Химический и минералогический состав клинкера

Обжиг подготовленного сырья сопровождается сложными физическими и физико-химическими процессами, в результате которых из исходным компонентов образуется спекшийся материал КЛИНКЕР, состоящий в основном из минералов:

Минеральный состав клинкера.

Основные минералы клинекера:

- алит,

- белит,

- трехкальциевый алюминат;

-алюмоферрит кальция.

- 3СаО*SiO₂ (C₃S) – трехкальциевый силикат – алит (45 – 60%);

- 2СаО*SiO₂ (C₂S) – двухкальциевый силикат – белит(10 – 30%);

- 3СаО*Al₂O₃ (C₃A) – трехкальциевый алюминат – целит (5 – 12%);

- 4СаО*Al₂O₃*F₂O₃(C₄AF) – четырехкальциевый алюмоферрит (10 – 20%) – стекловидная застывшая масса.

Химический состав клинкера определяется содержанием оксидов (% по массе), причем главные из них:

- СаО -63- 66,

- SiО₂ - 21-24,

- А120_{3 -} 4-8,

- Fe₂0_{3 -} 2-4;

их суммарное количество составляет 95-97%.

В небольших количествах в виде различных соединений могут входить MgO, S0₃, Na₂О и К₂О, а также ТiO₂, Сг₂0₃, Р₂О₅. В процессе обжига, доводимого до спекания, главные оксиды образуют силикаты, алюминаты, алюмоферриты кальция в виде минералов кристаллической структуры, а некоторые из них входят в стекловидную фазу.

Алит 3CaO-Si0₂ (или C₃S*) – самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и другие свойства портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45-60 °С.

Алитпредставляет собой твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2-4 %) MgO, А1₂0₃, Р₂0₅, Сг₂0₃ и других примесей, которые могут существенно влиять на структуру и свойства.

Белит2CaO-Si0₂ (или C₂S) – второй по важности и содержанию (20-30%) силикатный минерал клинкера. Он медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительном твердении портландцемента. В интервале между нормальной температурой и 1500 °С существует пять кристаллических форм двухкальциевого силиката.

Белит в клинкере представляет собой твердый раствор В –двухкальциевого силиката (В – C₂S) и небольшого количества (1-3%) А1₂0₃, Fe₂0₃, MgO, Сг₂0₃.

Обжиг смеси производится во вращающихся печах, представляющих собой металлические цилиндры, обложенные внутри огнеупорной футеровкой. Печь укладывают на специальные катки с небольшим уклоном к поверхности земли, за счет чего по мере вращения сырьевая смесь продвигается по печи от приподнятого конца к опущенному. Длина печи достигает 180 м, а иногда доходит до 250 м, диаметр – до 6 м. По мере продвижения смесь подсушивается, скатывается в шарики и под действием высокой температуры (1450…1500 °С) спекается в гранулы размером 5…20 мм и более. Затем гранулы охлаждаются сначала в печи, в зоне охлаждения, впоследствии – в специальных устройствах – холодильниках.

Существует и достаточно прогрессивный способ обжига клинкера. В печи силикатный расплав заменен расплавом на основе хлористого кальция. Существенно снижается температура обжига (1100 … 1150 °С), в 3 .. .4 раза облегчается помол, но в цементе появляется минерал – алинит, содержащий алюмохлоридсиликат кальция. Этот цемент быстрее твердеет в начальные сроки.

Остывший клинкер подвергают размолу чаще всего в шаровых мельницах, представляющих собой металлические цилиндры диаметром до 3,5 и длиной до 15 … 20 м, которые выложены изнутри бронированными плитами. Мельницы имеют 2 … 3 камеры, отделенные друг от друга металлическими перегородками с отверстиями для прохождения размалываемого материала.

Размол клинкера и постепенное продвижение размалываемого материала обеспечиваются при вращении за счет наклона мельницы. По выходе из шаровой мельницы портландцемент подают на склад в силосы, где он остывает и выдерживается некоторое время, достаточное для стабилизации.