Конспекты лекций «Технология силикатных и строительных материалов»
Лекция 30-10.5 Физико-химические основы производства
жүктеу/скачать 1,83 Mb.
|
| Лекция 30-10.5 Физико-химические основы производства
План: 1.Диаграмма состояния системы СаО—А12О3—SiО2 2.Диаграмма состояния системы СаО—А12О3—SiО2 Рис. 10.4. Диаграмма состояния системы СаО—А12О3—SiО2 Несмотря на большое количество полей кристаллизации на диаграмме состояния (два — тройных соединений, десять — двойных и три — однокомпонентных), она не относится к числу сложных. Это объясняется конгруэнтным характером плавления тройных соединений. В системе образуются только два тройных соединения с конгруэнтным плавлением. Анортит CaO*Al2O3*-2SiO2 - плавится при 1553 °С. Существует в трех модификациях: гексагональной, триклинной, ромбической. Гексагональная модификация образуется при кристаллизации стекла состава анортита при 1350 °С, а ромбическая — при 950 °С. Гексагональный анортит устойчив до температуры 300 °С, выше которой как гексагональная, так и ромбическая формы анортита метастабильны. Триклинный анортит устойчив в интервале температур от 300 до 1550 °С. При высоких температурах гексагональный и ромбический анортиты переходят в обычный триклинный. По данным других авторов, не только ромбический, но и гексагональный анортит не имеют областей устойчивого состояния и оба метастабильны при всех температурах. Природный анортит — распространенный породообразующий минерал (известковый полевой шпат). Обладает триклинной сингонией. Плотность — (2,74—2,76)-103 кг/м3. Анортит сравнительно легко получается синтетически кристаллизацией расплава или при реакциях в твердом состоянии. Решетка анортита является каркасной и образована из тетраэдров [SiO4l и [AIO4I, в промежутках между которыми располагаются катионы кальция с координационным числом 6 или 7. Химически анортит малостоек, разрушается кислотами. Геленит 2СаО*Al2O3*SiO2 — плавится при 1593 °С. Имеет тетрагональную сингонию. Плотность — (2,9—3,1)*103 кг/м3. Образуется в металлургических шлаках, встречается и в природе. Неустойчив к кислотам. Дает непрерывный ряд твердых растворов с окерманитом MgO*2CaO*2SiO2, которые называются мелилитом. В условиях высоких давлений в системе образуются еще два тройных соединения — гроссуляр ЗСаО*Аl2О3*3SiO2 и пироксен СаО*Al2O3*SiO2. Гроссуляр встречается в природе, обладает кубической сингонией. Из двойных соединений поля кристаллизации в системе имеют: примыкающие к стороне СаО—SiO2 — соединения CaO*SiO2, ЗСаО 2SiO2, 2СаО* SiO2 и 3CaO*SiO2; примыкающие к стороне СаО—Аl2O3 — соединения ЗСаO*А12O3, 12:7 или 5СаО *ЗА12О3, СаO*А12O3, СаО2*А12O3 и СаO*6А12O3; примыкающие к стороне Аl2O3—SiO2 — муллит 3Al2O3*2SiO2. Существуют еще три области кристаллизации однокомпонентных соединений: SiO2, СаО и А12O3. Наиболее легкоплавкие эвтектики примыкают к полям кристаллизации анортита и геленита — это эвтектики с температурами плавления 1170, 1310 °С. Состав а лежит в поле кристаллизации анортита и принадлежит фазовому треугольнику анортит—волластонит—SiO2. Выделение первичной кристаллической фазы — анортита — начинается при 1400 °С, и путь кристаллизации идет вдоль линии анортит-точка a до пограничной кривой между анортитом и волластонитом. По пограничной кривой путь кристаллизации пойдет вверх к эвтектической точке с температурой плавления 1170 °С (точка температурного максимума на этой пограничной кривой лежит ниже, в точке пересечения ее с соединительной прямой анортит—волластонит). Кристаллизация расплава а заканчивается в эвтектической точке с выделением анортита, волластонита и тридимита. Примерно по такому же типу будет кристаллизоваться значительная часть составов данной системы, поскольку большинство пограничных кривых в системе являются конгруэнтными. К инконгруэнтным относятся только пограничные кривые между полями кристаллизации: 1) 3CaO*2SiO2 и 2СаO*SiO2; 2) ЗСаО*Аl2Оз и СаО; 3) СаО*6Al2O3 и А12O3. Вдоль этих кривых наблюдается растворение ранее выделившихся кристаллов. Несколько специфична пограничная кривая между 3CaO*SiO2 и СаО. По положению точки состава ЗСаО*SiO2 в поле кристаллизации СаО она должна быть инконгруэнтной. Однако инконгруэнтной она является лишь частично. В точке касания с этой пограничной кривой с касательной, проведенной из точки состава ЗСаО*SiO2, инконгруэнтная пограничная кривая переходит в конгруэнтную. На рис. 10.5 показана схема путей кристаллизации составов, относящихся к портландцементам и глиноземистым цементам. Рис. 10.5. Пути кристаллизации высококальциевых составов системы CaO-SiO2-Al2O3 Состав b лежит в фазовом треугольнике Ca0-3CaO*SiO2-ЗСаО*А12O3, поэтому конечной точкой его пути кристаллизации будет точка двойного подъема 2. Фазовые переходы состава b при охлаждении: расплав СаО+жидкость СаО+3CaO*SiO2 + жидкость (при этом СаО частично растворяется до точки касания пограничной кривой с касательной из точки состава ЗСаО*SiO2) (в точке 2): СаО + ЗСаО*SiO2 + ЗСаО*Аl2О3 + жидкость СаО + 3CaO*SiO2 + ЗСаО*Al2О3. Состав с тоже лежит в поле кристаллизации СаО, но входит в другой фазовый треугольник: ЗСаО*SiO2-3CaO*Аl2O3-2СаO*SiO2, поэтому конечной точкой кристаллизации будет точка 3. Схема фазовых превращений для состава с будет иметь следующий вид: расплав СаО + жидкость СаО (растворяется) + 3CaO*SiO2 (образуется) + жидкость 3CaO*SiO2 + жидкость 3CaO*SiO2 + 2CaO*SiO2 + жидкость (в точке 3): ЗСаО*SiO2 +2CaO*SiO2 + ЗСаО*Al2О3 + жидкость ЗСаО*SiO2 +2CaO*SiO2 + ЗСаО*Аl2О3. Точки составов d и е лежат в том же фазовом треугольнике, что и состав с. Поэтому конечными фазами кристаллизации также будут 3CaO*SiO2, 2СаО*SiO2 и ЗСаО*Аl2О3. Только для состава d первичной кристаллической фазой будет 3CaO*SiO2, а для состава е — 2СаО*SiO2. Сложный путь кристаллизации должен иметь состав f. Он лежит в фазовом треугольнике ЗСаO*А12O3 - 2CaO*SiO2 - 5СаО*ЗА12О3; для этих фаз равновесной является точка 1. Она и должна быть конечной для пути кристаллизации состава f. Схема фазовых превращений в этом случае: расплав СаО + жидкость СаО (растворяется) + ЗСаО*АlО3 (образуется) + жидкость ЗСаО*А12O3 + жидкость ЗСаО*А12О3 + 2СаО SiO2 + жидкость (в точке 1): ЗСаО*А12O3 +2СаО SiO2 + 5СаО*3Al2O3 + жидкость ЗСаО*А12O3 + + 2СаО*SiO2 + 5СаO*3А12O3. Закристаллизованные составы d и e являются портландцементным клинкером, но различаются соотношением полученных кристаллических фаз. Если провести расчеты с применением правила рычага, то получим в составе d: ЗСаО*SiO2 — 56 %, 2СаО*SiO2 — 30 % и 3СаО*Al2O3 — 14 %, а в составе е: ЗСаО* SiO2 — 29 %, 2СаО*SiO2 — 56 % и 3СаО*Al2O3 — 15 %. Из полученных данных следует, что цемент состава е — белитовый, медленнотвердеющий, а цемент состава d — алитовый, быстротвердеющий. Участок диаграммы вблизи моноалюмината кальция имеет существенное значение для производства глиноземистых быстротвердеющих цементов. Фазовый состав продуктов кристаллизации расплавов этого участка системы определяет качество цементов[8]. Литература Артамонов М.В., Асланова М.С. и др. Химическая технология стекла и ситаллов: Х 46. Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1983. Будников П.П., Бережной Л.С. и др. Технология керамики и огнеупоров. Учебник для химико-технологических институтов. М.: Стройиздат, 1955. Грушко И.М., Королев И.В. и др. Дорожно-строительные материалы. Учебник для автомобильно – дорожных институтов. М.: Транспорт, 1983. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы.: Учебник – М.: Стройиздат, 1986. Домокеев А.Г. Строительные материалы. Учебник для строительных вузов. – 2-е издание. – М.: Высшая школа, 1989. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. – М.: Высшая школа, 1983. Неназашвили И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции.: Справочник. – М.: Высшая школа, 1990. Попов Л.Н. Лабораторные испытания строительных материалов и изделий. М.: Высшая школа, 1984. Салтанат Талиповна Тлеуова Алибек Спабекович Тлеуов Технология силикатных и строительных материалов Редактор Тлеуова С.Т. Подписано в печать __________________ (число, месяц, год) Формат бумаги XxY 1/16 Бумага типографская. Печать офсетная. Объем_____п.л. Тираж _________экз. Заказ № ___________ * © Издание Южно-Казахстанского университета им. М.Ауэзова Издательский центр ЮКУ им. М.Ауэзова, г. Шымкент, пр. Тауке хана, 5 жүктеу/скачать 1,83 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|