CC BY
53
Вісник ПДАБА
УДК 666.946+699.887
ИЗУЧЕНИЕ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОБЖИГЕ БАРИЕВОГО АЛИТОСУЛЬФОФЕРРИТНОГО КЛИНКЕРА
А. А. Салей, д. т. н., проф.*, Н. С. Сторчай, к. т. н., доц., Н. П. Пескова, асп. *
*Государственное высшее учебное заведение “Украинский государственный химико-технологический университет ”
Ключевые слова: алит, клинкер, кинетика, минералообразование.
Введение. Высокую прочность цементов в ранние сроки твердения обеспечивает наличие алитовой фазы в составе клинкера [3]. Однако при введении оксида бария в состав сырьевой смеси для получения обычных клинкеров мнения исследователей об образовании и стабильном существования алита расходятся.
Анализ литературных данных. При введении оксида бария в состав сырьевой смеси для получения портландцементного клинкера барий способен вытеснять кальций из силикатной составляющей клинкера и образуя двухбариевый силикат [3; 9]. При этом происходит распад алита с выделением свободного оксида кальция. Исследованиями [4] также установлено, что при повышении содержания оксида бария фазовый состав клинкеров значительно изменяется по сравнению с расчетным - уменьшается количество алита.
Однако авторами установлено [11], что СаО, выделившийся за счет вытеснения кальция барием в белите, образует дополнительное количество алита, при этом происходит увеличение прочности образцов при сжатии, по сравнению с не содержащими барий белитовыми образцами. О положительном влиянии оксида бария на формирование алита говорится в [10], где показано, что введение ВаО значительно снижает температуру и время его образования.
В работе [5] указывается на возможность сосуществования алитовой и сульфоферритной фаз, если температура обжига клинкера не превышает температуру разложения сульфоферрита кальция и достаточна для образования необходимого количества жидкой фазы, из которой кристаллизуется алит.
Цели и задачи. В связи с противоречивыми мнениями относительно формирования и стабильного существования алита в присутствии оксида бария, с тем, что рассматриваемые в данной работе оксидные системы отличаются от портландских значительно большим содержанием в них оксида железа и сульфата кальция, а также предполагают формирование высокоосновного сульфоферрита кальция, представляет интерес установить характер минералообразования и фазовый состав клинкеров в системе CaO - BaO - Fe2O3 - SiO2 - SO3 при соотношении компонентов, обеспечивающем возможность получения в составе клинкеров алита.
Экспериментальная часть. Для установления предельно возможного содержания алита в системе CaO - BaO - Fe2O3 - SiO2 - SO3 были составлены смеси из химически чистых реактивов, рассчитанные на получение в продуктах обжига высокоосновного сульфоферрита кальция
C2FCS, трехкальциевого силиката C3S и двухбариевого силиката B2S. Расчетный химический и минералогический составы клинкеров приведены в таблице 1.
Завершенность процессов минералообразования контролировалось этил-глицератным методом химического анализа по отсутствию СаОсвоб в спеках [1], так как ВаО, являясь химически более активным щелочноземельным оксидом, связывается интенсивнее, чем СаО, и не присутствует в клинкере в свободном состоянии [4].
Было установлено, что в зависимости от расчетного количества алита, минералообразование завершается в интервале температур 1 270 - 1 300 0С. При содержании алита 15 мас. % минералообразование завершается уже при 1 270 0С, что фиксируется по отсутствию СаОсвоб в спеках. Клинкер с максимально возможным количеством алита (38 мас. %) был получен при температуре 1 300 0С. Дальнейшее повышение расчетного количества алита в составе клинкера, независимо от температуры обжига, приводит к появлению СаОсвоб (рис. 1).
При производстве клинкера предполагается использование как техногенных продуктов и отходов, так и природного сырья. Поэтому дальнейшие исследования в системе осуществлялись при обжиге сырьевых смесей, содержащих в качестве сырьевых компонентов известняк.
52
№ 1 - 2 січень - лютий 2011
Т а б л и ц а 1
Химический и минералогический составы бариевых алитосульфоферритных клинкеров
№ Химический состав клинкера, мас. % Минералогический состав клинкера, мас. %
СаО ВаО Fe2O3 S1O2 CaSO4 c2fcs C3S B2S
1 16,55 54,35 7,83 14,60 6,67 20 15 65
2 31,29 37,63 7,83 16,58 6,67 20 35 45
3 33,5 35,12 7,83 16,88 6,67 20 38 42
4 34,24 34,28 7,83 16,98 6,67 20 39 41
5 35,72 32,61 7,83 17,17 6,67 20 41 39
6 46,03 20,90 7,83 18,57 6,67 20 55 25
7 37,62 22,58 13,70 14,42 11,68 35 38 27
8 39,83 20,07 13,70 14,72 11,68 35 41 24
Рис. 1 Содержание СаОсвоб в клинкере в зависимости от расчетного количества алита металлургического завода им. Петровского (КП)и отходы обогащения железных руд Южного горно-обогатительного комбината г. Кривого Рога (ООЖР). Из-за частичного разложения сульфата кальция при нагревании [5, 6], он вводился с избытком 20 мас. % от стехиометрически рассчитанного
В связи с применением различных по природе железосодержащих компонентов представляет интерес изучить их влияние на обжиговые свойства сырьевых смесей, установить последовательность минералообразования и его механизм, определить технологические параметры обжига клинкеров, а также исследовать гидравлическую активность синтезированных клинкеров.
Расчет состава сырьевых смесей производился согласно предложенной методике расчета сырьевых смесей для получения бариевых алитосульфоферритнных клинкеров заданного минералогического состава [7] при постоянных значениях модульных характеристик (КН(СаО) = 1; Sm = 1; Sm = 0,64), учитывая, что содержание алита не должно превышать 38 мас. %. Вещественные составы сырьевых смесей приведены в таблице 2, химические составы сырьевых смесей и клинкеров - в таблице 3.
Т а б л и ц а 2
Вещественные составы сырьевых смесей
№ сырьевой смеси Известняк ВаСО3 ГК КП ООЖР
1 46,06 27,55 7,84 - 18,54
2 33,01 10,29 23,01 33,70 -
53
Вісник ПДАБА
Т а б л и ц а 3
Расчетные химические составы сырьевых смесей и клинкеров
№ сыр. смеси Железосод. компонент Мат-л Содержание оксидов, мас. %
SiO2 AI2O 3 Fe2O 3 СaO ВaO MgO SO3 Пр. ППП
1 ООЖРа с/см. 11,44 0,25 6,80 27,66 21,01 1,35 3,40 0,22 27,88
клинк. 15,86 0,35 9,42 38,35 29,13 1,87 4,72 0,31 -
2 КПа с/см. 4,23 0,36 20,14 28,81 7,78 1,01 10,09 0,08 27,49
клинк. 5,84 0,50 27,77 39,74 10,73 1,40 13,91 0,11 -
Полнота протекания реакций устанавливалась путем определения в продуктах обжига свободного оксида кальция этил-глицератным методом химического анализа в зависимости от температуры обжига и времени изотермической выдержки (рис. 2).
Анализ данных химического анализа показывает, что процесс синтеза клинкеров в интервале температур 900 - 1 300 0С удовлетворительно описывается уравнением Таммана -Фишбека [2].
Механизм и последовательность минералообразования изучались посредством рентгенофазового метода анализа продуктов обжига сырьевой смеси № 1 в интервале температур 700 - 1 3000С через каждые 100 градусов (рис. 3).
Рис. 2. Изменение содержания СаОсвоб в сырьевых смесях № 1, 2 (табл. 2) в зависимости от температуры при времени изотермической выдержки, мин :
...-15;-------- 30;-------60
Данные рентгенофазового анализа показывают, что первичным процессом, протекающим в системе CaO - BaO - Fe2O3 - SiO2 - SO3 при синтезе бариевого алитосульфоферритного клинкера, является образование монокальциевого феррита СF (d1010 = 2,66; 1,82 м) при 700 0С. С повышением температуры диссоциация СаСО3 (d1010 = 3,03; 2,28; 2,09; 1,91; 1,87; 1,52, 1,47) возрастает и на рентгенограммах фиксируется свободный оксид кальция СаО (d1010 = 2,76; 2,39; 1,69), степень связывания которого с повышением температуры возрастает. Оксид железа Fe2O3 (d1010 = 2,69; 2,51; 1,84; 1,69, 1,48) обнаруживается до температуры 800 0С. Синтез двухкальциевого феррита QF (d1010 = 3,70; 2,79; 2,72; 2,68; 2,08; 1,95) протекает в интервале температур 900 - 1 100 0С.
Карбонат бария ВаСО3 (d1010 = 3,72; 2,63; 1,93) взаимодействует с кремнеземом SiO2 (d1010 = 4,43; 3,42; 2,55; 2,22; 2,05) в интервале температур 700-1000°С с образованием двухбариевого силиката B2S (d1010 = 3,39; 3,00; 2,88; 2,91; 2,41; 2,09). Выше температуры 11000С дифракционные максимумы, характерные для ВаСО3, полностью исчезают, а интенсивность отражений, характерных для B2S, с ростом температуры остается неизменной, что свидетельствует завершенности его образования при 1 100 0С.
54
№ 1 - 2 січень - лютий 2011
Взаимодействие СаО с SiO2 начинает протекать с заметной скоростью уже при температуре
1 000 0С. Образующийся при этом двухкальциевый силикат имеет искаженную структуру кристаллической решетки вследствие образования твердого раствора с ВаО, о чем свидетельствует появление на дифрактограммах отражений a'-C2S (d10-10: 2,88; 2,76; 2,72; 2,22). Интенсивность отражений, характерных для a'-C2S, растет по мере повышения температуры, достигая максимума при 1 200 0С.
Выше температуры 1 000 0С начинается формирование сульфоферрита кальция C2FCS (d1010 = 2,71; 2,68; 2,06; 1,83; 1,58; 1,54) вследствие взаимодействия сульфата кальция СаSО4 (d1010 = 3,49; 2,85; 2,32; 1,64; 1,49) с двухкальциевым ферритом. По мере повышения температуры скорость взаимодействия возрастает, о чем свидетельствует снижение интенсивностей отражений феррита и сульфата кальция. Максимальная степень связывания сульфата кальция наблюдается при температуре 1 200 - 1 250 0С, при этом наблюдается
максимальное количество C2FCS.
Рис. .3 Дифрактограммы бариевого алитосульфоферритного клинкера, полученного обжигом с изотермической выдержкой 60 мин при температурах, °С: а - 700; б - 800; в - 900; г - 1 000; д - 1 100; е - 1 200; ж - 1 300
55
Вісник ПДАБА
Начиная с температуры 1 200 0С, в результате появления жидкой фазы происходит формирование алита (d1010 = 3,04; 2,78; 2,74; 2,61), количество которого с ростом температуры возрастает. В зависимости от расчетного количества алита минералообразование завершается при 1 270 - 1 300 0С, причем большему содержанию алита в клинкере соответствует большее значение температуры синтеза.
Для всех составов повышение температуры выше 1 300 0С приводит к появлению СаОсвоб вследствие разложения C2FCS, что свидетельствует о нецелесообразности синтеза таких сульфоферритных клинкеров при температуре выше 1 300 0С.
В зависимости от использования в качестве железосодержащих компонентов различных отходов горнометаллургического комплекса существенно меняется температура синтеза клинкеров. Большим значениям содержания оксида железа в составе клинкера и, соответственно, сульфоферрита и двухбариевого феррита, соответствуют более низкие значения температуры обжига. Следовательно, природа железосодержащего компонента является главным фактором, определяющим как формирование минералогического состава клинкеров, так и технологические параметры их обжига. Фазовые соотношения и конечные температуры обжига клинкера приведены в таблице 4.
Т а б л и ц а 4
Расчетный минералогический состав клинкеров и температуры их обжига
Минералогический состав клинкеров, мас. о/ % Температура обжига,0С
C3S c2fcs B2S
38,57 24,08 34,83 1300
14,20 70,96 12,83 1270
Выводы. Таким образом, в результате исследований процессов минералообразования в системе СаС03 - BaCO3 - Fe2O3 - SiO2 - SO3 установлено, что скорость взаимодействия оксидов данной системы лимитируется параллельно протекающими процессами, характерными для переходной области, и удовлетворительно описываются уравнением Таммана - Фишбека. Установленная последовательность минералообразования согласовывается с термодинамическими исследованиями в данной системе [8]. Полученные результаты свидетельствуют о сосуществовании в конечных продуктах обжига высокоосновного сульфоферрита кальция, двухбариевого силиката и алита, предельное содержание которого в клинкере достигает 38 мас. %. В зависимости от применяемого железосодержащего компонента возможно получение клинкеров с различным содержанием сульфоферрита и минералов-силикатов.
Испытания полученного клинкера в качестве самостоятельного вяжущего показали, что в зависимости от соотношения исходных материалов возможно получение вяжущих, которые показывают линейное расширение при твердении от 0,40 до 0,12 % при прочности в 28-суточном возрасте от 20 до 56 МПа. При добавлении гипсового камня прочность образцов возрастает до величины 46 - 75 МПа при линейном расширении 0,44 - 0,15 %, что соответствует безусадочным и расширяющимся цементам.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Бутт Ю. М. Практикум по химической технологии вяжущих материалов: Учеб. пособ. / Ю. М. Бутт, В. В. Тимашев. - М. : Высшая школа, 1973. - 504 с.
2. Кузнецова Т. В. Физическая химия вяжущих материалов: Учебник для хим.-технол. спец. вузов / Т. В. Кузнецова, И. В. Кудряшов , В. В. Тимашев - М.: Высшая школа, 1989. - 384 с.
3. Пащенко А. А. Вяжущие материалы: Учеб. пособ. для вузов / А. А. Пащенко, В. П. Сербин, Е. А. Старчевская - К.: Вища школа, 1985. - 439 с.
4. Сулейманов А. Т. Вяжущие материалы из побочных продуктов промышленности / Ануар Таширбаевич Сулейменов. - М. : Стройиздат, 1986. - 192 с.
5. Наумов О. С. Алитосульфоферритные клинкеры и цементы с их применением: дисс. ... канд. техн. наук: 05.17.11 / Наумов Олег Сергеевич. - Днепропетровск, 2002. - 256 с.
56
№ 1 - 2 січень - лютий 2011
6. Осокин А. П. Технология и свойства сульфатированных феррит- и алюмоферритсодержащих цементов / А. П. Осокин, Ю. Р. Кривобородов, Е. Н. Потапова // Модифицированный портландцемент. - М. : Стройиздат, 1993. - С. 240 - 308.с.
7. Салей А. А. Разработка методики расчета состава сырьевых смесей для получения кальциево-бариевых сульфоферритных клинкеров / А. А. Салей, А. А. Сигунов, Н. П. Пескова // Вестник НТУ “ХПИ”. - 2010. - № 13. - С. 146-154.
8. Салей А. А. Термодинамическая модель синтеза минералов в системе CaO - BaO -Fe2O3 - SiO2 - SO3 как основы для получения цементов с применением конвертерных шлаков / А. А. Салей, Н. П. Пескова, А. А. Сигунов и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2010. - № 7. - С. 181-183.
9. Bobesic Branko. Influence of BaSO4 on the formation and hydration properties of calcium silicates. II. Laboratory belite-rich clinkers / Branko Bobesic, Radovan Halle, Bonis Matkovic and other // Amer. Ceram. Soc. Bull. - 1981. - № 11. - P. 1164-1167.
10. Katyal N. K. Effect of barium on the formation silicate / N. K. Katyal, S. C. Ahlunalia, R. Parkash // Cement and Concrete Research. - 1999. - № 11, P. 1857-1862.
11. Revertegat E. Influence d l’oxyde de barium sur les proprietes cristallographiqus et technologiques du clinker de ciment Portland / E. Revertegat, J. Choisnt // Ann. chim. (France). -1981. - № 4, Р.327-339.
УДК 624. 04
ДИСКРЕТНЫЕ ПОТЕРИ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ОБЩЕНИИ
Г. К. Демин, к. т. н., доц., Ю. Г. Креймер, к. т. н., доц., С. В. Антоненко *, инж.,
Л. Л. Кармазина *, к. т. н., доц.
*Национальная металлургическая академия Украины
Ключевые слова: общение, обучение, коммуникативная и интерактивная стороны обучения, барьеры коммуникации, рекомендации, спор и дискуссия.
Постановка проблемы. Общение - сложный многоплановый процесс установления и развития контактов между людьми, порождаемый потребностями совместной деятельности. В современных условиях решающим фактором развития общества является информация. Своевременное регулярное распространение и использование всеобъемлющей, подробной, понятной, правдивой информации является значительным фактором успешной деятельности человека в любой сфере.
Нерешённая часть проблемы. Специфической формой общения является обучение. Обучение как процесс рассматривается с трёх сторон: коммуникативной, интерактивной и перцептивной [1]. Перцептивная сторона описана достаточно подробно, например, в книге [2]. Двум другим сторонам уделено также достаточно много внимания. Так, в работе [3] рассмотрена информационная система, включающая две подсистемы: обработки информации (кодирование и декодирование) и передачи по каналам связи с учётом помех. Но не рассмотрена физическая сущность помех, а, значит, нет надёжных рекомендаций по их уменьшению. В работе [4] рассмотрена именно физическая сторона помех передачи информации путем введения «барьеров коммуникации» как психологических препятствий на пути распространения и приёма информации. На каждом из них происходят её потери, проведена их количественная оценка, но при этом не указаны пути снижения уровня этих барьеров.
Цель работы. Разработка рекомендаций для усовершенствования процесса обучения путем снижения влияния коммуникационных барьеров. Определить основные направления снижения помех передачи информации в процессе обучения.
Основное содержание. Рассмотрим КОММУНИКАТИВНУЮ сторону обучения.
При обучении на лекционных занятиях (как и вообще при выступлениях перед аудиторией) имеет место массовая односторонняя коммуникация. Она описывается схемой К. Шеннона [3], согласно которой в процессе передачи информации участвуют три компонента: источник информации (ИИ), приёмник информации (ПИ) и канал связи (КС) (рис 1):
57
