Ускоряющее действие воды в термических реакциях спекания

Морозостойкие керамические материалы

Ускоряющее действие паров воды на реакции некоторых веществ отмечают  многие  исследователи.   В частности, П.П. Будников  и  А.С. Бережной объясняют  интенсифицирующее воздействие паров воды на реакцию взаимодействия между SiO2 и СаО тем, что происходит разрыхление кристаллической решетки компонентов и увеличение дисперсности продукта реакции – двухкальциевого силиката, что облегчает диффузию веществ, входящих в эту реакционную смесь.

А.И. Леонов  показал  каталитическое влияние паров воды на реакции не только между СаО и кварцем, СаО и аморфным кремнеземом, но и в смесях глинозема с СаО, МgO, BaO и ZnO. Подобное воздействие, по мнению исследователя, обусловлено возникновением переходного активированного состояния, что объясняет возрастание реакционной способности оксидов при возникновении в них диссоциативных процессов, приводящих, в частности, к полиморфным превращениям веществ.

При изучении динамики термической диссоциации карбонатных пород в различных газовых средах весьма важные результаты получены А.В. Шлыковым и А.А. Рукиной. Авторами исследована методом ДТА динамика термической диссоциации доломита и кальцита в таких газовых средах, как Ar, CO2, N2, H2O, He, H2. Установлено, что значения температур, соответствующих момен- там завершения термической диссоциации кальцита, зависят от молекулярной массы омывающей среды: чем ниже эта величина, тем при более низких температурах завершается диссоциация. Особенно резко ускоряется диссоциация в атмосфере водорода. Объясняется это главным образом тем, что внутри исследуемого образца в зоне разложения CaCO3 водород интенсивно реагирует с углекислым газом с образованием CO и H2O. В результате этого парциальное давление CO2 внутри образца снижается, что интенсифицирует рассматриваемый процесс. Выявлено значительное снижение температуры диссоциации магнезиальной составляющей доломита (более чем на 100 оС) в атмосфере паров воды, что подтверждает их каталитическое влияние на скорость этого процесса. Средние значения температур разложения CaCO3  в различных средах следующие: воздух – 868 оС, пары воды – 847 оС, водород – 759 оС.

Исследователи Б.В. Волконский, П.Ф. Коновалов, С.Д. Макашев также отмечают роль воды в качестве ускорителя реакции взаимодействия компонентов в различных алюмосиликатных сме- сях, в том числе, как указывает П.П. Будников, и в цементных сырьевых смесях. Источником парообразования при этом служит конституционная вода глинистых и некоторых других минералов, которая, как известно, выделяется при нагревании в довольно широком температурном интервале. Для отдельных разновидностей хлорита дегидратация наблюдается примерно от 400 оС; для каолинита, монтмориллонита, хлорита, гидрослюды – до 500…800 оС; слюды,  пирофиллита  –  до 1 000  оС;  амфибола  и  эпидота  –  при 1 000…1 100 оС. По мнению авторов, даже небольшое количество воды при таких высоких температурах оказывает существенное влияние на процессы минералообразования, активизируя диссоциацию карбоната кальция и реакции образования 2СаО·SiO2 и алюминатов кальция.

Следует отметить, что выделяющаяся в этих условиях вода играет активизирующую роль и по отношению к искусственно введенным интенсификаторам, гидролизуя и переводя их в более активное состояние. Таким образом, конституционная вода глинистых и других минералов должна оцениваться как один из компонентов, обеспечивающих создание газовой среды, активно воздействующей на ускорение реакций минералообразования, а для отдельных глинистых минералов, например каолинита, и некоторых видов добавок активизирующее влияние определенно начинается с процессов дегидратации.