В этой части дается представление о неорганической химии в системе обжига цемента в виде элементов серы, хлора, натрия и калия, поскольку эти элементы тесно связаны с эксплуатационными проблемами, возникающими в печи.
Путем повторяющегося испарения и конденсации эти элементы циркулируют при различных температурах и местоположениях цементного завода. Когда они присутствуют в высоких концентрациях, они часто вызывают трудности в работе печи из-за накопления материала и образования колец, которые будут дополнительно описаны ниже.
В таблице приведен диапазон концентраций Na2O, K2O, SO3 и Cl-, содержащихся в различных сырьевых материалах, используемых в цементной промышленности. Концентрации натрия, калия и серы обычно выражаются в виде оксидов в соответствии с методом элементного анализа.
Циркулирующие элементы обладают сильным сродством к другим элементам и образуют химические соединения, такие как хлориды и сульфаты. Наблюдался следующий порядок сродства:
- Хлор первично реагирует со щелочными оксидами, образуя KCl и/или NaCl, обычно в газовой фазе. Остаточный хлор соединяется с кальцием, образуя CaCl2 (s/l). Однако редко бывает так, что количество хлора превышает количество щелочей.
- Избыток щелочных оксидов вступает в реакцию с серой, образуя K2SO4 и/или Na2SO4 в твердой или газовой фазе, а также двойных солей Ca2К2(SO4)2. Остаточные щелочи соединяются с CO2, образуя K2CO3 и Na2CO3 или с влагой, тем самым образуя NaOH и KOH в газовой фазе. Щелочи, не соединенные с хлоридом или серой, присутствуют в виде Na2О и K2О, встроенных в минералы клинкера.
- Калий в сочетании с хлоридом в виде KCl испаряется почти на 100% в зоне горения, в то время как калий в сочетании с сульфатом в виде K2SO4 в значительной степени покидает печь вместе с клинкером.
- Избыток серы, присутствующий в виде SO3 и/или SO2 в газе, вступит в реакцию с CaO (s), образуя CaSO4(s).
Количественная оценка циркуляции определяется волатильностью, которая указывает на ту часть, которая улетучивается в печи и, следовательно, не покидает печь вместе с клинкером. Летучесть описывается с использованием коэффициентов испарения для каждого соединения, изменяющихся от 1 до 0, где 1 означает, что все летучие соединения испаряются, а 0 означает, что ни одно из них не испаряется и, следовательно, все уходит с клинкером.
Коэффициент испарения хлоридных соединений KCl, NaCl и CaCl2 в печи составляет 0,990-0,996. Примерно при 800 C эти соединения расплавляются, а при 1200-1300 C они почти полностью испаряются.