Состав пережженой извести и причины пережога —
Прочностные показатели автоклавных силикатных изделий в значительной мере предопределяются качеством извести, применяемой для их изготовления. В тех случаях, когда приходится пользоваться пережженной известью, получаются изделия низкого качества, растрескивающиеся, зачастую со сколотыми ребрами и углами.
В этой связи большое практическое значение имеет выявление состава пережженной извести и причин пережога.
Объектом исследований, проведенных во ВНИИНСМе АСиА СССР, служила известь пересыпных шахтных печей Краснопресненского комбината строительных материалов. Отбирались пробы трех видов. Первая — непосредственно из шахтной печи — состояла из темно-серых или черных спекшихся кусков пережога. Вторую пробу получали механическим отделением наиболее плотных и тяжелых кусков, поэтому в нее, наряду с полностью пережженными, попати также куски необожженные, а также спекшиеся только с поверхности. Третья проба состоя та из белых not истых кусков извести нормального объемного веса Пробы размалывали в лабораторном шаровой мельнице до тонкости помола, характеризуемой остатком 5—8% на сите с 4900 отв/см-
Опыты по моделированию условий возникновения пережога, поставленные для выяснения механизма процесса, проводились с использованием мрамора Коелгинского месторождения и топливного грану лироваиного шлака от сжигания донецкого угля марки «АС».
Минералогический состав извести, определенный по данным химического анализа и изучения шлифов, приведен в табл. 1.
При расчете минералогического состава принято, что растворимый кремнезем полное связывается в Р -2СаО, глинозем и часть Fev03— в алюмоферритную-фазу среднего состава 4СаО • А1203 Fe203, а избыток Fe203—в 2СаО Fe203.
Структура и фазовый состав пережога и рядовой извести изучались в прозрачных шлифах.
Рядовая известь слагается изотропными округлыми зернами, поперечником 0,5—12 мк, со светопреломлением 1,83, относящимися к окиси кальция.
В основной изотропной массе присутствуют 5—10% неравномерно распределенных анизотропных кристаллов размером от 0,005 до 0,2 .п.п. Форма кристаллов изометричная, ближе к округлой; реже встречаются таблитчатые выделения. Показатели светопреломления (Ng—1,735 ± 0,003; Хр= 1,719л. ±0,003) и двупреломления (в пределах 0,015—0,02) дают возможность определить эти кристаллы как бетит 2СаО Si02.
Пережог в шлифах довольно сильно отличается от рядовой извести. Текстура его мелкокристаллическая, местами пойкилитовая. Преобладающей фазой в пережоге является также окись кальция, однако размеры округлых кристаллов ее достигают 0,05—0,1 мм. Содержание кристаллов белита и харак тер их распределения не изменяются размеры же их несколько больше.
В значительном количестве (от 3 до 10%, в среднем 6—8%) присутствует анизотропная фаза с высоким светопреломлением, относящаяся к твердому раствору алюмофеоритов—ферритов кальция. Судя по окраске, она неоднородна. Прозрачные участки светло-желтого и светло-коричневого цвета характеризуются преобладанием алюминатной составляющей, слабо просвечивающие — темно-коричневые или бурые— ферритной.
Алюмоферритная /темная фаза развита в виде пленок толщиной 0.003— 0,005 мм в промежутках между кристаллами СаО и белита.
Максимальное содержание белита и алюмоферритнои фазы характерно для поверхностной юны кусков пережога В этой же зоне нас крупные кристаллы окиси кальция Центральные участь; характеризуются меньшим содержание алюмферритной фазы и f ее мелкими кристаллами СаО
Просмотр молотого материала в иммерсионных жидкостях позволил установить, что все три пробы характеризуются преобладанием округлых, высокопреломляющих изотропных зерен окиси кальция. Размеры этих зерен в молотом материале варьируют от долей микрона до 0,05—0,1 мм. Наиболее мелкозерниста рядовая известь, состоящая преимущественно из кристаллов СаО размером 0,5—3 мк и, в меньшей степени 10—12 мк.
В пробах пережога преобладают зерна извести размером 3—10 мк. Кроме того, в них содержится значительное количество более крупных округлых зерен размером 0,05— 0,15 мм. Отмечается присутствие зерен свободного кварца, что объясняется присадкой в мельнице, лихо очщенной после помола песка.
Во всех пробах в виде монокристаллов или мелкочеонистых агрегатов размером от 2— 5 мм до 0,03—0,05 мм. Наибольшее содержание его отмечается во второй пробе пережога, полученной механическим выделением, за счет попадания необожженного известняка.
Основное отличие пережженной извести от рядовой заключается ь резком усилении степени перекристаллизации окиси кальция, в результате чего кристаллы СаО возрастают от 0.5—3 до 5П—100 мк. а активная сдельная поверхность их соответственно снижается с 3—5 мУг до 1000—3000 см2/г.
Опыты по обжигу коелгинского мрамора при температурах 1300— 1600° в лабораторной печи в течение 3—5 Час. выявили весьма умеренную перекристаллизацию СаО. Максималь
Максимальный размер кристаллов в полученной извести не превышал 8—10 мк. Таким образом, образование пережога не имело места. Глинистое вещество в сырье, как показало исследование продуктов обжига мергелистого известняка, с содержанием в количестве 8,36%, также не является причинен получения пережженной извести.
Для выяснения влияния легкоплавкой золы топлива на перекристаллизацию СаО при обжиге было предпрннято моделирование процесса в табора торных условиях. С этой целью из коелгинского мрамора выпиливались плитки размером 15x15x2,5 см с корыто образной выемкой глубиной 0.5 с.и. заполнявшейся топливной золой. Дм приближения к практическим условиям обжига в пересыпной печи количество золы было принято равным 4% от веса плиток (присадка золы в пересыпных печах Краснопресненского комбината достигает в среднем 4%).
Плитки мрамора с насыпанной золой обжигали в горне по режиму, плавный подъем температуры до максимальной в течение 5—6 час.; выдержка при температуре 1300, 1400, 1500 и 1600° — 3 часа; медленное охлаждение в течение 12 час. до 250°.
Для образцов, обожженных при 1300°, характерно почти полное отсутствие взаимодействия золы и извести. Окись кальция, образовавшаяся в результате диссоциации кальцита сохранила белый цвет. Размер кристаллов СаО не превышал 2—3 мк. Зола во время обжига расплавилась, заполнив выемку в плитке, и при охлаждении застыла в виде темно-бурого шлакового стекла. Только по контакту наблюдался слой новообразований толщиной 1—2 мм, представленных белитом и алюмоферритной фазой.
Внешний вид плиток, обожженных при температурах 1400, 1500 и 1600°. резко изменился. Основная часть извести окрасилась в темно-серый (до черного) цвет. Лишь участки, отстоящие на 1,5—2 см от насыпанной золы, сохранили белый цвет нормально обожженной извести.
В прозрачном шлифе черного спекшегося материала были видны все основные компоненты, характерные для шлифов промышленного пережога.
Более крупные кристаллы извести наблюдались в плитках, обожженных при температурах 1500—1600°.
На рис. 3 представлена микрофотография поверхностной зоны искусственного пережога, на которой видны светло-серые гнезда и прожилки, выполненные кристаллами белита.
Микрофотография центральной части плитки показана на рис. 4. Светлые участки — зерна СаО, темные каемки вокруг них — алюмоферритная фаза
Поверхностный слой, являвшийся контактом между мрамором и легкоплавкой золой, содержит значительно- количество кремнезема (6,58%) Это подтверждает наличие зональности составе продуктов взаимодействия СаО и легкоплавкой золы топлива, установленной при минерало-петрографического изучении обожженных плит.
Расчет минералогического состава проб спекшегося искусственного пережога из плитки, обожженной при 1500°, выполнен по результатам петрографического анализа и приведен з табл. 2.
Действительно, если исключить случайную примесь кварцевого песка и недиссоциированный кальцит, то проба промышленного пережога будет содержать примерно 12,3% белита {на 3% больше искусственного) и 4,4% алюмо-ферритной фазы (на 0,5% меньше).