Алюминат кальция – важный промышленный материал, который находит широкое применение в производстве огнеупоров, строительных материалов, металлургии и других областях. Рассмотрим подробнее, что представляет собой это вещество, как оно получается и где используется.
Получение алюмината кальция
Алюминат кальция получают посредством высокотемпературной реакции между оксидом кальция (известью) и оксидом алюминия при температуре около 1500°C:
CaO + Al2O3 → CaO·Al2O3
В результате этой реакции образуется твердая руда – кальциево-алюминатный клинкер. После измельчения клинкера до состояния мелкодисперсного порошка получают кальциево-алюминатный цемент. Этот порошкообразный материал называют просто «алюминат кальция».
Химические свойства и применение
При смешивании алюмината кальция с водой происходит химическая реакция гидратации с образованием кальциевых гидроалюминатов, которые быстро твердеют. Это важное свойство алюмината кальция используется в производстве быстротвердеющих цементов и бетонов.
Кроме того, благодаря высокой огнеупорности и химической стойкости при высоких температурах, алюминат кальция широко применяется для изготовления футеровок металлургических агрегатов, литейных форм, теплоизоляционных материалов.
Производство алюмината кальция
Основные производители алюмината кальция расположены в Китае, Индии, России и странах Евросоюза. Наиболее крупные компании:
- Керамин (Россия)
- Henan Ruishi Renewable Resources Group (Китай)
- Gorka Cement (Польша)
В 2020 году мировое производство алюмината кальция составило около 7,5 млн тонн. Основные страны-потребители: Китай, Индия, Россия, Бразилия, Турция.
Стоимость алюмината кальция на мировом рынке в 2021 году составляла 270-450 долларов США за тонну в зависимости от производителя и объемов поставки.
Типы и марки алюмината кальция
Различают несколько основных типов алюмината кальция в зависимости от его химического состава:
- Моноалюминат кальция CaO·Al2O3
- Диалюминат кальция CaO·2Al2O3
- Триалюминат кальция 3CaO·Al2O3
Наиболее распространен триалюминат кальция (3CaO·Al2O3).
Промышленные марки алюмината кальция обозначаются буквами СА с указанием процентного содержания Al2O3. Например, популярная марка СА-70 содержит 70% Al2O3.
| Марка алюмината кальция | Содержание Al2O3, % |
| СА-50 | 50 |
| СА-70 | 70 |
| СА-80 | 80 |
Применение алюмината кальция
Алюминат кальция находит широкое применение в различных областях промышленности и строительства.
Производство огнеупоров
Благодаря высокой температуре плавления (свыше 2000°C) алюминат кальция используется в производстве различных огнеупорных изделий - кирпичей, бетонов, растворов. Это позволяет создавать жаропрочные футеровки для металлургических печей, домен и другого термонагруженного оборудования.
Быстротвердеющие бетоны
Реакция "гидролиза" алюмината кальция с водой, приводящая к быстрому схватыванию и твердению, используется при изготовлении специальных быстротвердеющих бетонов и растворов, применяемых при ремонте бетонных конструкций.
Производство цемента
Добавка алюмината кальция в портландцемент позволяет регулировать сроки его схватывания. Это используется для получения быстротвердеющих цементов, применяемых в монолитном строительстве при низких температурах.
Металлургия
В металлургии алюминат кальция применяют в качестве рафинирующего агента для очистки стали от серы и других примесей. Также его используют для получения высококачественных отливок при литье металлов.
Перспективы развития
В последние годы ведутся активные исследования по созданию новых видов алюмината кальция с улучшенными свойствами.
Разрабатываются составы с повышенной прочностью и термостойкостью для футеровочных масс. Ведутся работы по получению наноструктурированных алюминатов кальция, что должно значительно расширить области их применения.
Также перспективным направлением является использование алюмината кальция для иммобилизации радиоактивных отходов, поскольку этот материал обладает низкой растворимостью и высокой химической устойчивостью.
Требования к качеству
Для обеспечения надлежащих эксплуатационных свойств изделий с применением алюмината кальция предъявляется ряд требований к качеству этого сырья.
Химический состав
Химический состав алюмината кальция регламентируется государственными и отраслевыми стандартами. Как правило, нормируется содержание оксида алюминия, оксида кальция, примесей оксидов кремния и железа, серы.
Гранулометрический состав
Фракционный состав частиц алюмината кальция должен соответствовать техническим условиям в зависимости от области применения. Для производства бетонов и растворов оптимальный размер частиц составляет 80-100 мкм.
Плотность и насыпная плотность
Плотность частиц алюмината кальция составляет 2,7-3,05 г/см3. Насыпная плотность - 0,8-1,2 г/см3. Эти показатели важны для расчета рецептур и дозировок компонентов.
Упаковка и транспортировка
Алюминат кальция поставляется потребителям в виде мелкодисперсного порошка, фасованного в бумажные мешки или полипропиленовые мешки с полиэтиленовым вкладышем массой от 25 до 1500 кг.
Транспортируют алюминат кальция в крытых транспортных средствах в соответствии с правилами перевозки грузов. При перевозке необходимо не допускать увлажнения материала, поскольку это приводит к его слеживанию и комкованию.
