УДК 691.54.001

Сагындыков А.А., Абишев А.Т., Жаксылыкова С.Б., Жылкыбаева А.Л.

Республика Казахстан, г. Тараз, Таразский Государственный Университет (ТарГУ) им. М. Х. Дулати

Особенности спекания ангидритовой сырьевой смеси с щелочесодержащими добавками

Интенсификация процессов спекания ангидритового вяжущего путем использования минерализующих добавок является важным энергосберегающим решением ускоряющим процессы формирования клинкерных фаз и повышающим физико-механическим свойства. Расчеты кинетических параметров спекания АВ на основе фосфогипса проводились методом неизотермической кинетики, получающим в последнее время все большое развитие ввиду принципиальных преимуществ перед изотермическими методами исследования кинетики физико-механических процессов.

В качестве минерализующих добавок были использованы щелочесодержащие отходы – стеклобой,пыль электрофильтров цементных производств, природная соль Сарысуского месторождения.

Пыль электрофильтров имеют следущий химический состав, мыс % : SiO₂ -20-22; Na₂O – 5-8; K₂O – 2-3; CaO – 25-27, Fe₂О₃ – 2-3, Al₂O₃ – 3-5, SiO₃ - 6-7 . Стеклобой, масс % : SiO₂ – 70-71; Al₂O₃ – 2-3; Fe₂O₃ – 0,1-3; Na₂O –15-16; MgO – 2-3. Природная соль: Na₂SO₄ – 89,9-91,6; CaSO₄ 0,5-2,5, Ca(HCO₃) – 0,4-0,9; CaCO₃ – 0,3-0,5, MgSO₄ – 0,9-1,5; K₂SO₄ – 0,02-0,06, NaCl – 0,8-1,5; Н.О. - 4,3-4,5; Н₂О – 0,9-1,2

Массовое содержание добавок в шихте определено исходя из эквивалентного содержания в ней минерализующего компонента:

1 % -1,5 Na⁺ и 0,5-1 Fe²⁺, Fe³⁺

Исходным положением расчетов неизотермической кинетики является справедливость кинетического уравнения при произвольно изменяющейся во времени температуре Т=Т (τ) т.е. для неизотермических условии

где, Z’= -скорость процесса, мин ^-1

константа скорости процесса, выраженая модифицированным уравнением Аррениуса

F=F(Z) – функция вид которого зависит от механизма процесса,

τ – время, мин, Т-температура,

Е – энергия активации, кДж/моль;

К₀ – предэксионенуиольный множитель;

R- газовая постоянная

Кинетику спекания исследовали с помощью дериватографа по усадке материала и температуре в зависимости от времени (Рис. 1)

T, ⁰C

Рис. 1. Изменение температуры обжига

1- пыль электрофильтров, 2- стеклобой, 3 – природная соль (Na₂SO₄)

z-10³

мин^-1

τ, мин

Рис. 2. Изменение скорости процесса спекания ангидритового вяжущего.

1- пыль электрофильтров, 2- стеклобой, 3 – природная соль (Na₂SO₄)

На основе полученных экспериментальных данных методом графического дифференцирования определены значения скорости процесса спекания Z’ для образцов с электрофильтров, природной соли и стеклобой (рис. 2).

Анализ полученных экстремальных данных свидетельствует, что введения изученных минерализаторов в состав ангидритового вяжущего значительно изменяет кинетические параметры обжига. Например, введение щелочных добавок приводит к снижению энергии активации процесса Еср с 315,4 КДж/моль до 210,3 КДж/моль т.е. на 38-40%. Повышается прочность образцов. Образование эвтектических смесей СаF₂ с NaF, MgF₂ с CaF₂, Na₃AlF₆ с Na₅Al₃F₁₄, SiO₂ с CaO и Na₂O обеспечивает по всему объему образования тонких спаек между реагирующими компонента.

Минерализующее действие низковязких добавок приводит к существенному изменению модификации относительно кремнезема в составе фосфогипса, препятствуя его кристаллизации и одновременно повышая степень конденсации силикат - аниона.

Близость ионных радиусов Na⁺ и Mg⁺ соответственно (0,98;0,74 А⁰) способствует более полному образованию натриевых магниевых силикатов. За счет образования щелочных магниевых силикатов шихта обедняется кремнеземсодержащимся минералами тем самым приводит к увеличению низкотемпературных клинкерных фаз (рис. 3).

При обжиге сырьевых смесей на основе фосфогипса и щелочных добавок в виде стеклобоя, пыли электрофильтров, сульфата кальция происходят следующие химические реакции

CaSO₄ + NaF = CaF₂ + Na₂SO₄

CaO + CaF₂ + 2SiO₂ = Ca₄(Si₂O₇)F₂

Приводящие к полному связыванию водорастворимого фтора за счет образования водонерастворимых соединении типа флюорита (СаF₂) и куспидина Са₄(Si₂O₇)F₂

Na₂O + MgO

Na₂O

Концентрация R₂O, %

Na₂O + MgO

Na₂O

Концентрация R₂O, %

Рис. 3. Изменение содержания минералов ангидритового вяжущего от количества щелочных оксидов и оксида магния.

Таким образом проведенные исследования свидетельствуют о положительной роли щелочных добавок позволяющих снизить температуру обжига, интенсифицировать процесс обжига, активизируют формирование ангидрита и цементных клинкерных фаз.