Suyuq fazali pishish bosqichida klinker hosil bo‘lishi

Suyuq fazali pishish bosqichida klinker hosil bo‘lishi
Pishgan xom ashyo shixtasida eritmaning paydo bo‘lishi material g‘ovakligining
tez tarzda kamayishiga va uning zichligini ortishiga olib keladi. Bundan tashqari,
kukunsimon materialning zarrachalari tutash joylarida erib yopishadi va donachalar
konglomeratlari granulalar hosil bo‘ladi. Suyuq faza paydo bo‘lishi bilan
komponentlar diffuziyasining tezligi ortadi va qattiq zarrachalarning o‘zaro
haratkatlanishi osonlashadi.
Kuydirilayotgan materialda qattiq fazadagi reaksiyalar natijasida hosil
bo‘luvchi minerallar eritma paydo bo‘lishi bilan sezilarli o‘zgarishlarga uchraydilar.
Ulardan biri suyuq faza ishtirokida qayta kristallanadi, boshqalari esa o‘zaro
kimyoviy ta’sirga kirishib yangidan-yangi birikmalar hosil qiladi.
To‘rt komponentli CaO–SiO
2
–Al
2
O
3
–Fe
2
O
3
sistemada barqaror eritma
bo‘lmish evtevtika 1338 °C haroratda paydo bo‘ladi. Bu eritmaning tarkibi
quyidagichadir: ( % hisobida) CaO–54,8; Fe
2
O
3
–6,0; Al
2
O
3
–22,7; Fe
2
O
3
–16,5. Tabiiy
208
xomashyo materiallarida doimiy ravishda MgO, R
2
O, SO
3
, P
2
O
5,
TiO
2
va boshqalar
kabi oksidlarning mavjud bo‘lishi oqibatida kuydirish chog‘ida eritmaning hosil
bo‘lish harorati sezilarli pasayadi. Sanoat xomashyo shixtalarining kuydirilishida
klinkerli eritma 1250–1280 °C haroratda hosil bo‘ladi. Klinker sistemasining muhim
tavsifi bo‘lib pishish jarayonlarining tugallanish bosqichida suyuq fazaning
miqdoriga bog‘liq bo‘ladi. Evtevtika harorati sohasida eritmaning miqdori r ≥ 1,38
sharti bilan quyidagi formula bo‘yicha aniqlanishi mumkin:
Q1338 = 6,1Fe
2
O
3
+ R2O + Mg + SO
3
Agar r ≤ 1,38 bo‘lsa, u holda:
Q1338 = 8,2Al
2
O
3
– 5,22Fe
2
O
3
+R
2
O + MgO + SO
3
1400 °C haroratda alyuminiy va temir oksidlari to‘liq ravishda suyuq faza
tarkibiga o‘tadi. Eritmaning miqdori 1400 °C haroratda quyidagi formula bo‘yicha
aniqlanadi:
Q1400 = 2,95A
l2
O
3
+ 2,20Fe
2
O
3
+ R
2
O + MgO + SO
3
1450 °C haroratda esa quyidagi formula bo‘yicha:
Q1450 = 3,00Al
2
O
3
+ 2,25Fe
2
O
3
+ R
2
O + MgO + SO
3
Barcha holatlarda Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
, MgO, R
2
O va SO
3
klinkerdagi oksidlarning %
miqdorini ifodalaydi. Suyuq fazada eruvchi MgO maksimal miqdori uni klinkerga
hisoblanishida 2 % dan oshmaydi, shuning uchun MgO protsent miqdori suyuq
fazaning hisobiy miqdorini aniqlashda ushbu qiymatdan oshmasligi lozim. MgO
oksidining yanada yuqoriroq konsentratsiyasi eritma miqdorining ortishiga ta’sir
etmaydi. Odatdagi kimyoviy tarkibli klinkerlar uchun suyuq fazaning miqdori 1450
°C haroratda 20–25 % chegarasida yotadi. Klinkerning to‘liq erishi 1750–1870 °C
haroratda sodir bo‘ladi. Asosiy klinker fazasi bo‘lmish – alitning hosil bo‘lishi va
kristallanishi portlandsement klinkerining suyuq fazasi xususiyatlari– uning
yopishqoqligi, sirt tortishishlar, ho‘llash qobiliyati, eritmadagi ionlarning
harakatchanligi orqali aniqlanadi. Klinkerning tuzilishi va suyuq fazasining
xususiyati undagi asosiy (CaO, SiO
2
, Al
2
O
3
va Fe
2
O
3
) oksidlar kabi, aralashma
oksidlar va birikmalarning nisbiy miqdoriga bog‘liqdir. Alyuminatli va temirli
209
birikmalarning eritmaga to‘liq o‘tishidan so‘ng uning yopishqoqligi n va TK
miqdorlariga bog‘liq bo‘ladi.
CaO, SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O va boshqa oksidlar faqat bitta manfiy strukturaviy
element kisloroddan tashkil topgan bo‘lib, u bilan o‘zaro ta’sirga kirishuvchi
kationning xususiyatiga bog‘liq ravishda turli qutblanish darajasiga ega bo‘lishi
mumkin. Klinker suyuqligining tarkibiga nafaqat asos (CaO) va kislota (SiO
2
)
xususiyatlariga ega bo‘lgan oksidlar, balki amfoter oksidlar ham kiradi va ular
eritmaning asosligiga bog‘liq ravishda eritmada Me
2
O
3
→ 2Me
3
+ → 3O o‘zini asos
sifatida, hamda Me
2
O
3
+5O
2
– → 2MeO
4
kislota sifatida tutadi.
Klinker suyuqligi ionlarining kislota – asos xususiyatlari ularning kislorodga
bo‘lgan tug‘ishganlik qiymati orqali tavsiflanishi mumkin. D.S. Korjinskiyning
fikricha, kationlarning silikat eritmalaridagi asosliligi K + → Na+ → Ba
2
+ → Ca
2
+
→ Sr
2
+ → Vg
2
→ Fe
2
→ Fe
3
→ Al
3
+ → Ti
4
+ → Si
4
+ → P
5
+ qatorida lasayib boradi.
Yuqorida keltirilgan ketma-ketlik qatorida ion zaryadining radiusga bo‘lgan nisbatini
ortishi bilan kationlarning asoslilik xususiyatlari pasaya borishini nazarda tutgan
holda eritmada anionlarning kislotalik xususiyatlari ortadi.:
Eritmadagi amfoter ionlarning Al
+3
va Fe
+3
koordinatsion holati suyuq faza
tarkibi orqali aniqlanadi. Klinkerning suyuq fazasida Al
+3
va Fe
+3
ionlarining
oktaedrik koordinatsiyasi bilan kislorod bo‘yicha muvozanati mavjuddir. Ushbu
muvozanatni quyidagi sxema bo‘yicha ifodalash mumkin:
MeO
-5
↔Me
+3
+4O
-2
Ushbu muvozanatning surilish yo‘nalishi eritmadagi aralashma komponentlari
ko‘rinishi orqali aniqlanadi: masalan, asosiy komponentlar konsentratsiyasining
ortishi tetraedrik koordinatsiyadagi Al
+3
va Fe
+3
ionlarini ko‘paytiradi (ular kislotalik
xususiyatini namoyon qilishda), Fe
2
O
-5
va AlO
- 5
– lardan ko‘ra nordonroq, masalan
F–, Cl– anionlar mavjudligida esa muvozanat oktaedrik koordinatsiyadagi ionlar
miqdorini ko‘payish tomoniga suriladi (asos xususiyatlarini namoyon qalishida).
Qumtuproq klinkerning suyuq fazasida [SixOy]
-7
strukturaviy guruhlarning
chegaraviy tarqoqlik darajasi holatida bo‘ladi. Modifikatsiyalovchi Ca
+2
, Al
+3
, Fe
+3
210
ionlarining
yuqori
konsentratsiyada
bo‘lishi oqibatida klinker eritmasida
qumtuproqning asosiy miqdori [SiO
4
]
-4
turidagi oddiy kremnekislorodli anionlar
ko‘rinishida mavjud bo‘ladi. (SiO
+3
)2-p kalta zanjirlar ham bo‘lishi mumkin, shuning
(SiO
+3
) (2–p)+ O
-2
→ (SiO
4
)
-4
neytrallanish reaksiyasining eritmadagi qumtuproqning
holatini o‘zgarishiga bo‘ladigan ta’siri nihoyatda sezilarsiz bo‘lib, suyuq fazaning
anionli struktura hosil qiluvchisining o‘zgarishi asosan Fe
3+
va Al
3
ionlarining
oktaedrik va tetraedrik pozitsiyalari orasida muvozanatni surilishi bilan izohlanadi.
Eritmada fosfat ionlarining mavjudligi [PO
4
]
-3
tetraedrik komplekslarini hosil
bo‘lishi sababli strukturaning barqarorlashuviga yordam beradi. K alsiy ftoridning
miqdori 1 % bo‘lishida eritmaning qovushqoqligini pasaytiradi, konsentratsiyaning
ko‘tarilishida esa uni ftorid bilan to‘yinishi oqibatida qattiq fazaning kristallanishi
sababli eritmaning qovushqoqligi keskin ortadi. CaF
2
, Na
2
SiF
6
ftorli birikmalar,
kalsiy xlorid va boshqa ba’zi tuzlar klinker eritmalarining qovushqoqligini
kamaytirishi bilan birga pishish chog‘ida eritmalarning hosil bo‘lish haroratini
sezilarli pasaytiradi va suyuq fazali jarayonlar bosqichida mineral hosil bo‘lish
jarayonlarini jadallashtirgichlar rolini o‘ynaydi, ya’ni mineralizatorlar bo‘lib
hisoblanadi.
Qattiq holatdagi reaksiyalar natijasida hosil bo‘lgan CaO, C
2
S, CA, C
4
AF kabi
barqaror va metabarqaror birikmalar va turli oraliq fazalar suyuq fazaning paydo
bo‘lishi bilan bundan keyingi o‘zgarishlardan bo‘lmish – parchalanish, erish, qayta
kristallanishlarni boshidan kechiradilar. Sistemaning sovushidasuyuq fazaning to‘liq
yoki qisman kristalanishi sodir bo‘ladi.
Pishgan massada hosil bo‘luvchi suyuq faza eng avval CaO, C
2
S va boshqa
minerallarning g‘ovakli zarrachalarini o‘ziga singdiradi. Eritma plenkalar va
tomchilar ko‘rinishida paydo bo‘ladi. U kapillyar kuchlar hisobiga o‘zi xo‘llagan
zarrachalarni bir-biriga yaqinlashtirgan holda yopishtiradi. Eritma bilan ho‘llangan
zarrachalarning tutashish joylarida CaO va C
2
S larning suyuq faza ichida jadal tarzda
erishi va ushbu eritma ichida ularning o‘zaro ta’siriga kirishi sodir bo‘lib, quyidagi
reaksiya orqali ifodalanadi
211
2CaO · SiO
2
+CaO → 3CaO · SiO
2
natijada uch kalsiyli silikat fazasi hosil bo‘ladi. Uch kalsiyli silikat suyuq faza ichida
kam eriydi, shuning uchun ikki kalsiyli silikatning erishi va uning CaO ionlari bilan
o‘zaro ta’siri suyuq fazaning o‘ta to‘yinishiga va undan C
3
S fazaning tez ravishda
kristallanishiga olib keladi.
Klinkerning
evtektik
klinker
eritmasida
ionlar
diffuziyalanish
koeffitsientlarining yuqori qiymatlari ularning chegara qavatidan suyuqlikning asosiy
hajmi ichiga so‘rilishiga yordam beradi, bu esa jarayonning diffuzion nazoratga oid
rolini istisno etadi. Klinker hosil bo‘lishining chegaraluvchi bosqichlari bo‘lib
«eritma – CaO» va «eritma – C
2
S» faza chegaralaridagi reaksiyalar hisoblanadi.
N.A.Toropov, P.F.Rumyanseva va V.N.Filipovichlarning fikricha CaO va C
2
S
birikmalarning klinker eritmasi ichida erish jarayoni donachalarining kristall
strukturasiga, ularning nuqsonlik darajasiga va eritmaning xususiyatiga bog‘liq.
Ushbu mualliflar tomonidan aniqlanib o‘rnatilgan qonuniyatlar, erish eritmaga
molekulyar qavatlarning sekin-asta o‘tish yo‘li bilan emas, balki qattiq jismdan katta
bloklar – molekulalar guruhlarining ajralib chiqishi, ya’ni eruvchi fazalarning
dispergatsiyalanish yo‘li orqali borishi to‘g‘risida dalolat beradi. Bunday blokning
bittasidagi molekulalar soni 109–1012, o‘lchami esa 1 mkm teng bo‘ladi.
Qattiq
jismlarning
dispergatsiyalanish
sababi
eruvchi
zarrachalarning
mikrotirqishlari va g‘ovaklari ichiga kirib boruvchi suyuqlikning yoruvchi ta’siri
bo‘lishi mumkin. Shunday qilib, mineral hosil bo‘lish jarayoni suyuq fazali
bosqichda sof diffuziya jarayoni emas ekan. CaO va C
2
S larning erishi bo‘yicha
laboratoriya tajribalarnni o‘tkazish bo‘yicha V. V. Timashev va uning xodimlari
tomonidan ma’lum ishlar amalga oshirilgan bo‘lib, bunda erish jarayonining
faollanish energiyasining qiymatlari aniqlandi. Erish jarayonining faollanish
energiyasi CaO uchun–63 kkal/mol; C
2
S uchun–100 kkal/mol miqdorlarni tashkil
etdi. Olingan qiymatlar Ca+
2
kationlarining diffuziyalanishining faollanish
energiyasidan E–39 kkal/mol va kremnekislorodli anionlari – [SiO4]
-4
––88 kkal/mol
212
faollanish energiyasi qiymatlaridan bir muncha ortiq bo‘lib, bu ionlarni chegara
qavatida eritma hajmiga nisbatan siqilgan holatdagi harakati bilan izohlanadi.
Yu. M. Butt, V. V. Timashev, A. P. Osokin kabi mualliflarning fikrlaricha,
ushbu holatda erish C
2
S engil eruvchi evtetikalarning yuza qavatida hosil bo‘lish
mexanizmi bo‘yicha sodir bo‘ladi, ya’ni erish mexanizmi bo‘yicha sodir bo‘ladi,
jarayonning kinetikasi esa eritma hajmidan C
2
S yuzasiga ishqorli ionlarni
diffuziyalanish tezligi bo‘yicha aniqlanadi. CaO zich, qattiq zarrachalarining erish
kinetikasi asosan eritmaning qovushqoqligiga ko‘ra aniqlanadi. Portlandsement
xomashyo aralashmalari qoidaga ko‘ra tarkibi ishqoriy metallar oksidlariga kiruvchi
birikmalardan tashkil topganligi uchun, klinker hosil bo‘lishining real sharoitlarida
C
2
S ning erish kinetikasi kalsiy oksidining erish tezligidan 3–5 marta ortiq bo‘ladi.
CaO donachalarining amalda to‘liq erishi zaruriyati va C
2
S ning faqat bir qisminigina
erishini hisobga olgan holda, klinker hosil bo‘lishining umumiy vaqti kalsiy
oksidining erish vaqti orqali aniqlanishi to‘g‘risida xulosa qilish mumkin.
Uch kalsiyli silikatning shakllanishida suyuq fazaning muhim rol o‘ynashi
bilan birga eritmaning mavjud bo‘lishi kuydirish chog‘ida katta texnologi
ahamiyatiga egadir. Eritmaning paydo bo‘lishi aylanma pechlarning o‘tga chidamli
qoplamasida himoya qavatini hosil qiladi, bu esa futerovkani yuqori harorat
gradientlari, klinker donachalarining tinimsiz harakatlanishi tufayli yuzaga keluvchi
kuchli erroziya emirilishi va o‘tga chidamli futerovka materialining kuydiriluvchi
material bilan tutash zonasida kuchli kimyoviy korroziyaga uchrashi kabi juda qiyin
sharoitlarda ham uzoq vaqt chidamliligini ta’minlaydi. Qattiq zarrachalarni eritma
orqali etarli darajada xo‘llanishida zarrachalar oralarida egrilangan yuzaki suyuqlik-
menisk plenkalari hosil bo‘ladi, va ularga zarrachalarning bir- biriga
yaqinlashtirishga harakat qiluvchi kapillyar kuchlar ta’sir qiladi. Bundan tashqari
ho‘llanuvchi qattiq faza moddalarining qisman erishi sodir bo‘ladigan suyuq faza
uning egrilanishini jadallashtiradi va bu pishish tezligini oshishiga olib keladi.
Zichlanishning uch bosqichi mavjud: 1) zarrachalarning qayta guruhlanish yo‘li bilan
amalga oshuvchi suyuqlikning qovushqoq tarzdagi oqishi, 2) erish-cho‘kish 3) qattiq
213
panjara hosil bo‘lishi bilan qattiq fazaning pishishi.. Birinchi bosqich juda tez sodir
bo‘ladi va asosan kirishish va zichlashish darajasini aniqlaydi.
Kirishish jarayonlarining kechishiga harorat katta ta’sir ko‘rsatadi, chunki u
suyuq fazadagi diffuziya koeffitsientining qiymatiga, qovushqoqlik va sirt tarangligi
miqdoriga, qattiq moddaning suyuq fazada eruvchanligiga va sistemadagi eritmaning
miqdoriga ta’sir etadi. V.S.Albatsning xodimlari bilan birga haroratni klinkerning
kirishishiga va granulometriyasiga bo‘lgan ta’sirini tajriba tarzda o‘rganish
natijalarining ma’lumotlari bo‘yicha, klinkerning asosini tashkil etuvchi donachalar
o‘lchamini pishish zonasidagi gaz oqimi haroratiga bog‘liqligi aniq ifodalanuvchi
ekstremumga egadir. Qoidaga ko‘ra bu ekstremum 10–20 mm o‘lchamdagi
donachalarning ko‘p qismini tashkil etishi bilan bo‘lgan granulometriyaga muvofiq
keladi. Haroratning haddan ziyoda ortib ketishi, yuqori haroratlarda izometrik tutib
turishdagi kabi, texnologiya buzilishi bo‘lmish – changishga olib keladi. Klinker
donachalarining
yaxshi
aglomeratsiyasi
aylanma
pechlarni
boshqarishni
engillashtiradi, klinkerni sovitish sharoitlarini normallashtirilishiga yordam beradi,
changishni
va
halqa
hosil
bo‘lish ehtimolini kamaytiradi. Klinkerning
granulyasiyalanish jarayonining buzilishi pishish jarayonini qiyinlashtiradi, klinker
sifatini pasaytiradi, changish, halqa hosil qilish, sovitish qurilmalarini tiqilib
qolishiga va klinkerni tashish kabi turli texnologiya og‘ishlariga olib keladi.
Zarrachalarni agregatlanish xususiyati klinkerlarning g‘ovakli strukturasida o‘z aksini
topadi. Kuydiruvchi materialning dastlabki donachalari 30–50 % g‘ovaklikka ega,
avvaldan granulyatorda tayyorlab olingan xomashyo granulalarining g‘ovakliligi 30–
40 %.
Tuproq minerallarining zarrachalari ichidan fizik va adsorbsiya bog‘langan
namlikninig
(20–200°C)
yo‘qotilish
bosqichida
va
ularning
keyingi
degidratatsiyalanishida
(200–450°C)
g‘ovaklik kamayadi, kristallokimyoviy
bog‘langan suvni yo‘qotilishida esa qayta ko‘payadi. Dekarbonizatsiyalanish (800–
1050 °C) davrida 2 mkm radiusli yirik g‘ovaklar ulushi o‘sadi va 0,1 mkm dan kichik
radiusli mayda g‘ovaklar miqdori ko‘payadi. 1000–1200°C haroratdan boshlab, qattiq
214
fazali jarayonlarning o‘zaro ta’sirining qupayishi oqibatida sistemalarning
g‘ovakliligi kamayadi. Normal (me’yorida) kuydirilgan klinkerlarda jami
g‘ovaklikning mikdori 15–30 % gacha tashkil etadi.
|