Как определить цемент в шламе
Обновлено: 13.05.2024
Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Мирошникова Ю.В., Мирошникова О.В., Классен В.К.
В статье рассматривается рациональный способ использования углеотходов при производстве цемента по мокрому способу. Выгорающие добавки целесообразно вводить при помоле сырьевого шлама, так как при этом улучшаются следующие показатели: повышаются производительность сырьевых и цементных мельниц и качество клинкера , снижаются влажность шлама и расход технологического топлива.
Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Мирошникова Ю.В., Мирошникова О.В., Классен В.К.
ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ РАСШИРЯЮЩЕЙСЯ ДОБАВКИ НА ОСНОВЕ ФЕРРИТНОГО ОТХОДА С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ β-КВАРЦА
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ РЕАГЕНТОВ НА ЭНДО- И ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ НАГРЕВЕ ЦЕМЕНТНОЙ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ДО 1000 єС
Текст научной работы на тему «Влияние введенных в сырьевой шлам углеотходов на качество цементного клинкера»
Мирошникова Ю.В., магистрант, Мирошникова О.В., магистрант, Классен В.К., д-р техн. наук, проф. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ВЛИЯНИЕ ВВЕДЕННЫХ В СЫРЬЕВОЙ ШЛАМ УГЛЕОТХОДОВ НА КАЧЕСТВО
В статье рассматривается рациональный способ использования углеотходов при производстве цемента по мокрому способу. Выгорающие добавки целесообразно вводить при помоле сырьевого шлама, так как при этом улучшаются следующие показатели: повышаются производительность сырьевых и цементных мельниц и качество клинкера, снижаются влажность шлама и расход технологического топлива.
Ключевые слова: клинкер, выгорающая добавка, экономия топлива, качество._
Введение. Ранее было установлено, что согласно теплотехническим расчетам максимальное количество вводимого горючего вещества с углеотходами в сырьевой шлам при мокром способе производства цемента может составить не более 3 % [1, 2]. Это позволяет обеспечить экономию около 25% основного технологического топлива, а также уменьшить расход электроэнергии на помол сырья и цемента и снизить влажность шлама 3. Кроме того, при этом наблюдается повышение качества клинкера.
Вследствие этого, целью данной работы является выявление причин увеличения активности клинкера при введении углеотходов в исходную сырьевую смесь.
Характеристика исходных материалов. В качестве исходных материалов применялись высушенный шлам и сырьевые компоненты Осколцемента и углеотходы шахты «Обуховская». Химические составы
компонентов, смесей и клинкера приведены в таблице 1.
Состав сырьевых компонентов, смесей и клинкера
Компонент Содержание оксидов, %
CaO SiO2 ^3 Fe2Oз ППП
Шлам Осколцемента 42,88 13,89 3,67 2,65 35,58
Углеотходы 2,45 21,16 9,07 3,44 60,4
Сырьевая смесь 33,29 9,85 3,88 2,77 49,74
Соотношение компонентов и характеристика клинкера, %
Смеси ГВ Мел Огарки Зола Смесь Сумма
№1 0 0 0 0 100 100
№2 0,5 1,30 0,03 0,83 97,83 100
№3 1,5 3,90 0,10 2,5 93,50 100
№4 3 7,79 0,21 5 87,00 100
Клинкер КН N P CзS C3A C4AF
0,92 1,39 2,11 64 14 8 13
На основе этих компонентов были рассчитаны и приготовлены сырьевые смеси № 2, 3 и 4 с добавлением 0,5 %; 1,5 % и 3 % углеотходов в пересчете на горючее вещество (ГВ) и контрольная сырьевая смесь №1 без углеотходов. Из-за большой зольности углеотходов производилась корректировка сырьевых смесей. Минералогический состав клинкера, при различном количестве введенных в сырьевую смесь углео-
тходов, по данным рентгенофазового анализа также практически не отличается (рис. 1).
Зависимость гидравлической активности клинкера от горючей добавки в сырье. Для
определения прочностных характеристик цемента сырьевые смеси обжигались при температуре 1400 °С с выдержкой 40 минут. Полученный клинкер измельчался с добавлением 5 % гипса до удельной поверхности 380+10 м2/кг.
Прочность на сжатие определялась в малых образцах, размером 1,41^1,41x1,41 см, приготовленных из цементного теста без песка при во-доцементном отношении, равном 0,28.
Влияние выгорающей добавки в сырье на гидратацию цемента. Для того чтобы рассмотреть возможные причины изменения активности клинкера в зависимости от содержания горючего вещества в исходной смеси, были проведены рентгенофазовый (РФА) и комплексный
термический (КТА) анализы гидратированных цементов в различные сроки твердения (рис. 3,
Рис. 2. Изменение активности клинкера от содержания углеотходов в смеси
Рис. 1. Фазовый состав клинкера при различном содержании углеотходов в сырье
клинкера, полученного из сырья с максимальной добавкой горючего вещества (3 %) и имеющие в эти сроки максимальную активность. Причем, при значительных отличиях кривых ДТА, практически по данным кривых ТО в этой области не наблюдается разница в изменении массы вещества. Следовательно, эти явления связаны с изменением структуры цементного камня и вероятнее всего вызваны с перекристаллизацией цементной системы, в том числе с участием с коллоидной фазы. Ранее в работах [1, 3-6] было установлено, что прочность цементного камня может определяться формированием структуры системы на начальной стадии твердения.
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 Рис. 3 Фазовый состав гидратированных цементов
О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Температура, °С
Рис. 4. Степень гидратации цемента по данным КТА в различные сроки твердения в зависимости от содержания горючих веществ в сырьевой смеси
Эти предположения согласуются с процессами гидратации в 1 -е сутки твердения, которые свидетельствуют, что более высокая прочность цементного камня совпадает с более интенсивной гидратацией на начальном этапе твердения (рис. 5).
Причину приведенного процесса можно объяснить микроструктурой клинкера (рис. 6). При введении в сырьевую смесь горючего вещества, которое при высокой температуре способно выгорать и, тем самым, создавать в обжигаемой системе неравномерное температурное поле и, следовательно, обеспечивать формирование отдельных клинкерных фаз с различными свойствами, как по активности к процессу гидратации, так и по размерам кристаллов. Естественно, это должно приводить к созданию различной
структуры цементного камня и, как следствие, к различной его прочности.
Рис. 5 Фрагмент начального участка кривых ТО при различном содержании ГВ в сырьевой смеси
Рис. 6. Зависимость микроструктуры клинкера от содержания в сырьевой смеси горючего вещества
1. Горючая составляющая углеотходов в исходной сырьевой смеси помимо экономии основного технологического топлива при мокром способе производства цемента обеспечивает дополнительно снижение влажности шлама, повышение производительности сырьевых и цементных мельниц и активности клинкера.
2. Причиной повышенной активности клинкера является формирование клинкерных фаз с различными свойствами вследствие переменного температурного поля в системе из-за локального выгорания углеотходов.
1. Классен В.К., Борисов И.Н., Мануйлов
3. Пьячев В.А. Углеотходы - ценное сырье для производства цемента // Изв. вузов. Горный журнал. 1998. №3-4. С.64-74.
4. Лугинина И.Г., Ибатулина Л.Х., Мошкин О.Д., Сугралинов М.С. Применение отходов угледобычи для производства цемента // Цемент. 1983. №1. С. 6.
5. Шубин В.И. Применение техногенных материалов, в том числе и горючих отходов при производстве цемента // Цемент Информ. 2014. №1. С. 3-8.
6. Мандрикова О.С., Борисов И.Н. Применение топливосодержащих отходов в производстве цемента // Цемент Информ. 2014. №1. С. 9-11.
7. Кузнецова Т.В., Тандилова К.Б., Кавсадце Ц.Э. Отходы углеобогащения в производстве цемента // Цемент. 1989. №12. С. 15-16.
8. Уфимцев В.М., Капустин Ф.Л., Пьячев В.А. Техногенное сырье в производстве цемента: вчера, сегодня, завтра // Технология бетонов. 2012. №1/2. С. 22-25.
9. Скупин Л. Использование альтернативных видов топлива // Цемент. 2013. №4. С. 130-132.
10. Айхас К., Виноградов К.А., Корнеев В.В. Предварительное технико-экономическое
обоснование по организации комплексного предприятия по подготовке отходов для утилизации в производстве цемента // Цемент Информ. 2014. №1. С. 34-38.
11. Кривобородов Ю.Р., Бурлов И.Ю., Бурлов Ю.А. Применение вторичных ресурсов для получения цементов // Строительные материалы. 2009. №8. С. 44-45.
12. Лугинина И.Г., Ибатулина Л.Х., Мошкин О.Д., Сугралинов М.С. Применение отходов угледобычи для производства цемента // Цемент. 1983. №1. С. 6.
13.Крапля А.Ф., Уполовников А.Б., Цванг А.С. Применение углеотходов и повышение качества клинкера // Цемент. 1989. №12. С. 1213.
Miroshnikova Y.V., Miroshnikova O.V., Klassen V.K.
THE IMPACT INTRODUCED RAW SLURRY OF COAL CONSUMPTION FOR THE CEMENT CLINKER QUALITY
The article deals with a rational way to use waste coal in cement production by the wet process. The burnout additives advantageously introduced in the grinding of raw slurry, as this improved the following indicators: increased productivity of raw and cement mills and clinker quality, reduces wet slurry and consumption of technological fuel.
Key words: clinker, burnout additive, fuel economy, quality
Мирошникова Юлия Викторовна, магистрант.
Мирошникова Оксана Викторовна, магистрант.
Постоянство физических свойств и химического состава шлама и сырьевой муки является определяющим фактором при получении клинкера высокого качества. Это достигается в первую очередь систематическим контролем качества сырьевой смеси перед обжигом.
Исходя из особенностей свойств шлама и сырьевой муки, способы контроля качества их несколько различаются. Контроль качества шлама. При контроле качества шлама проверяют его текучесть, влажность, титр и тонкость помола. Эти показатели устанавливают ежечасно, отбирая пробы шлама непосредственно при выходе его из сырьевых мельниц и из контрольного бачка печи обжига.
Результаты анализа пробы, отобранной при выходе из мельниц, свидетельствуют о качестве технологического процесса приготовления сырьевой смеси и позволяют соответствующим образом изменять параметры работы оборудования и дозировку материалов, обеспечивая получение шлама заданного качества. Эти данные необходимы также для корректирования шлама. Результаты испытаний пробы шлама, отобранной из контрольного бачка печи, характеризуют качество всего технологического процесса приготовления сырьевой смеси, включая корректирование и гомогенизацию. Эти результаты позволяют также установить оптимальный режим работы печи обжига.
Из часовых проб шлама приготовляют среднесменную пробу, подвергая ее, кроме указанных выше определений, химическому анализу.
Определение влажности. От средней пробы шлама отвешивают 10 г с точностью до 0,01 г на предварительно взвешенной пластинке из нержавеющей стали. Навеску на пластинке помещают в песочную баню и сушат при температуре 120° С до тех пор, пока холодное стекло, приближаемое к пробе, не запотеет. Это показывает, что высушивание закончилось.
Для определения влажности шлама применяют также автоматический прибор УОВ-5, в котором материал сушат инфракрасными лучам,и. Потерю в весе в процентах прибор регистрирует автоматически; продолжительность опыта — 10 мин. Для определения текучести шлама пользуются текучестемером ТН-2. Он состоит из шкалы текучести и конического кольца диаметром внизу 40 мм, вверху 30 мм и высотой 20 мм. Шкала текучести представляет собой ряд концентрических окружностей диаметром от 40 до 150 мм, проведенных через каждые 2 см. Шкала накрыта зеркальным стеклом. При определении текучести шлама проверяют горизонтальность стекла, для чего пользуются показаниями уровня прибора. В центре шкалы устанавливают кольцо, заполняют его шламом, заглаживают поверхность шлама и быстро, но без рывка вертикально поднимают кольцо. Шлам при этом растекается, образуя лепешку. Расплыв шлама отмечают в четырех взаимно перпендикулярных сторонах. Средняя арифметическая величина четырех определений принимается за показатель текучести шлама; обычно она равна 45±2 мм.
Для непрерывного контроля текучести шлама применяют ротационный вискозиметр РВ-2. Действие его основано «а зависимости усилий вращения стержня, помещенного в шлам, от вязкости (текучести) последнего. При уменьшении текучести усилия вращения (кручения) возрастают.
Вискозиметр состоит из бачка, в который снизу непрерывно поступает шлам, а сверху вытекает. В бачке установлен чувствительный элемент с электродвигателем незначительной мощности. Изменение вязкости шлама отражается на нагрузке электродвигателя, которая непрерывно фиксируется. По изменению нагрузки электродвигателя и устанавливают вязкость шлама.
Определение тонкости помола. Тонкость помола шлама характеризуется остатком в процентах на ситах № 0.2 и № 008 (размер ячейки в свету соответственно 0,2 и 0,08 мм). Для этого от пробы шлама, отобранной из сырьевых мельниц, отвешивают 25 г с точностью до 0,01 г в тарированную жестяную чашечку.
Навеску осторожно смывают струей воды из водопровода на сито № 008 и промывают осадок до тех пор, пока не будет стекать совершенно чистая вода. Затем сито с остатком на нем ставят в сушильный шкаф и высушивают при температуре 120° С.
Высушенный остаток просеивают на лист белой бумаги. Просеивание считают законченным, когда в течение одной минуты через сито проходит не более 0,05 г.
Тонкость помола шлама для данного цементного завода устанавливают в зависимости от качественной характеристики сырьевых материалов. В среднем она находится в пределах 5—8% остатка на сите № 008.
Определение титра шлама. Титр шлама определяют методом титрования. Для этого берут примерно 3 г шлама, помещают в фарфоровую чашечку и высушивают в песочной бане при температуре 120° С.
Полученный сухой остаток измельчают в фарфоровой ступке; отбирают от него навеску в 1 г, помещают в коническую колбу емкостью 250 мл, смачивают 10 мл воды, прибавляют 20 мл 1%-ного раствора соляной кислоты (титрованный раствор) и 30 мл воды. Затем пробу нагревают в колбе до кипения и кипятят в течение 5 мин; промывают воронку и внутренние стенки колбы 60 мл горячей воды, прибавляют 3—4 капли фенолфталеина и оттитровывают избыток кислоты 0,25 н. раствором щелочи до появления розового окрашивания.
Контроль качества сырьевой муки. При контроле качества сырьевой муки устанавливают ее влажность, тонкость помола и титр, применяя те же методы, что при контроле качества шлама. При подготовке сырьевой смеси по способу «черной муки», кроме того, определяется содержание в ней угля.
Шлагбаум с автоматической системой управления монтируется для ограничения проезда постороннего транспорта на территорию охраняемого предприятия.
Обычно выбирают не грунты, а место для строительства. И тогда в первую очередь, нужен результат исследования грунтов (как и исследование грунтовых вод). Эти результаты будут исходными данными для стадии проектирования строительного объекта.
Большинство людей, у которых есть дачный участок, не отказывает себе в удовольствии разведения кур. Однако, чтобы содержать этих домашних птиц, необходимы определенные условия, особенно в зимнее время.
Отход цементных заводов - пыль из холодных камер; тонкий порошок, склонный к цементированию. Химический состав его значительно различается в зависимости от вида получаемого цемента. Нейтрализующая способность цементной пыли колеблется от 63 до 80% (в пересчете на углекислый кальций, иногда превышает 90%, влажность не более 2%. Кальций в ней находится в различных соединениях: углекислых солей, окисей, силикатов и т.д.). Магний присутствует в небольшом количестве, много сернистых соединений, в т.ч. гипса. Отход цементных заводов обладает хорошим гранулометрическим составом - часто мельче 0.25 мм 90-97%.
Для внесения используются машины пневматического действия. Цементная пыль хорошее известковое удобрение. Ее вносят в почву за 1.5-2 недели до посева, чтобы имеющиеся в ней сернистые соединения успели окислится в сернокислые.
Белитовый шлам - мелкозернистая масса, являющаяся отходом алюминиевой промышленности. Основной составляющей частью отхода является минерал белит и небольшое количество неразложившегося фелина. Материал содержит от 10 до 15% влаги. Кальций находится главным образом в форме кремнекислых соединений. Химический состав белитового шлама зависит от технологических условий производства и колеблется в следующих пределах (%): CaO - 50-58, MgO - 0.2-2.2, SiO2 -24-31%, закисное железо - 2-5.5%. Он обладает хорошим гранулометрическим составом и может применяться без подготовки. В связи с высокой нейтрализующей способностью белитовых шламов (85-99% СаСО3) целесообразно его применение в качестве известкового материала для коренного известкования почв. В составе белитового шлама отмечено повышенное содержание кадмия, свинца и стронция. Однако при периодичности известкования этим материалом 1 раз в 5 лет и дозах не выше 5 т/га опасногo загрязнения почв этими элементами не наблюдается.
Вносить белитовый шлам целесообразно превморазбрасывателями с последующей перепашкой почвы. Для экологически безопасного использования мелиоранта дозы его внесения следует ограничить на супесчаных и песчаных почвах 5 т/га, на более тяжелых почвах возможно внесение до 8 т/га мелиоранта. Необходимо обеспечить его внесение в почву не позднее, чем за две недели до посева сельскохозяйственных культур, и обеспечить его немедленную заделку в почву.
При смешивании известняка с глиной не всегда удается сразу получить шлам требуемого химического состава вследствие разнородности сырья, несовершенства дозирующих устройств и других факторов. В связи с этим возникает необходимость в систематическом контроле содержания компонентов в сырьевой смеси и в случае отклонения от принятых значений в корректировании состава шлама. Для этого в него вводят недостающий компонент в соответствующем количестве.
В зависимости от состава и однородности сырья, а также от состава и качества выпускаемого цемента сырьевую смесь корректируют по заданному содержанию в ней углекислого кальция (по титру), а также по требуемому коэффициенту насыщения и одному из модулей.
Корректируют и усредняют шламы в вертикальных или горизонтальных резервуарах (шламбассейнах). Наиболее прост способ корректирования по содержанию углекислого кальция в смеси карбонатного и глинистого компонентов. Шлам признают пригодным для обжига, если его титр соответствует заданному. Необходимость корректирования шлама может возникать также и при недостаточном или избыточном содержании других компонентов (Si02, Feo03).
Бассейны вертикального типа вместимостью 400— 1000 м3 сооружают при значительной неоднородности исходного сырья. Они служат для усреднения шлама в относительно небольшом объеме, что обеспечивает быструю и хорошую гомогенизацию смеси. Перемешивание последней в вертикальных бассейнах пневматическое. Полученный усредненный шлам сливают в горизонтальные бассейны.
В тех случаях, когда сырьевые компоненты в надлежащем соотношении смешиваются уже в процессе их совместного измельчения, для усреднения мокрой шихты (шлама) применяют горизонтальные железобетонные резервуары круглой формы диаметром до 25 м и больше при высоте 6—8 м, вместимостью 6000—8000 м3, оборудованные мешалками.
На ряде заводов контролируют состав шлама, ежечасно определяя содержание СаО, SiG2, A1203 и Fe203 с помощью автоматического рентгеиоспектрометра. По результатам анализа вычислительная машина рассчитывает новые соотношения между сырьевыми компонентами, а также показатели дозирующих устройств для правильного питания сырьевых мельниц и получения шлама заданного состава.
Важной характеристикой шлама является также его текучесть, зависящая от свойств исходных материалов, содержания в нем воды. Шлам должен обладать такой текучестью при минимальном содержании воды, при которой обеспечивалось бы нормальное протекание его по шламопроводам в печь для обжига. Снижение водосодержания в шламе с помощью разжижителей способствует значительной экономии топлива на обжиг клинкера и повышению производительности печных установок.
Для контроля уровня шлама в бассейнах используют различные сигнализаторы уровня, а также следящие уровнемеры — электроконтактные, мембранные, радиоактивные. Принцип действия последних основан на изменении интенсивности потока у-лучей в зависимости от плотности преграды.
Основными направлениями применения шламов — побочных продуктов получения глинозема — являются изготовление бесклинкерных вяжущих, материалов на их основе, получение портландцемента и смешанных цементов. В промышленности особенно широко используется нефелиновый (белитовый) шлам. Расширяется применение бокситовых шламов.
Шламовые бесклинкерные и другие вяжущие. Наличие в шламах минералов, обладающих гидравлической активностью (C2S, C2F и др.), и их гидратов предопределяет возможность получения из них вяжущих веществ при сушке, измельчении и введении активизаторов.
Из шламовых вяжущих наиболее исследован нефелиновый цемент, предложенный П. И. Боженовым при разработке технологии полной комплексной переработки нефелиновых концентратов.
Нефелиновый цемент является продуктом совместного помола предварительно измельченных нефелинового шлама (80—85%), извести или другого активизатора, например портландцемента (15—20%) и гипса (4—7%). Начало схватывания нефелинового цемента должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец — не позднее чем через 6 ч после его затворения. Существуют следующие марки этого цемента: М100, М150, М200 и М250.
Нефелиновый цемент производят путем высушивания шлама до остаточной влажности 3—5% и измельчения его совместно с известью или клинкером и гипсом до остатка на сите № 02 менее 1%, а на сите № 008 — менее 10%.
Максимальный эффект достигается при совместном введении извести-пушонки и двуводного гипса. При этом известь является основной активизирующей добавкой, она повышает пластичность вяжущего, способствует равномерности изменения объема и увеличивает водостойкость, а гипс замедляет сроки схватывания и снижает водо-потребность. Повышение активности нефелинового шлама добавками извести и гипса объясняется химическим взаимодействием их с алюмосиликатом и алюминатом натрия, содержащимися в шламе. В результате этих реакций образуются нерастворимые в воде гидроалюминат, гидросульфоалюминат кальция и другие соединения.
Нефелиновый цемент характеризуется медленным нарастанием прочности, малым тепловыделением при гидратации и повышенной стойкостью в агрессивных водах. Гидротермальная обработка в несколько раз ускоряет процесс твердения нефелинового цемента. Так, пропаривание увеличивает прочность образцов в 1,5—2 раза, а автоклавная обработка — в 2,5—3 раза.
Нефелиновый цемент является эффективным вяжущим для кладочных и штукатурных растворов, а также для бетонов нормального и особенно автоклавного твердения. По пластичности и времени схватывания растворы на нефелиновом цементе близки к известково-гип-совым. В бетонах нормального твердения нефелиновый цемент при расходе 250—300 кг/м3 обеспечивает получение классов В7,5—В15, в автоклавных — В25—В40. Особенностями бетонов на нефелиновом цементе являются низкая экзотермия, что важно учитывать при строительстве массивных сооружений, высокое сцепление со стальной арматурой после автоклавной обработки, повышенная стойкость в минерализованных водах.
При автоклавной обработке в бетоны на нефелиновом цементе эффективно вводить молотый песок. Взаимодействие двухкальциевого силиката с кремнеземом обеспечивает высокую прочность изделий из таких бетонов.
Области применения нефелинового цемента разнообразны. Он может применяться как гидравлическое вяжущее наравне с портландцементом в гидротехническом строительстве; для жаростойких бетонов; при закреплении грунтов и тампонировании скважин; производстве литейных стержней и форм; для замены извести и производства силикатного кирпича, ячеистых бетонов и др.
Использование нефелинового цемента дает значительный экономический эффект, так как примерно на 36% уменьшаются капитальные вложения, на 42 — себестоимость; на 26 — трудоемкость и на 56% — расход топлива по сравнению с использованием в качестве вяжущего портландцемента.
Нефелиновый шлам в производстве силикатного кирпича и изделий из плотного силикатного бетона заменяет известь и может потребляться в больших количествах, так как удельный расход шлама составляет 900—-1000 кг на 1 тыс. шт. кирпича.
Анализ исследований показывает, что на нефелиновом цементе при расходе цемента 200—230 кг/м3 можно получить конструктивно-теплоизоляционный керамзитобетон класса В3,5 крупнопористой структуры с плотностью 1000—1200 кг/м3.
Газобетон на нефелиновом цементе по основным физико-механическим характеристикам не уступает газобетону на портландцементе.
На Киевском экспериментально-исследовательском заводе НИИСМИ выпущены опытные партии кирпича на основе предварительно гидратированного нефелинового шлама в смеси с известью, кварцевым песком и т. д. Полученные изделия отличались от традиционных стеновых материалов более низкой средней плотностью (1200— 1400 кг/м3), водостойкостью сразу после прессования, что исключает необходимость последующей тепловлажностной обработки, прочностью сразу после прессования 5—10 МПа и морозостойкостью более 15 циклов. Кирпич контактного твердения имеет белый цвет, что позволяет вводить красящие пигменты и получать декоративные конструктивные элементы.
Перспективным направлением использования нефелиновых шламов является изготовление сульфатно-нефелиновых вяжущих. Эти вяжущие, разработанные Гипроцементом, получают при активации нефелинового шлама фосфогипсом, прошедшим термообработку при температуре 400 °С и превращенным в фосфоангидрит.
Использование нефелинового шлама в производстве керамической облицовочной плитки позволяет получить изделия с повышенной прочностью. В институте «НИИстройкерамика» разработаны составы масс для получения глазурованных облицовочных плиток на высокопроизводительных поточно-конвейерных линиях. В этих составах содержание нефелинового концентрата может достигать 22—25%.
Близкими по составу и области применения к нефелиновому цементу являются вяжущие на основе бокситового, сульфатного и других шламов металлургических производств. Обычно они имеют более сложный состав, однако общим для них являются преобладание двух-кальциевого силиката, а также наличие алюминатов, ферритов и других минералов. Если значительная часть этих минералов гидратиро-вана, то для проявления вяжущих свойств шламов необходима их сушка при температуре 300—700 °С. Для активизации этих вяжущих целесообразно также, как в нефелиновый цемент, вводить в качестве добавок известь и гипс.
Нефелиновый портландцемент. Химический состав металлургических шламов позволяет применять их как сырьевые компоненты портландцементного клинкера, а также как активную минеральную добавку в производстве портландцемента и смешанных цементов.
Для получения на основе нефелинового шлама сырьевой шихты типичного для портландцемента химического состава вводят в массу четыре компонента: около 41% шлама, 53 — известняка, 4,5 — боксита и 1,5% пиритных огарков. Установлено, что дефицитный боксит может быть заменен небольшими добавками веществ-минерализаторов, ускоряющих процессы клинкерообразования: CaF2 — около 0,5 или CaSO — 3% от массы шихты. При введении минерализаторов сырьевая шихта может состоять из двух компонентов: примерно 50% нефелинового шлама и 50% известняка.
Особенностью нефелинового шлама является повышенное содержание в нем щелочей, отрицательно влияющих на качество клинкера. В шламе, поступающем на обжиг клинкера, щелочей должно быть не более 2%, а водорастворимых примесей, вызывающих загустение сырьевой смеси,— 0,5%. Возгонка щелочей при обжиге клинкера ускоряется введением минерализаторов или водяного пара.
Сырьевую смесь при использовании нефелинового шлама получают совместным мокрым измельчением компонентов с последующим корректированием химического состава. Нефелиновый шлам должен непрерывно перемешиваться для предотвращения возможности оседания твердой фазы.
Шламовые ртходы, в отличие от обычного сырья для производства клинкера, содержат белит и другие гидравлически активные минералы. При их применении смесь, в значительной мере подготовленная, поступает во вращающиеся печи и для завершения реакций клинкерообразования требуется меньше топлива и времени, чем при производстве портландцемента на обычном сырье.
В цементной промышленности накоплен промышленный опыт применения нефелинового шлама как основного сырьевого компонента портландцементного клинкера. Комплексное производство глинозема, содопррдуктов и цемента ( 2.16) на основе нефелинового сырья организовано на Ачинском комбинате, Волховском, Пикалев-ском заводах и других предприятиях. При комплексной переработке нефелинов на 1 т глинозема получают примерно 10 т цемента.
Применение нефелинового шлама в качестве компонента цементной сырьевой смеси вместо традиционных видов сырья имеет определенные преимущества. Главное из них — повышение производительности вращающихся печей вследствие увеличения выхода клинкера из 1 т сырьевой смеси. Если для обычной портландцементной сырьевой смеси расход ее на 1 т клинкера — 1,55—1,60, а выход клинкера — 0,62—0,64 т, то для сырьевой смеси на основе нефелинового шлама, расход на 1 т продукта — 1,25—1,30 т, а выход клинкера из 1 т смеси — 0,75—0,80 т. Производительность печей повышается на 22-28%.
Второе основное преимущество — существенное снижение удельного расхода тепла на обжиг клинкера за счет уменьшения тепловых затрат на карбонизацию известняка (вследствие уменьшения доли известняка в составе сырьевой смеси), а также снижения влажности шлама на 7—8% без применения разжижителей. При использовании разжижителей влажность шлама может быть уменьшена до 24—26%. Общее снижение удельного расхода тепла на 1 т клинкера может составить 25—32%.
Определенные сложности в технологии использования нефелинового шлама в производстве портландцемента создают его специфические особенности: склонность к снижению текучести, загустеванию и схватыванию, а также повышению осаждаемости сырьевых цементных шламов. Первую особенность нефелинового шлама связывают с гидратацией содержащегося в нем двухкальциевого силиката. Склонность сырьевых шламов к оседанию объясняется повышенной плотностью нефелинового шлама (3,0—3,1 г/см3), а также меньшей водоудержи-вающей способностью, чем у глины. Для нейтрализации повышенной осаждаемости шлама применяют постоянное механическое и пневматическое перемешивание для обеспечения необходимой дисперсности шлама.
Нефелиновый и другие шламы в высушенном состоянии могут использоваться как активные минеральные добавки и компоненты смешанных цементов. Для повышения активности шламов эффективно увеличивать тонкость их измельчения до удельной поверхности порядка 5000 см2Д. Замена до 15% клинкера в портландцементе нефелиновым шламом не приводит к существенному снижению прочности, а введение 30—70% шлама в цемент снижает его марочную прочность на 20—50%. При содержании в цементе более 15% шлама существенно ускоряются сроки его схватывания.
Если нефелиновый шлам используется в качестве активной минеральной добавки, то в нем должно быть не более 2,5% щелочей, в том числе водорастворимых не более 0,5%.
Бетоны на смешанных нефелиновых цементах в возрасте 180 сут достигают прочности бетонов на портландцементе, а в более позднем — могут превысить ее. При этом они отличаются более высоким соотношением между прочностями на растяжение и на сжатие. Смешанные нефелиновые цементы низкотермичны и используются как вяжущие для массивных бетонных сооружений. При 50%-ном содержании Ьшама тепловой эффект твердения снижается на 20—35%, а при 75%-ном — на 40—50% в возрасте 1—7 сут.
Применение бокситовых (красных) шламов. Бокситовые шламы, отличающиеся от нефелинового высоким содержанием оксидов железа и алюминия, целесообразно применять в качестве комплексной корректирующей добавки при производстве портландцементного клинкера. Сырьевые смеси с добавкой бокситового шлама (12—15%) имеют повышенную текучесть, влажность их на 5—10% ниже влажности смесей, обычно применяемых в цементном производстве. Обжиг их идет при температуре на 50—70 °С ниже, чем смесей на основе традиционного сырья, чему способствуют высокая дисперсность бокситового шлама, его повышенная реакционная способность.
Высокая дисперсность в сочетании с особенностями строения частиц бокситового шлама предупреждает расслоение суспензий, и это выгодно отличает красный шлам от нефелинового.
Использование высокожелезистого красного шлама взамен обычно применяемых пиритных огарков в ряде случаев позволяет не только повысить расчетное содержание трехкальциевого алюмината, но и нормализировать значение силикатного модуля клинкера. При этом некоторое повышение содержания щелочных соединений в клинкере, как показали исследования, не оказывает отрицательного влияния на его свойства и качество. Клинкеры, полученные при использовании в качестве корректирующей добавки красного шлама, отвечают стандартам по срокам схватывания и равномерности изменения объема, а также имеют более высокую активность (на 6—9 МПа), чем клинкеры, полученные при использовании в качестве добавки пиритных огарков.
Разработаны и опробованы способы производства глиняного кирпича с использованием высокожелезистого бокситового шлама, а также силикатного кирпича с использованием в качестве известкового компонента маложелезистого бокситового шлама. Предложены также способы использования этих шламов при производстве шлакокаменного литья, шлакового щебня, а также местных вяжущих для закладки горных выработок и др.
Высушенный бокситовый шлам может служить эффективным наполнителем изоляционных материалов, красок, мастик, плиточных и рулонных материалов для покрытий полов и др.
Установлена возможность замены дефицитных наполнителей — мела и талька — в производстве линолеума красно-коричневого цвета, бокситовым шламом. При этоц из рецептуры исключается красный железистый пигмент, компоненты смешиваются, пластифицируются в смесителе и на вальцах.
Замена шламом традиционных наполнителей не ухудшает физико-механических показателей поливинилхлоридного линолеума, увеличивает его износостойкость и эластичность.
При использовании красного шлама для получения пигмента его обрабатывают на фильтр-прессе и подвергают мокрому размолу в шаровой мельнице.
Проведены исследования по использованию бокситовых шламов как добавки при изготовлении керамических изделий. Показано, что добавка 15—20% шлама позволяет обеспечить качественную сушку изделий и снизить температуру обжига кирпича.
Читайте также: