Wp yw wapnia na zmian sk adu fazowego tworzyw ogniotrwa ych Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4

Podobne dokumenty
Reakcje ogniotrwa ego tworzywa andaluzytowego zawieraj cego w glik krzemu ze sk adnikami rodowiska w cyklonowym wymienniku ciep a

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANIS AWA STASZICA, Kraków, PL BUP 26/07

Czy glinokrzemiany sodu, potasu i wapnia mog stanowi sk adniki materia u ogniotrwa ego?

Klasyfikacja i oznakowanie substancji chemicznych i ich mieszanin. Dominika Sowa

PROCEDURA OCENY RYZYKA ZAWODOWEGO. w Urzędzie Gminy Mściwojów

PODSTAWY OBLICZEŃ CHEMICZNYCH DLA MECHANIKÓW

Wp yw dodatku fosforanu glinu na w a ciwo ci niskocementowych betonów korundowych

Stechiometria równań reakcji chemicznych, objętość gazów w warunkach odmiennych od warunków normalnych (0 o C 273K, 273hPa)

ĆWICZENIE. Wpływ nano- i mikroproszków na udział wody związanej przez składniki hydrauliczne ogniotrwałych cementów glinowych

DZIA 3. CZENIE SIÊ ATOMÓW

Atom poziom podstawowy

Lekcja 173, 174. Temat: Silniki indukcyjne i pierścieniowe.

Zmiany przepisów ustawy -Karta Nauczyciela. Warszawa, kwiecień 2013

Rekompensowanie pracy w godzinach nadliczbowych

Projekt Studenckiego Koła Naukowego CREO BUDOWA GENERATORA WODORU

Zestawienie wartości dostępnej mocy przyłączeniowej źródeł w sieci RWE Stoen Operator o napięciu znamionowym powyżej 1 kv

Badania skuteczności działania filtrów piaskowych o przepływie pionowym z dodatkiem węgla aktywowanego w przydomowych oczyszczalniach ścieków

Nowoczesne systemy zabezpieczeń układów nawęglania

Atom poziom rozszerzony

UCHWAŁA NR RADY MIEJSKIEJ W ŁODZI z dnia

OZNACZANIE WAPNIA I MAGNEZU W PRÓBCE WINA METODĄ ATOMOWEJ SPEKTROMETRII ABSORPCYJNEJ Z ATOMIZACJA W PŁOMIENIU

OCHRONA DRZEW NA TERENACH INWESTYCYJNYCH

USTAWA. z dnia 26 czerwca 1974 r. Kodeks pracy. 1) (tekst jednolity)

UCHWAŁA nr XLVI/262/14 RADY MIEJSKIEJ GMINY LUBOMIERZ z dnia 25 czerwca 2014 roku

REGULAMIN PRAKTYK DLA STUDENTÓW UCZELNI JANA WYŻYKOWSKIEGO

SUBSTANCJE ZUBOŻAJĄCE WARSTWĘ OZONOWĄ

LABORATORIUM TECHNOLOGII NAPRAW WERYFIKACJA TULEJI CYLINDROWYCH SILNIKA SPALINOWEGO

DECYZJA w sprawie czasowego zaprzestania działalności

Laboratorium z Konwersji Energii. Ogniwo fotowoltaiczne

Automatyka. Etymologicznie automatyka pochodzi od grec.

PRACE. Instytutu Ceramiki i Materia³ów Budowlanych. Nr 6. Scientific Works of Institute of Ceramics and Construction Materials ISSN

Harmonogramowanie projektów Zarządzanie czasem

SPIS TREŚCI. Przedmowa Wybrane zagadnienia z fizyki i chemii gazów... 13

2. Charakterystyka gazów atmosferycznych stosowanych w spawalnictwie

OPINIA NAUKOWA. przydatności instalacji BIONOR Sludge do utylizacji osadów w małych gminnych oczyszczalniach ścieków

Komentarz technik dróg i mostów kolejowych 311[06]-01 Czerwiec 2009

Ocena warunków higieniczno - sanitarnych w placówkach oświatowo - wychowawczych w roku 2010

Procedura awansu zawodowego. Gimnazjum nr 2 im. św. Jadwigi Królowej Polski. w Rybniku

Kierunki rozwoju materia ów ogniotrwa ych dla przemys u cementowo-wapienniczego

Zarządzenie Nr 16/2016 Burmistrza Tyszowiec z dnia 07 marca 2016 roku

Uwarunkowania rozwoju miasta

PLAN POŁĄCZENIA SPÓŁEK

Strategia rozwoju sieci dróg rowerowych w Łodzi w latach

OZNACZANIE CZASU POŁOWICZNEGO ROZPADU DLA NATURALNEGO NUKLIDU 40 K

Dokumenty regulujące kwestie prawne związane z awansem zawodowym. ustawa z dnia 15 lipca 2004 r.

TEST dla stanowisk robotniczych sprawdzający wiedzę z zakresu bhp

TABELA ZGODNOŚCI. W aktualnym stanie prawnym pracodawca, który przez okres 36 miesięcy zatrudni osoby. l. Pornoc na rekompensatę dodatkowych

Przepisy regulujące kwestię przyznawania przez Ministra Zdrowia stypendium ministra:

PAKOWARKA PRÓŻNIOWA VAC-10 DT, VAC-20 DT, VAC-20 DT L, VAC-20 DT L 2A VAC-40 DT, VAC-63 DT, VAC-100 DT

UCHWAŁA NR IX / 72 / 15 RADY GMINY CHEŁMŻA. z dnia 26 sierpnia 2015 r.

Działania wdrażane przez SW PROW Departament Programów Rozwoju Obszarów Wiejskich

Wniosek o ustalenie prawa do świadczenia pielęgnacyjnego

KOMISJA WSPÓLNOT EUROPEJSKICH. Wniosek DECYZJA RADY

Podatek przemysłowy (lokalny podatek od działalności usługowowytwórczej) :02:07

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

Pompy odkamieniające. Zmiana kierunku automatyczna. Zmiana kierunku ręczna. Przepływ zgodnie ze wskazówkami zegara

PROGRAM LIFELONG LEARNING ERASMUS

Regulamin rekrutacji uczniów do klasy pierwszej Szkoły Podstawowej im. Maksymiliana Wilandta w Darzlubiu. Podstawa prawna: (Dz.U.2014 poz.

Warszawa, dnia 11. września 2006 r. Szanowna Pani LUIZA GZULA-FELISZEK Agencja Obsługi Nieruchomości ZAMEK Błonie, ul. Łąki 119,

Zapytanie ofertowe Instalacja do pirolitycznego przetwarzania (opony i tworzywa sztuczne) z metodą bezpośredniego frakcjonowania

Biomasa w odpadach komunalnych

Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej

Zakłócenia. Podstawy projektowania A.Korcala

ZAŁĄCZNIK NR 1 ANEKS NR. DO UMOWY NAJMU NIERUCHOMOŚCI NR../ ZAWARTEJ W DNIU.. ROKU

WYJASNIENIA I MODYFIKACJA SPECYFIKACJI ISTOTNYCH WARUNKÓW ZAMÓWIENIA

PLAN POŁĄCZENIA UZGODNIONY POMIĘDZY. Grupa Kapitałowa IMMOBILE S.A. z siedzibą w Bydgoszczy. Hotel 1 GKI Sp. z o.o. z siedzibą w Bydgoszczy

2.Prawo zachowania masy

PROCEDURY POSTĘPOWANIA PRZY UDZIELANIU ZAMÓWIEŃ PUBLICZNYCH, KTÓRYCH WARTOŚĆ W ZŁOTYCH NIE PRZEKRACZA RÓWNOWARTOŚCI KWOTY EURO

DTR.ZL APLISENS PRODUKCJA PRZETWORNIKÓW CIŚNIENIA I APARATURY POMIAROWEJ INSTRUKCJA OBSŁUGI (DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA)

REGULAMIN STYPENDIALNY FUNDACJI NA RZECZ NAUKI I EDUKACJI TALENTY

Wnioski o ustalenie prawa do wiadcze z funduszu alimentacyjnego na nowy okres wiadczeniowy s przyjmowane od dnia 1 sierpnia.

Montowanie styropapy za pomącą łączników mechanicznych

Magurski Park Narodowy

SPRAWOZDANIE FINANSOWE

Gruntowy wymiennik ciepła PROVENT- GEO

Tworzywo ogniotrwałe na bazie cyrkonianu wapnia i jego zachowanie w kontakcie z ciekłą stalą

- 70% wg starych zasad i 30% wg nowych zasad dla osób, które. - 55% wg starych zasad i 45% wg nowych zasad dla osób, które

1. Od kiedy i gdzie należy złożyć wniosek?

Procedura uzyskiwania awansu zawodowego na stopień nauczyciela mianowanego przez nauczycieli szkół i placówek

M ZABEZPIECZENIE POWIERZCHNI BETONOWYCH POWŁOKĄ NA BAZIE ŻYWIC AKRYLOWYCH

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

Problemy w realizacji umów o dofinansowanie SPO WKP 2.3, 2.2.1, Dzia anie 4.4 PO IG

Dokumentacja nauczyciela mianowanego ubiegającego się o stopień nauczyciela dyplomowanego

Podstawa prawna: Ustawa z dnia 15 lutego 1992 r. o podatku dochodowym od osób prawnych (t. j. Dz. U. z 2000r. Nr 54, poz. 654 ze zm.

PROWADZ CEGO ZAK AD O ZWI KSZONYM RYZYKU WYST PIENIA POWA NEJ AWARII PRZEMYS OWEJ

Rodzaje i metody kalkulacji

Dynamika wzrostu cen nośników energetycznych

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

Stan prac w zakresie wdrożenia systemów operacyjnych: NCTS2, AIS/INTRASTAT, AES, AIS/ICS i AIS/IMPORT. Departament Ceł, Ministerstwo Finansów

Kuratorium Oświaty w Lublinie

PROGRAM SZKOLENIA W ZAKRESIE BEZPIECZEŃSTWA I HIGIENY PRACY

Koszty jakości. Definiowanie kosztów jakości oraz ich modele strukturalne

Chmura to kropelki wody, lub kryształki lodu zawieszone w powietrzu

Stowarzyszenie na Rzecz Dzieci z Zaburzeniami Genetycznymi Urlop bezpłatny a prawo do zasiłków związanych z chorobą i macierzyństwem

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Badanie silnika asynchronicznego jednofazowego

Toruń, r. ZAPYTANIE OFERTOWE I. ZAMAWIAJĄCY. ASCO Co Ltd Sp. z o.o. Ul. Włocławska 165

Wymagania z zakresu ocen oddziaływania na środowisko przy realizacji i likwidacji farm wiatrowych

Zakład Certyfikacji Warszawa, ul. Kupiecka 4 Sekcja Ceramiki i Szkła ul. Postępu Warszawa PROGRAM CERTYFIKACJI

MAKORA KROŚNIEŃSKA HUTA SZKŁA S.A Tarnowiec Tarnowiec 79. SPRAWOZDANIE FINANSOWE za okres od r. do r. składające się z :

Transkrypt:

MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 65, 1, (2013), 116-120 www.ptcer.pl/mccm Wp yw wapnia na zmian sk adu fazowego tworzyw ogniotrwa ych Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 JACEK SZCZERBA, DOMINIKA MADEJ AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydzia In ynierii Materia owej i Ceramiki, KCiMO, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków *e-mail: jszczerb@agh.edu.pl, dmadej@agh.edu.pl Streszczenie W artykule omówiono korozj materia ów ogniotrwa ych Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 w rodowisku zewn trznego wymiennika ciep a (ZWC) linii technologicznej pieca cementowego w temperaturze 1000 ± 100 C. Szczególn uwag po wi cono oddzia ywaniu na materia ogniotrwa y sk adników wyst puj cych w ZWC, g ównie Ca 2+ /CaO, a tak e K + /K 2 O, Cl -, SO 2. Jak wykaza y badania XRD oraz SEM/EDS w wyniku oddzia ywania wapnia z andaluzytem z materia u ogniotrwa ego przej ciowo powstawa glinokrzemian wapnia gehlenit Ca 2 Al 2 SiO 7. Z kolei reakcje w uk adzie K 2 O-Al 2 SiO 5 doprowadzi y do syntezy glinokrzemianów potasu leucytu KAlSi 2 O 6 i kalsilitu KAlSiO 4. Cyrkon ZrSiO 4 z materia u ogniotrwa ego uleg przeobra eniu w CaZrO 3 (T mp = 2345 C). We wcze niejszych stadiach reakcji powstawa y struktury nieuporz dkowane typu CSZ (C = CaO, S = SiO 2, Z = ZrO 2 ). S owa kluczowe: materia y ogniotrwa e, korozja, mikrostruktura, cyrkon, andaluzyt THE EFFECT OF CALCIUM ON THE PHASE COMPOSITION CHANGE OF Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 REFRACTORY MATERIALS The study of corrosion of the Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 refractories in corroding environment of an external heat exchanger of the cement kiln was carried out at the temperature of 1000 ± 100 C. Main corrosive agents in the external heat exchanger were in the solid (CaO) and gaseous (K+/K 2 O, SO 2, Cl - ) form. The XRD and SEM/EDS analyses showed a reaction of calcium and potassium with the refractory matrix. As a consequence of these reactions, gehlenite Ca 2 Al 2 SiO 7, leucite KAlSi 2 O 6 and kalsilite KAlSiO 4 were formed in the corroded refractory brick. Kalsilite was the main compound formed in the corroded sample. Moreover, zircon was decomposed, and high refractory calcium zirconate CaZrO 3 (T mp = 2345 C) was formed. In the early stages of reactions, the CSZ (C = CaO, S = SiO 2, Z = ZrO 2 ) disordered structures were formed. Keywords: Refractories, Corrosion, Microstructure, Zircon, Andalusite 1. Wst p Materia y glinokrzemianowe, zarówno formowane jak równie nieformowane, s podstawowym typem wyrobów ogniotrwa ych stosowanych na wy o enia urz dze cieplnych linii technologicznych pieców cementowych (zewn trzny wymiennik ciep a, prekalcynator, piec obrotowy i ch odnik), pracuj cych w temperaturze poni ej 1250 C. Materia y te sk adaj si z dwóch podstawowych tlenków tlenek krzemu i tlenek glinu. W uk adzie Al 2 O 3 -SiO 2 wyst puje jeden zwi zek mullit Al 6 Si 2 O 13, który topi si kongruentnie w temperaturze 1850 C [1]. Andaluzyt jest po czeniem tlenkowym Al 2 O 3 SiO 2, które nie wyst puje w uk adzie dwusk adnikowym Al 2 O 3 -SiO 2 odnosz cym si do normalnego ci nienia [2]. Andaluzyt, który teoretycznie zawiera 62,93% Al 2 O 3 i 37,07% SiO 2 [3], trwa y jest jedynie w metamor cznych strefach skorupy ziemskiej, zw aszcza w warunkach zwi kszonego ci nienia [2]. W zakresie temperatur 1350-1400 C andaluzyt ulega przemianie fazowej w jedyne trwa e termodynamicznie po czenie tlenków sk adowych Al 2 O 3 i SiO 2 w uk adzie dwusk adnikowym Al 2 O 3 -SiO 2, tj. w mullit [2]. W Polsce klinkier cementowy produkowany jest g ównie metod such [4, 5]. Polega ona na tym, e zestaw surowcowy w postaci prawie suchej m czki podawany jest do zewn trznego, zwykle 4-stopniowego wymiennika ciep a z prekalcynatorem. Zewn trzny wymiennik ciep a (ZWC) s u y do tego, aby w wyniku procesów zycznych i chemicznych materia wypalany zosta dosuszony i cz ciowo zdekarbonizowany przez przep ywaj ce w przeciwpr dzie gazy (spaliny). Poza oddzia ywaniem sk adników atmosfery, takich jak jony Cl -, K +, Na +, OH -, H +, tlenki: K 2 O, Na 2 O, SO 2, CO 2, CO, H 2 O oraz pary metali ci kich, materia y glinokrzemianowe nara one s na reakcje z wsadem (zwanym dalej materia em wypalanym z ZWC), który stanowi ród o g ównie Ca, Si, Al, Fe i innych. Oddzia ywanie rodowiska gazowego ZWC na materia ogniotrwa y zwi zane jest z zawarto ci g ównie tlenku K 2 O i skutkuje syntez zwi zków potrójnych z uk adu K 2 O- -Al 2 O 3 -SiO 2 [6, 7, 8]. Reakcje wapnia zawartego w materiale wypalanym z ZWC ze sk adnikami tworzywa ogniotrwa ego prowadz do syntezy glinokrzemianów wapnia [8]. 116

WP YW WAPNIA NA ZMIAN SK ADU FAZOWEGO TWORZYW OGNIOTRWA YCH Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 G ównym celem niniejszej pracy by o ustalenie zmian sk adu chemicznego, fazowego i mikrostruktury materia ów ogniotrwa ych Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 pod wp ywem oddzia ywania wybranego sk adnika rodowiska ZWC jonów Ca 2+, których ród em by y cz stki sta e materia u wypalanego. Analizowano tak e wp yw sk adników rodowiska gazowego ZWC g ównie jonów K + i Cl - oraz tlenków K 2 O i SO 2. 2. Materia y i metodyka bada Badania eksperymentalne polega y na przeprowadzeniu testu korozyjnego materia u ogniotrwa ego z andaluzytem Al 2 SiO 5, jako g ównym sk adnikiem, oraz ZrSiO 4, jako sk adnikiem pobocznym, w ZWC linii pieca cementowego. Czas eksperymentu w dolnej cz ci zewn trznego wymiennika ciep a, IV stopie wymiennika cyklonowego, trwa przez okres 8 miesi cy. W miejscu przeprowadzonego eksperymentu temperatura gazów osi ga ok. 1000 ± 100 C. Przeprowadzono nast puj ce badania sk adu chemicznego i fazowego materia u wypalanego z ZWC, pobranego w czasie pracy linii technologicznej pieca obrotowego, a tak e sk adu fazowego i mikrostruktury materia u ogniotrwa ego Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 przed i po te cie korozyjnym. Analiz chemiczn materia u wypalanego z ZWC wykonano metod klasyczn. Sk ad fazowy oznaczono w zakresie k ta 2 od 10 do 90 przy u yciu rentgenowskiego dyfraktometru proszkowego PHILIPS X-Pert Pro. W tym celu wydzielono z testowanej kszta tki ogniotrwa ej warstw materia u o grubo ci ok. 8 mm, zwan dalej stref reakcyjn. Badania mikrostruktury i sk adu chemicznego (SEM/EDS) przeprowadzono z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego FEI Nova Nano SEM 200 wraz z mikroanalizatorem rentgenowskim EDAX (Genesis). 3. Wyniki bada i dyskusja 3.1. Charakterystyka materia u wypalanego z ZWC W materiale wypalanym z ZWC rentgenograficznie zidenty kowano g ównie wolny tlenek wapnia produkt dekarbonatyzacji wyj ciowego surowca w glanowego (CaCO 3 ). Wysoka podatno CaO na hydratacj spowodowa a powstanie tak e Ca(OH) 2. W przesuwaj cym si w kierunku wlotu Tabela 1. Sk ad chemiczny materia u wypalanego z ZWC. Table 1. Chemical composition of hot kiln meal. Rodzaj badania Wyniki bada Strata pra enia [%] 12,89 SiO 2 17,04 Al 2 O 3 4,82 Fe 2 O 3 1,64 Zawarto sk adnika materia u CaO 54,50 wypalanego z ZWC [%] MgO 1,40 Na 2 O 0,23 K 2 O 4,68 SO 3 2,86 Zawarto chlorków Cl - [%] 2,40 Rys.1. Dyfraktogram rentgenowski materia u wypalanego z ZWC. Fig. 1. XRD pattern of hot kiln meal. pieca obrotowego materiale wypalanym zidenty kowano ju zwi zki, b d ce podstawowymi sk adnikami klinkieru portlandzkiego jak Ca 2 SiO 4 oraz Ca 3 Al 2 O 6. Wyst pi y ponadto pozosta o ci w glanu wapnia CaCO 3 i kwarcu SiO 2, a tak e chlorek potasu KCl. W Tabeli 1 zamieszczono sk ad chemiczny materia u wypalanego z ZWC, pobranego z IV stopnia ZWC w trakcie pracy pieca cementowego. Na Rys. 1 przedstawiono dyfraktogram tego materia u. 3.2. Sk ad fazowy i mikrostruktura materia u ogniotrwa ego Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 przed testem korozyjnym Materia em do testu korozyjnego w ZWC by a kszta tka ogniotrwa a Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 wytworzona w warunkach pó technicznych. Badania rentgenogra czne sk adu fazowego wykaza y, e w tworzywie faz g ówn by andaluzyt Al 2 SiO 5, poboczn za krzemian cyrkonu ZrSiO 4 (Rys. 2). W materiale wyj ciowym zidenty kowano ponadto kwarc, krystobalit, tlenek glinu i mullit. Wyst powanie wymienionych faz domieszkowych wynika o g ównie z zastosowania, na etapie wytwarzania materia u, Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 obok surowców g ównych koncentratów andaluzytowego i piasku cyrkonowego, tak e surowców dodatkowych. Na Rys. 3 przedstawiono mikrostruktur wyj ciowego tworzywa ogniotrwa ego Al 2 SiO 5- -ZrSiO 4. Analiza EDS wykaza a obecno andaluzytu (punkt 1) oraz cyrkonu (punkt 2). 3.3. Sk ad fazowy i mikrostruktura materia u ogniotrwa ego Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 po te cie korozyjnym W wyniku oddzia ywania sk adników rodowiska gazowego, g ównie K + /K 2 O, a tak e jonów Ca 2+, których ród em by y cz stki sta e materia u wypalanego z ZWC, nast pi o cz ciowe przeobra enie wyj ciowych sk adników materia u Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4. W tworzywie ogniotrwa ym po pracy rentgenogra cznie zidenty kowano nowe fazy takie jak kalsilit KAlSiO 4, leucyt KAlSi 2 O 6 i gehlenit Ca 2 Al 2 SiO 7. Wykrystalizowa tak e fosforan glinu AlPO 4, co wiadczy o dope nieniu procesów fizykochemicznych podczas pracy tworzywa. MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 65, 1, (2013) 117

J. SZCZERBA, D. MADEJ Rys. 2. Dyfraktogram rentgenowski materia u Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 przed testem korozyjnym. Fig. 2. XRD pattern of Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 material before the corrosion test. Rys. 4. Dyfraktogram rentgenowski materia u Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 po te cie korozyjnym. Fig. 4. XRD pattern of Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 material after the corrosion test. Rys. 3. Obraz SEM mikrostruktury materia u Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 : 1 Al 2 SiO 5, 2 ZrSiO 4. Fig. 3. SEM image of the Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 microstructure: 1 Al 2 SiO 5, 2 ZrSiO 4. Wyst powanie AlPO 4 wynika o z zastosowania kwasu fosforowego na etapie przygotowania materia u ogniotrwa ego. Nie identy kowano mullitu, który najprawdopodobniej przereagowa z CaO i K 2 O. Dyfuzja jonów Ca 2+ do materia u ogniotrwa ego Al 2 SiO 5- -ZrSiO 4 doprowadzi a do przeobra enia zarówno sk adnika g ównego Al 2 SiO 5, jak równie sk adnika pobocznego ZrSiO 4. Produkty reakcji w uk adach CaO-sk adniki materia u Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 badano przy u yciu metody SEM/EDS. Na podstawie bada w mikroobszarach SEM/EDS ustalono obecno innych zwi zków, których nie identy kowano rentgenogra cznie. 3.3.1. Reakcje w uk adzie CaO-Al 2 SiO 5 W wyniku reakcji CaO z andaluzytem Al 2 SiO 5 z materia u ogniotrwa ego, na kontakcie i w warstwie reakcyjnej bezpo rednio przylegaj cej do kontaktu powsta gehlenit Ca 2 Al 2 SiO 7 (Rys. 5 analiza EDS w punktach 2, 3 i 4; Rys. 7 analiza EDS w punkcie 4). Reakcj s yntezy zwi zku zapisa mo na w postaci: 2CaO + Al 2 SiO 5 Ca 2 Al 2 SiO 7. (1) Zgodnie z danymi literaturowymi [2], pierwsza faza ciek a w uk adzie trójsk adnikowym CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 pojawia si w temperaturze 1170 C w trójk cie wspó trwa o ci faz SiO 2 -CaSiO 3 -CaAl 2 Si 2 O 8. Z uwagi na to mo na przypuszcza, e w uk adzie CaO-Al 2 SiO 5 zachodzi y reakcje w fazie sta ej a do otrzymania gehlenitu Ca 2 Al 2 SiO 7, a nast pnie jego rozk adu i utworzenia Ca 12 Al 14 O 32 Cl 2. Odbywa o si to na drodze dordzeniowej dyfuzji jonów Ca 2+ do wn trza ziarna Al 2 SiO 5. W mikroobszarach ubo szych w wap, tj. w g bszych strefach kszta tki ogniotrwa ej, nale y spodziewa si obecno ci przej ciowej fazy anortytu CaAl 2 Si 2 O 8. W stre e najintensywniejszego oddzia ywania wapnia na materia, tj. w stre e reakcyjnej bli ej kontaktu stwierdzono wyst powanie glinianu wapnia (Rys. 6). wiadczy to o zaniku przej ciowej fazy gehlenitu Ca 2 Al 2 SiO 7. W obecno ci jonów chloru z fazy gazowej, glinian wapnia wyst pi w po czeniu z CaCl 2 w postaci C 11 A 7 CaCl 2 (C = CaO; A = Al 2 O 3 ) (Rys. 6a; analiza EDS w punktach 1,2,3,5). Sk ad chemiczny w punkcie 1 (Rys. 6b) by nast puj cy: 28,8% Ca, 22,2% Al, 37,9% O, 6,1% Cl, 2,6% Si, 0,9% Cr i 1,5% Fe. W przybli eniu odpowiada to teoretycznemu st eniu masowemu pierwiastków w Ca 12 Al 14 O 32 Cl 2, które przedstawia si nast puj co: 33,4% Ca, 26,2% Al, 4,9% Cl i 35,5% O. Jak opisano w literaturze [9], w mieszaninach wielosk adnikowych lub przemys owych chlor reaguje przede wszystkim z faz glinianow z utworzeniem w a nie Ca 12 Al 14 O 32 Cl 2. 3.3.2. Reakcje w uk adzie CaO-ZrSiO 4 Badania SEM/EDS wykaza y, e w materiale Al 2 SiO 5- -ZrSiO 4 w miejscu wyj ciowych ziaren ZrSiO 4 powsta cyrkonian wapnia CaZrO 3 (Rys. 7a analiza EDS w punkcie 3). Poprzedzone by o to utworzeniem nieuporz dkowanych faz przej ciowych zawieraj cych w sk adzie chemicznym 118 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 65, 1, (2013)

WP YW WAPNIA NA ZMIAN SK ADU FAZOWEGO TWORZYW OGNIOTRWA YCH Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 trzy sk adniki, a mianowicie wap, cyrkon oraz krzem (Rys. 7b analiza EDS w punkcie 2). W literaturze okre lane s one jako CSZ amorf. [10]. Sk ad chemiczny w punkcie 2 by nast puj cy 31,2% Ca, 33,1% Zr, 5,1% Si, 29,1% O, 0,6% Cl i 0,9% K. Podsumowuj c, reakcje w uk adzie CaO-ZrSiO 4 przebiegaj na drodze przeciwnie skierowanej dyfuzji jonów Ca 2+ do ziarna ZrSiO 4 oraz jonów Si 4+ do osnowy materia u, podczas gdy jony Zr 4+, w temperaturze prowadzonego testu korozyjnego, pozosta y nieruchliwe. W porach materia u ogniotrwa ego od o y si siarczan potasowo-wapniowy K 6 Ca(SO 4 ) 4 powsta y w wyniku reakcji sk adników sta ych (CaO) i gazowych (K + /K 2 O, SO 2 ) (Rys. 7a; analiza EDS w punktach 4 i 6). W osnowie materia u w mikroobszarach bogatych w potas utworzy si kalsilit KAlSiO 4 (Rys. 7a; analiza EDS w punkcie 5). 4. Podsumowanie Rys. 5. Obraz SEM mikrostruktury strefy reakcyjnej na ziarnie andaluzytu Al 2 SiO 5 (1), punkty 2, 3 i 4 gehlenit Ca 2 Al 2 SiO 7. Fig. 5. SEM image of the reaction zone near the surface of the andalusite grain: 1 Al 2 SiO 5, 2,3,4 gehlenite Ca 2 Al 2 SiO 7. Dyfuzja jonów Ca 2+, którego ród em by y cz stki sta e materia u z ZWC do materia u ogniotrwa ego Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 doprowadzi a do przeobra enia zarówno sk adnika g ówne- a) a) b) Rys. 6. a) obraz SEM mikrostruktury strefy reakcyjnej na ziarnie andaluzytu Al 2 SiO 5 (4 i 6), punkty 1, 2, 3 i 5 Ca 12 Al 14 O 32 Cl 2 ; b) analiza EDS w punktcie 1 wskazuj ca na obecno Ca 12 Al 14 O 32 Cl 2. Fig. 6. a) SEM image of the reaction zone near the surface of the andalusite grain: 4, 6 Al 2 SiO 5, 1, 2, 3 and 5 Ca 12 Al 14 O 32 Cl 2 ; EDS analysis in point 1 suggesting the presence of Ca 12 Al 14 O 32 Cl 2. b) Rys. 7. a) obraz SEM mikrostruktury strefy reakcyjnej na ziarnie ZrSiO 4 (1): 2 CSZ amorf., 3 CaZrO 3, 4 K 6 Ca(SO 4 ) 4 w otoczeniu Ca 2 Al 2 SiO 7, 5 KAlSiO 4, 6 kryszta y K 6 Ca(SO 4 ) 4 : b) analiza EDS dla fazy CSZ amorf. w punkcie 2. Fig. 7. a) SEM image of the reaction zone near the surface of the zircon grain: 1 ZrSiO 4, 2 CSZ amorf., 3 CaZrO 3, 4 K 6 Ca(SO 4 ) 4 and Ca 2 Al 2 SiO 7, 5 KAlSiO 4, 6 K 6 Ca(SO 4 ) 4 ; b) EDS analysis in point 2 suggesting the presence of CSZ amorf. phase. MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 65, 1, (2013) 119

J. SZCZERBA, D. MADEJ go Al 2 SiO 5, jak równie sk adnika pobocznego ZrSiO 4. W przebiegu zachodz cych reakcji w uk adach CaO-andaluzyt oraz CaO-krzemian cyrkonu zasadnicz rol odegra o powstawanie zwi zków przej ciowych. Odbywa o si to przez dordzeniow dyfuzj jonów Ca 2+ do ziaren sk adników materia u ogniotrwa ego, t.j. Al 2 SiO 5 i ZrSiO 4. Wynikiem tych procesów by o przekszta cenie substratów Al 2 SiO 5 i ZrSiO 4 w nowe po czenia tlenkowe z wapniem, a mianowicie Ca 2 Al 2 SiO 7 (gehlenit) oraz xcao yzro 2 zsio 2 (struktury nieuporz dkowane typu CSZ). W obr bie ziarna ZrSiO 4 nast powa rozrost strefy reakcji drog przeciwnie skierowanej dyfuzji jonów Ca 2+ do rdzenia ZrSiO 4 oraz jonów Si 4+ do osnowy materia u ogniotrwa ego. Na podstawie bada w mikroobszarach SEM/EDS wykazano, e na obrze ach wyj ciowego ziarna ZrSiO 4, t.j. w mikroobszarach o najwy szym st eniu wapnia, nast pi a ca kowita transformacja tej fazy z utworzeniem cyrkonianu wapnia CaZrO 3. We wcze- niejszych stadiach reakcji powsta y fazy trójsk adnikowe zawieraj ce dodatkowo krzem. Reakcje w uk adzie K 2 O-Al 2 SiO 5 doprowadzi y do utworzenia glinokrzemianów potasu: leucytu KAlSi 2 O 6 i kalsilitu KAlSiO 4. W porach tworzywa ogniotrwa ego Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 od o y si siarczan potasowo-wapniowy K 6 Ca(SO 4 ) 4, który powsta w wyniku reakcji sk adników sta ych (CaO) i gazowych (K + /K 2 O, SO 2, Cl - ). Chlor reagowa na kontakcie i w warstwie reakcyjnej w pobli u kontaktu z faz glinianow Ca 12 Al 14 O 33 daj c C 11 A 7 CaCl 2 (C = CaO, A = Al 2 O 3 ). Przedstawione w niniejszej pracy rozwa ania nie wyczerpuj w ca o ci zagadnie zwi zanych z mechanizmem korozji materia ów Al 2 SiO 5 -ZrSiO 4 przez Ca 2+ /CaO, K + /K 2 O, SO 2, Cl -, a tak e przez inne sk adniki wyst puj ce w rodowisku zewn trznego wymiennika ciep a, linii pieca cementowego. Zagadnienia te s przedmiotem dalszych bada, które stanowi podstaw do mody kacji sk ady fazowego i mikrostruktury tworzyw z przeznaczeniem ich do urz dze cieplnych w przemys ach cementowym, energetycznym czy spalarniach mieci. Podzi kowanie Praca wspierana nansowo ze rodków statutowych WIMiC nr 11.11.160.603 Literatura [1] Aramaki, S., Roy, R.: Revised Phase Diagram for the System Al 2 O 3 -SiO 2, J. Am. Ceram. Soc, 5, 45, (1962), 229-242. [2] Nadachowski, F.: Zarys technologii materia ów ogniotrwa ych, l skie Wydawnictwo Techniczne, Katowice, (1995). [3] Bolewski, A., Manecki, A.: Mineralogia szczegó owa, Polska Agencja Ekologiczna, Wydawnictwo PAE, Warszawa, (1993). [4] Szczerba J.: Mody kowane Magnezjowe Materia y Ogniotrwa e, Prace Komisji Nauk Ceramicznych, Polski Biuletyn Ceramiczny, Ceramika, tom 99, Kraków, (2007). [5] Informatory Stowarzyszenia Producentów Cementu 2005-2011 www.polskicement.com.pl [6] Szczerba, J.: Trendy rozwojowe w technologii materia ów ogniotrwa ych dla pieców cementowych, IV Mi dzynarodowa Konferencja Naukowa Energia i rodowisko w technologiach materia ów budowlanych, ceramicznych, szklarskich i ogniotrwa ych, Karpacz, 17-19 wrze nia 2008 r., pod red. J. Dudy, B. Wery skiego, Instytut Szk a, Ceramiki, Materia ów Ogniotrwa ych i Budowlanych w Warszawie, Warszawa-Opole, (2008), 24-39. [7] Szczerba, J., Boczo, A., Studencka, B.: Badania oddzia ywania soli alkaliów na beton wysokoglinowy bez i z dodatkami, Ceramika, tom 88, (2005), 158-172. [8] Szczerba, J., Madej, D.: Gliniany w formowanych materia ach ogniotrwa ych, Materia y Ceramiczne/Ceramic Materials, 3, 63, (2011), 581-589. [9] Kurdowski W.: Chemia cementu i betonu, Wydawnictwo Polski Cement, Wydawnictwo Naukowe PWN, Kraków, Warszawa, (2010). [10] Nadachowski, F., Jonas, S., Ptak, W.: Wst p do projektowania technologii ceramicznych, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo- -Dydaktyczne, Kraków, (1999). Otrzymano 14 wrze nia 2012, zaakceptowano 30 listopada 2012 120 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 65, 1, (2013)