Структура сырьевого цементного шлама

Цементные сырьевые шламы — полидисперсные и полиминеральные системы, в которых твердая фаза представлена частицами известняка (60—80% по сухой массе), кварца, глины, а жидкая — водой. Размеры частиц твердой фазы колеблются в широких пределах от 1 до 100 мкм. Крупными частицами являются в основном кварц, известняк, полевой шпат; мелкими — глинистые минералы, оксиды железа, алюминия и часть кремния. Сырьевые шламы относятся к полуколлоидным системам, в которых частицы коллоидно-дисперсной фазы (мицеллы — ассоциаты) находятся в равновесии с окружающей средой.

Мицеллярное строение известково-глинистых шламов можно представить следующим образом. В пространственной структуре существуют центры — комплексные образования с ядром из карбоната кальция размером 5−20 мкм. На поверхности этих частиц за счет диссоциации.

образуется отрицательный заряд. Из водного раствора для компенсации отрицательного заряда адсорбируются катионы К⁺, Na⁺, Са²⁺, А1³⁺ и др., образуя двойной электрический слой (см. рис. 45). Вокруг такой частицы располагаются более мелкие частицы глинистых компонентов (размеры менее 1 мкм). В водной среде глинистая частица по поверхности также заряжается отрицательно. Благодаря сильно развитой поверхности, глинистые частицы отличаются большим запасом поверхностной энергии. Ненасыщенные связи поверхности глины адсорбируют также катионы Н", Na⁺, Са²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ и образуют собственные сольватные (гидратные) оболочки.

Укладка гидратированных частиц диффузного слоя случайна, поверхность ее невелика. Подвижность шламов определяется толщиной водных прослоек между частицами твердой фазы. Адсорбционно-связанная вода находится в ином физическом состоянии, чем капельножидкая. Слой адсорбционной воды повторяет рельеф твердой частицы и за счет сил электростатического притяжения сжимается, приобретая свойства псевдотвердого тела. Толщина такого слоя (не жидкой) воды изменяется от 1 до 10 нм и составляет от 4 до 40 молекулярных слоев. Диффузная вода играет роль смазки. Максимум подвижности шлама соответствует максимальной толщине диффузного слоя.

Коагуляционная структура сольватных шламов представляет собой бесконечную беспорядочную пространственную сетку — каркас, образованную молекулярным сцеплением друге другом молекул коллоидных и дисперсных частиц. При выстаивании шлама связи усиливаются, подвижность шлама уменьшается (загустевание), после встряхивания, перемешивания химические связи разрываются, подвижность возрастает.

Рис. 45. Схема строения крупной гидратированной частицы многокомпонентного сырьевого шлама:

1 — кристаллическая решетка ядра, 2 — адсорбционный слой, 3 — диффузионный слой, 4 — (-) заряженные частицы, 5 — (+) заряженные частицы А1 (ОН)₃, контактирующие с поверхностью ядра частицами твердой фазы.