Факторы, влияющие на скорость процессов спекания

Морозостойкие керамические материалы

Очевидно, что для достижения заданных свойств конечной продукции  путем  направленной  кристаллизации  в  керамических массах, в том числе и на основе некондиционного природного или техногенного сырья, необходимо учитывать главнейшие факторы, которые существенно влияют на скорость протекания процессов спекания, а именно:

– химический  и  гранулометрический  состав   реагирующих компонентов, степень сближения контактирующих частей;

– удельная поверхность, состояние кристаллической решетки,

– реакционная активность реагирующих веществ;

– температуры, при которых протекают реакции, присутствие интенсификаторов.

Главенствующая роль воды в подобных процессах отмечена В. Эйтелем, который считал её наиболее важным интенсификатором или фактором, способствующим кристаллизации.

В соответствии с классификацией Р.И. Злочевской вода в горных породах может быть представлена тремя категориями:

– связанная вода (вода кристаллической решетки минералов – конституционная, кристаллизационно-связанная; адсорбционная вода – мономолекулярной и полимолекулярной адсорбции);

– вода переходного типа (осмотически поглощенная вода; капиллярная вода – капиллярной конденсации и капиллярного впитывания);

– свободная вода (замкнутая в крупных порах; текучая).

По данным С.П. Онацкого, при нагревании со скоростью 8…10 оС/мин глинистых минералов группы монтмориллонита межслоевая вода удаляется в интервале 50…300 оС. Потеря химически связанной воды происходит постепенно в широком температурном диапазоне (от 200 до 800 оС и выше) и зависит от характера и степени изоморфного замещения одних атомов другими в кристаллической решетке монтмориллонита. На дифференциальных кривых нагревания минералов группы монтмориллонита помимо двух эндотермических эффектов, наблюдаемых при температурах удаления межслоевой и химически связанной воды, имеет место третий   эндотермический   эффект   в   температурном   интервале 800…1 100 оС. По мнению С.П. Онацкого, он обусловлен удалением последних остатков (около 0,5…1,0 %) тесно связанной с решеткой конституционной воды. Именно эта ее часть и участвует во вспучивании  керамзитового  сырья как парогазообразная фаза. Следует отметить, что легкоплавкие глины со значительным содержанием минералов группы монтмориллонита отличаются большой склонностью к вспучиванию и являются лучшим сырьем для производства керамзита.

Глинистые минералы гидрослюд, даже при относительно замедленном   нагревании,   при   1 000…1 100 оС   также   выделяют остатки  химически  связанной   воды,   безусловно   участвующей в процессе вспучивания в качестве катализатора реакции и порообразующего агента. Ступенчатый режим обжига керамзита направлен на сохранение этого ресурса.