Details

Явление полиморфизма ортосиликата кальция является объектом все более широких исследований, заменяя собой энергоемкий процесс дробления. Полиморфные beta- и gamma-превращения Ca[2]SiO[4] происходят в процессе охлаждения спеков, содержащих соответствующие модификации ортосиликата или пироалюмината кальция, и последующего саморассыпания, что применяется в производстве глинозема. Продолжительность процесса должна быть ограничена оптимальным показателем. Для решения этой задачи изучен ортосиликат кальция, который встречается в модификациях alpha, alpha', beta, gamma. Дифференциальный термический анализ показал, что существуют 5 модификаций фаз: alpha, alpha', alpha'', beta, gamma. Подтверждено, что различия между beta- и gamma-фазами обусловлены расположением тетраэдров [SiO[4]]{4+} относительно катионов Ca{2+} в решетке ортоcиликата кальция. Структуры имеют разную симметрию и параметры решетки, и, соответственно, различающиеся физико-химические свойства. Стабильная модификация проходит при температурах 539-550 C, имеет самую низкую свободную энергию. Представлена зависимость между величинами свободной энергии beta- и gamma-модификаций и температурой. Определено, что за 30 мин полностью завершается процесс образования новой фазы при 350 C. Установлена температура саморассыпания чистого ортосиликата кальция (525 C). Построена математическая модель снижения температуры. Установлено: чем меньше главное квантовое число Wn инородного катиона, его валентность и электроотрицательность и чем больше атомный радиус, тем ниже стабилизирующие свойства. Определен общий тепловой эффект с образованием белита - 100 273,86 Дж/моль. Тепловой эффект полиморфного превращения beta -> gamma-Ca[2]SiO[4] с саморассыпанием - на 5568,44 Дж/моль больше. Практическое значение этого фактора состоит в определении удельной поверхности саморассыпавшегося порошка и микроструктуры его зерен. Общий экономический эффект может составить до 8 млрд руб. в год. Быстрое охлаждение спека влечет за собой переохлаждение beta-фазы, в результате саморассыпание происходит с содержанием 60 % белита и 30 % алюмината.