Реакции при охлаждении

Важным процессом получения цементного клинкера является его охлаждение. Из зоны охлаждения вращающихся печей клинкер выходит с температурой 1100…1300 ⁰С. Окончательное охлаждение его осуществляется в холодильниках.

Охлаждение клинкера оказывает существенное влияние на структуру, минералогический состав, размалываемость и, следовательно, на качество полученного из него цемента.

В первую очередь скорость охлаждения клинкера оказывает влияние на соотношение кристаллической и стекловидной фаз. При медленном охлаждении происходит кристаллизация, а при быстром – образование кристаллов замедляется и значительная часть расплава застывает в виде клинкерного стекла. Доля расплава в клинкере вращающихся печей составляет 20…25 %.

Скорость охлаждения клинкера влияет на постоянство изменения объема цемента. При быстром охлаждении большое количество MgO переходит в стекловидную фазу либо остается в микрокристаллическом состоянии (размер зерен до 5…8 мкм). При медленном охлаждении кристаллы MgO увеличиваются в размерах, достигают 30…150 мкм, что вызывает неравномерность изменения объема цемента при твердении. При резком обжиге и быстром охлаждении клинкера образуются небольшие кристаллы алита, что повышает прочность цементного камня.

Процесс охлаждения клинкера обусловливает также химическую стойкость цемента. Быстрое охлаждение клинкера повышает сульфатостойкость цемента. Это объясняется тем, что С₃А, определяющий стойкость клинкера по отношению к сульфатной агрессии, при быстром охлаждении в основном переходит в стекловидную форму и становится менее чувствительным по отношению к воздействию сульфатов.

Размалываемость клинкера зависит от многих факторов, в т.ч. и от скорости охлаждения. Сравнение данных по размалываемости быстро и медленно охлажденных клинкеров, свидетельствуют о том, что клинкер охлажденный (медленно) в барабанном холодильнике, требует более высоких энергозатрат на помол, чем клинкер, охлажденный (быстро) в колосниковом холодильнике. Более высокое содержание стекловидной фазы и небольшие размеры кристаллов клинкерных минералов повышают размалываемость быстро охлажденного клинкера по сравнению с охлажденным медленно. Эти данные показывают на необходимость быстрого охлаждения клинкера.

При очень медленном охлаждении клинкер будет разлагаться до двухкальциевого силиката, в результате снижается содержание в клинкере части ценного трехкальциевого силиката. Соответственно, очень медленное охлаждение приводит к снижению прочности цемента [78]. При быстром охлаждении, что желательно, расплав затвердевает в виде клинкерного стекла. В отличие от расплавов, богатых SiО_2, которые затвердевают (застывают) обычно застеклованные, в производственном процессе портландцементного клинкера кристаллизуется также алюмоферритная фаза. Таким образом, производственный клинкер, полученный при температуре спекания, представляет собой частично закристаллизованный и частично «замороженный» в виде равновесного расплава материал (застывший в виде клинкерного стекла).