Marketokon.ru

Маркет Окон и замков
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как получают цемент формулы

Как получают цемент формулы

Алит — фаза трехкальциевого силиката Сз S . Одним из наиболее важных в химии цемента соединений извести с кремнеземом является трехкальциевый силикат Сз S . Он устойчив в интервале температур от 1523 до 2343 К, при которых расплавляется с разложением (инконгруентно) на СаО и расплав; он может образовываться пу­тем первичной кристаллизации из трех- или четырехкомпонентного расплава, содержащего алюминий и железо. В этом случае не удастся получить чистые кристаллы C 3 S , ибо в их твердом растворе содержится небольшое количество алюминатов и ферритов кальция.

С. М. Рояк и О. К. Алешина наблюдали образование C 3 S при 1273 — 1473 К в зоне твердофазовых реакций в виде слоя толщиной около 1 мкм вокруг зерен СаО и в количестве менее 1% массы материала. Этот слой слу­жит затравкой для основной массы алита, кристалли­зующейся в жидкой фазе при 1723 К. Известен способ получения C 3 S из извести и кремнекислоты в расплаве хлористого кальция; после охлаждения расплав обраба­тывается спиртом и водяным паром при 873 К. C 3 S мо­жет образовываться путем твердофазовой реакции меж­ду кремнекислотой и известью при температурах 1723 — 1873 К; при 2073 К реакция проте­кает с большей скоро­стью. Однако для осу­ществления этой реакции необходим многократный обжиг тонкоизмельчен­ного промежуточного про­дукта. Только при этих условиях можно получить C 3 S , не содержащий сво­бодной извести.

Микроструктура клинкера. Кристалл алита выделен синим цветом.

Структура алита сложе­на из тетраэдров ( Si 04) и отдельных ионов кислорода и кальция. Последние коорди­нированы между собой шестью кислородными ионами. Для этой структуры характерна нерегулярная координа­ция
ионов кальция и «пустот» между ними. Полагают, что такой координацией можно объяснить высокую энер­гию решетки трехкальциевого силиката. Алит в портландцементном клинкере рассматривали как трехкальциевый силикат, в котором два атома кремния замещены двумя атомами алюминия, а для компенсации заряда в промежутках располагается атом магния. Такое заме­щение происходит в каждых 18 молекулах C 3 S , что поз­волило предложить следующую формулу алита — C 54 S 16 AM . Предлагают также рассматривать формулу алита в виде C 51 S 16 AM . Однако получить синтетический алит этого состава не удалось, продукт обжига содержал обычно некоторое количество свободного оксида каль­ция. Это дало основание считать, что растворимость гли­нозема значительно меньше, чем полагали ранее.

Кристаллы алита в портландцементном клинкере под сканирующим электронным микроскопом. Увеличение 3000X.

Был определен предел растворимости А123 в C 3 S в количестве до 1%, a MgO до 2,5%. Однако С. М. Рояк химическим методом установил содержание MgO в алите всего лишь в количестве 1,4%. Возможны включе­ния в состав алита помимо А123 и MgO , содержащихся в расплаве, также оксидов хрома, железа, марганца и др., которые заметно влияют на условия полиморфных превращений алита. Кроме того, при этом существенно изменяются химические и другие свойства. Особый интерес представляет, например, тот факт, что при нали­чии этих примесей увеличивается процент оксида каль­ция, растворенного в решетке C 3 S сверх количества, соответствующего стехиометрическому составу. Таким об­разом, по современным воззрениям алит можно рассматривать как твердый раствор трехкальциевого силиката цементного клинкера с алюминием, магни­ем, а также с примесями в исходной сырьевой смеси, находящимися в твердом растворе, — титаном, желе­зом, хромом, натрием и др. При высоких температурах алит устойчив в триклинной форме, а при охлаждении переходит в низкосимметричную форму.

Читайте так же:
Готовые сухие смеси цемент

ЦЕМЕНТЫ

Получение. Сырьем для получения цементов служат прир. материалы (известковые, глинистые, мергелистые, гипсовые, глиноземистые породы) и пром. отходы (металлургич. и топливные шлаки, золы от сжигания углей, белитовый шлам, отходы от переработки нефелиновых пород и др.).
Произ-во цементов включает приготовление сырьевой смеси (дробление исходных материалов, их тонкий помол, перемешивание, корректировка хим. состава смеси), обжиг сырьевой смеси, тонкий помол обожженного продукта (клинкера) до порошкообразного состояния вместе с небольшим кол-вом гипса, активными (шлак, зола, гемза) и неактивными при взаимод. с водой (кварц, карбонатные породы) минер. добавками и др. в-вами, придающими цементам нужные св-ва (напр., пластификаторы, гидрофобные добавки).
В зависимости от метода приготовления сырьевой смеси различают сухой, мокрый и комбинир. способы произ-ва. При сухом способе сырье (известняк и глина) в процессе дробления и помола в мельницах высушивается и превращается в сырьевую муку, после чего мука поступает на обжиг. При мокром способе помол сырьевых компонентов осуществляют в мельницах в присут. воды, к-рую вводят для понижения твердости, интенсификации процесса помола и уменьшения удельного расхода энергии. Влажность сырьевой смеси (шлама), поступающего на обжиг, при мокром помоле составляет 34-43% по массе; для снижения влажности шлама к сырьевой смеси добавляют сульфитно-дрожжевую бражку, триполифосфат Na или ПАВ. При комбинированном способе сырьевая смесь готовится по предыдущей схеме, затем обезвоживается на вакуум-фильтрах или вакуум-прессах, формуется в гранулы и поступает на обжиг.
Обжиг сырьевой смеси осуществляют при 1450 °С во вращающихся (редко шахтных) печах, представляющих собой наклонный стальной цилиндр, в загрузочную часть к-рого подается сырьевая смесь, а со стороны выгрузки (головки) печи через форсунку — топливо (см. Печи). Сырьевая смесь движется по направлению к головке печи, подвергаясь действию нагретых топочных газов. Вращающуюся печь условно разделяют на неск. технол. зон. В зоне сушки под действием отходящих топочных газов сырьевая смесь подсушивается, в зоне подогрева нагревается до 500-600 °С и переходит в зону кальцинирования (900-1200 °С), в к-рой происходит разложение СаСО3. Получающийся СаО в твердом состоянии взаимод. с составными частями глины и железистого компонента с образованием в экзотермич. зоне 2CaO x SiO2, 5СаО x 3А12О3, 3СаО x А12O3, 4CaO x Al2O3 x Fe2O3, 2CaO x Fe2O3, а также СаО, MgO и др. оксидов.
В зоне спекания при т-ре 1450 °С обжигаемый материал (клинкер) частично плавится; в этой зоне образуется главный минерал клинкера ЗСаО x SiO2. При дальнейшем прохождении по печи клинкер попадает в зону охлаждения (т-ра 1000-1200 °С). Холодный клинкер дробят и тонко измельчают вместе с гипсом и др. добавками в барабанных шаровых мельницах, а затем транспортируют в железобетонные цилиндрич. емкости — т. наз. цементные силосы.

Свойства. При взаимод. цементов с водой — гидратации, затворении — первоначально образуется пластичное цементное тесто, к-рое со временем на воздухе или в воде уплотняется, теряет пластичность и превращается в т. наз. цементный камень. Безводные минералы клинкера превращаются при этом в соответствующие гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферраты(III) Са, напр.:

ЗСаО x SiO2 + 2H2O Ca2SiO4 x Н2О + Са(ОН)2
Ca2SiO4 + Н2О Ca2SiO4 х Н2О ЗСаО х А12О3 + 6Н2О ЗСаО х А12О3 х 6Н2О

Читайте так же:
Как лучше замешать цементный раствор

Образовавшийся Са(ОН)2 под действием СО2 воздуха постепенно превращается в СаСО3, гидроалюминаты Са с гипсом в присут. воды дают двойные основные сульфаты, напр. Са6А12(ОН)12(SО4)3 x26Н2О и Ca4Al2(OH)12SO4 x6H2O. При получении бетона образовавшийся Са(ОН)2 с СО2 воздуха и SiO2 превращается в очень прочную массу, состоящую из карбонатов и силикатов Са.

Цемент

Цемент (лат.  caementum  — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое вяжущее вещество. Один из основных строительных материалов. При затворении водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов. Цемент является гидравлическим вяжущим и обладает способностью набирать прочность во влажных условиях, чем принципиально отличается от некоторых других минеральных вяжущих — (гипса, воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.

Цемент для строительных растворов — малоклинкерный композиционный цемент, предназначенный для кладочных и штукатурных растворов. Изготовляют совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок и наполнителей.

Содержание

Исторические сведения

Римляне подмешивали к извести определённые материалы для придания ей гидравлических свойств. Это были:

  • пуццоланы (отложения вулканического пепла Везувия);
  • дроблёные или измельчённые кирпичи; , который они нашли в районе г. Эйфеля (затвердевшие отложения вулканического пепла).

Несмотря на различия, все эти материалы содержат в своем составе оксиды: диоксид кремния SiO2 (кварц или кремнекислота), оксид алюминия Al2O3 (глинозём), оксид железа Fe2O3 — и вызывают взаимодействие с ними извести; при этом происходит присоединение воды (гидратация) с образованием в первую очередь соединений с кремнезёмом. В результате кристаллизуются нерастворимые гидросиликаты кальция. В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига загрязнённых глиной известняков по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их.

После этого начался вековой период усиленного экспериментирования. При этом основное внимание было обращено на разработку специальных месторождений известняка и глины, на оптимальное соотношение этих компонентов и добавку новых. Только после 1844 года пришли к выводу, что, помимо точного соотношения компонентов сырьевой смеси, прежде всего необходима высокая температура обжига (порядка 1450 °С, 1700 K ) для достижения прочного соединения извести с оксидами. Эти три оксида после спекания с известью определяют гидравлические свойства, и их называют оксидами, обусловливающими гидравличность (факторами гидравличности).

Цемент получается при нагревании гашёной извести и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры 1450 °С. Происходит частичное плавление, и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер перемешивают с несколькими процентами гипса и тонко перемалывают. Гипс управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67% СаО, 22% SiO2, 5% Al2О3, 3% Fe2O3 и 3% других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50-70%. Это трехкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счет размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg 2+ , Al 3+ и Fe 3+ . Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Читайте так же:
Отсев цемент пропорции для шлакоблока

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15-30%. Это двукальциевый силикат Ca2SiO4, модифицированный введением в структуру инородных ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде β-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Содержание алюминатной фазы составляет 5-10% для большинства нормальных цементных клинкеров. Это трехкальциевый алюминат 3СaAS(3CaO*Al2O3*SiO2), существенно измененный по составу, а иногда и по структуре, за счет инородных ионов, особенно Si 4 , Fe 3+ , Na + и К + . Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.

Ферритная фаза составляет 5-15% обычного цементного клинкера. Это — четырехкальциевый алюмоферрит 4СaAFS(4CaO*Al2O3*Fe2O3*SiO2), состав которого значительно меняется при изменении отношения Al/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в поздние сроки.

Выдающийся учёный химик Шуляченко, Алексей Романович считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Антонова для обжига и производства клинкера.

Виды цемента

По наличию основного минерала цементы подразделяются: [1]

  • романцемент — преобладание белита, в настоящее время не производится; — преобладание алита, наиболее широко распространен в строительстве; — преобладание алюминатной фазы; (Цемент Сореля) — на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
  • смешанные цементы — цементы, получаемые путем смешения вышеприведенных цементов с воздушными вяжущими, минеральными добавками и шлаками, обладающими вяжущими свойствами.
  • кислотоупорный цемент — на основе гидросиликата натрия (Na2O·mSiO2·nH2O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяется водным раствором жидкого стекла.

В подавляющем большинстве случаев под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера. В конце ХХ века количество разновидностей цемента составляло около 30. [1]

По прочности цемент делится на марки, которые определяются главным образом пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40*40*160 мм, изготовленных из раствора цемента состава 1 к 3 с кварцевым песком. Марки выражаются в числах М100 — М600 (как правило с шагом 100 или 50) обозначающим прочность при сжатии соответственно в 100—600 кг/см2 (10—60 МПа). В настоящее время цемент марки М300 и менее не выпускается. Цемент с маркой 600 благодаря своей прочности называется «военным» или «фортификационным» и сто́ит заметно больше марки 500. Применяется для строительства военных объектов, таких как бункеры, ракетные шахты и т.д.

Также по прочности в настоящее время цемент делится на классы. Основное отличие классов от марок состоит в том, что прочность выводится не как средний показатель, а требует не менее 95% обеспеченности (то есть 95 образцов из 100 должны соответствовать заявленному классу). Класс выражается в числах 30—60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).

Читайте так же:
Обзор рынка для цемента

Производство

Цемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4∙2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1470°C в течение 2-4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь условно можно поделить на зоны:

  • подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2O3∙2SiO2∙2H2O → Al2O3∙2SiO2 + 2H2O; далее при температурах 600…1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
  • декарбонизации (900…1200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al2O3 — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато;
  • экзотермических реакций (1200…1350 °C) завершется процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
  • спекания (1300→1470→1300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С3S);
  • охлаждения (1300…1000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Мировое производство цемента

В 2002 году мировое производство цемента достигло 1,8 млрд. т. В тройку крупнейших производителей вошли Китай (704 млн. тонн), Индия (100 млн. тонн), и США (91 млн. тонн).

Цена на цемент на европейских биржах составляет около 100$ за тонну. Цены на цемент в Китае составляют около 40$ за тонну. Большинство биржевых сделок с цементом в России на 2010 год осуществляется на Московской Фондовой Бирже.

Источники

Райхель В., Конрад Д. Бетон: В 2-х ч. Ч. 1. Свойства. Проектирование. Испытание. — М.: М.: Стройиздат, 1979. С. 33.Пер. с нем./Под ред. В. Б. Ратинова.

Портландцемент химическая формула

Портландцемент  (англ.   Portland cement ) — гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Это вид цемента. наиболее широко применяемый во всех странах.

Название получил по имени острова Портленд (Portland) в Англии. так как по цвету похож на добываемый на нём камень.

Читайте так же:
Горелка газовая для цементных печей

Основой портландцемента являются силикаты кальция (алит и белит ).

Портландцемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3СаО∙SiO2 и 2СаО∙SiO2 70-80 %).

Самые распространённые методы производства портландцемента так называемые «сухой» и «мокрый». Всё зависит от того, каким способом смешивается сырьевая смесь — в виде водных растворов или в виде сухих смесей.

При измельчении клинкера вводят добавки: 1,5…3,5 % гипса СaSO4 ∙0,5H2 O (в перерасчёте на ангидрид серной кислоты SO3 ) для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок — для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Пенобетонные блоки

Смотрите видео по теме

Смотрите видеоролик по теме

Сырьём для производства портландцемента служат смеси, состоящие из 75…78 % известняка (мела, ракушечника, известнякового туфа, мрамора) и 22…25 % глин (глинистых сланцев, суглинков), либо известняковые мергели, использование которых упрощает технологию. Для получения требуемого химического состава сырья используют корректирующие добавки: пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы.

При мокром способе производства уменьшается расход электроэнергии на измельчение сырьевых материалов, облегчается транспортирование и перемешивание сырьевой смеси, выше гомогенность шлама и качество цемента, однако расход топлива на обжиг и сушку составляет на 30-40 % больше чем при сухом способе.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1 470°C в течение 2…4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь мокрого способа условно можно поделить на зоны:

  • сушки (температура материала 100…200 °C — здесь происходит частичное испарение воды);
  • подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2 O3 ∙2SiO2 ∙2H2 O → Al2 O3 ∙2SiO2 + 2H2 O; далее при температурах 600…1 000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
  • декарбонизации (900…1 200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2. одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO)и кислотных оксидов (Al2 O3. SiO2 ) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al2 O3  — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С3 А), протекающих ступенчато;
  • экзотермических реакций (1 200…1 350 °C) завершется процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3 А, С4 АF (F — Fe2 O3 ) и C2 S (S — SiO2 ) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
  • спекания (1 300→1 470→1 300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2 S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С3 S);
  • охлаждения (1 300…1 000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Узнать данный вид цемента можно по внешнему виду — это зеленовато-серый порошок. Как и все цементы, если к нему добавить воду, он при высыхании принимает камнеобразное состояние и не имеет существенных отличий по своему составу и физико-химическим свойствам от обычного цемента.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector