Реакции в твердой фазе

В интервале температур от 100 до 400 °С из глинистых минералов удаляется адсорбционная и частично кристаллизационная вода. В пределах температуры 400-700 ^оС из кристаллических решеток водных алюмосиликатов выделяется кристаллизационная и кристаллохимическая вода, а остальная часть 2...3 % выделяется только при 900...1000 ⁰С.

В качестве примера, дегидратации каолинита была приведена реакция образования метакаолинита:

Al₄[(OH)₈ Si₄О₁₀] → 2(А1₂О₃·2SiО₂) + 4H₂О Уравнение 9

В интервале температур 600-900 °С метакаолинит и соответствующие продукты реакции, например, распадаются на реактивные смеси оксидов, в соответствии с:

А1₂О₃·2SiО₂ →Al₂О₃ + 2SiО₂ Уравнение 10

Обезвоживание глин зависит от типа минералов, вида и количества примесей, размера частиц, типа кристаллической решетки и вида среды атмосферы.

Содержащийся в сырьевой муке CaCO₃ разлагается при температурах выше 896 °С, так как парциальное давление CO₂ не превышает 1 бар в соответствии с:

CaCO₃ → CaO + CO₂ Уравнение 11

Реакция энтальпии этого процесса составляет 1660 кДж/кг. Указанная температура действительна только для чистого кальцита; с увеличением количества примесей (например, как и в сырьевой смеси цемента), термическое разложение смещается в сторону низких температур. Она начинается на практике даже при 550-600 °С. Это вызвано химическими реакциями в результате взаимодействия CaO и примесей SiО₂, Al₂О₃ и Fe₂О₃. Таким образом, содержание свободного СаО (свободная известь) при температурах менее 800 °С является низким и составляет < 2%, только при более высоких температурах содержание свободного СаО будет временно повышаться до приблизительно 20 %.

Термическое расщепление MgCO₃ происходит при более низких температурах и для процессов клинкерообразования по существу имеет меньшее значение.

Примерно при температурах 550-600 °C начинаются твердофазовые реакции между СаО, образованной в результате разложения СаСО₃, и продуктами разложения глины (SiО₂, A1₂O₃) в которых образуются первоначально кальциевые соединения предпочтительно монокальциевый алюминат CA, монокальциевый силикат CS. Формирование трехкальциевого алюмината (С₃А), алюмоферрита кальция (С₂(A,F) и двухкальциевого силиката (C₂S) в портландцементном клинкере начинается при температуре около 800 °С.

CaO·A1₂O₃ + 2CaO →3CaO·A1₂O₃ Уравнение 12

CaO·A1₂O₃ + 3CaO + Fe₂О₃→4CaO·A1₂O₃·Fe₂О₃ Уравнение 13

Реакции в твердом состоянии, которые происходят очень медленно, могут быть ускорены за счет уменьшения размера зерна (тонкого помола сырья), повышения температуры и дефектов кристаллической решетки.