Спекание с мелом (известью, Ca(OH)2)

Пути интенсификации тврдо-фазных реакций

1. Механическое измельчение реагентов (дробление, размол, истирание)

2. Активирование реагентов (конденсация при быстром охлаждении, химическое осаждение с последующей термообработкой, др.)

3. Увеличение площади контакта реагентов (брикетирование или гранулирование шихты)

4. Добавка к шихте легкоплавких веществ (плавней) или веществ, образующих легкоплавкие эвтектики с реагентом

В системе ZrO₂-SiO₂-CaO существует 12 соединений, между которыми термодинамически возможно протекание 10 основных и 15 побочных реакций. Механизм взаимодействия – сложный. Эвтектические точки – выше 1430 К. Процесс идет без участия жидкой фазы, причем моносиликат кальция CaSiO₃ и ZrO₂ сосуществуют в виде твердого раствора

Увеличивается энтропия системы

В реальных условиях спекания на ход процесса влияют кинетические факторы и образующиеся промежуточные продукты

Механизм взаимодействия CaO и ZrO_{2 -} ступенчатый:

ZrSiO₄+3CaCO₃= CaZrO₃+Ca₂SiO₄+3CO₂ (1)

ZrSiO₄+2Ca₂SiO₄= Ca₃ZrSi₂O₉+CaSiO₃ (2)

ZrSiO₄+CaZrO₃= CaSiO₃+ZrO₂ (3)

ZrSiO₄+Ca₃ZrSi₂O₉= 3CaSiO₃+2ZrO₂ (4)

Скорость реакций уменьшается от 1-ой к 3-ей ступени

Состав продуктов ВСКРЫТИЯ зависит от мольного отношения (МО) CaO:ZrSiO4. При MO=1:

ZrSiO₄+CaO=CaSiO₃+ZrO₂

Для полноты вскрытия необходимо завершение реакций 2-ой и 3-ей ступени. Достижение равновесия лимитируется самой медленной реакцией (4). При MO=2

9ZrSiO₄+18CaO=4Ca₂SiO₄+4CaZrO₃+Ca₃ZrSi₂O₉+3CaSiO₃+4ZrO₂

2ZrSiO₄+4CaO=Ca₃ZrSi₂O₉+CaZrO₃

Такая запись подразумевает протекание реакций (2) и (3) в равных количествах. На практике из-за большей скорости реакции (2) и частичного протекания реакции (4) образуется иной состав продуктов

Если MO=3, то для полноты вскрытия и достижения равнове-сия необходимо завершение реакции (1). Большая подвижность СaO обеспечивает преимущественное протекание реакций 1-ой ступени. Из-за кинетических затруднений частично протекают реакции 2-ой ступени. Это наиболее благоприятный с технологической точки зрения режим

Для интенсификации процесса вскрытия вводят солевые добавки. Введение солевых добавок позволяет ускорить процесс разложения за счет увеличения скорости диффузионных процессов (внешних и внутренних), увеличения числа структурных дефектов в зернах шихты, улучшения контакта между компонентами. Кроме этого, солевые добавки позволяют снизить температуру разложения и могут оказывать каталитическое действие

При меловом вскрытии наиболее целесо-образно использовать CaCl₂ (T_пл=774 ⁰C)

ZrSiO₄+CaCl₂=ZrOCl₂+CaSiO₃

ZrOCl₂+2CaO=CaZrO₃+CaCl

Дата добавления: 2014-01-07