Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
«СзБ» _^10>2Са2+ + Н^Ю2" + 20Н-
2Н2510|- + 20Н- -> 5120|— + ЗН20
В конце индукционного периода — реакции: Са2+ + 20Н- ->- Са (ОН)2 2510^— — - + 20Н- -.. [БЮзР- + 2лОН-
В предложенном механизме процесс гидратации СзБ разделен на пять отдельных стадий.
Стадия I. При контакте С25 с водой имеет место гидролиз, сопровождающийся протонированием (переходом протона) О2- в" ОН-, 5Ю4~в НпЗЮ!"-4' и Са2+ в Са2+^. Гидролиз происходит в основном на активных участках. В результате перехода в раствор Са2+ на этих участках минерала образуется поверхностный слой продуктов реакции, представляющих собой группировки силикатных ионов [Н35Ю4]- и [Н451207]2-, связанных между собой водородными связями и несколькими ионами кальция. Образовавшийся аморфный слой имеет тенденцию к всасыванию воды и набуханию подобно осмотическому процессу. Равновесие зарядов поддерживается переходом ионов Са2+ и ОН- в раствор, компенсируя ионы Н+, имеющиеся в растворе в результате гидролиза воды. Между по-
175
движным ионом Са2+ и неподвижной поверхностью силикатных ионов образуется двойной электрической слой, обусловливая хемо-сорбцию.
Стадия II. Вследствие дальнейшего перехода в раствор ионов Са2+ и ОН- образовавшийся на I стадии поверхностный слой продолжает развиваться. Однако вследствие того, что ионы должны проходить через двойной электрический слой, этот процесс замедляется. Свойства двойного электрического слоя будут определяться концентрацией ионов Са2+. Из находящихся в растворе групп атомов будут формироваться зародыши кристаллов Са(ОН)2 или С—Б—Н.
Стадия III. По мере перехода ионов в раствор содержание их становится достаточным для роста зародышей кристаллов. Первоначально рост отмечается при пересыщении раствора относительно гидроксида кальция, происходящего вблизи поверхности зерен. Вследствие того, что перенос диоксида кремния через поверхностный слой частиц затруднен, образуются слаборазвитые кристаллы С—Б—Н. Рост кристаллов Са(ОН)2, определяющийся степенью пересыщения жидкой фазы ионами Са2+, начинается в конце стадии II и продолжается на стадии III.
Стадии IV и V. На этих стадиях происходит дальнейший рост иглообразных кристаллов С—Б—Н. При этом образующиеся на ранее сформированных кристаллах С—Б—Н новые кристаллы будут отличаться по морфологии вследствие изменения содержания находящихся в растворе ионов. Таким образом, возникающие гидраты С—Б—Н могут быть различными или может существовать переходный слой С—Б—Н.
Механизм гидратации В-С25 может рассматриваться с тех же позиций, что и СзЭ. Отличительная особенность состоит в уменьшении высокого пересыщения раствора ионами Са2+ относительно Са(ОН)2 и низкой экзотермией процесса гидратации. Общий состав и морфология С—Б—Н, формирующегося из В-С25 и С35, оказываются сходными, за исключением небольшого различия в деталях микроструктуры.
Особенности кристаллического строения СзБ и В-С25 обусловливает различие в скорости гидратации этих минералов. Однако для р-С25 характерны существенное снижение степени пересыщения раствора гидроксидом кальция и низкое значение теплового эффекта реакции гидратации. Состав и морфологические особенности гидросиликатов С—Б—Н, формирующихся при гидратации СзЭ и р-С25, оказываются в общем сходными, отличаясь лишь в деталях микроструктуры. Низкая степень насыщения раствора гидроксидом кальция при гидратации В-С25 обусловливает формирование более крупных кристаллов Са(ОН)2 по сравнению с кристаллами, образующимися при гидратации СзБ.
Гидратация С3А. Исследования показали, что процесс гидратации С3А определяется скоростью диффузии жидкой фазы через слой сформировавшихся в начальной стадии гидратов С4АН13 и
176
С2АН8, имеющих гексагональную сингонию. Так как гидратация С3А сопровождается большим выделением теплоты, указанные гидраты быстро переходят в С3АН6. Изучение системы C3S + C3A+ + CSH2 показало, что основной причиной задержки гидратации С3А являются не сульфатные ионы, способствующие образованию гидро-сульфоалюмината кальция, а возникающий на поверхности зерен С3А аморфный А1(ОН)3.
Образовавшиеся гидраты С4АН13, C4ACs5H12 и их твердые растворы создают «изолирующий слой» на поверхности зерен С3А. Однако этот слой недостаточен для заметного замедления гидратации С3А, так как молекулы воды и сульфатные ионы могут проходить через него. Этот поток достаточно медленный, чтобы обеспечить растворение нижнего слоя, контактирующего с поверхностью, а поэтому последовательное образование С4АН13 истощает раствор, находящийся в контакте с зернами С3А относительно ионов Са2+, тем самым способствуя осаждению А1(ОН)3. Последовательность стадий этого процесса выражается:
4 [ЗСаО-А1202] + 24Н20 -+ 12Са2+ -4- 8AI (OHVf + tfiOH- +«н,о |
->- 3 [4СаО-А1203- 13Н20] + 2AI (ОН)3
Разрушение изолирующего слоя вследствие превращения С4АН13 и С2АН8 в С3АН6 будет вызывать при высоком содержании в растворе ионов Са2+ и ОН- также и разрушение слоя А1(ОН)3, что будет обусловливать дальнейшую гидратацию С3А. Ниже приведена последовательность этих реакций:
ЗСаО-А1203-6Н20 + Са (ОН)2 + 6Н20 ->4СаО-А1203- 13Н20
