Вестник МГТУ, 2024, Т. 27, № 2.

Евдокимова М. Е. и др. Применение титансодержащих отходов в цементной промышленности. анионов, которые характеризуются высокой электроотрицательностью и взаимодействуют с ионами (Ca2+, Si 4 ) на поверхности твердого тела. Эта поверхность поддерживается в высокоэнергетическом состоянии, приводящем к поляризации и перегруппировке атомов, что повышает активность твердого тела и ведет либо к образованию новых фаз, либо к плавлению (Kacimi et al., 2006). Также стоит отметить, что ионы фтора способны к разрушению комплексных кремниевокислородных ионов типа [Si 4 Oi0]4-, [SiO3]2- и других в результате разрыва связей кремний - кислород с образованием SiF 4 и SiO4. В твердой фазе разрушение комплексных анионов облегчает условия для образования новых, более устойчивых соединений - клинкерных минералов. Но нужно отметить, что стабильность новых соединений во многом определяется структурой образования новых кристаллов. Торопов Н. А., академик РАН, в своих исследованиях отмечает, что "применение фтористых минерализаторов интенсифицирует образование 3СаО^Ю 2 (алита), но трехкальциевый алюминат в присутствии СаР 2 является совершенно неустойчивым соединением". Исследования, проведенные в Институте силикатов Е. Р. Скуе, также показали, что "введение фтористого кальция вызывает распад сложных алюмоферритов кальция на более простые по составу алюминаты и ферриты кальция. Разрушение же комплексных кремниевокислородных и алюминиевокислородных анионов при введении фторидов в основные алюмосиликатные расплавы, к числу которых может быть отнесена и жидкая фаза цементного клинкера, приводит к образованию более простых по строению анионных групп, облегчающих процессы кристаллообразования ряда клинкерных минералов, путем ионного переноса в расплаве" (Торопов, 1956, с. 187). В работе Алтуна И. А. отмечается, что фтор при термическом разложении может переходить в газовую фазу и циркулировать в печи. В холодной части печи происходит конденсация, и фтор реагирует с избытком CaO, образуя CaF 2 (Altun et al., 1999). Такие реакции могут обусловить снижение f-CaO, но не за счет включения CaO в клинкерные минералы, а за счет вторичного образования фторида кальция. Механизм влияния оксидов титана на цементный клинкер В научной литературе содержатся данные о том, что 3CaOSiO 2 способен растворять некоторое количество окислов титана (Торопов и др., 1961). Определенное добавление фторида кальция (CaF2) ускоряет достижение предела раствора диоксида титана (TiO2) для образования CaTiO 3 в допированном 3CaOSiO2. Фазовые составы различных образцов C3S при допировании показывают, что добавление CaF 2 от 1,0 до 2,0 % не влияет на формирование фазы C 3 S, но совместное присутствие CaF 2 и TiO 2 оказывает заметное влияние на формирование данной фазы. Появление CaTiO 3 указывает на предел растворения TiO 2 в легированных образцах C 3 S, кроме того при приближении к пределу растворимости происходит образование b-C2S (Da et al., 20216). Группа индийских ученых пришла к выводу, что диоксид титана, содержащийся в некоторых глинах в большом количестве, способен благоприятно влиять на цементные клинкеры. Так, содержание 1-4 % TiO 2 в сырьевой смеси может обладать свойствами минерализатора и приводить к снижению содержания свободной извести при обжиге клинкеров при 1 450° до 0,1 %. Однако при больших добавках TiO 2 концентрация свободной извести растет. Это объясняется тем, что при обжиге при высоких температурах TiO 2 соединяется с CaO, вытесняя SiO 2 и образуя кристаллический продукт C aOT iO 2 ( Katyal et al., 1999). Также отмечается увеличение размера кристаллов алита при содержании TiO 2 в клинкере на уровне 1 %. Влияние диоксида титана на цементные клинкеры изучалось при добавлении титанового шлака к сырьевой муке. Содержание TiO 2 в шлаке составило 39,86 %, SiO 2 - 13,5, CaO - 12,12 %, потери массы при прокаливании - 8,15 %. Содержание TiO 2 в образцах составило 0,5, 1 и 2 %. Сырьевые смеси нагревались со скоростью 5 “C/мин до 900 °C, выдерживались при этой температуре в течение 30 мин, а затем снова нагревались со скоростью 5 ^ /м и н до конечной температуры 1340 °C и были оставлены еще на 15 мин. Далее образцы закаливались на воздухе, в результате чего получались экспериментальные клинкеры, которые измельчались и перемешивались с гипсом (Andrade Neto et al., 2019). Изучая химический состав смесей, можно сделать вывод, что глиноземный модуль с добавлением диоксида титана снижается, обусловливая благоприятные условия для образования и роста кристаллов алита. Отмечается, что оптимальное содержание TiO 2 в образцах равно 2 %, поскольку такой клинкер демонстрировал концентрацию алита (58,49 %), близкую к референтному значению (57,71 %) (Andrade Neto et al., 2019). Существуют также научные работы, исследовавшие цементный клинкер, полученный в результате смешения основных веществ сырьевой муки высокой степени чистоты: карбонат кальция, оксид алюминия и гипс. К перечисленным оксидам добавляли фторид кальция и диоксид титана высокой чистоты. Стоит отметить отсутствие оксида кремния в составе сырьевой муки (Wang et al., 2021). В вышеуказанной научной работе отмечается снижение содержания свободной извести в присутствии CaF 2 в количестве 0,5 %. Наличие в составе смесей CaF 2 (0,5 %) и TiO 2 (0,2 %) совместно способствует снижению f-CaO до 0,04 %. Таким образом, добавление TiO 2 в исследуемые образцы может способствовать дальнейшему поглощению f-CaO. 176