| Для производства портландцемента клинкера используются в основном карбонатные и глинистые породы. Сырьевая смесь должна обеспечить получение заданного химико – минералогического состава клинкера. Оптимальным для цементной промышленности является сырье, обладающее следующими свойствами: 1. Постоянством химического состава при таком содержании главных клинкерообразующих оксидов, которое бы позволяло готовить сырьевые смеси из минимального числа компонентов; 2. Высокой размалываемостью, реакционной способностью и обжигаемостью; 3. Температурные области реакций диссоциации основных компонентов сырьевых компонентов должны быть максимально приближены к друг – другу с целью снижения влияния рекристаллизационных процессов на ход клинкерообразования; 4. Физические свойства сырья (природная влажность, структура и содержание кристаллических включений другого химического состава) должны обеспечивать получение качественного клинкера при минимальных энергозатратах. Карбонатные породы вносят в сырьевую шихту оксид кальция, глинистые - оксиды SiO2, AL2O3, Fe2O3. Однако часто у глин значения глинозёмистого модуля выше, чем у клинкера, поэтому приходится вводить третий компонент – корректирующую железистую добавку, которая вносила бы недостающее количество оксида железа Fe2O3. В этом случае используют пиритные огарки (побочный продукт производства серной кислоты), колошниковую пыль (унос из доменной печи), бедную железную руду, красный шлам (отход производства алюминия). Если величина р отклоняется в меньшую сторону ( р < 0,9 ), то в качестве корректирующей добавки вводят материалы, богатые АL2O3 -боксит, глины, богатые глинозёмом, каолин. В некоторых случаях для корректировки величины силикатного модуля вводят кремнезёмистые добавки – кварцевый песок, опоки, трепелы, диатомиты, которые вносят в сырьевую шихту недостающее количество SiO2. Так, в качестве корректирующей добавки при производстве клинкера белого портландцемента используются маложелезистые белые кварцевые пески. Карбонатные породы. К ним относятся известняк, мел, мрамор, известняк-ракушечник, известковый туф. Примесями в них являются глинистые вещества, доломит, кварц, гипс. Примеси глины не являются вредными. Повышенное содержание доломита и гипса нежелательно, т.к. содержание МgO в клинкере не должно превышать 5%. Процентное содержание карбонатной породы в составе сырьевой смеси составляет 70-80 %. Известняки – осадочные породы. Углекислый кальций СаСО3 представлен в них минералом кальцитом, реже – арагонитом. По происхождению различают известняки органогенные - продукты деятельности микроорганизмов, химические - полученные осаждением из растворов и обломочные – продукты переотложения разрушенных известковых пород. Примесями в известняках являются алюмосиликатные минералы глин, кварц, опал, халцедон, оксиды железа, гипс, пирит (Fe2 S), фосфорит (апатит), барит (ВаSO4), карбонат магния ( доломит ). При содержании глинистых минералов до 30% известняк называют глинистым, выше, 30%-мергелем, с примесью доломита- доломитизированным. По физическим свойствам различают кристаллический известняк ( мрамор) плотные известняки, землисто – рыхлые известняки – мелы. Плотность известняков составляет 2200-2600 кг/м3, прочность 8-200 МПа, влажность 1-6 %. Мел - осадочная мягкая порода. Объёмная масса 1600-2000 кг/м3, прочность 1-15МПа, влажность 15-30%. Представляет собой слабосцементированные частицы кальцита размером менее 0,1 мкм. Мел легко размачивается в воде. Мрамор – плотная порода (продукт перекристаллизации известняков). Объёмная масса 2650 – 2900 кг/м3, прочность 50- 200 МПа. Глинистые породы. Глины – природный землистый тонкодисперсный материал, который при смешивании с водой становится пластичным. К ним относятся собственно глины, аргиллиты, сланцы, лёсс, бентонит, суглинки. Глины по происхождению разделяют на 2 класса: первичные или остаточные, вторичние или осадочные. Первичные образовались в результате разрушения горных пород ,"выветривания " ; вторичные произошли от первичных в результате их переотложения . В составе глин различают глинистую часть, неглинистую, органический материал, обменные ионы и растворимые соли. Глинистая часть состоит из SiO2 ,AL2O3 и Н2О, входящих в глинистые минералы. К последним относятся каолинит, монтмориллонит, галлуазит, аллофан, гидрослюды. Аргиллиты – твёрдые породы, продукт дегидратации, спрессования и перекристаллизации глин. Сланцы – скальная порода, продукт перекристаллизации глин. Лёсс– землистая рыхлая порода, состоящая из пылевидных частиц кварца, полевого шпата, слюд, каолинита, кальцита. Пластичность его невелика. Лёсс используют в основном заводы Средней Азии и Казахстана. Суглинки – глины содержащие значительное количество кварца ( до 40% ). Глинистые сланцы – твёрдые, плотные горные породы с ориентированным расположением слагающих минералов, тонкослоистой и хорошо выраженной сланцеватостью, способностью легко раскалываться на тонкие пластинки. В глинах присутствует SiО2 в различных формах, оксиды железа, кальцит, плавиковый шпат, доломит, гипс, слюда. Вредными примесями являются МgO, содержание Na2O +K2O не должно превышать 3-4 %, а SO3 – не более 1 %. Мергели – природная смесь глинистых минералов и кальцита. Если состав у мергеля такой же, как и у сырьевой шихты для производства клинкера, его называют натуральным. Мергели могут быть как землистыми, так и скальными породами. Плотность 2000-2500 кг/м3, влажность в зависимости от содержания глинистых примесей 3-20%. Содержание глинистого компонента в составе сырьевой смеси колеблется от 15 до Оценка качества сырья производится в основном по двум признакам: химическому составу и физическим свойствам. Из физических свойств наиболее важны влажность сырья, гранулометрический состав мягких пород, их способность размучиваться в воде, прочность и размалываемость твёрдых пород, минералогический состав и структура, наличие посторонних включений - гальки в глине, желваков кремня в известняке. Для глины важна пластичность - способность образовывать достаточно прочные гранулы для уменьшения пылевыноса из печи. Сырьевые материалы должны иметь достаточно однородный химический состав по простиранию и глубине месторождения. Корректирующие добавки применяют для доведения до нормы значений силикатного и глинозёмистого модулей, как было сказано выше. Чаще всего для корректировки состава сырьевых смесей используют пиритные или колчеданные огарки. В связи с дефицитом пиритных огарок на некоторых цементных заводах в качестве корректирующих железосодержащих добавок используются гранулированные шлаки цветной металлургии, которые содержат железо в основном в виде FeO. По некоторым технологическим свойствам шлаки лучше, чем огарки: они не пылят, не зависают в бункерах, однако они обладают большей твердостью, плохо размалываются, содержание железа в них меньше и поэтому требуется их больший расход. В ОАО «НИИЦемент» В.Н.Жовтой проведена обширная работа по изысканию заменителей огарков, составлен «Кадастр природных и техногенных железосодержащих материалов для получения портландцементного клинкера» и ТУ на железосодержащие добавки. Кадастр включает некондиционные железные руды, «хвосты» обогащения, пыли, окалины, шламы, шлаки металлургических производств, медеплавильные, ванадиевые, феррошлаки и др. Присутствие в сырье второстепенных оксидов МgO и SO3 ( в виде гипса, сульфатов щелочных металлов или сульфидов) регламентируется, а ТiO2, Р2O5, R2O, Мп2О3, Сr2O3 – не регламентируется. Щёлочи R2O даже в малых количествах вредны, другие примеси в оптимальных концентрациях играют положительную роль, облегчая спекание клинкера (МgO, Мп2О3), или повышая гидравлическую активность цемента (Р 2О5 , Сr2О3 , ТiО2). Содержание МgО в клинкере регламентировано - до 5%, других оксидов не регламентировано. Содержание щёлочей в клинкере не должно превышать 0,75 - 1,0%, Р2О5- 1 - 2%, Мп2О3 – 4% , Сr2O3 – 1,5 % . Комплексное использование сырья и техногенных продуктов. Нетрадиционные виды сырья В металлургической, химической и энергетической промышленности в качестве отходов накапливаются значительные количества различных шлаков - продуктов кристаллизации и грануляции алюмосиликатных расплавов: доменные, мартеновские шлаки, шлаки цветной металлургии ("медные”,"никелевые”) электротермофосфорные шлаки, топливные шлаки (с жидким шлакоудалением). На тепловых электростанциях ТЭС, ТЭЦ в огромном количестве образуется зола-унос - побочный продукт, остающийся при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии и уловленный электрофильтрами или циклонами. Топливные гранулированные шлаки являются продуктом водной грануляции расплава, удаляемые из энергетических топок с жидким шлакоудалением. Золошлаковые смеси представляют собой полидисперсные массы из отвалов тепловых электростанций. Эти отходы являются хорошими сырьевыми материалами, поскольку они уже прошли тепловую обработку, карбонатный компонент разложен, на что затрачивается значительное количество тепла при обжиге клинкера. Шлаки находятся частично в стеклообразном состоянии, что повышает их реакционную способность. Часть минералов шлаков- это минералы клинкера (С2S), что также делает их высококачественным сырьем. При использовании шлаков усвоение извести происходит несколько медленнее, чем в шихтах на основе глинистых компонентов. Однако другие преимущества (снижение доли тепла, расходуемого на декарбонизацию, наличие в шлаке полупродуктов С2S, СА, СS) компенсирует эту особенность. Вследствие этого, при использовании шлаков в качестве сырья печи работают с большей производительностью, снижается расход тепла. Значительное количество шлаков используется в качестве активной минеральной добавки при помоле цементов. Доменные шлаки состоят из ортосиликата кальция – С2S, ранкинита – С3S2 , волластонита – СS, геленита – С2 АS, тридимита. Шлаки электротермофосфорные (ЭТФШ) являются побочным продуктом при производстве желтого фосфора методом возгонки в электропечах и быстрого охлаждения. Они содержат до 90-95% стекла. Гранулированные ЭТФШ состоят в основном из стекла и волластонита СS, отвальные - из псевдоволластонита, ранкинита, флюорита, силикофосфата. Химический состав фосфошлаков приведён в таблице 2.1. Требования ГОСТ 3476-74 к составу фосфорных шлаков следующие, %: SiO2 не менее 40; СаО не менее -43 ; Р2О5 не более 2,5. В стране для выпуска цементов используются более 2 млн. т указанных шлаков. Крупнейшим потребителем является АО «Шымкентцемент» ( более 0,5 млн.т ), где шлаки используются в качестве компонента сырья при дополнительном питании печи с холодного конца, а также в качестве активной минеральной добавки. В АО «Шымкентцемент» для стабильной подачи шлака во все 6 печей Ø 4 х 150 м построена стационарная транспортная линия от шлакосушильного отделения до питателей на холодном конце печи. В каждую печь по течке подаётся около 4 т фосфошлака в час. Производительность печных агрегатов увеличилась с 35 до 38 - 39 т/час или более чем на 10%, снизился удельный расход топлива, увеличился выпуск клинкера и цемента. По разработкам кафедры ХТВМ Казахского химико - технологического института на Сас - Тюбинском цементном заводе внедрена энергосберегающая технология производства клинкера белого портландцемента. Шлаки Джамбулского ПО "Химпром" и Чимкентского ПО "Фосфор" используются в качестве компонента сырьевого шлама, и осуществляется дополнительное питание печей фосфошлаком с холодного конца. В результате производительность вращающихся печей выросла на 20-35%, удельный расход топлива снизился на 20- 30%, белизна белого клинкера повысилась на 4-6%. Ресурсы топливных зол и шлаков огромны, ежегодный их выход составляет около 120 млн.т, а используется менее 10%. В цементной промышленности СНГ применяется около 1,5 млн.т зол и шлаков. Золы ТЭС делятся на основные, содержащие до 40% МgO + СаО, в т.ч. 5-20% свободного СаО, и кислые, содержащие более 45% SiO2. Химический состав зол зависит от вида топлива и методов улавливания. В золе преобладает стекловидная фаза в виде частиц шарообразной формы размером до 100 мкм. Содержание топливных (горючих) остатков в золах, применяемых как добавка к цементу, должно быть не более 5%, SiO2 не менее 40%, SO3 не более 2%, щелочей не более 2%, ППП не более 5%, дисперсность должна быть такой, чтобы через сито № 008 проходило не менее 85% просеиваемой пробы. Нефелиновый (белитовый) шлам – продукт комплексной переработки апатито - нефелиновых пород в глинозём, соду и поташ. Химический состав,% SiO2 26-30; АL2O3 2,2 - 6,5 ; Fe2O3 2,1 - 5,5 ; СаО 52 - 59 ; МgO 0,2 - 1,8 ; Na2O 1 –2,5 ; ППП 1 - 5,5. В шламе присутствует до 40% частиц размером более 0,5мм основную часть составляют обычно мелкие кристаллы β- С2S размером 3-10 мкм. Шлам на 80% состоит из β – С2S и его гидратов, присутствуют СаСО3, водорастворимые силикаты натрия и калия. Выход нефелинового шлама на 1 т глинозёма – около 6 т. В сырьевой смеси нефелиновый шлам полностью заменяет глинистый компонент и примерно на 50% - карбонатный компонент. Для получения клинкера нефелиновый шлам корректируется глинозёмистой и железистой добавкой, добавляется молотый известняк. Процесс очень экономичен. Расход топлива при мокром способе составляет примерно 4600 кДж/кг клинкера, производительность печи на 25-30% выше чем у печей на традиционном сырье. По такой технологии работают Волховский, Пикалевский и Ачинский цементные заводы общей мощностью 6,5 млн. т цемента в год. Выработка запасов качественного сырья на карьерах многих цементных заводов требуют изыскания новых нетрадиционных видов сырьевых материалов для производства клинкера. Исследования, проведенные А.А.Пащенко, Е.А. Мясниковой в Киевском политехническом институте, показали высокую эффективность базальтов и перлитов при выпуске портландцементного клинкера. Это вулканические породы широко распространенные в природе, отличающиеся низкой влажностью, содержащие легирующие примеси ТiО2, VО2, ВаО. Базальт – широко распространенная эффузивная горная порода, относится к числу наиболее распространенных – на ее долю приходится более 20% магматических пород. По содержанию кремнезёма и других оксидов базальты относятся к основным породам. Содержание оксидов, % по массе следующее: SiO2 45-56 ; AL2O3 14-22 ; Fe2O3 9-16 ; CaO 4-13 ; MgO 1,6-12 ; Na2O 2,2- 5,6. Перлит – кислое вулканическое водосодержащее стекло сравнительно постоянного химического состава, % по массе: SiO2 68-75 ; AL2O3 13-16 ; Fe2O3 0,4-3 ; СаО 0,8-2; R2О до 8 ; ППП 2- 6 . Реакционная способность и обжигаемость сырьевых смесей, содержащих базальты и перлиты, значительно выше, чем у шихт, состоящих из традиционных материалов. Жидкая фаза в процессе обжига появляется при температуре на 150оС ниже, чем при использовании известняково-глинистых сырьевых смесей. Завершение процессов минералообразования происходит при более низких температурах 1350-1400º С. С использованием базальтов в промышленных масштабах на Днепродзержинском цементном заводе и Новоздолбуновском ЦШК реализована новая " щебневая " технология получения клинкера. Смесь карбонатосодержащего сырья и базальтов в виде щебня с размером частиц до 30 мм подаётся на обжиг во вращающиеся печи без предварительного тонкого измельчения. На кафедре «Технологии силикатов и синтеза минералов» ЮКГУ им. М.Ауезова в качестве сырьевых материалов изучены и предложены диабазы и сиениты. Диабазы являются полнокристаллической магматической породой полеотипного облика, состоящей из плагиоклаза, лабрадора и авгита, обладающая диабазовой структурой. Диабазы более сильно изменены вторичными процессами, в них интенсивно развиты хлоритизация, урализация, соссюритизация, альбитизация, в результате изменения пироксена, плагиоклаза и оливина. При термической обработке диабазы полностью расплавляются при 1250-1300оС, что позволяет использовать их в качестве высокореакционноспособного алюмосиликатного компонента сырьевой смеси. Сиенит представляет собой глубинные среднезернистые бескварцевые породы светло-серого и розового цвета, состоящие из ортоклаза, плагиоклазов, пироксеновой группы, содержащей значительное количество твердых растворов оксидов железа. В небольших количествах присутствуют гидрослюды и биотит.
|
Простая ссылка:
Html 
ВВ ссылка: