно тридимиту, имеет еще более открытую структуру [3]. В структуре кремнезема и воды объем занимают главным образом атомы кислорода. Эти атомы располагаются с характерной плотностью упаковки. Небольшие по величине атомы водорода и кремния заполняют пустоты межу атомами кислорода, давая незначительный вклад в объем [3].

Растворение и осаждение кремнезема в воде включает в себя реакции гидратации и дегидратации, катализируемые ионами ОН- :

SiO2 + 2H2O ^ + Si(OH)4

Для аморфного кремнезема равновесная концентрация Si(OН)4 при 25°С соответствует 70 весовым частям SiO2 на миллион частей воды, или 0,007 масс.%. Это и есть растворимость аморфного SiO2. Кристаллический кремнезем, который распространен повсюду в виде песка, имеет растворимость порядка 0,006% SiO2.

Растворимость кремнезема предполагает наличие химической реакции или гидролиза в избытке воды [3]:

SiO2 + 2H2O = Si(OH)4 Растворимой формой кремнезема является его мономер [3], содержащий один атом кремния и выражаемый формулой Si(OH)4. Его часто называют монокремниевой кислотой. Монокремниевая кислота никогда отдельно в чистом виде не выделялась и может существовать только в разбавленном водном

растворе. Монокремниевая кислота растворима в воде и стабильна при 25°С в течение длительного времени, если концентрация кремнезема в растворе составляет 0,01 масс. % SiO2. Когда раствор мономера Si(OH)4 имеет большую концентрацию, то он полимеризуется посредством конденсации, образуя димер и другие разновидности кремниевой кислоты с более высокими молекулярными массами.

1.3 Влияние крупных зерен кварца на процессы минералообразования при обжиге клинкера

В используемом цементной промышленностью природном сырье часть кремнезема представлена свободным кварцем. Часто он вносится в сырьевую смесь вместе с глинистым компонентом [68, 105]. Присутствие крупных зерен кварца в сырьевых смесях является одной из проблем цементного производства [6, 34, 49, 73, 104]. Наличие их при обжиге приводит к замедлению процессов минералообразования, увеличению расхода топлива необходимого для получения клинкера с заданным коэффициентом насыщения, снижению стойкости футеровки в зоне спекания, усилению клинкерного пыления [34, 61, 86]. Получаемый клинкер обладает неравномерно зернистой структурой с крупными белитовыми скоплениями вокруг пор и характеризуется пониженными значениями активности [73].

При обжиге крупные частицы кальцита и кремнеземистых материалов превращаются соответственно в агрегаты кристаллов извести и скопления кристаллов белита [31, 112]. Распределение этих крупных частиц по размерам определяет время необходимое для последней стадии клинкерообразования, когда содержание свободной извести падает до конечного значения [55, 118].

Чтобы повысить реакционную способность сырьевых смесей с крупными кварцевыми включениями и, следовательно, уменьшить их отрицательное

влияние на обжиг некоторые исследователи предлагают повышать дисперсность сырьевых смесей [68, 100]. Для каждой сырьевой смеси существует своя оптимальная дисперсность, при которой скорость клинкерообразования максимальна [68]. Причины ускорения процессов минералообразования с повышением дисперсности сырьевой смеси связаны с увеличением скорости диффузионных процессов за счет повышения площади соприкосновения реагентов и за счет уменьшения пути диффузии при уменьшении размера покрываемого компонента, а так же с увеличением относительного числа реберных и угловых химически активных атомов и молекул [68].

Если карбонатный компонент представляет собой твердый кристаллический известняк, то его дисперсность при обжиге не менее важна, чем дисперсность кремнезема [68]. При обжиге сырьевых смесей на основе мелкокристаллического известняка процесс алитообразования соответствует модели Яндера [34, 68]. При этом образующиеся в клинкерном зерне белитовые области в 3 раза превышают размер исходных зерен SiO2, вокруг которых равномерно распределяется СаО. При обжиге сырьевых смесей на основе крупнокристаллического известняка или смесей с недостаточной гомогенизацией при жидкофазном спекании реализуется модель Баррера [91], когда в зерне клинкера формируются области обогащенные СаО при равномерном распределении кристаллов белита. Процесс алитообразования при этом лимитируется взаимодействием СаО с расплавом. Кристаллы алита растут в направлении белитовых зон, поглощая их. При этом может образоваться ненасыщенная алитовая фаза с пониженным отношением C/S.

Так как структура известняка влияет на реакционную способность сырьевых смесей, то известняки с высокой скоростью декарбонизации могут быть размолоты грубее [50, 57]. Исследуя влияние тонкости помола известняков на скорость клинкерообразования при 1360°С, авторами [57] установлено, что сырьевая смесь обладает достаточно высокой реакционной способностью при величине зерен известняка до 315 мкм. Известно, что укрупнение частиц известняка до 315 мкм при использовании тонкодисперсных пластичных глин увеличивает прочность гранул при температуре 400-800°С и пористость спеков

[50]. При обжиге сырьевых смесей укрупненного помола хорошо обожженные клинкера были получены на растянутых зонах спекания. Получаемый в данных условиях портландцемент с нормальной тонкостью помола (8-10% остаток на сите №008) обладает активностью превышающей активность портландцемента рядового помола. Структура такого клинкера мелкокристаллическая с размером зерен алита 15-20 мкм.

Учитывая представленные результаты [50] и данные авторов [64] можно провести параллели между влиянием крупных зерен кварца и известняка на реакционную способность сырьевых смесей, а так же допустимыми размерами их в сырьевых смесях. По данным [64, 85], при обжиге клинкера без замедления процесса алитообразования, размер крупных зерен кварца, содержащихся в шламе, не должен превышать 200 мкм. Это значение лежит в допустимом интервале 140-315 мкм, найденном для известняка [50].

По данным других авторов [106], для оценки обжигаемости сырьевой смеси при 1400°С особенно важна доля частиц кварца больших 44 мкм. По данным Т. Гейльмана, максимальное количество крупных зерен кварца, которое позволяет сырьевым смесям сохранить удовлетворительную спекаемость при величине зерен 90-200 мкм составляет 1% и при величине зерен более 200 мкм -до 0,5% [34]. При обжиге шихт с пониженным коэффициентом насыщения можно несколько превысить эти пределы.

При обжиге шлама в присутствии крупного кварца (6-6,8%) декарбонизация карбонатного компонента начинается при повышенной температуре [60]. В таких смесях задерживается появление жидкой фазы, наблюдается большее количество свободного оксида кальция в готовом клинкере в сравнении со смесями, не содержащими кварц, при равных условиях обжига. По классификации Мойра [60] шихты с повышенным содержанием кварца относятся к трудноспекаемым. В результате ухудшается кристаллизация минералов и снижается прочность клинкера.

Для грубодисперсных сырьевых смесей или смесей с крупными кварцевыми зернами размером более 60 мкм характерен двойной экзотермический эффект в

температурной области 1100-1200°С [68]. Первый экзоэффект связан с началом взаимодействия в твердой фазе СаО и SiO2. Через некоторое время скорость протекающей на поверхности SiO2 реакции снижается в результате уменьшения скорости диффузии СаО через образовавшуюся оболочку из белита. Второй максимум связан с увеличением проницаемости оболочки C2S для СаО вследствие рекристаллизации белита. В тонкодисперсных смесях с малым количеством крупных зерен кварца вторая стадия отсутствует.

Кристаллы белита образовавшиеся во время первой стадии крупнее кристаллов белита, сформировавшихся при одностадийном процессе, а кристаллы белита образовавшиеся на второй стадии значительно мельче.

Наличие кристаллов белита разного размера приводит к тому, что процесс его растворения и алитообразования протекает так же в несколько стадий. Для смесей с двухстадийной кристаллизацией белита характерен двойной эндоэффект при алитообразовании в области 1250-1400°С [68]. Это связано с неоднородностью свойств кристаллов белита и указывает на существование локальных зон жидкой фазы с различной концентрацией компонентов, что приводит к неравномерной скорости роста алита и неравномерному или гломеробластическому распределению в клинкере основных минералов. Размер зон неравномерности в жидкой фазе соответствует размеру скоплений белита и алита. Иногда количество этих скоплений таково, что присутствие их объясняется не только наличием крупных зерен кварца, но и недостаточной гомогенизацией сырьевой смеси. При двухстадийной кристаллизации алита размер его кристаллов может изменяться от 5 до 70 мкм.

Таким образом, наличие крупных зерен кварца при обжиге воздействует на микроструктуру клинкера. Клинкер (КН=0,92, п=2,2) из глины с размером зерен кварца 150-270 мкм характеризуется равномерным распределением минералов (рисунок 1.3) [73]. В шлифах данного клинкера, наряду с участками алита выкристаллизовавшегося из жидкой фазы, наблюдаются группы кристаллов алита с большим количеством включений остаточных зерен белита. Клинкер из глины с размером зерен кварца от 300 мкм до 1 мм имеет кольцеобразное скопление

зерен белита. Форма зерен большей частью округлая с легкой штриховкой, однако, наблюдаются зазубренные и расщепленные кристаллы белита. Если кристаллы белита отличаются друг от друга габитусом, присутствием штриховки, зубчатых границ и двойникованием, то это является следствием многочисленных остановок и возобновлений процессов кристаллизации и растворения зерен С2Б [68].

а б в

Рисунок 1.3 - Структура клинкеров: а - глина с размером кварца 150-270 мкм; б - глина с размером кварца от 300 мкм до 1 мм; в - кристаллизация зерна белита вокруг зерен кварца

Наличие крупных зерен кварца в смеси вызывает неравномерность распределения минералов в клинкере, повышение его пористости за счет формирования кристаллов белита вокруг зерен кварца [69, 73] и приводит к увеличению клинкерного пыления [62, 68]. Клинкера, обладающие такой структурой, будут иметь невысокие прочностные значения [5, 85].

1.4 Силикатообразование в присутствии минерализаторов

Р-кварц является наименее химически активной формой кремнезема. Современные исследователи изучавшие воздействие на кварц различных минерализаторов [19, 37, 84], предлагают с их помощью переводить Р-кварц при обжиге в более активные модификации - кристобалит и тридимит. Это облегчит

и ускорит образование силикатов кальция из крупных зерен кварца в цементной сырьевой смеси [37, 63, 95, 118]. Превращения кварца, ускоренные под воздействием минерализаторов, повышают его реакционную способность не только вследствие меньшей плотности кристобалита и тридимита по сравнению с Р-кварцем, но так же из-за большей подвижности атомов в кристаллической решетке этого минерала в момент его превращения.

Минерализаторами называют вещества, которые активно участвуют в образовании минералов и сами частично входят в их состав. Под минерализатором, согласно определению Гинзберга А.С., следует понимать «небольшие количественные добавки» независимо от их фазового состояния, которые не входят в состав синтезируемого тела, а только своим присутствием, действуя физически или химически, участвуя в ряде промежуточных реакций, способствуют протеканию физико-химического процесса в обычных условиях и в ограниченном температурном интервале [34, 37].

Так в присутствии NaF, ОТ, LiF кварц, начиная с 1000°С, метастабильно переходит в кристобалит, а при длительном нагревании - в тридимит.

При добавлении CaF2 к SiO2 в образовавшемся расплаве протекает реакция

[37]:

2CaF2+SЮ2^2CaO+SiF4; причем последний, гидролизуясь парами воды, переходит в реакционно-активный кристобалит с деформированной решеткой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кобзева Наталия Сергеевна, 2016 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:

1. Августиник, А.И. Физическая химия силикатов / А.И. Августиник. -М.: Стройиздат, 1966.- 420 с.

2. Азелицкая, Р.Д. Новое о вопросе влияния щелочей на свойства жидкой фазы / Р.Д. Азелицкая, В.Н. Дрогайцев, А.А. Локоть // IV Всесоюзное совещание по химии и технологии цемента. - М., 1969.- С. 28-30.

3. Айлер, Р. Химия кремнезема / Р. Айлер. - М.: Мир, 1982. - Ч. I, II

4. Акимов, В.Г. Влияние структуры клинкерных минералов на их реакционную способность / В.Г. Акимов, В.Н. Панюшкин, О.Л. Жура // Труды Всесоюзной конференции «Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении». - Белгород, 1989. - Ч. 5. - С. 8-10.

5. Акимов, В.Г. Фазовый состав и структура клинкеров / В.Г. Акимов // II Междунар. совещ. по химии цемента (обзорные доклады т. 2), Москва 4-8 декабря, 2000. - М.: изд-во РХТУ, 2000. - С. 1-3.

6. Альбац, Б.С. Технические требования к цементному сырью / Б.С. Альбац, М.В. Коугия, Л.Г. Судакс и др. - М.: Концерн Цемент, 1996. - 94 с.

7. Аппен, А. А. Химия стекла / А.А. Аппен. - Л.: Химия, 1974. - 352 с.

8. Артамонов, М.В. Химическая технология стекла и ситаллов / М.В. Артамонов, М.С. Асламова, И.М. Бушинский; под ред. Н.Д. Павлушкина. - М.: Стройиздат, 1983. - 432 с.

9. Астреева, О.М. Петрография вяжущих материалов / О.М. Астреева. -М.: ГСИ, 1959. - 208 с.

10. Ахметов, И.С. Исследование влияния окиси магния и щелочей на процессы клинкерообразования и свойства цемента: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата техн. наук: 05.350 / защищен в сентябре 1972 // Ахметов И.С. - Алма-Ата, 1972. - 22 с.

11. Бабаян, Д.Г. Влияние щелочных и сульфатных примесей на процесс обжига / Д.Г. Бабаян, Н.В. Чилингарях // Информационные технологии и управление. - 2006. - № 3. - Ч. 1.- С. 246-254.

12. Байкова А.И. Твердые растворы цементных минералов / А.И. Байков. - Л., Наука, 1974. - 98 с.

13. Бандурина, Ю.А. Изучение твердофазовых реакций с участием расплава на примере реакции синтеза алита / Ю.А. Бандурина, Д.А. Мишин // Сб. докл. «III Междунар. семинар-конкурс молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей». — СПб.: Изд-во «АлитИнформ», 2012. - С. 10-14.

14. Барбанягрэ, В.Д. Влияние примесных элементов в составе оксида кальция на минералогический состав и активность клинкера / В.Д. Барбанягрэ, В.М. Шамшуров, О.А. Киринкина, Т.И. Тимошенко // Химия и технология строительных материалов: Сб. трудов. - М., 1982. - С. 45-47.

15. Барбанягрэ, В.Д. Особенности образования цементных материалов в неравновесных условиях в присутствии примесных элементов / В.Д. Барбанягрэ // Вестник БелГТАСМ. - 2001. - №1. - С. 21-28.

16. Барбанягрэ, В.Д. Синтез трехкальциевого силиката в клинкерном расплаве как процесс кислотно-основного взаимодействия / В.Д. Барбанягрэ // Совместные проблемы строительного материаловедения. - Воронеж, 1999. - С. 29-32.

17. Барбанягрэ, В.Д. Фтор нейтрализует отрицательное влияние повышенной концентрации натрия при обжиге цементной сырьевой смеси активность клинкера / В.Д. Барбанягрэ // Изв. вузов. серия «Строительство». -2006. - № 3-4. - С. 44-49.

18. Барбанягрэ, В.Д. Химические аспекты синтеза C3S в клинкерном расплаве / В.Д. Барбанягрэ // II Междунар. совещ. по химии цемента (стендовые доклады), Москва 4-8 декабря, 2000. - М.: изд-во РХТУ, 2000. - С. 32-33.

19. Барбанягрэ, В.Д. Усвоение крупнозернистого кварца при обжиге цементной сырьевой смеси / В.Д. Барбанягрэ, Н.С. Кобзева // Цемент и его применение. - 2012. - №2. - С. 98-103.

20. Бацанов, С.С. Электроотрицательность и эффективные заряды атомов / С.С. Бацанов. - М.: Знание, 1971.- 48 с.

21. Бережной, А.С. Многокомпонентные системы окислов / А.С. Бережной. - Киев: Наук. думка, 1970. - 554 с.

22. Белянкин, Д.С. Петрография технического камня / Д.С. Белянкин, Б.В. Иванов, В.В. Лапин. - М.: Издательство АНСССР, 1952. - 454с.

23. Белянкин, Д.С. Физико-химические системы силикатной технологии / Д.С. Белянкин, В.В. Лапин, Н.А. Торопов; под ред. д-ра техн. наук Н.А. Торопова. - Москва: Промстройиздат, 1954. - 372 с.

24. Богданова, И.В. Контроль цементного производства / И.В. Богданова, Б.В. Волконский, П.Ф. Коновалов. - Л.: Стройиздат, 1972. - 280 с.

25. Бойкова, А.И. Реальные клинкерные фазы - поликомпонентные твердые растворы и их свойства / А.И. Бойкова // 7 Международная конференция. Высокотемпературная химия силикатов и оксидов (тезисные доклады). - СПб. -1988. - С. 6-8

26. Браун, М. Реакции твердых тел / М. Браун, Д. Лоллимер, А. Галвей. -М.: Мир, 1983. - 360 с.

27. Брегг, У. Введение в анализ кристаллов / У. Брегг - М.: Государственное издательство Москва-Ленинград, 1930. - 222 с.

28. Брегг, У. Кристаллическое состояние / У. Брегг - М.: Объединенное научно-техническое издательство НКТП СССР, 1938. - 336 с.

29. Брегг, У. Кристаллическая структура минералов / У. Брегг; под ред. д-ра геол.-мин. Наук В.А. Франк- Каменецкого. - М.: Изд-во «Мир», 1967. - 389 с.

30. Будников, П.П. О вязкости жидкой фазы портландцементного клинкера / П.П. Будников, Э.Б. Энтин, А.П. Белов // Докл. АН СССР. - 1967. -т. 176. - № 3. - С. 645-647.

31. Будников, П.П. Реакции в смесях твердых веществ / П.П. Будников, А.М. Гинстлинг. - М.: Стройиздат, 1971.- 488 с.

32. Бутт, Ю.М. Портландцементный клинкер / Ю.М. Бутт, В.В. Тимашев.- М.: Стройиздат, 1976. - 304 с.

33. Бутт, Ю.М. Практикум по химической технологии вяжущих материалов / Ю.М. Бутт, В.В. Тимашев. - М.: Высшая школа, 1973. - 504 с.

34. Бутт, Ю. М. Химическая технология вяжущих материалов / Ю.М. Бутт, М.М.Сычев, В.В.Тимашев; под ред. Тимашева В. В. - М.: Высш. школа, 1980. - 473 с.

35. Вехтлер, Х.Ю. О роли примесей в процессах термической диссоциации карбоната кальция / Х.Ю. Вехтлер, М.М. Сычев, П.В. Зозуля // Химия и химическая технология производства цемента. - М.: Труды НИИцемента, 1977. - Выпуск 42. - С. 16-25.

36. Волкова, П. А. Статистическая обработка данных в учебно-исследовательских работах / П.А. Волкова, А.Б. Шипунов. - М.: Экопресс. -2008. - 60с.

37. Волконский, Б.В. Минерализаторы в цементной промышленности / Б.В. Волконский, П.Ф. Коновалов, С.Д. Макашев. - М.: Изд. лит. по строит., 1964. - 197 с.

38. Волконский, Б.В. Технические, физико-механические и физико-химические исследования цементных материалов / Б.В. Волконский, С.Д. Макашев, Н.П. Штейерт. - Л.: Стройиздат, 1972.

39. Волконский, Б.В. Влияние кристаллической структуры клинкера на гидравлическую активность цемента / Б.В. Волконский, Л.Г. Судакс, А.Ф. Крапля, Л.Г. Бернштейн, Г.А. Маевская, Б.А. Хохлачев, А.А. Федик, А.И. Мейко // Химия и технология портландцемента: труды НИИцемента - М., 1976.- Вып. 37- С. 2730.

40. Воронин А.П. Некоторые физико-химические свойства натрий кальциевого силиката / А.П. Воронин, Л.К. Яковлев, Р.Г. Розентретет, Н.С.

Берсенева // Известия Сиб. отд-ния АН СССР. Сер. хим. наук. - 1978. - Вып.2. -№4.

41. Гадаев, А.Я. Состав и свойства жидкой фазы клинкера низкотемпературной технологии производства цемента / А.Я. Гадаев // Материалы VI Всесоюзного научно-технического совещания по химии и технологии цемента - М., 1983.- сборник 77. - С. 191-195.

42. Григорьев, П.Н. Растворимое стекло / П.Н. Григорьев, М.А. Матвеев.- М.: Гос. изд-во. по строительным материалам, 1956.- 443 с.

43. Голованова, С.П. Влияние вязкости расплава на интенсификацию процесса обжига клинкера низкоалюминатного белого портландцемента /С.П. Голованова // Изв. Вузов, Северо-кавказский регион, Серия «Технические науки». - 2004. - №4. - С. 68-69.

44. Горчаков, Г.И. Строительные материалы / Г.И. Горчаков. - М.: Стройиздат, 1986. - 688 с.

45. Горшков, В.С. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ / В.С. Горшков, В.В. Тимашев, В.Г. Савельев. - М.: Высшая школа, 1981

- 335 с.

46. Горшков, В.С. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений / В.С. Горшков, В. Г. Савельев, Н. В. Федоров. - М.: Высш. шк., 1988.

- 400 с.

47. ГОСТ 5382-93. Методы химических анализов цементных материалов.

- М.: Изд. Стандартов, 1993. - 28 с.

48. Гоулдстейн, Дж. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ в 2-х книгах / Дж. Гоулдстейн, Д. Ньюбери, П. Эчлин и др. - М.: Мир, 1984.

49. Гузь, В.Л. Основная тенденция развития технологического контроля процесса производства цемента на ОАО «Осколцемент» / В.Л. Гузь, Е.В. Текучева, Г.А. Зиновьева // Доклад Междунар. конгресс. «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», Белгород, 2003. - Вестник БГТУ, 2003. - №5. - С. 93-95.

50. Дрожжин, А.Х. Технологические особенности получения клинкера и высокопрочного портландцемента на основе сырья укрупненного помола: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.17.11 / Дрожжин Александр Харитонович. - Ташкент, 1974. - 22 с.

51. Дуда, В. Цемент / В. Дуда; пер, с нем. Е.Ш. Фельдмана; под ред. Б.Э. Юдовича. - М.: Стройиздат, 1981. — 464 с.

52. Евстропеев, К.С. Химия кремния и физическая химия силикатов / К.С. Евстропеев, Н.А. Торопов. - М.: Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1956. - 340 с.

53. Зубехин, А.П. Влияние некоторых катионов и анионов минерализаторов на процесс минералообразования и структуру цементного клинкера: автореф. дис. канд. техн. наук. / Зубехин Алексей Павлович. -Новочеркасск, 1964. - 24 с.

54. Зубехин, А.П. Твердофазовые процессы минералообразования портландцементного клинкера и их интенсификация / А.П. Зубехин // Доклад междунар. научно-практической конф. «Современные технологи промышленности строительных материалов», Белгород, 5-7 октября 2005. -Вестник БГТУ 2005. -№10. - с. 229 -232.

55. Имангулов, Р.И. Механизм и кинетика минералообразования при обжиге сырьевых смесей укрупненного помола / Р.И. Имангулов // 7 Международная конференция. Высокотемпературная химия силикатов и оксидов (тезисные доклады). - СПб. -1988. - с. 245.

56. Кавсадзе, Ц.Э. Исследование влияния отходов углеобогащения на интенсификацию процессов клинкерообразования / Ц.Э. Кавсадзе, К.Б. Тандилова, Т.В. Кузнецова // Вклад молодежи в развитие науки о цементе: материалы научно-технической конференции молодых ученых и специалистов / СКНИИСМ, ГрузНИИстром, МХТИ им. Менделеева -Москва, 1988, вып. 96 - С. 75-77.

57. Канцепольский, И.С. Оптимизация тонкости помола сырьевой смеси / И.С. Канцепольский, С.В. Терехович, А.Х. Дрожжин // Цемент. - 1971. - №9. -С.16-17.

58. Карапетьянц, М.Х. Строение вещества / М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин.- М.: Наука, 1970. - 310 с.

59. Китайгородский, И.И. Технология стекла / И.И. Китайгородский, Н.Н. Качалов, В.В. Варгин и др.; под общей редакцией И.И. Китайгородского. - М.: изд-во литературы по строительству, 1967. - 563 с.

60. Классен, В.К. Обжиг цементного клинкера / Классен В.К. -Красноярск: Стройиздат, 1994. - 323 с.

61. Классен, В.К. Влияние кварца на процессы минералообразования в промышленности строительных материалов» / В.К. Классен // Вестник БГТУ, Белгород, 5-7 октября 2005. - 2005. - № 10. - С. 96-99.

62. Классен, В.К. Технология и оптимизация производства цемента / Классен В.К.- Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. - 308 с.

63. Кобзева, Н.С. Активизация крупнозернистого кварца / Н.С. Кобзева, В.Д. Барбанягрэ // Научные исследования наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов: сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф., Белгород 5-8 окт. 2010г. / Белг. гос. технол. ун-т. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. Ч.2.- С 86-91.

64. Кобзева, Н.С. Влияние различных фракций кварца, содержащихся в сырьевой смеси, на параметры работы вращающейся печи и качество цемента / Н.С. Кобзева, Д.А. Мишин // наукоемкие технологии и инновации: сб. докладов Юбилейной Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова - Белгород: Изд-во БГТУ, 2014.- Ч. 1. - С. 118-124.

65. Коган, Н.П. Свойства цементов на основе слабоспеченного клинкера со свободной известью / Н.П. Коган, О.П. Мчедлов-Петросян, В.И. Сатарин, Р.М. Дзвонковский, М.М. Коробов, Л.В. Терехова, О.Г. Минкаренко // Совершенствование и интенсификация процесса обжига клинкера. - М.: Труды НИИцемента, 1975. - Выпуск XVI. - С. 58-82.

66. Коновалов, П.Ф. Физико-механические и физико-химические исследования цемента / П.Ф. Коновалов, Н.П. Штейерт, А.Н. Иванов-Городов, Б.В. Волконский. - М.: Госстройиздат, 1960. - 319 с.

67. Кравченко, И.В. Влияние щелочей и гипса на процессы клинкерообразования / И.В. Кравченко, В.П. Рязин, И.А. Фридман // Труды НИИцемент - М. 1966.- Вып. 21.- С. 60-64.

68. Кравченко, И.В. Высокопрочные и особо быстротвердеющие портландцементы / И.В. Кравченко, М.Т. Власова, Б.Э. Юдович. - М.:Изд-во по строительству, 1971. - 231 с.

69. Крапля, А.Ф. Использование компонентов с повышенным содержанием SiO2 и качество портландцементного клинкера / А.Ф. Крапля // Матер. 15 Всесоюз. совещ. начальников ОТК цементных заводов. - М., 1990.

70. Крапля, А.Ф. Влияние фазового состава и микроструктуры клинкера на кинетику гидратации клинкера / А.Ф. Крапля // Цемент. - 1982. - №7. - С. 5-7.

71. Кудрявцев, В.П. Практическое применение метода Ритвельда в текущем контроле качества клинкера и цемента на ОАО «Осколцемент» / В.П. Кудрявцев, Е.В. Текучева, А.А. Дроздов // Цемент и его применение. - 2006. -№5.

72. Кузнецова, Т.В. Влияние солевых систем на структуру и свойства клинкерных расплавов / Т.В. Кузнецова, А.П. Осокин, Е.Н. Потапова, В.В. Брыжик // Особенности твердения малоэнергоемких цементов: труды НИИцемент, Выпуск 94 - Москва, 1990. - С. 49-58.

73. Кузнецова, Т.В. Микроскопия материалов цементного производства / Т.В. Кузнецова, С.В. Самченко. - М.: МИКХиС, 2007.- 304 с.

74. Липсон, Г. Определение структуры кристаллов / Г. Липсон, В. Кокрен. - М.: Издательство иностранной литературы, 1956.

75. Лугинина, И.Г. Избранные труды / И.Г. Лугинина.- Белгород: Изд-во БелГАСМ, 2002. - 302 с.

76. Лугинина, И.Г. Механизм действия минерализаторов и клинкерообразование в цементной сырьевой смеси: Курс лекций / И.Г. Лугинина. - Белгород: Ротапринт БТИСМ, 1978. - 74 с.

77. Лугинина, И.Г. Низкотемпературные взаимодействия при клинкерообразовании, влияние на качество цемента / И.Г. Лугинина // Тр. 5 Всес. Начн. технич. совещ. по химии и технологии цемента. - М.: ВНИИЭСМ. - 1980. -С. 64-61.

78. Лугинина, И.Г. Получение высококачественного цемента из высокощелочного сырья / И.Г. Лугинина, А.Н. Лугинин, И.С. Ахметов, Г.П. Поляков // Материалы 18 научно-технической всесоюзной конференции профессорско-преподавательского состава Каз. ХТИ. - Чимкент, 1970.

79. Лугинина, И. Г. Цементы из некондиционного сырья / И.Г. Лугинина, В.М. Коновалов. - Новочерк. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, 1994. - 233 с.

80. Лугинина, И.Г. Химическая технология неорганических вяжущих материалов: В 2 ч. / И.Г. Лугинина. - Белгород: Изд-во БелГАСМ, 2004.

81. Мазурин О.В. Свойства стекл и стеклообразующих расплавов. Справочник в 4-х томах / О.В. Мазурин, М.В. Стрельцина, Н.П. Швайко-Швайковская. - Л.: Наука, 1973. - 444 с.

82. Маложон, Л.И. Исследование влияния модифицирующих добавок на связывание СаО при обжиге клинкера / Л.И. Маложен, П.А. Трофимов, В.Ф. Березовой, М.С. Фоменко // 6 международный конгресс по химии цемента: в 4 т. -М.: Стройиздат, 1976. - Т. 1. - С. 181-183.

83. Мишин, Д.А. Влияние плавикового шпата на скорость связывания оксида кальция при обжиге портландцементных сырьевых смесей / Д.А. Мишин // Междунар. научно - практическая конференция. Высокотемпературные материалы и технологии. - М.: РХТУ, 2008. - С. 489-490.

84. Мишин, Д.А. Воздействие на обжиг шламов, содержащих крупные зерна кварца, соединений щелочных металлов и фторида кальция / Д.А. Мишин, Н.С. Кобзева // Современные наукоемкие технологии. - 2015. - №12.- С. 40-43.

85. Мишин, Д.А. Нейтрализация отрицательного действия крупных зерен кварца на обжиг клинкера гомогенизацией сырьевой смеси [Электронный ресурс] / Д.А. Мишин, Н.С. Кобзева // Современные проблемы науки и образования. -2015. - № 2; URL: www. science-education. ru/129-22047.

86. Мишин, Д.А. Экологические особенности технологии обжига шлама, содержащего крупные зерна кварца / Д.А. Мишин, Н.С. Кобзева // Энерго- и ресурсосберегающие экологически чистые и химико-технологические процессы защиты окружающей среды: сб. докладов Междунар. науч.-техн. конф., Белгород, 24-25 ноября, 2015 г. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2015.- Ч. II. - С.343-348.

87. Нестерова, Л.Л. Разработка оперативного контроля содержания кварца в сырьевых компонентах / Л.Л. Нестерова // Вестник югорского государственного университета, 2008 г., Выпуск 1 (8). - С. 92-94.

88. Никифоров Ю.В. Влияние фтористого кальция на фазовый состав и микроструктуру клинкера / Ю.В. Никифоров, М.Б. Сватовская, М.С. Цинципер // Совершенствование существующих и разработка новых способов производства цемента. - М.: Труды НИИцемента, 1984. - №67. - С. 125-132.

89. Осокин, А.П. Влияние количества и свойств расплава на процессы алитообразования / А.П. Осокин, М.Л. Картунов // Доклад междунар. научно-практической конф. «Современные технологии промышленности строительных материалов», Белгород, 5-7 октября 2005. - Вестник БГТУ 2005. - №10. - С. 229 -232.

90. Осокин, А.П. Влияние состава сырьевых материалов на прочность цемента /А. П. Осокин, З.Б. Энтин, Е.Н. Потапова // 5 Междунар. совещ. начальников заводских лабораторий. - М.: «Информация образования», 2005. -С. 95-99.

91. Осокин, А.П. Модифицированный портландцемент / А.П. Осокин, Ю.Р. Кривобородов, Е.Н. Потапова. - М.: Стройиздат, 1993. - 332 с.

92. Павлов, В.Ф. Исследования процесса «растворения » кварца в массе для фарфора при обжиге / В.Ф. Павлов // Совершенствование составов глазурей в

керамическом производстве. - М.: НИИ Стройкерамика, 1984. - вып. 54. - С. 6975.

93. Павлов, В.Ф. Физико-химические основы обжига изделий строительной керамики / В.Ф. Павлов. - М.: Стройиздат, 1976. - 180 с.

94. Пащенко, А.А. Вяжущие материалы / А.А. Пащенко, В.П. Сербин, Е.А. Старчевская. - Изд. Объединение «Вища школа», 1975. - 444 с.

95. Пономарев, И.Ф. Влияние минерализующих добавок на процесс образования цементного клинкера в зависимости от электороотрицательности катиона и аниона минерализатора / И.Ф. Пономарев // Сборник научных статей. Т.1, Новочеркасск. - изд-во: ЮРГТУ, 2007. - С. 554-557.

96. Прянишников, В.П. Система кремнезема / В.П. Прянишников. - Л.: Стройиздат, 1971.

97. Репа, А.Г. О кинетике стеклообразования / А.Г. Репа // Стекло и керамика. - 1953. - № 1. - С. 23-27.

98. Рогачев, С.П. Некоторые причины изменения активности клинкера на ОАО «Себряковцемент» / С.П. Рогачев, В.К. Классен и др. // Вестник БГТУ. -2005. - №10. - С. 263-266.

99. Соболев, В.С. Введение в минералогию силикатов / В.С. Соболев. -Львов: 1949.- 312 с.

100. Смаль, Д.В. Интенсификация обжига и повышение активности клинкера двухпоточным помолом шлама: автореферат дис. на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.17.11 / Смаль Дмитрий Викторович. -Белгород, 2010.- 17 с.

101. Смаль, Д.В. Повышение реакционной способности цементной сырьевой смеси с крупнокристаллическим кварцем/ Д. В. Смаль // Цемент. - 2008. - № 1.

102. Сычев, М. М. Алит и белит в портландцементном клинкере / М.М. Сычев, В.И. Корнеев, Н. Ф. Федоров. - М.-Л.: Стройиздат, 1965. - 98 с.

103. Тэн, Б.Я. Диффузионный массобмен при растворении кремнезема в расплавах Na2O и SiO2 / Б.Я. Тэн // Стекло и керамика. - 2004. - №3. - С. 5-7.

104. Текучева, Е. В. Совершенствование контроля содержания кварца в печном шламе на ОАО «Осколцемент» / Е.В. Текучева, А.А. Дроздов // Цемент и его применение. - 2006. - № 6. - С. 47-49.

105. Текучева, Е.В. Исследование минералогического состава глин применяемых на АО «Осколцемент» / Е.В. Текучева, В.М. Семенова, Л.П. Нестерова, С.А. Перескок // Тезисы докладов. I Международное (IX Всесоюзное) совещание по химии и технологии цемента, 27-30 мая - М., 1996.

106. Тейлор, Х. Химия цементов / Х. Тейлор. - М.: Стройиздат, 1960.

107. Тимашев, В.В. Влияние добавок на поверхностное натяжение клинкерной жидкой фазы / В.В. Тимашев, А.П. Осокин, С.И. Иващенко // М.: Труды НИИцемент - Вып. 47, 1977. - С. 27-33.

108. Тимашев, В.В. Спекание цементных сырьевых смесей в присутствии жидкой фазы / В.В. Тимашев, А.П. Осокин // V Всесоюзное совещание по химии цемента.- М.: Труды НИИцемента, 1980. - С.42-45.

109. Торопов, М.А. Химия цементов / М.А. Торопов. - М.: Стройиздат,

1956.

110. Тропов, Н.А. Диаграммы состояния силикатных систем: Справочник / Н.А. Тропов, В.П. Барзаковский, В.В. Лапин.- Л. Наука, 1969. - Вып.1. - 822 с.

111. Торопов, Н.А. Диаграммы состояния силикатных систем / Н.А. Торопов, В.П. Барзаковский, В.В. Лапин, Н.И. Курцева, А.И. Бойкова; под ред. В.П. Барзаковского.- Вып. 3. - Л.: Наука, 1972.- 448 с.

112. Третьяков, Ю. Д. Твердофазовые реакции / Ю.Д. Третьяков. - М.: Химия, 1978.- 360 с.

113. Трубаев, П.А. Моделирование и оптимизация технологических процессов производства строительных материалов. Часть 1. Методы математического моделирования и оптимизации: Учебное пособие / П.А. Трубаев.

- Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1999. - 178 с.

114. Уоррел, У. Глины и керамическое сырье / У. Уоррел. - М.: Мир, 1978.

- 236 с.

115. Федоров, Н.Ф. Твердые растворы щелочных оксидов в двухкальциевом силикате и их свойства / Н.Ф. Федоров, Э.Р. Бродкина, М.М. Сычев // Труды Гипроцемента, 1969. - Вып. 34. - С. 3-18.

116. Шамшуров, А.В. Полиморфизм кварца в условиях высокотемпературной конденсации / А.В. Шамшуров // Физика конденсированных сред: Тез. докл. респ. науч. конф. студентов и аспирантов. -Гродно, 2000. - С. 347-348.

117. Шамшуров, А.В. Технология низкообжиговой тротуарной плитки на основе кварцевых пород: автореферат диссертации на соискание степени кандидата техн. наук: 05.17.11 // Шамшуров Алексей Владимирович. - Белгород, 2004. - 16 с.

118. Энтин, З.Б. Влияние природы сырьевых компонентов на кинетику усвоения извести при получении низкоглиноземистых и низкоалюминатных клинкеров / З.Б. Энтин, С.П. Сивков // Цемент. - 2000. - №3. - С. 10-17.

119. Энтин, З.Б. Жидкофазная модель образования алита в спекаемом портландцементном клинкере / З.Б. Энтин, Б.Э. Юдович // Цемент и его применение. - 2007. - № 2.- с. 40-41.

120. Эйтель, В. Физическая химия силикатов / В. Эйтель. - М.: Иностранная литература. - 1962. - 1052 с.

121. Юнг, В.Н. Влияние щелочей на свойства силикатов кальция / В.Н. Юнг, Ю.М. Бутт, В.В. Мышляева // Труды Гипроцемент - Вып. XV, 1952.

122. Юрганов, Н.Н. Влияние щелочей на качество клинкера / Н.Н. Юрганов, Н.А. Сафронов, Э.Р. Бродкина // Труды Гипроцемент - Вып. XXXII, 1966. - С. 21-25.

123. Guo Suihua Влияние глиноземистого модуля и свойств жидкой фазы на процессы обжига портландцементного клинкера, обогащенного C3S / Guo Suihua // Chin.Ceram.Soc. - 2004. - №3. - С. 340-343.

124. Kacimi, Larbi Влияние добавок на температуру образования и свойства клинкера / Kacimi Larbi // Chim.Acad. Sci. - Paris, 2006. - № 1. - С. 153163.

125. Segnit, E.R. Furtet data jn the sustem Na2O-CaO-SiO2 I E. R. Segnit II Amer.J.Sci. - 1953. - 251. - N7. - P. 586-601.

Приложение А (справочное). Расчет ширины области обеднения и расстояний между зонами обеднения соседних зерен кварца

А.1 Расчет ширины области обеднения

Расчет ширины области обеднения произведен на примере зерна кварца диаметром 200 мкм. Ширина ее на рисунке А.1 обозначена через И.

Рисунок А.1 - Схематическое изображение кварцевого зерна и области обеднения

вокруг него

Вычисления проводились следующим образом. Объем зерна кварца можно определить по формуле:

\т 4 з V = -7ТГ, ,

з з 3 '

где гз - радиус зерна кварца.

Так как радиус зерна кварца равен 100мкм или 10" см, то

К3 = ^7г( 1 0 - 2)3 = 4, 19 ■ 1 0 - 6см3

Тогда масса кварцевого зерна равна:

^з = ^з ■ ркв,

где рк в - плотность кварца, г/см .

ш3 = 4,19 ■ 10_6 ■ 2,65 = 10,89 ■ 10~6г Определим сколько оксида кальция необходимо для связывания зерна кварца в белит. Для этого запишем уравнение образования белита:

2Са0+8Ю2->2Са08Ю2

(А.1)

2-56

60

Из уравнения (А.1) следует, что для образования белита из кварца необходимо следующее количество СаО:

М сао = 2-56-10;Г-10"6 = 2 о , з з • 1 о - 6Г

60

Объем области обеднения из которой диффундирует СаО к кварцевому зерну можно найти по формуле:

^сао

т

Р СаО

о

где р СаО - плотность СаО, г/см3

тт 2 0,3 3- 1 0 " 6 3

Усао = ^ = 6, 1 2 • 1 0 6см3

В клинкере с КН равным 0,9 содержится 60% С3Б, 19%С28, 8 С3А и 13%С4АБ. Отсюда путем простых вычислений легко определить процентные концентрации минералов - СаО, С2Б, С3А и С4АБ, содержащихся в обжигаемом материале до момента образования алита (таблица А.1). При определении объемных концентраций плотность СаО принималась равной 3,32 г/см , С2Б -3,28; С3А - 2,68; С4АБ - 3,77 г/см3(таблица А.1).

Таблица А.1 - Концентрация минералов в сырьевой смеси до момента

Концентрация СаО С2Б С3А С4АБ сумма

Процентная,% 14,7 64,3 8 13 100

Объемная, г/см3 4,43 19,6 2,99 3,45 30,46

Объемная, % 14,54 64,36 9,8 11,3 100

Так как в области вокруг кварцевого зерна кроме СаО содержатся С2Б, С3А и С4АБ, то объем области обеднения необходимо пересчитать следующим образом:

^обл —

100-сг

где ССаО - объемная концентрация СаО, %

7обл=6 , 1 2 • 1 0 ~6 л л 6_3

100-14,54

см3

Для расчета ширины области обеднения необходимо провести следующие математические действия. Найдем суммарный объем области V (рисунок А.1), который равен:

V = V, бл +

V = 4 2 , 1 1 ■ 1 0 - 6 + 4, 1 9 ■ 1 0-6 = 46,3 0 ■ 1 0 - 6см3 Радиус объема V можно определить по формуле:

\ 4-л

3

Я =

4

3 ■ 46,03 ■ Ю-6 __

— = 2,22 ■ 10 см = 222 мкм.

4 ■ 7Г

Тогда ширину области обеднения можно определить так:

к = Я — г3, к = 222 - 100 = 122 мкм

А.2 Расчет расстояний между зернами кварца в сырьевой смеси и между областями обеднения соседних зерен кварца

Расчет проведен на примере сырьевой смеси содержащей 1,5% зерен кварца фракции 80-200 мкм.

Найдем средний диаметр зерен кварца во фракции 80-200 мкм.

, 80+200 „ агп =-= 1 4 0 м км,

ср 2 >

Средний радиус зерен кварца во фракции гср тогда составляет 70 мкм или 0,7-10-2 см.

Тогда объем среднего зерна кварца во фракции будет составлять:

V — - 3

''ср д 7Гср,

4

Vъ = -7( 0, 7 ■ 1 0 - 2)3 = 1 , 44 ■ 1 0 - 6 с м 3

О

Масса зерна среднего размера во фракции составляет:

т3 = Уз- ркв,

т3 = 1,44 ■ 1(Г6 ■ 2,65 = 3,73 ■ 1(Г6г Путем составления математических пропорций произведем следующие вычисления:

В 100 г сырьевой смеси содержится 1,5 г зерен кварца; В 100 г клинкера (или в 30 см ) содержится 2,3 г зерен кварца; Тогда вторую пропорцию запишем следующим образом. В 30 см3 содержится 2,3г/шз=0,62-106шт зерен кварца;

В и см --одно зерно кварца;

30,1 Л ч

^ = = 48,39 ■ 10 см

0,62 ■ 106

Рисунок А.2 - Расстояние между зернами кварца в сырьевой

смеси

Тогда, зная объем в котором содержится одно зерно кварца (рисунок А.2), можно определить расстояние между двумя соседними зернами кварца по формуле:

а = Уу,

а = V48,39 ■ 1 0 - 6 = 3 ,6 ■ 1 0 -2с м = 3 68 мкм Определим расстояние между областями обеднения соседних зерен кварца. По примеру расчета в приложении А.1 найдено, что зерно кварца диаметром 140мкм образует вокруг себя зону обеднения шириной 87 мкм. Тогда расстояние между зонами обеднения соседних зерен можно найти следующим образом (рисунок А.2):

/ = а — 2 ■ г3 — 2 ■ к, где И - ширина области обеднения, мкм

I = 3 60 — 2-70 — 2-8 7 = 54м км.