Портландцемент. Шикізат материалдары 6 страница
Шикізаттың қоспасын химиялық және физикалық қасиеттеріне байланысты негізінен екі әдіспен анықтайды. Физикалық қасиеттеріне ылғалдылығы, түйіршікті құрамы, суда үгіттелуі, беріктігі, қатты тау жыныстарының бөлшектелуі, минералды құрамы мен құрылымы, сазды балшықта шағылдың болуы, әктасында кремний сарғыш зат жолақтарының болуы жатады.
Саздың негізгі қасиеті – созылғыштығы.
Шикізат материалының химиялық құрамы бір қалыпты болуы керек.
Р е т т е у ш і қ о с п а л а р. Олар силикатты және глиноземді модульдардың мөлшерін қалыпты жағдайға жеткізу үшін қолданылады. Глиноземды модульдың мөлшері р = 0,9...2,5, силикатты модуль n = 1,8...2,6 аралығында болады. Шикізат қоспаның құрамында темір тотығы жетіспесе пиритті огарка, темір руда, колошникті тозаң қосады. Сонғы жылдары, огарка мөлшері аз болғандықтан ғылыми зерттеулер жүргізіліп, огарканың орнына қорғасын және мыс өндірісінің түйіршектелінген шлактарды қосу мүмкіндігі көрсетілді. Бұл шлактардың құрамында 35...40 % дейін темір тотығы бар. Қорғасын шлагында 10 % дейін цинк болады. Клинкерді пеште күйдіргенде ол минералдардың пайда болу процесін жеделдетеді. Бұл шлактардың зерттеулері НИИЦементте және М. Әуезов ат. ОҚМУ «Силикаттар технологиялары және минералдар синтезі» кафедрасында жүргізілген. Біздердің зерттеулеріміз және ұсыныстарымыз бойынша Семей цемент зауытында мыс балқыма шлактары, ал Шымкент зауытында қорғасын шлактары реттеуші қоспа ретінде бірнеше жыл қолданылды.
Шикізат қоспаның құрамында алюминий тотығы жетіспесе реттеуші қоспа ретінде боксит, жоғары алюминийлі саздар пайдаланады. Кремнезем жетіспеген жағдайда шикізат қоспаның құрамын трепел, опока, диатомит немесе кварцты құм қосып реттейді.
Шикізатта қосымша тотықтардың MgО, SO3 мөлшері шектеледі. Олар шикізатта гипс, сілтілік металдардың сульфаты мен сульфиді түрінде кездесуі мүмкін. Ал TiO2, P2O5, Mn2O3, Cr2O3 мөлшері шектелмейді. Негіздік тотықтардың аз мөлшерде кездесуінің өзі зиянды, ал басқа қосылыстардың тиімді концентрациясы үлкен рол атқарады, олар клинкердің пісуін жеңілдетеді (MgО, Mn2O3) немесе цементтің гидравликалық белсенділігін жоғарылатады (P2O5, Cr2O3, TiO2). Клинкердегі MgО 5 % аспауы керек, ал P2O5 0,3 %, Cr2O3 – 1,5 % артық емес. Шикізат қоспасымен клинкердің химиялық құрамының рационалды шектік мәні 2.2-кестеде келтірілген.
2.2-кесте. Шикізат қоспасымен клинкердің химиялық құрамына қойылатын талаптар
| Көрсеткіштер | Рационалды шектік мәні | |
| Шикізат қоспасы* | Клинкер | |
| Қанығу коэффициенті | 0,80... 092 / 1,03... 1,07 | 0,88...0,95 |
| Силикатты модуль | 1,90... 2,60/ 2,02...2,60 | 1,90...3,00 |
| Глиноземды модуль | 0,90... 1,60 /0,90... 1,50 | 0,90... 2,00 |
| Қоспа тотықтардың өлшемі, % | ||
| MgO, көп емес | 3,2 / 3,1 | 5,00 |
| SO3 | 1,00 / 0,80 | 1,50 |
| R2O = Na2O + 0,658K2О, көп емес | 0,80 / 1,70 | 1,20 |
| Хлора ионы Сl-, көп емес | 0,015 Тұтінді газды байпастамағанда | |
| ТіО2, көп емес | 1,30 / 1,30 | 2,0 |
| Р2О5, көп емес | 0,30 / 0,30 | |
* - күлсіз отын / күлді отын (көмір)
2.8 Шикізат пен техногенді өнімдерді кешенді түрде пайдалану, шикізаттың басқа түрлері
Химия және энергетика өндірісінде, металлургияда шлак түрінде өте көп өнім қалдығы жиналады: олар кристалдану мен грануляция нәтижесінде түзілетін алюмосиликаттардың құймалары домналық шлактар, мартен шлагы, түрлі түсті металлургия шлагы, отын шлагы, жылу электр станцияларында, жылу электр орталықтарында өте көп мөлшерде күл пайда болады. Күл – қатты отынды жағып электр сүзгісімен немесе циклондармен сүзген кездегі өнім.
Өнім қалдықтарын жылу арқылы өңдеген кезде құрамындағы карбонатты компоненттер ыдырап кететіндіктен оларға клинкерді күйдірген кездегідей көп жылу жұмсалмайды. Сондықтан олар тиімді өнім болып табылады. Шлактар олардың әрекеттесу қабілеттілігін жоғарылататын әйнек түрінде болып келеді, оның минералдарының бір бөлігі клинкер минералы – С2S, бұл да оның жоғары сапалы шикізат екендігін көрсетеді.
Шикізат құрамына шлакты пайдаланған кезде әкті сіңіріп алу процесі саз компонентін қолданғанға қарағанда баяу жүреді, бірақ басқа жақсы қасиеттері (жылу шығынын азайту, құрамында С2S, СА, СS – тардың болуы) мұндай қасиеттердің орнын толтырады.
Шлактарды шикізат ретінде қолдану пештердің жұмысының өнімділігін арттырады, жылу шығынын азайтады. Шлактардың басым көпшілігі белсенді минералды қоспалар ретінде цементтерді ұнтақтағанда қажет.
Домна шлактары (2.3-кесте) негіздік және қышқылдық болып бөлінеді. Негіздік модуль негіздік шлактарда бірден үлкен, ал қышқылдық шлактарда бірден кем болады.
(2.7)
Шлактардың сапасы олардың сапалық коэффицентімен анықталады. Түйірленген домналық шлактар сапасы бойынша 3 сортқа бөлінеді (2.3-кесте). Құрамында 10 % дейін MgO бар шлактар үшін сапалық коэффициенті – К мына формуламен өрнектеледі:
(2.8)
Қазіргі кезде ТМД елдерінде домналық шлактарды түйіршектендіретін, яғни бөлшектейтін 60-тан аса қондырғылары бар. Олардың 25 % ылғал шлактарды бөлшектеуге арналған болса (ылғалдылығы 15...35%, ал 75 % жартылай құрғақ шлактарды (ылғалдылығы 12 % аспайтын) түйіршіктендіреді.
2.3-кесте. Домналық және электротермофосфорлық шлактардың орташа химиялық құрамы
| Шлак | Химиялық құрамы, % | ||||||||
| SіО2 | Аl2О3 | СаО | MgO | Fе2О3 FеО | SО3 | Р2О5 | MnO | ||
| Домналық | 33-44 | 4-20 | 30-49 | 2-15 | 0,3-0,8 | 0,5-2,9 | - | 0,3-3 | |
| Электротермо фосфорлық | 40-43 | 1-3 | 42-49 | 3-4 | 0,4-1,0 | 2-3 | 0,9-3 | - | |
| Болат бал- қытқандағы | 25-40 | 1-10 | 32-40 | 1-12 | 5-20 | - | - | - | |
Цемент өндіру үшін бұрынғы Кеңес Одағында жылына 20 млн. тоннаға жуық домналық шлактар қолданылатын. Бұл көрсеткіші бойынша алдынғы қатарда болатын.
Домналы шлактар 3 сортқа бөлінеді (2.4-кесте), олар кальций ортосиликаты – С2S, ранкинит – С3S2, волластонит – СS, геленит – С2АS, тридимиттен құралады (2.5-сурет).
Электротермофосфорлы шлактар электр пештерінде айдау (возгонка) әдісімен фосфор өндіру мен тез суытудың қосымша өнімі болып табылады. Олардың құрамында 90...95 % дейін әйнек немесе шыны кездеседі. Түйіршектелінген электротермофосфорлы шлактар шыны және волластониттен СS құралады, баяу салқындатылып кристалданған фосфошлактар псевдоволластонит, ранкинит, флюорит, силикофосфаттан тұрады.
Фосфорлы шлактың химиялық құрамы кестеде көрсетілген. МСТ 3476-74 шлактарға қойылатын негізгі талаптары: SіО2 40 % , ал СаО мен MgO 43 % кем емес, Р2О5 2,5 % артық болмауы керек.
Еліміздегі цемент өндірістерінде жоғарыда атап көрсетілген шлактардың 2 млн. тоннаға жуығы қолданылады. Бұлардың 0,5...0,7 млн. тоннасын Оңтүстік Қазақстанның үш цемент зауыттары қолданады.
2.4-кесте. Домналық шлактарға қойылатын техникалық талаптар
| Көрсеткіштер | Түйірленген домналық шлактардың (сорттары) іріктемелері | ||
| I | II | III | |
| Сапа коэффиценті көрсетілген саннан кем болмау керек | 1,65 | 1,45 | 1,2 |
| Тотықтардың мөлшері, % көрсетілгеннен | |||
| Аl2О3, кем емес | 8,0 | 7,5 | Шек қойылмайды |
| MgO, артық емес | 15 | 15 | 15 |
| TiO2, артық емес | 4,0 | 4,0 | 4,0 |
| MnO, артық емес | 2,0 | 3,0 | 4,0 |
Онда шлактар шикізат қоспаны дайындау үшін компонент есебінде, пештердің салқын жағынан беру үшін және де белсенді минералды қоспалар ретінде қолданылады. «Шымкентцемент» АҚ зауытында өлшемі Ø4х150 м барлық 6 пешке шлакты реттеп, жеткізіп тұру үшін шлак кептіретін бөлімнен пештің салқын шетіне дейін тұрақты тасымалдау линиясы салынған. Әр пешке сағатына 4 т жуық фосфорлы шлак беріліп тұрды. Пештік агрегаттардың өнімділігі 35 т/сағаттан 38...39 т/сағатқа дейін немесе 10 % аса артты; отынның шығыны төмендетіліп, клинкер мен цемент өндіру ұлғайтылды.
Қазақ химия-технологиялық институтының ТЗХТ кафедрасының жасаған ғылыми жұмыстарының арқасында Састөбе цемент зауытында ақ портландцемент клинкерін өндірудің энергия үнемдейтін технологиясы енгізілді (проф. С.В.Терехович).
Жамбылдағы «Химпром» өндірістік бірлестігі мен Оңтүстік Қазақстандағы «Фосфор» өндірістік бірлестіктерінің шлактары шикізат сұйық лайының (шламының) компоненті ретінде қолданылды және пештерді салқын шетінен фосфошлакпен қосымша қоректендіру үшін қолданылды. Соның нәтижесінде айналмалы пештердің өнімділіг 20...35 % артып, отынның шығыны 20...30 % кеміп, клинкердің ақтығы 4...6 % артты, ақ цементтің сорты жоғарылады.
ТМД елдерінің бірнеше цемент зауыттарында шикізат қоспасындағы саз-балшық түйірленген домналық шлактармен ауыстырылған. Сол кезде технологиялық процесте бірнеше артықшылықтар байқалған:
- клинкер куйдіру процесіне отын шығыны 10 % төмендеген (600 кДж 1 кг клинкерге);
- бір тонна клинкер өндіру үшін шикізат қоспадағы табиғи кальций карбонатының шығыны 10...12 % төмендеген;
- шикізат лайының ылғалдылығы 5...6 % азайған;
- клинкерге легирлеуші қоспалар еніп оның сапасы жоғарылаған;
- өндірістің қалдықтары пайдаланған соң экологиялық жағдай жақсарған.
Отын күлі мен шлактардың ресурсы өте үлкен. ТМД елдерінде жылына 120 млн. тоннадан артық отын күлі мен шлактар бөлінеді, оның тек 10 проценті ғана пайдаланылады. Цемент өндірісінде жылына шамамен 1,5 млн. тоннадай күл мен шлак қолданылады. Негіздік құрамында 40 % дейін MgO + СаО бар, оның ішінде байланыспаған СаО 20 % және қышқылдық құрамындағы SіО2 мөлшері 45 % аса болады.
Шлак пен күлдердің химиялық құрамы оны ұстау әдістері мен отынның түріне байланысты.
Күлдің құрамында өлшемі 100 мкм дейін шар тәріздес ұсақ майда шыны тәрізді фазалар көбірек кездеседі (2.6-сурет). Цементке қоспа ретінде қолданылатын күлдердің құрамындағы жанатын қалдықтардың мөлшері 5 % кем, SіО2 40 % жоғары, SО3 2 %, негіздер 2 % аспайтындай және 008 нөмірлі елекпен елеген кезде 85 % өтетіндей майда ұнтақ болуы керек.
| 
|
| 2.5-сурет. Ұнтақталған түйіршектелген домналы шлак | 2.6-сурет. Тас қөмірінің электрофильтрде сүзілген күлі |
Нефелин (белитті) лайы (шлам) апатитті-нефелинді тау жыныстарды глиноземге, содаға, поташқа айналдырғанда пайда болатын өнім. Оның химиялық құрамы, %: SіО2 26...30; Аl2О3 2,2... 6,5; Fе2О3 2,1...5,5; СаО 52...59; MgO 0,2...1,8; Na2O 1...2,5; ППП 1...5,5. Нефелин лайының 40 % өлшемі 0,5 мм бөлшектерден, ал қалған басым көпшілігі өлшемі 3...10 мкм С2S-тің майда кристалдарынан тұрады. Лайдың 80 % β-С2S және оның гидраттары құрайды. Сонымен қатар оның құрамында СаСО3 және натрий мен кальцийдің суда еритін силикаттары кездеседі. Бір тонна глинозем өндіргенде 6 т нефелинді лай пайда болады. Цемент шикізат қоспадыңда нефелин лайы сазбалшық компонентін толық, ал карбонат компонентін 50 % алмастыра алады.
Клинкер алу үшін нефелин лайының құрамы глиноземді (алюминий тотығы бар) және темірлі қоспалармен реттеліп, оған ұнтақталған әктас қосылады. Процесс өте тиімді. Ылғалды әдіспен жұмыс істегендегі отынның 1кг клинкерге кететін шығыны 4600 кДж құрайды. Пештің өнімділігі әдеттегі шикізатпен жұмыс істейтін пешке қарағанда 25...30 % жоғары. Осындай технологиямен жұмыс істейтін Волховский, Пикалевский, Ачинский цемент зауыттарының жалпы қуаттылығы жылына 6,5 млн. тонна цемент өндірумен сипатталады. Бұл технология сапалы шикізат материалдарының жаңа, әдеттегіден өзгеше түрлерін іздеп табуды талап етеді.
Бұрыннан жұмыс істеп келе жатқан цемент зауыттарының карьерлеріндегі шикізат қорлары азайып, шикізаттардың сапасы төмендеп, қажетсіз және зиянды қоспалардың мөлшері жоғарылап келеді. Сол үшін цемент өндірісіне жаңа, дәстүрлі емес шикізаттардың түрлерін зерттеп іздестіру қажет.
А.А. Пашенко, Е.А. Мясниковалардың Киев политехникалық институтында жүргізген зерттеу жұмыстары базальт пен перлиттердің портландцемент клинкерін шығаруда өте тиімді шикізат екендігін көрсетті. Бүл вулкандық тау жынысы, табиғатта кең тараған, ылғалдылығы төмен, құрамында клинкерді легирлейтін ТiО2, VО2, ВаО қоспалары бар.
Базальт – кең тараған тау жынысы. Құрамында кремнезем мен басқа да тотықтардың болуына байланысты ол негіздік жыныстарға жатады. Масса есебімен алғанда базальттың құрамындағы тотықтардың проценттік мөлшері мынадай, %: SіО2 45...56; Аl2О3 14...22; Fе2О3 9...16; СаО 4...13; MgO 1,6...12; Na2O 2,2...5,6.
Базальт қосылған шикізаттардың әрекеттесу қабілеті мен күйдіргіштігі кәдімгі материалдардан тұратын шихталарға қарағанда әлдеқайда жоғары. Минералдар түзілу процесі 1350...1400 ˚C температурада аяқталады.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 404; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!