Техногенные материалы в производстве цемента
Обновлено: 01.05.2024
В настоящее время усиливающиеся требования к охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов, а также стремление снизить себестоимость производства заставляет искать пути применения минеральных отходов.
При этом наиболее перспективным направлением является их использование в цементном производстве, учитывая потребность последнего в большом количестве исходного сырья и достаточно широкие колебания нормативных показателей его качества. Особое значение приобретают промышленные отходы (металлургические шлаки, золы ТЭЦ), прошедшие при технологии их получения термообработку с образованием в составе конечного продукта низкоосновных силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция.
Наличие в этих отходах соединений, аналогичных промежуточным или конечным фазам клинкера, с энергетической стороны более выгодно по сравнению с природными сырьевыми материалами. По данным работы [1] замена традиционного сырья на указанные техногенные продукты без изменения химического состава исходной смеси дает прирост активности клинкера за счет сохранения равномерности его состава на протяжении всего процесса обжига.
При этом целесообразно сочетание различных отходов, что обусловлено возможностью максимального замещения ими кондиционного природного сырья, а также географической близостью их производств. Для Магнитогорского цементно-огнеупорного завода, находящегося в регионе с развитой металлургической промышленностью и испытывающего проблемы с глинистым сырьем, использование техногенных продуктов для производства цемента является весьма актуальным.
Химический состав использованных в работе материалов приведен в табл. 1.
Исходя из химического состава материалов, реальной заменой глины в качестве алюмосиликатного компонента сырьевой смеси могут служить зола ТЭЦ и доменный гранулированный шлак. На основе этих компонентов были рассчитаны сырьевые смеси, характеристики которых приведены в табл. 2.
Из данных табл. 2 следует, что использование в качестве алюмосиликатного компонента позволяет полностью заменить в сырьевой смеси глину при практическом сохранении расчетного минералогического состава клинкера. Использование шлака ККЦ в качестве алюмосиликатного компонента, как показали проведенные исследования, нецелесообразно из-за значительных колебаний химического состава шлака. Указанные в табл. 2 сырьевые смеси, несмотря на близкие модульные характеристики и минералогический состав, отличаются соотношением компонентов, в частности известняка (рис.1).
Как следует из данных рис.1, наибольшее снижение расхода известняка достигается при использовании граншлака в сырьевой смеси в качестве алюмосиликатного компонента. По данным [2] снижение расхода известняка на 1% приводит к уменьшению энергопотребления на 0,1 кВтч/т, т.е. использование граншлака позволяет снизить и энергозатраты на производство клинкера.
Важнейшими технологическими свойствами сырьевой смеси являются ее влажность и агрегативная устойчивость. Исследование влияния состава сырьевой смеси на ее влажность показало, что замена глины на золу ТЭЦ или граншлак позволяет существенно снизить этот показатель при сохранении заданной текучести шлама (60 мм по текучестемеру МХТИ) (рис.2). Из рис. 2 следует, что текучесть сырьевого шлама с золой ТЭЦ при неизменной влажности существенно ниже по сравнению со шламом с гранулированным шлаком. Это связано с тем, что частицы золы после измельчения имеют более дефектную структуру, что способствует интенсивной адсорбции воды на их поверхности.
Сырьевые шламы с золой ТЭЦ и гранулированным шлаком характеризуются низкой агрегативной устойчивостью по сравнению со шламом, изготовленным с использованием глины (рис.3), что требует введения в них добавок ПАВ, стабилизирующих их структуру. Использование в качестве стабилизатора лигносульфонатов ЛСТ в количестве 0,2% массы сухих компонентов позволяет обеспечить агрегативную устойчивость шламов на золе ТЭЦ и гранулированном шлаке, сопоставимую с устойчивость шлама на основе глины (рис.3).
Как следует из приведенных данных, наиболее целесообразной заменой глины в составе сырьевой смеси является гранулированный доменный шлак, т.к. при этом достигается максимальное снижение влажности сырьевой смеси и минимальный расход известняка. Из сырьевой смеси с доменным гранулированным шлаком в качестве алюмосиликатного компонента был получен клинкер, рентгеноструктурный анализ которого подтвердил соответствие его минералогического состава расчетному. Проведенный петрографический анализ показал, что клинкер, полученный из указанной сырьевой смеси, имеет высокую степень закристаллизованности (рис. 4).
Как уже отмечено выше, использование гранулированного доменного шлака взамен глины приводит к снижению влажности сырьевого шлама, что закономерно сопровождается и уменьшением расхода топлива на обжиг клинкера. В табл. 3 приведен тепловой баланс вращающейся печи, рассчитанный при использовании сырьевых шламов с глиной и с доменным гранулированным шлаком.
Как следует из приведенных данных, замена глины в сырьевой смеси на доменный гранулированный шлак приводит к существенному расходу тепла на обжиг клинкера. Таким образом, проведенные исследования показали высокую технико-экономическую эффективность использования местных промышленных отходов в качестве сырьевых компонентов для изготовления портландцементного клинкера.
1. Альбац Б.С. Пути улучшения качества промышленных клинкеров. // Цемент. – 1991. — № 1-2. – С. 35-43.
2. Ferreira J. Energy management systems in a cement factory. // Eur. Conf. Comput. Syst. Energy Manag. Ind. – Paris, 1990. – P. 1-13.
30.05.2022
27.05.2022
26.05.2022
24.05.2022
24.05.2022
19.05.2022
19.05.2022
18.05.2022
17.05.2022
17.05.2022
Об университете Пресс-центр Календарь Семинар «Применение техногенных материалов, в том числе горючих отходов, при производстве цемента»
Семинар «Применение техногенных материалов, в том числе горючих отходов, при производстве цемента» (03 декабря 2013 года)
ПРОГРАММА СЕМИНАРА
«Применение техногенных материалов, в том числе горючих отходов, при производстве цемента» /
Program of the seminar: «The use of technogenic materials, including combustible waste during cement production»
Вторник, 3 декабря
1 1:00 -11:30 • Приветственное обращение к участникам семинара ректора БГТУ им. Шухова В. Г., доктора экономических наук, профессора Глаголева Сергея Николаевича
• Вступительное слово генерального директора ООО «Компания Цемклуб», д.т.н., проф. Шубина Владимира Ивановича
11:30 -12:00 • «Применение топливосодержащих отходов в производстве цемента», БГТУ им. Шухова В.Г., д.т.н., проф. Борисов Иван Николаевич
• «Применение альтернативных видов топлива при производстве цемента», VDZ gGmbH, ведущий инженер, Айхас Клаус
12:30 -14:00 • «Альтернативное топливо и альтернативные сырьевые материалы - опыт KHD Humboldt Wedag на постсоветском пространстве», ООО «KHD Humboldt Engineering», зам. руководителя отдела сервиса и пусконаладки Киреев Юрий Николаевич
• «Техногенный продукт электролитического производства алюминия -энергосберегающий минерализатор спекания клинкера», БГТУ им. Шухова В.Г., д.т.н., проф. Барбанягрэ Владимир Дмитриевич
• «Влияние способа помола на характеристики цемента», Loesche GmbH, директор по продажам Игорь Злобин
• «Альтернативное топливо в цементной промышленности - сырьевой аспект», некоммерческая организация «Фонд рационального природопользования», член попечительского совета Аленцин Владимир Михайлович
15:00 -16:00 • «Применение в качестве альтернативного топлива при обжиге клинкера изношенных автомобильных покрышек и торфяных брикетов», ОАО «Белорусский цементный завод», главный инженер, Романенко Василий Петрович
• «Предварительное ТЭО — Комплексное предприятие по переработке отходов при производстве цемента», ООО «РХИ Восток», региональный менеджер по России и СНГ Корнеев Владислав Викторович
• «Опыт применения углеотходов на ЗАО «Белгородский цемент», ЗАО «Белгородский цемент», зам. генерального директора, технический директор Богомазов Сергей Николаевич
16:30 -18:30 • Культурная программа
Среда, 4 декабря
09:30 -11:30 • Экскурсия на ЗАО «Белгородский цемент»
12:30 -14:00 • «Применение техногенных отходов как резерв снижения выбросов СО2 при производстве цемента», ГосНИИ «Укрдицемент», директор Дмитренко Игорь Валентинович
• «О проблемах использования техногенных отходов в цементной промышленности», ООО «Компания энергопромотходы», главный специалист Охлопкин Юрий Андреевич
• «Альтернативные виды топлива и огнеупоры РХИ», ООО «РХИ Восток», региональный менеджер по России и СНГ Корнеев Владислав Викторович
15:00 -17:00 • «Применение нефелинового шлама — реальная экономия топлива и повышение производительности вращающихся печей», ООО «АЧИНСКИЙ ЦЕМЕНТ», начальник ПТО Кнопмахер Евгений Маркович
• «Использование металлургических шлаков для производства высококачественных цементов», БГТУ им. Шухова В.Г., к.т.н., доцент Морозова Ирина Александровна
• «Мировой опыт использования ТБО для цементной промышленности», Волгоградский государственный технический университет, аспирант Князев Ярослав Игоревич
• «Производство специальных цементов с использованием техногенных железосодержащих материалов», БГТУ им. Шухова В.Г., аспирант Мандрикова Ольга Сергеевна
• Дискуссия. Завершение работы семинара. Заключительное слово генерального директора ООО «Компания Цемклуб», д.т.н., проф. Шубина Владимира Ивановича
Основным назначением техногенных материалов заключается в снижении расхода топлива и улучшения экологии окружающей среды. Отходы по всей эффективности можно разделить на два вида: 1-минеральные, которые обеспечивают снижение расхода тепла на обжиг клинкера за счет замены СаСО3 на СаО не карбонатного состава. Вследствие этого значительно снижается ТЭК. 2-отходы содержащие выгорающие добавки. Эти отходы не изменяют удельный расход тепла, а заменяет технологическое топливо на горючие отходы. Поэтому в первом случае пропорционально снижению расхода тепла увеличивается производительность печи. А во втором случае производительность остается постоянной. Н-р: при введении в печь 20% шлака ОЭМК уд. расход тепла снижается на 21%, а производительность повышается с 71,5 до 85т/ч.
1) Изменение удельного расхода условного топлива на обжиг клинкера при использовании шлака и горячих отходов (слева)
2) Изменение удельного расхода топлива и выброса углекислого газа в атмосферу в зависимости от подачи шлака ОЭМК в печь (справа)
Если вводить в среднем шлак в печь каждый % по отношению к клинкеру обеспечивает снижение уд. расхода условного топлива ~на 2кг, снижение выброса СО2 на 0,85%. А каждый % введенный по отношению к шламу выгорающей добавки обеспечивает снижение условного топлива ~ 15кг.
Ограничение по вводу в шлам сгорающих добавок связано с тем, что при этом необходимо обеспечивать сжигание топлива в факельном пространстве со значительным избытком воздуха, для того чтобы остался избыточный О2 на сжигание горючего вещества содержащегося в шламе. Следовательно: при значительном избытке О2 t-ра факела может снизится на столько, что не обеспечится требуемый теплообмен, по этому введение горючего вещества в шлам ограничивается обычно 3%. И величина зависит от эффективности работы холодильника. Чем выше КПД холодильника тем выше t-ра вторичного воздуха, и поэтому можно в шлам вводить больше выгорающей добавки. При работе печи с рекуператорным холодильником % ввода составляет ~ 3%, при колосниковом ~ 4%.
Подача выгорающих добавок в шлам обеспечивает дополнительно положительные эффекты: 1) увеличение производительности сырьевых мельниц, т.к. эти добавки являются интенсификаторами помола; 2) снижение влажности шлама в следствии разжижающего эффекта; 3) обеспечивается хороший теплообмен в зоне декарбонизации, где в основном выгорающая добавка, т.к. она выгорает в слое; 4) клинкер, полученный в этих условиях обладает значительно большей пористостью, и размолоспособностью => увеличивается производительность цементных мельниц.
Недостаток этого способа заключается в том, что он требует высокой квалификации от машиниста, т.е. машинист должен учитывать в своей работе выгорание части топлива в материале, по этому если машинист дает немного избытка топлива и =>не обеспечивается избыток О2 за факелом, то в следствии того, что горючие отходы не будут выгорать в материале, возникает понижение t-ры и браков. клинкера. Поэтому данный способ следует использовать только в том случае, если за обрезом печи производится анализ отходящих газов и в этих условия не в коей мере нельзя допускать недожога топлива.
Получение 2-х клинкерных цементов с использованием шлака в качестве сырьевого компонента:
Влияние добавок НОК на прочность смешанных 2-х клинкерных цементов
С использованием техногенных материалов в частности шлака при работе 3-х или 4-х печей. На одной из них низкоосновный (НО) клинкер при добавления шлака в эту печь. Эксперименты многих исследований показал, что при смешивании низкоосновного низкокачественного клинкера с активностью ~ 35 МПа, с обычным клинкером в определенных пропорциях (20-40% НОК) наблюдается увеличение клинкера выше высокоосновного (ВО). Н-р: повышение прочности образцов получается из цементного теста от 84 до 94 МПа. Причина аномального явления заключается в следующем: опыты показали, что полное усвоение извести при обжиге НО происходит до 1300 0 С. По этому такой клинкер при относительно малом содержании С3S имеет мелкокристаллическую структуру, которая в 10 раз меньше, чем у обычного клинкера, поэтому мелкокристаллический алит НОК гидратирует значительно быстрее и создает центры для получения гидратных фаз, которые служат затравкой для кристаллизации крупных кристаллов основного клинкера.
Характер прочностных свойств объясняется следующим образом. При малом содержании НОК ≈ 10% не обеспечивает нужное количество центров кристаллизации и поэтому они активизирует не достаточно основного клинкера. Если же имеется большое количество НОК >50%, тогда в целом не хватает алитовой фазы, чтобы обеспечить нужную прочность. При содержании НОК 20-40% создаются оптимальные условия м/у количеством возникающих центров кристаллизации и обрастанием их алитовой фазой основного клинкера.
Цементная промышленность - одна из наиболее материалоемких отраслей экономики. Ежегодно ею перерабатывается свыше 70 млн. т сырья. Стоимость сырья и основных материалов составляет около 1/4 себестоимости цемента [2].
Разнообразные виды сырья, применяемого при производстве портландцементного клинкера, должны обеспечить получение в результате обжига продукта, содержащего в качестве основных фаз силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция в определенном соотношении. Для высокотемпературного синтеза этих фаз сырьевые компоненты должны содержать преимущественно оксиды Ca, Si, Al, Fe при минимальных количествах вредных примесей. В природных видах сырья данные оксиды могут входить в состав различных минералов:
СаО – в кальцит, доломит, анкерит, полевые шпаты, гипс, волластонит и др.;
SiO2 – в кварц, халцедон, опал, полевые шпаты, глинистые минералы, слюда и др.;
Al2O3 – в глинистые минералы, полевые шпаты, гидроксиды алюминия (гиббсит, бемит, диаспор) и др.;
Fe2O3 – в железняк, магнетит, гетит, лимонит, сидерит, слюды, глинистые минералы, пирит и другие .
К вредным примесям относятся оксиды Mg, S, P, Ti, K, Na.
Сырьевые материалы для производства портландцементного клинкера, портландцемента и его разновидностей можно разделить по своему назначению на следующие группы: материалы для получения портландцементного клинкера и материалы, применяемые в качестве добавок при помоле цемента.
К материалам для получения портландцементного клинкера относят:
основное сырье - карбонатный и алюмосиликатный компонент цементной сырьевой смеси;
добавки, корректирующие химический состав цементной сырьевой смеси;
добавки - интенсификаторы измельчения сырьевой смеси, разжижители шлама, активизаторы грануляции сырьевой смеси, повышающие механическую и термическую прочность сырьевых гранул;
добавки - интенсификаторы минералообразования клинкера, регулирующие процессы кристаллизации составляющих его минералов (минерализаторы, катализаторы и модифицирующие вещества).
Основное количество минерального сырья расходуется в виде карбонатного и алюмосиликатного компонентов и корректирующих добавок к цементной сырьевой смеси, а также активных минеральных добавок при производстве цемента. Доля остальных материалов в общем балансе сырья, расходуемого при производстве клинкера, портландцемента и его разновидностей, весьма мала.
Цементная промышленность располагает разведанными запасами карбонатных и глинистых пород, обеспечивающими в основном выпуск портландцемента [5].
Карбонатные породы. Для производства портландцемента можно применять различные виды карбонатных пород: известняк, мел, известняк-ракушечник, известковый туф, мергель и т.п.
Во всех этих горных породах наряду с углекислым кальцием главным образом в виде кальцита, могут содержаться примеси глинистых веществ, доломита, кремнезема, гипса и ряда других. Полезны примеси тонкодисперсного глинистого вещества и аморфного кремнезема при равномерном распределении их в карбонатной породе. Содержание MgO и SO3 в известняковых породах должно быть ограничено.
Для производства портландцемента пригодны карбонатные породы при содержании не менее 40-43% СаО; 3,2-3,7% MgO. Желательно, чтобы сумма Na2O и K2O не превышала 1%, а содержание SO3 - 1,5-1,7%. В производстве портландцемента большое значение имеют и физические свойства известняковых пород, главным образом твердость, определяющая выбор того или иного дробильного и помольного агрегата [2].
По своему генезису глинистые породы представляют собой: собственно глины, аргиллиты (частично обезвоженные и перекристаллизованные глины), сланцы (слоистые, полностью перекристаллизованные, не распускающиеся в воде глины), лесс (рыхлая глинистая порода), суглинок (коллоидальная пластичная глина, разбухающая в воде).
Глинистые породы являются основными носителями примесей, главным образом щелочей, серы, хлора, а также тяжелых металлов.
Анализ химического состава глин свидетельствует об относительно высоком содержании в них щелочей и серы.
Характерный признак кристаллических решеток всех глинистых минералов - слоистое строение. Внутри слоев между ионами существует прочная ионная и ковалентная связь, а между ионами пакетов - слабая связь за счет остаточных сил. Это обусловливает способность глин расщепляться на тонкие частицы, самопроизвольно диспергироваться в воде, набухать, поглощая между пакетами молекулы воды.
Глинистое сырье имеет разнообразный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. Химический состав легкоплавких глин характеризуется наличием трех основных оксидов (% по массе): SiO2 - 60-80; Al2O3 - 5-20; Fe2O3 - 3-15. В небольших количествах в глинах могут содержаться CaO и MgO в виде углекислых солей. Присутствуют и растворимые соли, содержащие Na2O и K2O. Эти примеси, а также MgO нежелательны. Их количество в глинах должно быть по возможности минимальным. При обжиге труднее всего вступают во взаимодействие крупнокристаллический кварцевый песок, крупные частицы полевых шпатов и слюд. В связи с этим количество крупных фракций более 0,2 мм не должно превышать 10%. Главным признаком пригодности глины для производства портландцемента являются значения ее силикатного и глиноземного модулей, которые определяют величину этих модулей в портландцементе, так как карбонатный компонент сырьевой смеси обычно содержит немного глинистых примесей .
Пригодность карбонатного и глинистого компонентов сырьевой смеси определяется по их химическому составу и физическим свойствам и может быть выявлена только в их взаимосвязи. Оценка качества цементного сырья производится на основании установленных практикой технических требований
Согласно этим требованиям, содержание СаО в натуральном мергеле должно быть не менее 40 и 42,5% в других карбонатных породах при хороших показателях значений силикатного и глиноземного модулей.
Содержание SiO2, Al2О3 и Fe2O3 в сочетании с их содержанием в глинистом компоненте должно обеспечивать благоприятные значения коэффициента насыщения (КН), силикатного (n) и глиноземного (р) модулей. Содержание MgO должно быть не более 3,3-3,5%, но не менее 1%. Содержание R2О должно быть не выше 1%, P2O5 не более 0,5% и SO3 не более 1,5-1,7%. Содержание SiO2, Al2О3 и Fe2O3 в глинистых породах должно обеспечивать оптимальные значения КН, силикатного и глиноземного модулей. В соответствии с этим значение силикатного модуля в глинах принимается обычно 2,5-3,5, глиноземного 1,5-2,5. Таким значениям модулей соответствует содержание в глинах SiO2 - 50-65%; Al2О3 - 15-20%; Fe2O3 - 5-10%
Количество MgO вместе с содержащемся в карбонатном компоненте должно быть в клинкере не более 4,5%. Содержание K2O + Na2O не более 3%, SO3 не более 1%.
Примесь кварцевых зерен затрудняет помол сырья, а включения крупной гальки и кремния делают глину непригодной для производства портландцемента без предварительного обогащения.
Состав сырьевой смеси должен обеспечить возможность синтеза силикатов, алюминатов и алюмоферритов с заданными соотношениями между минералами. Так как все клинкерные минералы - кальциевые соли, то преобладающим компонентом сырьевой смеси должны являться также соединения кальция. Кислотные оксиды в состав сырьевой смеси вносятся с глинистыми породами. Примерное соотношение карбонатов кальция и глинистых пород чаще всего составляет, в процентах по массе, 75-80% и 20-25%.
В качестве сырьевых материалов, содержащих оксиды кальция, кремния и алюминия, можно использовать и другие природные виды сырья, а также искусственные материалы, получаемые в виде отходов тех или иных производств. К ним относятся основные и кислые доменные шлаки, отход, получаемый при производстве глинозема, белитовый (нефелиновый) шлам, отходы от переработки горючих сланцев, зола и др.
Помимо основных (карбонатных и глинистых) сырьевых материалов для приготовления сырьевой смеси для обжига клинкера используют различные корректирующие добавки [2].
Корректирующие добавки:
- железосодержащие (пиритные огарки, колошниковая пыль, конверторный шлам, феррошлак);
- кремнеземсодержащие (кварцевый песок, маршалит, опока, кремнегель, отработанные формовочные массы, диатомит);
- алюмосодержащие (бокситы, золы, углемоечная порода, алюминатные глины);
- комбинированные (базальты, золы, шлаки).
Содержание определяющих оксидов практически во всех добавках (природных и техногенных) колеблется в довольно широких пределах .
Огарки и колошниковая пыль - мелкозернистые материалы с влажностью около 20%. Пески (маршалит) - мелкозернистая порода с естественной влажностью 2%, объемной массой 2600 кг/м 3 . Опоки - большей частью кусковидный пористый материал с объемной массой 1200 - 2600 кг/м 3 , естественной влажностью от 1 до 40%. Диатомит отличается относительно низкой объемной массой - 1500 кг/м 3 , высокой пористостью (до 60%) и водопоглащением (около 40%). Отработанные формовочные массы - сухой мелкозернистый материал (естественная влажность около 1%, плотность 2600 кг/м 3 , объемная масса 1300-1400 кг/м 3 ). Базальты - плотные породы (плотность до 3000 кг/м 3 ) с объемной массой 1600-2700 кг/м 3 и естественной влажностью 1-4 %. Кремнегель, конверторный шлам - тонкодисперсные материалы с высокой влажностью. Бокситы - разнообразные по структуре породы от твердых и плотных до мягких, глиноподобных.
В качестве добавок, корректирующих значения силикатного и глиноземного модулей, применяют различные материалы. Чтобы увеличить содержание в сырьевой смеси Fe2O3, используют колчеданные огарки, колошниковую пыль, железную руду. Колчеданные (железные, пиритные) огарки являются отходом сернокислого производства, а колошниковая пыль - доменного. Для повышения содержания SiO2 употребляют трепел, диатомит, опоку, маршалит, кварцевый песок, а для повышения содержания Al2O3 - боксит и богатые глиноземом маложелезистые глины. Чаще всего используют железосодержащие корректирующие добавки [2].
В конечном счете выбор компонентов сырьевой смеси и их соотношения определяются заданным составом портландцементного клинкера и содержанием в исходном сырье вредных примесей. Требования по ограничению их содержания в сырьевой смеси должны строго соблюдаться. Содержание P2O5 в сырьевой смеси не должно превышать 0,3%, TiO2 – не более 1,3%. Содержание MgO, SO3 и щелочей ограничивается с учетом вида используемого топлива. При обжиге на беззольном топливе содержание MgO должно быть не более 3,2%, SO3 не более 1%, Na2O + K2O не более 0,8%, а при обжиге на зольном топливе их содержание должно быть соответственно не более 3,1; 0,8 и 0,7%. Избыток P2O5 и TiO2 вызывает распад алита при высоких температурах.
Повышенное содержание щелочей замедляет усвоение СаО в процессе обжига, вызывает образование сваров и колец в печи, снижает стойкость футеровки, а при твердении может вызвать разрушение цементного камня.
Нарушение норм содержания в сырьевой смеси MgO и SO3 также может стать причиной возникновения напряжений в твердеющем цементном камне и его разрушения.
Оптимальным соотношением SO3/MgO/R2O считается 4/9/1,5 при R2O = 1,1-1,35% и 1,0-1,2/2,5-3,0/1,0 при R2O = 0,5-1,2%. Эффективным показателем сырьевой смеси может служить отношение MgO/(SO3 + R2O). Оптимальные значения этого показателя на уровне не менее 2,0.
Интенсифицирующее влияние на процессы клинкерообразования оказывает комплекс (Mn2O3 - TiO2 - SО3) при соотношении компонентов 0,6-1,21/0,5-1,0/0,3-0,8.
Выше были рассмотрены материалы, применяемые для приготовления сырьевых смесей для обжига портландцементного клинкера, являющегося основной составляющей портландцемента, который получают путем тонкого измельчения портландцементного клинкера и добавок различного функционального назначения [6].
К материалам, добавляемым к клинкеру при производстве цемента, относят:
добавки–регуляторы сроков схватывания цемента;
гидравлические (активные минеральные) добавки;
пластифицирующие и гидрофобизирующие добавки, придающие цементам специальные технические свойства;
интенсификаторы процесса измельчения цемента.
Из наиболее перспективных способов повышения качества цемента без существенного изменения технологии его производства, является введение в его состав различных добавок, активно влияющих в процессе гидратации цемента на формирование структуры и свойства цементного камня
Техногенное сырье-отход какой-либо промышленности, из которой мы можем получить при соответствующей технологии изготовления строительные материалы.
Основными источниками многотоннажных отходов являются: горнообогатительная, металлургическая, химическая, лесная и деревообрабатывающая, текстильная отрасли промышленности; энергетический комплекс; промышленность строительных материалов; агропромышленный комплекс; бытовая деятельность человека.
Из отраслей материального производства, способных потреблять промышленные (техногенные) отходы, наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Отходы производства или побочные продукты промышленности являются вторичными материальными ресурсами. Многие отходы по своему составу и свойствам близки к природному сырью.
Все техногенные отходы можно разделить на две большие группы: минеральные и органические. Преобладающее значение имеют минеральные отходы: их больше, они лучше изучены и имеют наибольшее значение для производства строительных материалов.
В зависимости от преобладающих химических соединений минеральные отходы делят на силикатные, карбонатные, известковые, гипсовые, железистые, цинксодержащие, щелочесодержащие и т.д. Наибольшую практическую применимость имеет классификация отходов по отраслям промышленности их образующим и классификации для отдельных видов отходов.
Шлаки черной металлургии - побочный продукт при выплавке чугун» мэ железных руд (доменные, мартеновские, ферромарганцевые) В производстве строительных материалов используется 75 % общего количества доменных шлаков. Основным потребителем является цементная промышленность. Ежегодно она потребляет миллионы тонн гранулированного доменного шлака. Грануляция заключается в быстром охлаждении шлакового расплава, в результате чего шлак приобретает стекловидную структуру и, соответственно, высокую активность
Шлаки цветной металлургии чрезвычайно разнообразны по составу. Наиболее перспективное направление их использования - комплексная переработка: предварительное извлечение цветных и редких металлов из шлака; выделение железа; использование силикатного остатка шлака для, производства строительных материалов. При получении цветных металлов с помощью так называемых «мокрых» технологий образуются не шлаки, а шламы (буквальный перевод с немецкого - «грязь»). Это общее название осадков суспензий, получаемых в металлургических и химических производствах в результате процессов, осуществляемых гидрохимическим способом
Золы и шлаки тепловых электростанций (ТЭС) - минеральный остаток от сжигания твердого топлива. Золы и шлаки ТЭС возможно использовать при производстве практически всех строительных материалов и изделий. Например, введение 100-200 кг активной золы (уноса) на 1 м3бетона дает возможность экономить до 100 кг цемента. Шлаковый песок пригоден для замены природного песка, а шлаковый щебень — в качестве крупного заполнителя. Гипсовые отходы химической промышленности - продукты, содержащие сульфат кальция в той или иной форме. Научные исследования показали полноценную заменимость традиционного гипсового сырья отходами химической промышленности.
Фосфогипс - отход при производстве фосфорных удобрений из апатитов и фосфоритов. Он представляет собой CaSO4-2H2O с примесями неразложившегося апатита (или фосфорита) и неотмытой фосфорной кислоты.
Фторгипс (фторангидрит) - побочный продукт при производстве фтористоводородной кислоты, безводного фтористого водорода, фтористых солей. По составу это CaSC>4 с примесями исходного неразложившегося флюорита. Он может содержать также неотмытую серную кислоту.
Титаногипс - отход при сернокислотном разложении титансо-держащих руд. Борогипс - отход производства борной кислоты. Суяь-фогипс получается при улавливании серного ангидрида из дымовых газов тэс.
Электротермофосфорные шлаки - отходы производства фосфорной кислоты, получаемой но электротермическому способу. В гранулированном виде содержат 95-98% стекла. Основные оксиды, входящие в их состав, SiO2 и СаО. Являются ценным сырьем в производстве вяжущих веществ. Отходы деревообработки и лесохимии. В настоящее время в нашей стране лишь 1/6 часть древесных отходов используется в целлюлозно-бумажной промышленности и промышленности строительных материалов. Отходы промышленности строительных материалов. При получении цементного клинкера до 30% объема обжигаемого продукта уносится с дымовыми газами из печей в виде пыли. Эта пыль может возвращаться в производство, а также использоваться для раскисления почв и в производстве вяжущих веществ.
Кирпичный бой, старый и бракованный бетон используются в качестве искусственного щебня. Бетонный лом - отход предприятий сборного железобетона и сноса строительных объектов. Огромные объемы реконструкции жилого фонда, промышленных предприятий, транспортных сооружений, автодорог и т.д. ставят важную научно-техническую задачу по переработке отходов бетона и железобетона. Разработаны различные технологии разрушения строительных конструкций, а также специальное оборудование для переработки некондиционного бетона и железобетона.
Прочие отходы и вторичные ресурсы - отходы и бой стекла, макулатура, тряпье, резиновая крошка, отходы и попутные продукты производства полимерных материалов, попутные продукты нефтехимической промышленности и т.д.
Доменные шлаки применяют как одну из составных частей или в качестве добавки при производстве вяжущих материалов. При производстве чугуна на каждую тонну исходной руды приходится 400…600 кг шлака. Химический состав шлака в основном представлен оксидами кальция, магния, кремнезёма и алюминия, которые в сумме составляют примерно 95%. Кроме того, в шлаках обычно присутствуют оксиды марганца, железа и серы. Оценить состав шлака можно по модулю основности
Мо = (СаО + MgO) / (SiO2 + Al2O3).
Шлаки считаются основными при Мо > 1, кислыми при Мо< 1, и средними при Мо= 1.
Медленно охлаждённые шлаки имеют кристаллическое строение, низкую химическую активность и не способны к самостоятельному твердению. Для повышения гидравлической активности шлаки при выпуске из доменной печи подвергают резкому охлаждению в воздушной или водной среде. При быстром охлаждении шлак сохраняет метастабильную, а, следовательно, более реакционноспособную стекловидную фазу, а также остывает в виде гранул (гранулированный шлак).
Шлаки цветной металлургии – получают при восстановительной плавке меди, ни келяч, хрома, свинца из сульфидных руд этих металлов. Они содержат 15…48 % FeO, 10…15% MgO, до 17 % Al2O3 и до 23 % CaO.
Сталеплавильные шлаки образуются в результате окисления примесей неметаллической части шихты – кремния, углерода, серы и фосфора и растворения последних в плавне. В сосьтаве этих шлаков содержится 30…45 % соединений магния, железа, марганца, 15…30 % SiO2, 8…10 % Al2O3; модуль основности этих шлаков находится в пределах 1,2…1,4.
Шлаки электротермофосфорного производства образуются при электротермической обработке фосфоритов и апатитов; обычно их гранулируют. Они примерно на 90 % состоят из оксидов кальция и кремнезёма и относятся к основным шлакам. В качестве примесей содержат оксиды магния, алюминия, железа и сульфиды этих металлов. Гранулированные шлаки должны содержать не менее 38 % SiO2, не менее 43 % (СаО+ MgO) и не более 2,5 % Р2О5.
Шлам нефелиновый используют в составе портландцементной сырьевой смеси, это отход комплексной переработки апатитонефелиновых пород в глинозём, соду, поташ. Его химический состав (% по массе): SiO2 – 26…30 %. Al2O3 - 2,2…6,5 %, Fe2O3 – 2,1…5,5 %, СаО – 52…59 %, MgO – 1,0…2,5 %. Поскольку этот шлам прошёл частичную термическую обработку, то он состоит в основном из двухкальциевого силиката, входящего в состав портландцемента и способного к гидравлическому твердению.
Топливные золы и шлаки образуются при сжигании топлива при температуре 1400…1600 ОС. Термическое воздействие на минеральную часть топлива приводит к образованию твёрдых конгломератов различных соединений. Мелкие и лёгкие частицы с удельной поверхностью 1500…3000 см2/г, содержащиеся в количестве около 90 %, уносятся из топки газами (зола-унос), а более крупные оседают на пол топки и спекаются в кусковые шлаки. По химическому составу зола состоит на 85…90 % из оксидов кремния, алюминия, железа, кальция и магния.
Фосфогипс – побочный продукт химической промышленности, является отходом производства фосфорной кислоты и фосфатных удобрений из природных фосфоритов. используется для изготовления гипсовых вяжущих и как добавка к цементу для регулирования сроков схватывания. На 80…90 % состоит из СаSО4; примесями являются Р2О и соединения фтора. Фосфогипс отличается высокой влажностью (до 25 %) и очень высокой дисперсностью (размер частиц от 1 до 150 мкм).
6. Основные требования к техногенному сырью и оценка эффективности данных материалов
Читайте также: