Kimyo-texnologiya

4. Jarayonning fizik – kimyoviy asoslari.

Xom ashyo aralashmasi aylanib turuvchi pechlarda kuydirilganda fizik va fizik-kimyoviy jarayonlar sodir bo‘lishi natijasida qovushib pishgan, o‘lchamlari 2…3 sm dan iborat donalar shaklidagi C₃S, C₂S, C₃A, C₄AG‘ va shishasimon qismdan tarkib topgan klinker hosil bo‘ladi.

Tashqi havo temperaturasidagi shlam pechga tushishi bilan u temperaturasi 700…800⁰S gacha etadigan chiqindi gazlarning keskin ta’siriga uchraydi. Bunday yuqori temperatura ta’sirida shlam tezda 100⁰S gacha (suvning qaynash temperaturasigacha) isiydi va shu vaqtda shlam tarkibidagi suv shiddat bilan bug‘lana boshlaydi. Shlam asta-sekin quyyuqlasha boshlaydi, uning tarkibidagi nam ancha kamaygandan so‘ng yirik kesaklar ko‘rinishiga keladi. Kesaklar keyinchalik mayda parchalarga bo‘linib ketadi, chunki shlamning loy komponenti namni yo‘qotgach, qovushqoqligi susayadi. Mexanik aralashtirilgan namning bug‘lanish jarayoni (shlamning qurishi) tahminan 200⁰S temperaturagacha davom etadi. Chunki mayda kovaklar va kapillyardagi nam sekin bug‘lanadi. 200⁰S gacha temperaturada shlamda ketadigan jarayonlar xarakteriga qarab, pechning bu zonasi quritish zonasi deb atalishi mumkin.

Material surila borib, yanada yuqori temperatura zonasiga tushadi, shunda xom ashyo aralashmasida kimyoviy jarayon rivojlanadi: 200…300⁰S dan ortiq temperaturada organik aralashmalar yonib ketadi va kaolin hamda loy tarkibidagi boshqa suvli alyumosilikatlar degidratatsiyala boshlaydi. Loy minerallari tarkibidagi kimyoviy bog‘langan suvni yo‘qotishi (degidratatsiyalanishi) natijasida loy o‘zining bog‘lovchilik xususiyatini batamon yo‘qotadi va shlam bo‘laklari kukunga aylanib qoladi. Bu jarayon taxminan 600…700⁰S temperaturagacha davom etadi. 200…700⁰S gacha temperatura oralig‘ida o‘tayotgan jarayonlar mohiyati bo‘yicha, pechning bu zonasi degidratatsiya zonasi deb yuritiladi. Temperatura 800⁰S ga etganda shlamning ohaktosh komponenti quyidagi reaksiya bo‘yicha parchalanadi.

CaCO₃CaO+CO₂

800⁰S temperaturada kalsiy karbonatning ana shu dissotsiyalanish jarayoni juda sust o‘tadi, so‘ngra temperatura ortishi bilan keskin kuchayadi. Amalda SaSO₃ 1000⁰S da tez va to‘la dissotsiyalanadi. Xom ashyo aralashmasi 700…1000⁰S temperatura zonasida bo‘lishi natijasida kalsiy oksid hosil bo‘ladi. SHuning uchun pechning bu zonasi kalsiylashish zonasi deb ataladi.

Bu zona ko‘p davom etganiga qaramay unda material temperaturasi nisbatan sekin ortadi. Bunga sabab shuki, issiqlik asosan SaSO₃ ning parchalanish uchun sarflanadi; 1kg SaSO₃ ni SaO va SO₂ ga parchalanish uchun 1780 kJ issiqlik sarflash talab qilinadi. Xom ashyo aralashmasida kalsiy oksidning paydo bo‘lishi va jarayondagi yuqori temperatura gil tarkibidagi kremniy, alyuminiy va temir oksidlarning kalsiy oksid bilan o‘zaro kimyoviy tasir etishiga olib keladi. Bu o‘zaro ta’sir etishish qattiq holat (qattiq fazalar) da ruy berishi mumkin. YUqori temperatu­rada moddaning kristall turidagi atom va molekulalar shunday kuch bilan tebrana boshlaydiki, bunda ikkinchi modda atom va molekulalari bilan o‘rin almashishi mumkin bo‘lib qoladi. Shu­ning uchun moddalarning qattiq holatida reaksiyalar sodir bo‘ladi. Bu reaksiyalar ikki modda yuzasida o‘tadi. By esa nima uchun xom ashyo komponentlarini juda maydalab tuyish va yaxshilab aralashtirish zarurligini ko‘rsatadi.

680…1000⁰S temperaturada oraliq birikma 2CaO∙SiO₂∙CaCO₃ («spurrit» minerali) hosil bo‘ladi. Uning parchalanish past temperaturalarda C₂S ning kristallanishiga imkon beradi. 2CaO∙SiO₂∙CaCO₃ birikmasini Eytel, Kourtayl, Kryogar, Illner, Luginina sintez qilganlar. Xerr, Xennig, SHolse ko‘p miqdorda spurritni MgCl₂, FeCl₃, KSl₂ ishtiroqida 750°S tempera­turada hosil bo‘lishini aniqlashgan. Bu ko‘rsatilgan moddalar reaksiyaning ketishiga katalitik ta’sir ko‘rsatgan.800⁰S dan yuqori temperaturada spurrit parchalanadi va o‘ta reaksiyaga kirishishiga moyil C₂S ni hosil qiladi. Ishqor va ftor tuzlari spurrit hosil bo‘lish jarayonini tezlatishi ham aniqlangan. SHu sharoitda xom ashyo tarkibida 12CaO∙7Al₂O₃∙2,5CaCO₃ birikmasi borligi ham topilgan. Spurritning parchalanish temperaturasi ko‘p hollarda 840…920⁰S. Ularning mi­nerali (C₂S) va SaO ga parchalanadi. Kurdovskiyning ko‘rsatishicha, spurrit SaSO₃ ga nisbatan yuqori temperatura ta’siriga chidamlidir. Bu esa o‘z navbatida spurrit tarkibidagi SaSO₃ ning pech ichida parchalanishini kechiktiradi.

Qattiq fazalarda reaksiyalar 1000…1350⁰S temperatura oralig‘ida ro‘y beradi. Bu reaksiyalar ekzotermik reaksiyalardir. SHuning uchun pechning bu zonasi ekzotermik zona (IV) deb ataladi.

Kuydirilayotgan aralashma ekzotermik zonada bo‘lishi natijasida 2CaO∙SiO₂, 4CaO∙Al₂O₃∙Fe₂O₃ va CaO∙Al₂O₃ hosil bo‘ladi. Ammo shu bilan hali normal portlandsement klinkeri hosil bo‘lmaydi, chunki uning eng asosiy tarkibiy qismi-uch kalsiy silikat (3CaO∙SiO₂) yo‘q. Bu mineral pechning keyingi qismida (eng yuqori temperaturalar zonasida) hosil bo‘ladi. Bu zona pishirish zonasi (V) deb yuritiladi.

Qumtuproq qattiq holda ikki molekuladan ko‘p ohakni biriktira olmaydi. Biroq suyuq qumtuprok ohakka nisbatan juda tez (3CaO∙SiO₂) to‘yinadi. Demak uch kalsiy silikat olish uchun ikki kalsiy silikat ohakni yutib, yuqori asosli 3CaO∙SiO₂ ga aylanadigan darajada shixtani qizdirish kerak.

Ancha oson eriydigan minerallar S₃A va S₄AG‘ pishirish zonasida eriydi. Hosil bo‘lgan suyuq fazada C₂S erib C₃S gacha to‘yinadi. Uch kalsiy silikat eritmasida ikki kalsiy silikatga nisbatan ancha kam eriydi. SHuning uchun C₃S hosil bo‘lish bilan eritma bu mineralga o‘ta to‘yinib qoladi va uch kalsiy silikat eritmadan mayda-mayda qattiq kristallar holida ajralib tushadi. Bu kristallar keyinchalik shu sharoitda o‘z o‘lchamini kattalashtira boradi.

C₂S ning erishi va ohakning yutilishi butun kuydirilayotgan aralashma massasida bo‘lmay, balki uning ayrim ulushlarida o‘tadi. Demak ohak ikki kalsiy silikatni to‘liq singdirib olish uchun materiallarni ma’lum vaqtgacha pishirish temperaturasi (1350…1450⁰S) da tutib turish talab qilinadi. Materiallar bu zonada qancha ko‘p tutib turilsa, ohak shuncha to‘liq bog‘lanadi, shu bilan birga C₃S kristallari ham yiriklashadi. Klinkerni pishirish temperaturasida kam vaqt ushlab turish tavsiya qilinadi, agar shunday qilinsa portlandsementning (C₃S unda mayda kristallar ko‘rinishida bo‘ladi) fizik-mexanik ko‘rsatkichlari yuqori bo‘ladi.

Klinker hosil bo‘lish jarayonini tezlashtirish, shuningdek, tarkibida C₃S ko‘p bo‘lgan klinkerlar tayyorlash uchun ba’zi moddalar (kalsiy ftorid CaF₂, temir oksid va boshqalar) ishlatiladi. Bu moddalar silikat aralashmalarning erish temperaturasini pasaytiradi. Suyuq faza ancha barvaqt hosil bo‘lsa, bu hol klinkerning hosil bo‘lish jarayonini nisbatan yuqori temperaturalar sohasiga suradi.

Klinker pishirish zonasidan sovitish zonasiga tushadi. Bu erda klinker qarshisiga sovuq havo oqimi oqib keladi. Pishirish zonasida ayrim vaqtlarda aralashmaning butun ohagi qumtuproqqa butunlay to‘yinib ulgurmaydi. Bu o‘zlashtirish jarayoni aralashmada ohak va C₂S kamayishi sababli yanada sekinlashadi. Natijada to‘yinish koeffitsienti yuqori bo‘lgan klinkerlarda doim erkin ohak bo‘ladi. Bunday klinkerlarda ohak C₃S holda iloji boricha ko‘proq o‘zlashtirib olinishi kerak. Klinker tarkibida erkin ohak 1…2% bo‘lsa, portlandsement sifatiga yomon ta’sir ko‘rsatmaydi. Biroq uning miqdori ko‘p bo‘lsa, portlandsement hajmining notekis o‘zgarishiga sabab bo‘ladi, shuning uchun klinker tarkibida ohakning ko‘payishiga yo‘l qo‘yish mumkin emas.

Sovitish zonasida klinker 1000…1100⁰S temperaturada chiqadi va uni butunlay sovitish uchun pech sovitgichiga yuboriladi. Sovitgichning qo‘llanilishi katta iqtisodiy ahamiyatga ega. Klinker sovitilayotganda undan ajralib olinayotgan issiqlik yana pechga qaytariladi. Demak, klinker sovitgichlarda qanchalik yaxshi sovitilsa, yoqilg‘idan foydalanish samarasi ham shunchalik yuqori bo‘ladi va yoqilg‘i kam sarflanadi. Sovitgich yaxshi ishlaganda sovitilgan klinker temperaturasi 50⁰ S dan oshmasligi lozim.