НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ИЗВЕСТИ, ОБОЖЖЕННОЙ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 1273-2843 К

В связи с интенсификацией существующих и разработкой новых способов производства вяжущих при повышенных температурах обжига представляет интерес исследование структуры, гидратационных свойств и совершенствование методов количественного определения окиси кальция, полученной обжигом прн 1273—2843°К.

Для исследования использовался реактивный химически чистый карбонат кальция состава в %: Si02—0,12л, А120з—0.107. Fe203—0,018, СаО—56.007, MgO — 0.143, п.п.п. — 43,600. Обжчг прессованных образцов осуществлялся в силитовой печи до 1873°К и в вакуумной микропечи сопротивления с нагреваниями из Та при 1873— 2843К- Перед обжигом в вакуумной печи материал прокаливался в муфеле. Измерение темпеоатуры осуществлялось Pt—PtPh(U—10%Rh) и WRe—WRe (5— 20% Re) термопарами, а также оптическим пирометром ОППИР-017 с учетом коэффициента излучательной способности материала нагревателя. Точность измерения семнературы составляла ±,Т поп 1273—1С73К и ±Ю" при 1873—2843°К. Время об ыгга при 1273— 1873°К составляло 5 ч, а при 1873— 2843еК — 1 н 10 мин.

Структура СаО исследовалась петрографическим и рентгеноструктурным методами анализа. Теплота гидратации определялась термосным методом.1 Кинетика растворения СаО в дистиллированной воде определялась химическим путем. Титрование раствора извести после определенного времени гидратации производилось раствором трилона-Б на фотоэлектрическом титриметре ФЭТ УНИИЗ.

Петрографический анализ показал, что с повышением температуры обжига размер кристаллов СаО и степень их совершенства возрастают (рис. 1). При повышении температуры на каждые 100°К размер кристаллов возрастает в среднем всего на 1—1,2 мк. Большая часть зерен, составляющих низкотемпературные пробы СаО, имеет агрегатное строение и представляет собой сростки из мельчайших частичех округлой формы. При более высоких температурах наблюдаются кубические до металлы, отличающиеся оптической изотропностью.

Время выдерживания материала прн конечной температуре практически не влияет на изменение размеров кристаллов СаО. Гак, в результате обжига прн 1873°К в течение 10 мин и 5 ч кристаллы имели практически одинаковую величину— 5—8 мк. С повышением температуры обжига ускоряется процесс рекристаллизации, отдельные кристаллы срастаются, активная поверхность сокращается. При 1973—2073°К линейная зависимость (рис. 1) нарушается, скорость роста и размер кристаллов СаО возрастают, что, очевидно, вызвано плавлением некоторой доли примесей в шихте и интенсификацией процесса рекристаллизации. Степень агрегации кристаллов также увеличивается. Дальнейшее повышение температуры вызывает резкое увеличение скорости роста кристаллов СаО: при температуре, отвечающей точке плавления, размер кристаллов достигает 40 мк. Преобладающая форма кристаллов СаО, полученных кристаллизацией в твердой фазе, — кубическая, а при плавлении — шаровидная.

Анализ рентгеноструктурных данных показал, что независимо от температуры в интервале 1273—2043 К обожженные образцы характеризуются весьма близкими расстояниями и представляют собой практически мономинеральный продукт. Однако наблюдались п некоторые особенное. В низкотемпературных пробах СаО присутствовал неразложениый карбонат кальция, причем последний был при помощи петрографического (пробы, обожженные при 1173—1273°К) н рентгеноструктурного анализа (пробы, обожженные при 1173—1373”K). При температурах обжига, превышающих 1473°К, карбонат диссоциировал практически полностью и ие выявлялся рентгенографически.


При повышении температуры до 2173—2273К появление большого количества жидкой фазы приводит к частичной дезагрегации крупных и вследствие этого к увеличению количества не фиксируемых на рентгенограммах мелких кристаллов. При температурах, близких к точке плавления СаО, размер кристаллов вновь возрастает, чему соответствует и возрастание интенсивностей отражений на рентгенограммах.

Расчет параметров элементарной ячейки СаО показал, что постоянная решетки изменяется синбатно г температурой в интервале 1273—1873°К (рис. 3). Для сравнения на графике поведены также и данные, полученные И. Г. Луглинной с сотрудниками .

В настоящей работе не наблюдалось резкого уменьшения параметра ячейки в температурном интервале 1273— 1373°К. Вероятнее всего это расхождение вызвано различием режима обжига при низких температурах, принятого в наш IX опытах и в предшествующей работе, п как следствие этого — различием в структуре СаО. В наших опытах время обжига составляло 5 ч, тогда как в опытах И. Г. Лугинииой — всего 30 мин. Таким образом, со BTODOM случае большая величина d при 1273К называется непосредственным влияя ем исходной кристаллической решетки карбоната. если считать, что вновь формирующаяся решетка окисла оказываемся искаженной под влиянием материнской карбоната согласно принципу ценного соотношения.

При повышении температуры происходит разложение твердого раствора предельного состава 4% СаС03 + 96% СаО, что, возможно, и приводит к увеличению постоянной решетки. Однако уже при температуре 1873°К постоянная решетки приближается к известному из литературы значению 4,799А. При дальнейшем повышении температуры пробы характеризовались близкими значениями постоянной. Следует отметить, что некоторое расширение межплоскостных расстояний (при 2473°К) возможно явилось следствием образования твердого раствора окислов на поверхностях слоя у кристаллов СаО.

Таким образом, микроструктура СаО заметно изменяется в процессе обжига. Основной фактор, влияющий на микроструктуру.— это температура обжига, определяющая степень рекристаллизации и величину активной поверхности кристаллов.



Была также определена кинетика растворения СаО в дистиллированной воде в зависимости от температуры обжига извести. Применялся метод комплексометрического титрования трилоном Б. Навеска извести, предварительно измельченной до полного прохождения через сито № 006 (0.5 или 5 г), помещалась в 200 см3 воды. Опыт проводился прн 293СК. Оказалось, что и скорость растворения извести (скорость насыщения водного раствора) и растворимость ее в воде (предельная концентрация) практически не зависят от температуры обжига.

Была определена также кинетика тепловыделения и теплота гидратации окиси кальция. Общий суммарный тепловой эффект растворения <3 представляет собой алгебраическую сумму тепловых эффектов процессов гидратации и разрушения кристаллической решетки окисла. Роль диффузии ионов исключалась (интенсивное перемешивание суспензии).

Результаты определения теплоты гидратации СаО, обжигавшейся в течение 5 ч при 1273—1873°К. свидетельстве ют о том. что процесс гидратации даже простого моно- минерального продукта — СаО представляет собой сложное явление, включающее в себя целый ряд процессов химического и физического порядка. В частности, совершенно отчетливо выделяется влияние структуры окиси кальция на теплоту ее гидратации и кинетику тепловыделения. Максимальной теплотой гидратации характеризуется СаО, обожженная прн 1473°К (рис. 4) Дальнейшее повышение температуры обжига СаО сопровождается снижением величины Q. Интенсивное выделение тепла прн гидратации всех проб СаО наблюдается на протяжении первых 2—5 мин. Чем выше температура обжига СаО, тем менее значительна скорость разогрева суспензии. Наиболее высокой скоростью тепловыделения характеризуются образцы СаО, обожженные при 1373— 1473°К.