СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТОВ
METHOD OF PRODUCING CEMENT

Изобретение относится к составам цементов и может быть использовано для получения цементов, используемых в строительстве.
Известен способ получения цемента, включающий расчет состава сырьевой смеси, приготовление сырьевой смеси из карбонатного компонента из группы: фильтр-прессная грязь, известняк, мел, глинистого и железосодержащего компонентов, обжиг сырьевой смеси во вращающейся печи при 1450°С и получение готового портландцемента из клинкера (RU 2122984 С1, 10.12.1998).
Недостатками данного способа являются недостаточная однородность и низкая реакционная способность сырьевой смеси.
Техническим результатом изобретения являются тонкий помол и высокая гомогенность сырьевой смеси, сильный и равномерный обжиг клинкера, резкое его охлаждение, полнота связывания СаО, что обеспечивает повышение активности клинкера и снижение расхода топлива на его обжиг, а также снижение пылеобразования и нагрузки на электрофильтры.
Этот результат достигается тем, что в способе получения цементов, включающем подготовку сырьевой шихты измельчением компонентов - основного карбонатного - фильтрационного осадка сахарного производства, полученного при фильтровании сока I сатурации на камерных фильтр-прессах, и дополнительных, содержащих глинистое и железосодержащее сырье, и их смешиванием, высокотемпературный обжиг сырьевой шихты, охлаждение, получение товарного продукта измельчением полученной охлажденной массы до необходимой крупности, отличающийся тем, что указанный осадок перед измельчением подвергают температурной обработке при 300-1000°С, тонкое измельчение высушенного указанного осадка и указанных дополнительных компонентов перед смешиванием осуществляют раздельно, а указанный обжиг - в ротационной печи.
Также в качестве основного карбонатного сырья дополнительно используют природное карбонатное сырье - мел или известняк в смеси с указанным осадком.
3
В качестве основного карбонатного сырья используют фильтрационный осадок сахарного производства (дефекат), содержащий 60-80% СаСО и 20-40% органических и минеральных примесей, а также до 0,15% калия, 0,4% азота, 0,7% оксида фосфора (в процентах к массе сухих веществ осадка).
2
2
3
2
3
3
2
2
3
2
3
2
2
3
Оптимальным отношением SiO к АlО в фильтрационном осадке для получения цемента с высокими прочностными свойствами является величина 3,5-3,8, не выше 4; при этом содержание трехкальциевого алюмината 3СаО·АlО (СА), обеспечивающего прочность в ранние сроки твердения, будет оптимальным. Если отношение SiO к АlО будет больше 4, то потребуется обязательное использование для приготовления оптимального состава сырьевой смеси алюмосодержащей добавки, причем чем больше это отношение, тем необходимо большее количество алюмосодержащей добавки (например, можно использовать бокситы с содержанием 51,2% АlO). Если отношение SiO к АlО будет менее 3, то для приготовления оптимального состава сырьевой смеси потребуется дополнительное использование песка или глины с повышенным содержанием кремнезема.
Фильтрационный осадок, полученный при фильтровании сока I сатурации на камерных фильтр-прессах направляется в сушилку, где происходит его термообработка при температуре 300-1000°С, во время которой происходит удаление органических примесей. Высушенный фильтрационный осадок направляется в бункер компонентов.
Фильтрационный осадок может быть использован как самостоятельно, так и в смеси с мелом или известняком.
Высушенный фильтрационный осадок и дополнительные компоненты для приготовления клинкера: глинистое сырье, железосодержащее сырье, песчаник - подвергают раздельному тонкому измельчению в дробилках.
Измельченные компоненты направляются в бункеры компонентов.
При помощи системы дозирования фильтрационный осадок и все измельченные компоненты смешиваются в определенной пропорции и направляются в силос готовой смеси для корректировки ее состава до заданных параметров и гомогенизации перемешиванием сжатым воздухом.
Из силоса готовая смесь направляется на обжиг в ротационную печь, в которой смесь дегидратируется и частично декарбонизируется при температуре 1250-1450°С. После обжига смесь подается в камеру охлаждения клинкера. Охлажденный клинкер направляется по грабельному транспортеру в склад готового клинкера. При дальнейшем помоле могут быть произведены цементы вплоть до марки ПЦ500 по ГОСТ 10178-85.
Пример.
При исследовании пригодности фильтрационного осадка для получения цемента были использованы следующие компоненты: карбонатный - смесь фильтрационного осадка Дмитротарановского сахарного завода, полученного в свеклосахарном производстве при фильтровании сока I сатурации на камерных фильтр-прессах и дефеката влажностью 21,4% и влажностью 28,6% в соотношении 1:1, мел белгородский с влажностью 15,6%, глинистый - глина белгородская с влажностью 10,4%, бокситы Архангельской области, железосодержащий - шлак Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК). Химический состав сырьевых материалов представлен в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав сырьевых материалов, мас.%
Материал
п.п.п.
Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
CaO
SiO<sub>2</sub>
Fе<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
MgO
SO<sub>3</sub>
R<sub>2</sub>О
хлор
прочие
Фильтрационный осадок Дмитротарановского сахзавода
46,46
0,48
48,20
1,81
0,27
1,24
0,63
0,02
0,01
0,88
Мел белгородский
43,00
0,30
54,49
1,21
0
0
0
0,20
0,01
0,69
Глина белгородская
7,49
13,60
2,20
67,40
5,40
1,73
0,02
1,78
0,04
0,34
Шлак ОЭМК
10,43
3,39
38,0
18,22
18,00
8,91
0,10
0,01
0,04
2,88
Бокситы архангельские
18,30
51,20
0,36
16,74
10,90
0,40
0,66
0,40
1,04
0
2
2
3
2
3
Соотношение между содержанием основных оксидов CaO, SiO, АlO и FеО в сырьевых материалах должно обеспечивать оптимальный химический состав сырьевой смеси для получения качественного клинкера (табл.2).
Таблица 2
Примерное содержание основных оксидов в сырьевой смеси, мас.%
SiO<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
CaO
14,0±0,5
3,7±0,1
42,0±0,5
14,0±0,5
Для расчета состава сырьевых смесей использовалась разработанная по общепринятым методикам программа "Шихта". Были выполнены расчеты компонентного состава сырьевых смесей (табл.3)
Таблица 3
Компонентный состав сырьевых смесей, мас.%
Смесь
Дефекат Дмитротарановского сахзавода
Мел белгород-ский
Глина белгородская
Шлак ОЭМК
Боксит
Кн
Задаваемый (получаемый) модуль
силикатный n
глиноземный р
№1
76,27
-
14,91
7,32
1,49
0,92
2,2
1,35
№2
52,67
22,58
15,52
7,67
1,56
0,92
2,2
1,35
№3
37,30
37,30
15,92
7,87
1,61
0,92
2,2
1,35
Дефекат перед смешиванием с остальными компонентами подвергали температурной обработке при 600°С для удаления органических примесей и высушивания до влажности 2%, после чего был растерт до полного прохождения через сито №008. Остальные компоненты были совместно измельчены до полного прохождения через сито №008 и смешаны с измельченным дефекатом.
Таким образом, сырьевую шихту для клинкера получали путем раздельного измельчения фильтрационного осадка и остальных компонентов, последующего тщательного их смешения, гомогенизации, усреднения и корректирования до заданного состава в сухом состоянии.
св
св
Реакционная способность сырьевых смесей определялась по интенсивности процесса минералообразования, характеризующихся количеством Са свободного (СаО) при температурах 1250, 1350 и 1450°С без выдержки. Из сырьевых смесей готовили таблетки по 2 г, которые помещали в холодную печь, нагревали до определенной температуры, вынимали из печи и помещали в бюксы. В спеках определяли содержание СаО спиртово-глицератным способом.
Таблица 4
Содержание СаО<sub>св</sub> в спеках сырьевых смесей при нагревании, мас.%
Температура, °С
№1
№3
1250
15,89
18,65
1350
8,21
10,67
1450 без выдержки
1,47
4,33
св
Таким образом было установлено, что усвоение СаО и процессы минералообразования при более высоком содержании фильтрационного осадка в сырьевой смеси протекают интенсивнее.
св
Обжиг цементного клинкера выполняли в ротационной смеси при температуре 1450°C с выдержкой 40 минут. Смеси №8, 9, 10 и сырьевую смесь для портландцемента старооскольского, не содержащую фильтрационного осадка (для сравнения), обжигали одновременно, содержание СаО во всех клинкерах составило менее 1%.
Химический и расчетный минералогический составы клинкеров представлены в таблице 5.
Таблица 5
Химический и минералогический составы клинкера
Клинкер
SiO<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fе<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
SO<sub>3</sub>
R<sub>2</sub>O
С<sub>3</sub>S
C<sub>2</sub>S
С<sub>3</sub>А
C<sub>4</sub>AF
№1
21,11
5,51
4,08
64,90
3,05
0,82
0,47
60,0
19,0
8,2
12,8
№2
21,25
5,55
4,11
65,33
2,60
0,56
0,55
60,3
18,5
8,1
13,1
№3
21,34
5,57
4,13
65,61
2,30
0,41
0,59
61,4
17,6
8,0
13,0
Старооскольский
22,00
5,69
4,03
67,10
0,82
0,06
0,42
61,9
17,6
8,2
12,3
2
2
Для определения прочности цемента клинкер измельчили с 5% гипса до удельной поверхности 290-310 м/кг. Затем по общепринятой методике заформовали малые образцы размером 1,41×1,41×1,41 см из теста нормальной густоты. Образцы сутки твердели во влажных условиях в ванне с гидравлическим затвором, затем в воде с температурой 18-22°С. Для сравнения также заформовали промышленный портландцемент ПЦ 500-Д0 с удельной поверхностью 290 м/кг. Прочность определяли в алых образцах по ГОСТ 310.4-85 (табл.6).
Таблица 6
Прочность лабораторных цементов, приведенная к результатам по ГОСТу, МПа
Прочность цемента в возрасте
№1
№2
№3
ПЦ 500-Д0
3 суток
26,5
27,6
28,1
29,2
28 суток
40,5
48,2
51,3
52,6
Таким образом, прочность цемента по изобретению с использованием высушенного фильтрационного осадка может соответствовать марке 500. Испытанные цементы относятся к быстротвердеющим. При этом снижается расход топлива на обжиг клинкера, а также пылеобразование в печи и нагрузка на электрофильтры.
Данный способ позволяет утилизировать фильтрационный осадок сахарного производства, что будет важным технологическим решением в ресурсосбережении и защите окружающей среды.