Действие выгорающей добавки в керамическом кирпиче

На самом деле действие выгорающей добавки заключается не только в образовании пор в керамическом черепке. Это действие многофункционально [78].

  • 1. Почти все добавки органического происхождения имеют свою, иногда очень существенную, теплотворную способность. При обжиге изделий выделяется дополнительное количество тепла, распределенного при этом по всему объему, что приводит к существенному улучшению обжига (более равномерный) и сокращению времени нахождения в печи (экономия энергии).
  • 2. В зависимости от состава могут создавать восстановительную среду в толще обжигаемого материала. Это интенсифицирует процесс спекания и упрочнения керамического черепка, следовательно, повышает его прочность (например тощие каменные и бурые угли).
  • 3. Часто эти добавки улучшают пластифицирующие свойства шихты.
  • 4. При выгорании органической добавки выделяется небольшое количество сопутствующих газов, что приводит к уплотнению стенок вокруг каждой частички, а в итоге повышает прочность всего изделия.
  • 5. Если использовать в качестве выгорающей добавки отходы, то это приведет к получению продукции с улучшенными характеристиками без существенного увеличения себестоимости.

В связи с вышесказанным актуальным является использование ЦТО в качестве выгорающей добавки в составе строительных керамических материалов.

Одной из задач настоящей работы - предложить новый материал, получаемый из ЦТО, выполняющих роль выгорающей добавки, определение оптимального состава сырьевой смеси и получение опытнопромышленной партии керамического кирпича с улучшенными теплоизоляционными свойствами.

В состав керамического кирпича входят: глина (70-80%), песок (15- 20%), 5% добавки (например, целлолигнин).

Чтобы понять, до какой степени аморфизации достигает углерод в условиях переработки сырьевой смеси, мы провели термодинамические расчеты реакций всех основных соединений, входящих в ее состав. Главные химические компоненты глин: Si02, А120з. Основной же элемент добавки, подвергающийся горению - углерод. Поэтому основной вклад в теплообразование вносят реакции 1-6; но в оксидах - кремний и алюминий находятся в окисленном состоянии, а оксидов с более высокими степенями окисления не существует, т.е. могут происходить только окислительно-восстановительные реакции между этими соединениями. При разложении целлюлозосодержащих веществ может выделяться углерод, и тогда возможными превращениями становятся:

Какие из этих реакций будут протекать преимущественно при температуре обжига в процессе образования керамического кирпича? В виде какого аллотропного видоизменения может находиться углерод и кремний? Могут ли происходить процессы взаимодействия продуктов горения? А именно:

и образования карбидов А14С3(5) и SiC (6), что в большей степени влияет на прочность кирпича.

Введение органических соединений в глины для увеличения пористости известно [78]. Однако увеличение пористости сопряжено с уменьшением прочности изделий. Поэтому решение задачи актуально. В первом приближении на эти вопросы можно ответить с точки зрения термодинамических процессов. Рассчитаем изменение изобарно-изотермической реакции (1):

А Н°298 хим. реакции = 0 + (-393.5) - 0 - 217.7 = - 611.2 кДж/моль Д S°298 хим. реакции = + 4.5 +51.06 - 1.3 - 9.9 = + 44.4 кДж/моль-К Средняя температура процесса - 1000 “С (1273 К) и тогда - 611.2 - (1273-0.044) = - 667.2.

Для реакции 2:

ДН°298 = - 611.2 кДж/моль

AS°298 = 6.8 + 51.1 - 1.3 - 12.2 = 44.4 кДж/моль-К

значение изобарно-изотермического потенциала, таким образом, получается практически равным и вопрос преимущественного протекания можно решить с помощью исследования.

Сравним стандартные электродные потенциалы реакций (3) и (4).

Так как Е°А1/А13+ = + 2,37 В, т.е. имеет большую величину, чем Е° Fe/Fe2+ = 0,44, то взаимодействие (3) не произойдет.

Что касается еще двух возможных реакций:

то при отсутствии E°Si/Si4+ можно предположить, что А1, как амфотерный металл, будет отдавать электроны с меньшей затратой энергии, т.е. Е°А1/А13+ < Е° Si/Si4+ и (5) реакция предпочтительнее.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >