Регистрация / Вход
Прислать материал

Изучение реакций взаимодействия Na2O и портландцементных клинкерных минералов в интервале температур 1100 – 1200℃

Сведения об участнике
ФИО
Ерыгина Алена Олеговна
Вуз
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Российский университет дружбы народов" в г. Белгороде
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Химия и химические технологии
Раздел области наук
Химическая технология. Химическая промышленность
Тема
Изучение реакций взаимодействия Na2O и портландцементных клинкерных минералов в интервале температур 1100 – 1200℃
Резюме
Изучены реакции взаимодействия основных клинкерных минералов с оксидом натрия при обжиге в интервале температур 1100 – 1200℃. Показано, что оксид натрия в первую очередь реагирует с оксидом алюминия в алюмоферрите кальция, а затем с оксидом железа. Выполнены обжиги цементной сырьевой смеси с присутствием карбоната натрия в интервале температур 1100 - 1400℃, которые показали, что в печах с высокой интенсивностью циркуляции солей щелочных металлов возможно образование алюмината натрия, феррит натрия и натриево-кальциевый силикат. В работе показано, что Na2SO4 не вступает во взаимодействие с портландцементными клинкерными минералами.
Ключевые слова
Циркуляция щелочных соединений в цементной вращающейся печи, соли щелочных металлов, клинкерные минералы, обжиг цементной сырьевой смеси, взаимодействие клинкерных минералов и оксида натрия.
Цели и задачи
Цель работы: изучение реакций взаимодействия Na2O и портландцементных клинкерных минералов C2S, C3A и C4AF при температурах обжига 1100 – 1200℃.
Задачи исследования:
1 - определить влияние оксида натрия на C3A при температуре обжига 1150℃;
2 - определить влияние оксида натрия на C4AF при температуре обжига 1200℃;
3 - определить влияние оксида натрия на C2S при температуре обжига 1100℃;
4 - определить влияние оксида натрия на процессы минералообразования в портландцементной сырьевой смеси.
Введение

Во вращающих печах цементного производства развита циркуляция щелочных соединений. Щелочные хлориды, сульфаты, поступающие с сырьевой смесью в печной агрегат в небольшом количестве, при обжиге накапливаются в обжигаемом материале и их содержание в печи значительно увеличивается, вследствие возгонки при высоких температурах. Влияние данных соединений на клинкерообразование и качество цемента изучались многими исследователями. Но влияние солей щелочных металлов на процессы минералообразования в портландцементной сырьевой смеси в интервале температур обжига 1100-1300°С не изучены, что доказывает актуальность данной работы.

 

Методы и материалы

Методы исследования:в качестве метода исследования использовался рентгенофазовый анализ обожженных образцов.

Материалы:

Для синтезирования клинкерных минералов (C3A, C4AF и C2S) использовались следующие химические реактивы квалификации «ч»: CaCO3, Al2O3, Fe2O3, SiO2

Для приготовления исследуемых смесей, которые содержали не только синтезированные клинкерные минералы, но и соли щелочных металлов требовались такие химические реактивы квалификации «ч», как Na2CO3 и Na2SO4 .

Влияние оксида натрия на процессы минералообразования, протекающие в цементной сырьевой смеси, изучалось на рядовом шламе ЗАО «Белгородский цемент», имеющем следующий химический соста: SiO2=14,03%; Al2O3=3,49%; Fe2O3=2,84%; CaO=43,17%; MgO=0,42%; SO3=0,09%; K2O=0,5%; Na2O=0,16%; TiO2=0,25%.

                   
                   
Описание и обсуждение результатов

В результате проделанной работы получили результаты о взаимодействии солей щелочных металлов с основными клинкерными минералами C3A, C4AF  и C2S  в интервале температур от 1100°C до 1200°C :

1. Карбонат натрия взаимодействует с C3A при температуре 1150°C в мольном отношении 1:3 с образованием Na2O·Al2O3 и CaO по реакции:

3CaO·Al2O3+Na2CO3=Na2O·Al2O3+3CaO+CO2

2. Сульфат натрия не взаимодействует с C3A при температуре 1150°C.

3. Карбонат натрия взаимодействует с C4AF при температуре 1200°C постадийно: сначала, реагируя с Al2O3, обогащает клинкерный минерал Fe2O3 с образованием C6AF2, Na2O·Al2O3 и CaO (мольное соотношение 1:1), а затем – с C2F, получая Na2O·Fe2O3, Na2O·Al2O3 и CaO (мольное соотношение 1:3). Химические реакции:

1 ступень взаимодействия:

4CaO·Al2O3·Fe2O3+Na2CO3=2CaO·Fe2O3+Na2O·Al2O3+2CaO+CO2

2 ступень взаимодействия:

2CaO·Fe2O3+Na2CO3=Na2O·Fe2O3+2CaO+CO2

4. Сульфат натрия не взаимодействует с C4AF при температуре 1200°C.

5. Карбонат натрия взаимодействует с C2S при температуре 1100°C с образованием NCS и CaO (мольное соотношение 1:3), а также способствует стабилизации данного клинкерного минерала в ß-модификацию (мольное соотношение 3:1; 1:1 и 1:3). Реакция взаимодействия:

2CaO·SiO2+Na2CO3=Na2O·CaO·SiO2+CaO+CO2

6. Сульфат натрия не взаимодействует с C2S при температуре 1100°C, и также как карбонат натрия способствует стабилизации данного клинкерного минерала в ß-модификацию во всех исследованных мольных отношениях.

7. При обжиге цементной сырьевой смеси с присутствием карбоната натрия в интервале температур обжига 1100 -1400°C образуются такие же продукты реакций, что и при взаимодействии чистых клинкерных минералов и карбоната натрия.

(ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПОДТВЕРЖДЕНЫ РЕНТГЕНОФАЗОВЫМ АНАЛИЗОМ, КОТОРЫЙ ПРИВЕДЕН В ПРЕЗЕНТАЦИИ)

Используемые источники
1. Лисиенко, В.Г. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология: Справоч-ное издание: В 2-х книгах. Книга 1 / В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, М.Г. Ладыгичев; под ред. В.Г. Лисиенко. – М.: Теплотехник, 2004. – 688 с.
Information about the project
Surname Name
Erygina Alena
Project title
Stadying reactions between Na2O and Portland cement clinker minerals in the temperature range 1100-1200°C
Summary of the project
We studied the reaction of the main clinker minerals with Na2O upon firing in the temperature range 1100 - 1200 ℃. In the first place Na2O reacts with Al2O3 in C4AF and then Na2O reacts with Fe2O3. Na2SO4 does not react with the Portland cement clinker minerals.
Keywords
Circulation of alkaline compounds in the cement kiln, alkali metal salts, clinker minerals calcining cement raw meal, the reaction clinker minerals and sodium oxide.