CaO – SiO
2 - Silikat materiallar va nodir, kamyob metallar texnologiyasi

CaO – SiO
2
– Al
2
O
3
– Fe
2
O
3
cistemasi. 1934–1935 yillarda Li va Parker
tomonidan amalga oshirilgan CaO – C
2
S – C
5
A
3
– C
4
AF xususiy sistemasi ustidagi
izlanishlar silikatlar fizik kimyosining rivojlanishi uchun xususan portlandsement
klinkeri kimyosi va texnologiyasi uchun juda kata ahamiyat kasb etdi. Keyingi
paytlarda bajarilgan ishlar natijasida kiritilgan aniqliklarni hisobga olgan holda
diagrammani ko‘rib chiqishda C
5
A
3
faza C
12
A
7
kabi ifodalanadi. Bundan tashqari
alyumoferritli faza C
4
AF formulaga muvofiq, keluvchi doimiy tarkibga ega deb
fikrlashga ijozat beriladi.
23-rasmda birlamchi fazali kristallanish hajmini C
2
S – C
12
A
7
– C
4
AF xususiy
psevdo uch sistemada fazaviy ko‘rinishi aks ettirilgan. C
3
S fazaning birlamchi faza
hosil qilib, kristallanish hajmining yuqorigi qismi C
3
S – C
4
AF yuzasini, pastkisi esa
C
3
S – C
3
A yuzasini hosil qiladi. Ushbu yuzalar C
3
S, C
3
A va C
4
AF uchun umumiy
chegaralovchi egri chiziq bilan chegaralangan bo‘lib, 1341 va 1338 °C haroratli
oraliq nuqtalarda tugallanadi. Ushbu nuqtalarning birinchisi – reaksiya nuqtasi;
ikkinchisi, Li va Parker ma’lumotlari bo‘yicha, – evtektikadir. Ushbu sistema ustida
bajarilgan izlanishlarning muhim natijasi – portlandsement klinkeri ishlab
chiqarishda xom ashyo aralashmasidagi kalsiy oksidining maksimal yo‘l qo‘yiluvchi
169
miqdorini hisoblanishidir. Fazaviy muvozanat holatlari diagrammasini o‘rganilishi
(Bogg bo‘yicha) klinker mineralogik tarkibini aniqlash hisobiga o‘zgartirishlar
kiritilishiga imkon berdi.
23-Rasm.CaO-C
2
S-C
12
A
7
-C
2
F sistemasidagi C
3
S soxasi *
Shvayze o‘tkazgan izlanishlar (1946y) to‘rt komponentli sistema tarkibining ikki
muhim nuqtasiga aniqlik kiritdi: Li va Parker bo‘yicha 1341 °C haroratdagi invariant
nuqta Shvayze bo‘yicha 1342 °C haroratdagi ferritli fazaning CaO – C
3
S – C
3
A
invariant nuqtasiga mos keladi. 1338 °C haroratdagi evtektika nuqtalari Shvayze
bo‘yicha C
2
S – C
3
S – C
3
A ferritli faza muvozanat holatining invariant nuqtasi bo‘lib
hisoblanadi. Ushbu ikkala nuqta C
3
S – C
2
S – C
3
A – C
6
A
2
F tetraedri tashqarasida
joylashgan va demak CaO – A
l2
O
3
– Fe
2
O
3
sistemasida hosil bo‘luvchi C
6
A
2
F tarkibli
ferritli faza to‘rt komponentli sistemada barqaror bo‘la olmaydi. Magniy oksidi rolini
aniqlash maqsadida, Shvayze MgO magniy oksidining o‘zgarmas miqdori 5 %
bo‘lishidagi CaO – C
2
S –C
12
A
7
– C
2
F – MgO besh komponentli sistemani tadqiq etdi.
Bunday yondashuv, agar MgO miqdori eritma miqdoriga nisbatan 5 % dan ortiq
bo‘lsa, sistemaning sement ishlab chiqarilishi uchun qiziqish hosil qluvchi qismidagi
suyuq faza magniy oksidi bilan to‘liq to‘yinadi degan fikr asosida oqlanadi. Ushbu
sistemadagi uch kalsiyli silikatning kristallizatsiyalanish hajmi asosan MgO mavjud
bo‘lmagan sistema uchun birlamchi kristallizatsiyalanish hajmiga o‘xshashdir. Farq
170
shundaki, ikkala invariant nuqtalar 1342 va 1338 °C (MgO mavjud sistemada 1305
va 1301 °C) yuqori miqdorda giltuproq tutgan tomonga C
3
S – C
2
S – C
6
A
2
F tekislikda
suriladi, bu esa C
6
A
2
F fazasini kristallanishi mumkin qilib qo‘yadi. Agar
portlandsement xomashyo aralashmalarini muvozanatning saqlanishi uchun etarlicha
sekinlikda sovutilsa, u holda kristallanish jarayonining tugallanishi 1301°C haroratda
reaksiyalanish nuqtasida amalga oshishi lozim bo‘ladi, bunda alyumoferritli faza
tarkibi C
6
A
2
F formulaga yaqin bo‘ladi (C
2
A 0,57 Fe 0,43 A/F nisbat = 0,85); 1305 °C
haroratda reaksiyalanish nuqtasi uchun alyumoferrit tarkibi C
2
A 0,47 F 0,53 A/
F=0,57) ga yaqindir.
Magniy oksidi bilan to‘yingan sistemada, C
3
A fazasining tarkibi qisqaradi,
temirtarkibli faza sohasi esa C
3
S hajmda uzayadi. Ma’lum A/F nisbatda aralashmada
hosil bo‘luvchi alyumoferritli fazaning tarkibi eritma tarkibini sovitish chog‘ida
qanday chegaraviy tekislik bo‘ylab o‘zgarishiga bog‘liq bo‘ladi. Erkin kalsiy
oksidining mavjudligida hosil bo‘luvchi temir tarkibli fazaning A/F nisbati 0,57
miqdorga yaqin bo‘ladi. Sementda erkin kalsiy oksidining mavjud bo‘lmasligida va
ularning A/F nisbati = 0,85 bo‘lishida C
3
A faza hosil bo‘lmaydi, giltuproqning
barchasi va temir oksidi S6AxFu umumiy formula bilan ifodalanuvchi uch
komponentli birikma tarkibiga kiradi. A/F ≥ 1,6 nisbatga ega bo‘lgan klinkerlarda
ularni shisha hosil bo‘lmasligi uchun etarlicha sekinlikda sovutilgan bo‘lsa,
alyumoferritli fazasi C
6
A
2
F tarkibga ega bo‘ladi. Ortiqcha giltuproq C
3
A bilan
bog‘lanadi. Sistemadagi muvozanat shart sharoitlarini ko‘rib chiqilishidan so‘ng
klinkerlarni sovitish tezligi ma’nosida quyidagicha ma’lum amaliy tavsiyalar ishlab
chiqilishi mumkin: A/F nisbatning ko‘payishida yanada tezroq sovitishni amalga
oshirilishi lozim, chunki aks holda reaksiya oqibatida C
3
S –eritma usti kristallarning
yuzasi resorbsiya oqibatida C
2
S qobiq bilan qoplanadi va ushbu qobiq maydalash
chog‘ida yo‘qolmasa, u holda ularning gidratatsiyalanishi sekinlashadi va sement
toshining mustahkamligining ortish tezligi pasayadi. Tez sovutilishida klinkerli
eritma shisha fazasini hosil qiladi va C
3
S yuzasini parchalanishidan saqlaydi. Agar
A/F < 1,6 bo‘lsa, u holda sovitish tezligi sezilarli tarzda ahamiyat kasb etmaydi.
171
Tarkiblarning ushbu sohasida klinkerli eritma klinkerning qattiq komponentlariga
bog‘liq bo‘lmagan holda mustaqil tarzda kristallanadi va C
3
S kristallarining yuzasi
resorbsiyaga uchramaydi.
Portlandsement
xom
ashyo
aralashmalarining
reaksiyaga
kirishish
qobiliyatining eng muhim parametri qumtuproqli tarkibiy qismning (kvarsning)
dispersligidir. I.V.Kravchenko ma’lumotlariga ko‘ra, SiO
2
ustunlik qiluvchi ulushi
d<15 mkm shixta fraksiyasida bo‘lishi kerak. Shixtaning umumiy solishtirma sathi
taxminan 3000…4000 sm
2
/g ga teng bo‘lganda gil va ohaktosh zarralari solishtirma
sathlarining optimal nisbati 1,4…1,6 bo‘ladi.
Reaksiyaga moyil CaCO
3
da va uning donalarida CA, CS va boshqalardan
iborat qobiqlar hosil bo‘lishi mumkin, bu esa CO
2
ning ajralib chiqishiga va tuzning
parchalanishiga moyillik qiladi. Faqat qobiq qayta kristallangandan keyingina
jarayonning kechishi yana tezlashadi, ya’ni CaCO
3
ning parchalanishi ikki bosqichda
bo‘lishi va u jarayonning kechishiga ijobiy ta’sir qilishi mumkin, chunki u CaO ning
qayta kristallanishiga tusqinlik qiladi, bu holda aktivligi kam bo‘lgan CaCO
3
ning bir
bosqichda dissotsiatsiyalanishi ko‘zatiladi. Kuydirilayotgan aralashmada dastlabki
eritma 580…680
0
C temperaturada hosil bo‘ladi va qattiq fazali reaksiyalarning
kechishini tezlashtiradi. Bunda ayrim minerallar hosil bo‘lishi ikki bosqichda o‘tishi
mumkin (M.T.Vlasova, N.V.Vasileva, S.Xromi va boshqalarning fikricha).
Masalan, yirik dispersli shixtalarda belit ikki bosqichda hosil bo‘ladi: birinchisi
1115…1125°C temperaturada ko‘zatilib, bunda SiO
2
donalarida C
2
S dan iborat qobiq
hosil bo‘ladi; ikkinchisi 1150…1165°C temperaturada ruy beradi, bunda ana shu
qobiqlar buzilib C
2
S ning yangi kristallari hosil bo‘ladi. Belit kristallari to‘plangan
zonalarda oraliq eritmalarning ikki turi: C
2
S dan iborat qobiq bilan SiO
2
donalari
o‘rtasida (nordon eritma) hamda CaO va C
2
S donalari tutashgan erda (asosiy, ya’ni
ishqoriy eritma) hosil bo‘ladi.
Aralashmalar ishtirokida past temperaturali bosqichda kuyidagi oraliq
birikmalar hosil bo‘ladi:
2(2CaO •SiO
2
) • CaCO
3
—spurrit; 2CaO • SiO
2
• CaF
2
;
172
3(CaO • Al
2
O
3
) • CaSO
4
; 2CaO • SiO
2
;
2(2CaO • SiO
2
) • CaSO
4
;
Bir qancha xromato-xromitlar va kalsiy fosfatlar, shuningdek CaCO
3
ning
ishqor sulfatlari bilan kontaktlarida ikkilamchi tuzlar hosil bo‘ladi. Oraliq
birikmalardan tashqari, past temleraturalarda barqaror birikmalar ham hosil bo‘ladi,
ular keyinchalik klinker tarkibida qoladi, ya’ni:
11CaO • 7A1
2
O
3
•CaF
2
; 11CaO • 4SiO
2
• CaF
2
; 7CaO • R
2
O
5
• 2SiO
2
;
K
2
O • 23CaO • 12SiO
2
; Na
2
O• 8CaO • 3A1
2
O
3
Tarkibi murakkab bo‘lgan oraliq birikmalarning hosil bo‘lishi CaCO
3
va SiO
2
ning o‘zaro ta’sirlashish temperaturasini 38…80°C ga pasaytirib yuboradi.
Yuqori temperaturali bosqichda (1300°C dan yuqori) nordon va asosiy ishqoriy
eritmalar qo‘shilib ketadi, biroq klinker donalarining qizib zich yopishgan ayrim
qismlarida tarkibi bo‘yicha farqlanadigan eritma tomchilari mavjud bo‘lishi extimol
(kinetik mikrolikvatsiya). C
2
S va CaO dan iborat qobiqlar oralig‘idagi eritmada Ca
2+
ionlarining asosan [SiO
4
]
-2
ionlariga diffuziyalanishi yo‘li bilan C
3
S kristallari hosil
bo‘la boshlaydi. Agar C
3
S kristallar o‘sgan zonaga Ca
2+
kira olmasa, bunda nordon
eritma C
3
S kristallarini C
2
S va CaO ga qadar parchalab emirishi mumkin (bu jarayon
ba’zan aylanma pechlarning qovushib pishish zonasidagi klinkerda ko‘zatiladi).
Klinker zonalarida 1450°C temperaturada hosil bo‘lgan eritma kuyidagicha
xossalarga ega: qovushoqligi 0,1…0,3 Pa•s, sirt tarangligi 350…480•10
-3
N/m. U
holda kalsiy ionlarining diffuziya koeffitsienti D Ca
2+
-(5,3…8,6) • 10
-5
, temirniki D
Fe
2+
-(5,7.. .14,2) • 10
-6
, alyuminiyniki D A1
3+
-(2,3…7,1) • 11
-6
va kremniyniki D
Si
4+
-(4,7… 15,8)•10
-7
cm
2
/c.
Ko‘rsatib o‘tilgan miqdorlarning o‘zgarib turishiga Na, K, Sg, R, F
aralashmalari sababchidir. CaO donalarining 1450°C temperaturadagi eritmada erish
tezligi (16…8)•10
-6
; C
2
S donalarining erish tezliga esa (2…3) •10
-6
sm/s, ya’ni CaO
ning erish tezligi C
2
S ning erish tezligidan 3…4 marta ko‘p. Biroq jarayonda
eritmani mikrolikvatsiyaga olib keluvchi ko‘plab Na va K ishtirok etsa, C
2
S ning
173
erish tezligi keskin ortadi, hatto C
2
S ning erish tezligidan bir necha marta o‘zib
ketishi mumkin.
Oz miqdorda fosfor, xrom va oltingugurt (0,1…0,3%) hamda bariy, ftor, xlor,
marganetsning anchagina miqdori (1%dan ortikroq) muayyan sharoitlarda klinker
hosil bo‘lish jarayoniga yaxshi ta’sir ko‘rsatadi. Klinker minerallari kristallarining
nuqsonlari ko‘proq: tuzilmaning blokliligi — 0,1…0,5 mkm, dislokatsiyalar zichligi
(0,5…5)x(10
8
…10
9
) sm
2
. Bunda alit kristallari maydaroq bloklardan tashkil topadi va
nuqsonlari ham ko‘p bo‘ladi. Aralashmalar ishtiroqida (qattiq eritmalarda)
kristallarning nuqsonlari ortadi.
Sovish jarayonida C
3
S, C
3
A, C
2
S parchalanishi mumkin, parchalanishning
qanday kechishi bir qancha faktorlarga bog‘liq: sovish tezligi, aralashmalarning turi
va miqdori, gaz atmosferasining xususiyati va boshqalar. Eritma shisha sifatida
qotayotganda hajman kichrayadi. Mg, F, Cr ishtiroqida esa kristallanish jarayonining
kechishi tufayli turli temperatura intervallarida belgi o‘zgartiruvchi deformatsiya
ko‘zatiladi (1350…1100° C temperaturada hajm kichrayadi, 1100…900°C
temperaturada hajm kengayadi). C
3
S, C
3
A va C
4
AF minerallarining 25…600°C
temperaturada chiziqli termik kengayish koeffitsienti (10…13)•10
-6
. C
2
S termik
kengayishining chiziqli koeffitsienti 19,5•10
-6
grad. ga teng, ya’ni C
2
S ning termik
kengayish koeffitsienti boshqa mineral kristallarnikiga nisbatan taxminan ikki marta
katta, binobarin, bu hol klinker donalarida fizik kuchlanishlarga sabab bo‘lishi
mumkin. Aylanma pechlarda gaz atmosferasining qaytarilish xarakteri tufayli
klinkerni kuydirish jarayoni osonlashadi.
15> |