автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Физико-химические особенности получения портландцемента по энергосберегающей технологии

алма-атинскнп научно-исследовательский и

проектный институт строительных материалов

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. №_

ИМАНГУЛОВ Рафаэль Иршатовпч

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА ПО ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ

05.17.11 — Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степень папдидата технических паук

Алма-Ата — 1992

/V У

Работа выполнена на кафедре "Химическая технология вяжущих материалов" Казахского химико-технологического института

Научный руководитель: кандидат технических наук Лерка П.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, про{ессор'Куатбаев К.К.

кандидат технических наук, доцент Батырбаев Г.А.

Ведущее предприятие: Сас-Твбинский цементный завод

¿Защита состоится часов

на заседании специализированного совета (K.III.06.01) НИИстромпроекта (адрес:. W0060, Алма-Ата, ул.Лжандосова, 60)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИЙс тромп рое кта

Автореферат разослан

1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета канд. техн. наук , tffji ¿^-/СоловьеваA.C. :

ОБЕАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБиТЫ

Актуальность работы. Производство портландцемента является высокоэнергоемкой технологией. При этом доля энергетических затрат на измельчение материалов составляет около от общих энергетических расходов. Поэтому снижение расхода электроэнергии на помол сырьевых компонентов является одной из важнейших задач цементной промышленности.

Принятая за оптимальнув величину сравнительно высокая степень измельчания сырьевых материалов вызывает из-за протяженного интервала между температурами появления клинкерного расплава и разложения известняка рекристаллизации СоО и твердофазового болита. Это замедляет их растворение в образовавшемся клинкерном расплава и затормаживает синтез алита. й итоге, несмотря на повышенный расход электроэнергии на измельчание сырьевых компонентов, 1 .акцион-ная способность на завершавшем этапа синтеза клинкера снижается. Аля устранения перечисленных недостатков представляется целесообразным оптимизировать фракционный состав сырьевой смеси, в частности, известнякового компонента, составлявшего по массе ее основу. Как ожидается, это позволит: увеличить производительность сырьевой мельницы, значительно снизить расход электроэнергии на измельчение сырьевых материалов и существенно интенсифицировать процессы клинкерообразования на завершающем этапа.

Цель работы. Изучение особенностей кинетики и механизма процесса минералообразования в сырьевой смеси в зависимости от фракционного состава известнякового компонента, определение оптимального фракционного состава известнякового компонента сырьевой смеси. Исследование особенностей химического состава оссЛ>вных клинкерных минералов, микроструктуры клинкеров, а также изучение физико-механических свойств цементо?. полученных по энергосберегающей технологии на основе сырьевой смеси с известняковым компонентом оптимизированного фракционного состава.

Научная новизна работы. Комплексом исследований установлена возможность существенной интенсификации процесса минералообразования на стадии жидкофазного спекания за счет подбора оптимального фракционного состава известнякового компонента сырьевой смеси, выявлены физико-химические особенности кинетики и механизма процесса клинкерообразования в сырьевой смеси оптимизированного фрак-

ционного состава известнякового компонента. В частности, установлена последовательность образования промежуточных клинкерных минералов на стадии твердофазовых реакций, возможность синтеза белита и алита по энергетически болев выгодной схеме путем прямого взаимодействия С&0 с клинкерным расплавом.

Определен химический состав основных клинкерных минералов, выявлены особенности перераспределения примесных оксидов по основным клинкернын минералам в зависимости от рракционного состава известнякового компонента.

Установлены температурные границы появления клинкерного расплава в зависимости от фракционного состава карбонатного компонента сырьевой смеси. Изучены структурно-чувствительные свойства клинкерного расплава в смеси с оптимизированным фракционным составом известнякового компонента в сравнении со смесью классического помола.

Установлено, что использование разработанной малоэнэргоемкой технологии за счот появления особенностей в механизме синтеза ьли-та вызывает смену кодификационного состояния алита с моноклинного в ромбоэдрическое.

Практическая ценность работы. На основании проведенных промышленных испытаний получения портландцементного клинкера ив сырьевой смеси оптимизированного фракционного состава известнякового компонента установлено, что увеличение остатка на сите ß OOS до 30-50/6 в сравнении с сырьевой смесью традиционного помола (остаток на сите № 00В - 10-15?) позволяет достичь следующие телни-со-экоиомические преимущества:

- производительность сырьевой мельницы увеличивается в 3,03,5 раза ;

- расход электроэнергии на помол сырья снижается в 3,0-3,5 раза;

- влажность влама при равнозначной растекаемости снижается па 5-7)5 ;

- расход мелющих тол и бронефутеровки снижается в З-Ч раза ;

- уровень шума работы сырьевой мельницы снижается более чем в 2 раза;

- производительность вращающейся печи увеличивается на 5—Ю!С ;

- удельный расход топлива снижается на 5-10? ;

- безвозвратный пылвукос снижается на ¿0-30? ;

- улучшается гранулометрия клинкера.

• Установлены оптимальные технологические параметры новой энергосберегающей технологии.

Общий экономический эффект от реализации результатов работы на Семипалатинском цементном заводе составил ^20 тыс.руб.

На защиту выносятся. Исследование кинетики и механизма процессов минералообразования в сырьевой смеси в зависимости от фракционного состава известнякового компонента.

Результаты исследований химического состава основных клинкерных минералов и особенности микроструктуры клинкеров в зависимости от фракционного состава известнякового компонента и температуры обжига.

Теоретические предпосылки и физико-химические основы энергосберегающей технологии получения портландцементного клинкера из сырьевой смеси, содержащей известняковый компонент оптимизированного фракционного состава.

Исследование структурно-чувствительных свойств клинкерных расплавов в сырьевых смесях оптимизированного и традиционного фракционного состава известнякового компонента.

Промышленное подтверждение возможности получения портландцементного клинкера из сырьевой смеси оптимизированного помола.

Апробация работы. Основные положения выполненной диссертационной работы доложены и обсуждены на:

- X/ Всесоюзном совещании-семинаре работников 0Ж Gaбopaтo-рии) цементных заводов "Основы повышения эффективности производства и качества цемента" (Одесса, 1990 г) ;

- Всесоюзном научно-практическом совещании "Экологические проблемы переработки вторичных ресурсов в строительные'материалы и изделия" ^Чимкент, 1990 г) ;

- Республиканской научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в технологий строительных материалов" (Алма-Ата, 1990 г.) ;

- I Республиканской конференции молодых ученых и специалистов ¿/Зов Казахстана "Разработка теоретических основ и создание ресурсосберегающих технологически чистых технологий, методов и материалов (Алма-Ата, 1991 г.);

- всесоюзной кон»еренции "Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии" (Белгород, 1991 г.) ;

ч

- Всесоюзно»: научно-технической конференции "интенсивные и безотходные технологии и оборудование" Волгоград, i^l г.);

- УШ Всесоюзном научно-техническом сошцании по химии и технологии цемента (Москва, 1W1 г.) ;

- Всесовзной научно-технической конференции "Перспективные направления развития науки и технологии силикатов и тугоплавких неметаллических материалов" (Днепропетровск, г.).

Публикации. Результаты выполненных иссльдований изложены в 9 публикациях, получены 3 авторских свидетельства на изобретение, которые запрещены к публикации в открытой печати в связи с патентованием (протокол Госкомизобретений К от ib.0G.87r).

Объем работы. Диссертация состоит из впадения, литературного обзора о состоянии вопроса, экспериментальной части, включающей t раздела, выводов, списка литературы из 195 наименовании и приложений.

Работа изложена на 284 стр. машинописного текста и иллюстрирована С1» рисунками и 19 таблицами.

ОСНОВНОЕ С0ДЕШ1Ш РАБОТЫ Состояние вопроса

В работах совотоких ученых Р.М.Бутта, В.В.Тимашева, М.й,Сычева, И.Г.%гиииной, T.ß.lVy знецовой , М.Т.Власовой и др. установлено, что в цементных сирьевых смесях скорость твердофазных реакций зависит от поверхности химического взаимодействия и предопределяется количеством частиц менее 80 мкм. Однако, повышенная реакционная способность сырьевых смесей, имеющих малый остатки на сите Jf 008, в дальнейшем отрицательно сказывается на скорость минерало-образования, вызывая укрупнение кристаллов Cdû и белита.

В работе И.В.Кравченко, К. Т.'Коленовой, П.М.Димнента, А.К.Гит-термана, А.Х. Дрожжина, С.В.Тереховича и других авто[юв показана возможность получения качественного клинкера на основе сырьевой смеси укрупненного помола, характеризующегося повышенным остатком на сите ï 02 до 2-5'Ц, при сохранении остатка на сите Jf 008 в принятых пределах. При отом расход электроэнергии на помол вышеуказанных сырьевых смесей снижается незначительно. Кроме того отсутствуют теоретические представления и экспериментальные исследования возможности получения качественного клинкера из сырьевой смеси укрупненного помола по остатку на сите К 008.

ь

Характеристика сырьевых материалов и методика исследований

В качества исходных материалов для выполнения исследований использовались сырьевые смеси Чимкентского, Красноярского цементных заводов и Кантского ЦШК. для проведения исследования были приготовлены фракции известняка 0-Ь0 ; 60-200 ; 200-500 мкм. Глинистый и огарочный компоненты измельчались до традиционное тонкости помола.

Для выявления особенностей и кинетики механизма процессов клинкорообразования в сырьевых смесях классического и оптимизированного фракционных составов были использованы химический, ран-тгенофазовый, дифференциально-термический и петрографически« методы анализов, а также определение температурной зависимости электропроводности сырьевых смесеЯ.

При помощи электронно-микроскопического анализа установлены истинные химические составы твердых растворов основных клинкерных минералов, составы клинкерных расплавов в момент их появления и на завершающей стадии обжига.

Определение вязкости расплавов проводили при помоши ротационного элоктровискоэиметра ЭВИ-70 ИМ. Поверхностное натяжение расплавов изучали по методике измерения максимального давления при образовании газового пузырыса.

Физико-механические испытания, проводили в соответствии с ГОСТ 3i0.l-7o010.4-bl.

Особенности кинетики и механизма процессов м^эра-лообразования в сырьевой смеси в зависимости от фракционного состава известнякового компонента'

Аля определения оптимального фракционного состава известнякового компонента сырьевых смесей Чимкентского, Красноярского цементных заводов и Кантского ЦИ, были приготовлены смеси известняка, фракционный состав которых представлен в таблица I.

Сырьевые смеси обжигались по рокиму, соответствующему кинетике изменения температуры во вращавшейся печи. Изучение кинетики усвоения СаО свободного в зависимости от фракционного состава известнякового компонента показало, что с увеличением количества фракции известняка 00-200 мм происходит смещение максимума содержания свободной СаО в высокотемпературнуп область на 50-100°.

Таблица 1

Фракционный состав известняковых компонентов

! Фракционная характеристика известнякового компонента, % ** ! Чимкентский изв-няк! ЛантскиП известняк! красноярский изв-няк

! мкм! мкм ! мкм ! мкм ! 1 мкм ! мкм ! мкм! мкм ! мкм

1 60 10 Ь5 10 5 Ь7 10 3

2 70 2о А 70 25 5 70 27 3

3 60 36 4 СО 35 5 60 37 3

50 46 4 50 45 5 50 47 3

5 40 5ь 40 55 5 40 . 57 3

6 ¿0 66 4 30 65 5 30 ь'1 3

При этом повышение содержания в интервале 1Ю0-12Ь0°С

в сырьевых смесях с повышенным содержанием фракции извоотнмка 60-200 мкм в сравнении с сырьевыми смесями классического фракционного состава свидетельствует о замедлении скорости твердофазных реакций. 13 температурном интервале 1300-14иО°С в сырьевых смесях оптимизированного укрупненного помола происходит резкая интенсификация усьоения несвязанного оксида кальция. А при 1450°С содержание свободного оксида кальция значительно ниш, чем в смесях традиционного помола.

Таким образом, на основании полученных данных было установлено, что оптимальным фракционным составом известнякового компонента, обеспечиваюним максимальную реакционную способность сырьевой смеси, является следующий состав: 0-ЪС мкм - 40-60£ и 80-500 мкм

ад-ъо*.

С учетом вышеизложенного в сырьевых смесях оптимизированного фракционного состава в сравнении с сырьевыми смесями традиционного помола были изучены особенности кинетики и механизма процессов минералообразования.

При помощи рентгеноразового и ди(?[>еронциально-термического анализов удается установить, что использование сырьевой смеси оптимизированного помола в значительно.; степени измоняот механизм минералообразования. При этом повышенная интенсивность пиков с

и * 3,03 и 1,91 А, принадлежащих кальцит/ в области температур У00 и 1000°С> а также смещение максимума эндотермического эффекта в сторону высоких температур на 50_100°0 свидетельствует о более поздней полной декарбонизации СаС05 . Повышенная интенсивность эндотермического э,чекта разложения карбоната кальция СдТА), а также повышенная интенсивность пиков с ^ * 2,3Ь ; 1,69 X, принадлежащих йО св и пониженная интенсивность пиков о ^ " 2,67 ; 2,76 ; ¿,17 X соответствующих Сг 5 (Р«>А) свидетельствует о замедлении скорости твердофазных реакции. Исчезновение на кривых АТА пика экзотермического эффакта твердо ;азного образования белита в сырьевых смесях оптимизированного помола, который имеет место для сырьевых смесей классического помола, как показали данные рентгенограмм, связано с образованием низкоосновных легкоплавких силикатов состава С5 и С-^ , вместо части С^Б . Появление на кривой аТА при достижении 1л0°0 нового экзотермического эффекта, объясняется образованием белита в результате непосредственного взаимодействия клинкерного расплава с й*,0 . ¿то подтверждается данными рентгэноразового анализа и электропроводности сырьевой смеси в зависимости от температуры.

Анализ изменения электропроводности материала от температуры показал, что в области и выше кривая электропроводности

сырьевой смеси оптимизированного фракционного состава изменяется более круто, чем в сырьевых смесях традиционного помола, что может быть вызвано увеличением количества расплава за счет порехода в него наряду с С^Л ниэкоосновных легкоплавких силикатов.

При этом установлено, что, начиная с 1300°С значений*электропроводности сырьевых смесей, содержащих известняковый компонент оптимизированного фракционного состава, превышает значения электропроводности сырьевых смесеЯ традиционного помола на 15-30;? (по абсолютному значение). Об этом свидетельствует и результаты петрографического анализа, которыми установлено, что при 1300°С в продуктах обжига на основе сырьевой смеси с оптимизированным рракцион-ным составом известняка содержание промежуточной £азы увеличивается на 15-30;(, а содержание белита при данной температуре на ¿0-¿8* меньше.

Кромо того, с помощью петрографического анализа зафиксировано, что промежуточная ¿аза анилинов при 1300-1400°С содержит в своем составе участки близкие по своим коэффициентам к СБ и

в

Изучение особенностей процесса мине[>алообразованин при помощи рентгонофазового, термического и петрографического методов анализа позволило установить, что уволичоние в сирьсво.-. смсси содержания фракции известняка Ь0-200 мкм до изменяет механизм клинкорообразования, в частности, снимается роль твердо ¿изного образования белита, так как основные процессы образования клинкерных минералов происходят преимущественно через жидкую 1-азу.

¡3 виду того, что предлагаемая технология вляиливт никоторые особенности механизма миноралообразования, которое могут существенно повлиять на распределение элементов по клинкерном минералам особенно с момента появления расплава, т.к. наряду с С5Л и С^ЛР в расплав переходят низкоосновниз силикаты. Поэтому с целью определения химического состава основных клинкерных минералов и распределения по ним примесных элементов, а также определения валового химического состава клинкерного расплава с комента его появления и до завершения процесса клинкерообразования в сир'ьовлх смесях оптимизированного и классического помола нами был проведен электронно-зондовый анализ. На основании получениях результатов были выведены формулы твердых растворов основных клинкерных минералов в зависимости от температуры обжига в общепринятой оксидной форме:

Проба из сырьевой смеси Чимкентского цементного завода классического фракционного состава, обожженная при 1300°С;

Алит: Э.1В25 <Ь0- 0.0552 0.0157^0, 0,013Ь Дг0й

0,00» Ж40 0,0046 «г0 0,0044 Рг05 0,0023 БС^ 0,0015&,03 0.0021^,

Белит: 2,2Ь СаО^О, 0,0561 0,030 Ре^ 'о.ОШЛаО* 0,0154 503 0,0073 Тс04 0,0071 0,0033 КгО

Промежуточная фаза: 7,79 СаО 1,259 $¿0^ 0,651 М^ Ге, 0Ъ 0,2333ЛоО 0,0243 М)4 О 0,0522 Тс0, 0,0214 50, 0,0077 «гО 0,0036 Ра05; '

Обожженная при ¿450°С;

Алит: 3,2011 СоО- Ь^О., 0,0551^° 0,0154 Мл 0,0135 М^ 0,0004 Маг0 0,0037 *г0 0,0014 Рг05 0,0015 5^ 0,0017^0, 0,ООЛ1\Ог;

Белит: 2,24ЫСЬО- 0,0218 0,0217 0,0135 ЛоО 0,015 Ж4ОО.ООЬ9 Кг0 0,0033 Рг05 0,006^ '«^ 0,0020 Сгг03 0,С01ьТ(.0г;

Промежуточная {¡аза: 6,12ц СаО 0,59о2 Гвг03

0,0602 Ма° 0,0701 0,01УбКг0 0,0025 Рг05 0,0052 504

0,0094 с!г03 0,0543п0г

Проби из сирызьоп смеси Чимкентского цементного завода оптимизированного (.ракционного состаьа

Обожженная при 1300°0;

Алит: 3,1ьио Са0'5<.0г и,059о»у 0,0103 ЯгО}

0,005^0 одОЗь КгО 0,0021 0,0036 5^ 0,0018 С,г03 0,0022

¿.¡лит: ¿,05 СоО' Ь,Ог 0,0218 0.015В Ре^ 0.0111^0

О.ООЗЬ ^ 0,0041 "ПО, 0,0073 Ж^О 0,0045 Кг0-

Пром.-жуточная ¿.аза: о,¿6 Со.0 1,439 1,18 ЛЕД-рег0ь

0,5505 0,0550'/«¿О 0,064с ТЮг 0.0319 Ь^ 0,0112 К^О 0,0046

Обожженная При 14504!;

Алит: 3,¿406 0,0562 ^о 0,0161 ГеД 0,013¿ Л?г0&

0,000с <40 0,0036 Кг0 0,0028 Рг05 0.0029 ЭО^ 0,0023 Сп£Оъ 0,0021 Т\.0г;

Болит: 2,^584 0x0 0,0г 0,0223 0.0219 0,0159 ИаО

0,0134^0 0,0048 ХгО 0,0037 Р20} 0,0015^0, 0,0014 Т(.0г;

Промежуточная ^аза: 5,^203 Со0 0.6133 Эо0г 1.1824 0,0681 Ма О 0,0732 Увг0 0,0198 К^О 0,0057 Рг05 0,0124 5о3 ' 0,0036 С^Оз 0,0545 ТЮг

Проба из сырьевой смеси Кантского цементно-ши;юрного комбината классического фракционного состава

Обожженная при 1300°С:

Алит:-3,1922 СоО-б^г 0,0295 0,0133 0,0589МчО

0,0054 Л^О 0.0034 Н40 0,0019 Рг05 0,0041 5^ 0,0042 Ск^ 4

0,оиЗг:'П.0г)

Ьелит: с,47<;4 0а0 ' 0,034£ 0,0191 Рег0, 0,0080 МаО

0,0071 Л/аг° 0,0033 Кг0 и.оо.у Рг05 0,0168 0,0032 СцО, 0,0059 ТсОг;

Промежуточная ,:аза: 7,8524 1,5466 3; О, 1, 1Ь54 Мг03 • НгО, 0,2711 М^о о,029о Маг0 0,0075 *г0 0,0032 0,0285 50, 0,0104 С\г0з 0.0532 ТЮ1 ,

Обожженная при 1450°С:

Алит: 3,2240 5иОг 0,0286 Лг0} 0,0126 Ррг03 0,0594 М|0 0,0050 ЛЬ.О. 0.0031 М 0,0017 О.ООЗГ ^ 0.004б С^ 0.0030

Белит: 2,314 0,0254 0,0138 Ре»0.0221 0.0025

Мг0 0,0018 Нь0 0,0041 5 0.0113 ^ 0.0018 <Яг0, 0.0021 710^;

Промежуточная {.аза: 6,5285 Со.0 0,5518 ЗД 1,4241 Мг05• Рег

0.7756^0 0,02с8 Л^О 0,0042 кг0 0,0042 Р^ 0,0082 0,0064 ЗД 0,0ч I ТЮг.

ПроЗа из слрьоиЛ омоси Кантского цсмонтно-ши ¡орного комбината оптиглзироианного фракционного состава.

Оборонного при 1300°С:

А.тит: 3,16*9 СаО-^О, 0,0295 0,0112 ^ 0,0586 А(?0

0,0051 0,002В Кг0 0,0017 Рг0, 0,0040^ 0,0048 С,г04 0,0015^0,;

Белит: 2,1437 СоО ^О, 0 ,02С^ ЛЕг03 0,0172 0,00'Л

0,0062 О.ОСЭЗ Нг0 0,0026 Р30& 0 ,0083 50, О.ООЭгС,^ 0,0041 Т10г;

Промежуточная фаза: 7,2528 СаО 1,7569 540,, 1,3209 .ЯД-РеД 0,4482 «чО 0,0386 /1/о40 0,0112 1^0 0,0042 Рг05 0,101 У ЭО, 0,01с4 С,,о,

0,0С04Т1Ог,

Оболганная при 1450°0:

Алит: 3,^-81 СоО'5;Ог О.ОШ-^гО, 0,0108 0,0596 Л^О

0,0046^0 0,0015 Кг0 0,0016 Рг04 0,0034 60, 0,005с С,г03 0,0012Т;.С1г;

Болит: 2,3264 0а0- 6;0г 0.0206 Мг0л 0,01с4 1^0, О.ОШМаО 0,0022^0 0,0018 Кг0 0,0030 Рг05 0,0116 60, 0,0015 0,0018T¿Q;

Промежуточная 'аза: 6,5254 СЬО 0,5/¿5 1,4673 Лг0л ■ 0,74^5 МаО 0,0-^9 /И^О 0,0048 ИяО 0,0049 ^ 0,0167 60, 0,01с4 0ггС, 0.С446 "ПС,

Из анализа приставленных данных адодует, что при 130и°0 в клинкерных минералах проб на основе сырьево'.', смеси оптимизированного фракционного состава известнякового компонента наблядаится пере распределение как примесных, так и основных оксидов. При этом болитовая ¿.аза является менее поресыцанноГ' по отношение к и

имеет более низкое содержание примесных оксидов, что согласно закона сокристаллизации раз и примесей прь-Хб'предоляе? синтез минералов через клиикерный расплав, по которому :;ри выкристаллизаиии .¡"азы из расплава содержание примесшх оксидов в выкристаллизуемых фазах резко снижается. Промежуточная фаза, за{>иксированная при 1300°С в пробах из сырьевой смеси с оптимизированном фракционным составом известнякового компонента отличается повышенным содержанием кислых оксидов, в особенности $10г . /величекне в пгю.-елуточной фазе количества оксида кремния связано с более полым переходом $1,0г в клинкерный расплав в виде легкоплавких низкоссновннх силикатов С 5 и С^ .

Изучение состава клинкерных £аз при 1400 и 1450°0 показывает, что основность белита и промежуточной разы в исследуемых пробах

выравнивается за счет интенсификации ди|Фузионных процессов в результате усвоения расплавом свободно»! извести и выкристаллизации

и . Хоти содержание примесных оксидов в белите в пробах классического помола по-прежнему характеризуется повышенными значениями.

Кроме того, данные электронно-зондового анализа свидетельствуют о том, что в пробах на основе сырьевой смеси оптимизированного помола оксид магния перораспрьделяется из промежуточной фазы' в алитовую. Это м. адт положительно повлиять на активность клинкеров, т.к. до миникума снижается вероятность образования периклаза, который по классической технологии концентрируется, главным образом, и промежуточной фазе.

Установленный истинный химический состав расплавов при помощи электронно-зондового анализа позволил изучить структурно-чувствительней свойства расплавов. Анализ политерм вязкости расплавов сырьевых смесей оптимизированного и классичэского фракционных составов показал, что при равнозначной вязкости температура расплава сирьовой смеси оптимизированного помола снижается на 40°.

Изучение изменения поверхностного натяжения также свидетельствует о нобольиом снижении значений 6" в расплавах, принадлежащих сырьевым смесям оптимизированного вракционного состава.

Производственные испытания

Промышленные испытания получения портландцемента из сырьевой снеси, содержащем известняковый компонент оптимизированного фракционного состава проводились на Красноярском и Семипалатинском цементных заводах. Помол известнякового компонента проводился в реконструируемых сырьевых мельницах размером 2,6x13 м и 3,2x15 м. При этом наблюдалось повышение растекаемости и снижение влажности известнякового шлама. При равнозначной растекаемости с известняковым шламом традиционного помола влажность о увеличением остатка на сито У 00е до снизилась на 5-7?.

Обжиг экспериментального сырьевого шлама протекал стабильно, с некоторым улучшением состояния обмазки, которая контролировалась по температуре корпуса печи. Клинкера получались более плотные, однако, снижение раэмолоспособности клинкеров отмечено но было.

Физико-механические испытания цементов на основе экспериментальных клинкеров показали, что прочность их нэ уступает прочности

цементов на основе сырьевого шлама традиционного помола и соответствует маркам ЬОО и 550. высокая гидравлическая активность полученных цементов, которая, как показали исследования, достигается за счет изменения моди?икационного состояния алита. Так, если в клинкере на основе сырьевой смеси оптимизированного ;ракционного состава известнякового компонента алит ¡иксируется преимущественно в высокотемпературной ромбоэдрической модификации, то использование сырьевой смеси традиционного помола стабилизирует алит в низкотемпературной моноклинной модификации, которая является менее гидравлически активной по сравнению с высокотемпературной ромбоэдрической модификацией алита.

С целью подтверждения результатов лябораторных исследований по длинз печи У I, размером 4,0x3,6x118 м были отобраны щюбн, которые подверглись комплексу ¡.изико-мохаиических иссл'--дований.

Результаты анализов полностью согласуются с данными лабораторных исследований, в частности, подтверждается, что на стадии твердо¡азного синтеза вместо части образуются низкоосновшю

силикатч состава СЬ и С5$ , которое с повышением температуры наряду с и СЧЛР переходят в расплав и способствуют увеличе-

нию его количества и, как следствие, интенсификации усвоения оксида кальция.

С поможью петрографического анализа удалось установить, что существенным образом изменяется структура клинкеров, полученных из сырьевой смеси, содержащей известняковой компонент оптимизированного фракционного состава. Алит характеризуется более чотко!. кристаллизаииеи, чем алит клинкеров из сырьевой смеси классического помола. По рорме алит представлен в виде крупных кристаллов с четко о{ормленними углами.

Более совершенная кристаллизация алита, по нашему мнению, объясняется образованием алита в.более широком температурном интервале через расплав, который образуется при пониженной температуре.

Промышленные испытания позволили установить следующие тохнико-экономичоскиз показатели: производительность сирьсвих мельниц увеличивается в 3-3,5 раза ; удельный расход электроэнергии сни*ается в 3-3,5 раза ; влажность шлама при равнозначной расгекаемоети снижается на Ь-1% ; удельный расход топлива при обжиге клинкера снижается на 5-10# ; производительность печи увеличивается на 5-102 ; пылевынос из печи уменьшается на 12-30#.

OBCJIE diWOALl

1. Разработана малоэнергоемкая тахнология получения портландцемента на основа оптимизированного ¡'ракционного состава известнякового компонента сырьевой смеси при следующем соотношении фракции: фракция 0-60 мкм - 30-701?; фракция 60-500 мкм - 30-702.

При этом установлено, что при обжиге данных сырьевых смесей на стадии твердофазных реакций происходит замедление процессов ми-норалообразования, в результате чзго максимум содержания СаО свободной смекается ф а.^сокотемпературную область на 50-100 . А на стадии жидко разного спекания в температурном интервале от 1300 до 1450 С скорость усвоения СаО резко интенсифицируется, что позволяет на завершающем этапа обжига повысить реакционную способность сырьевой смеси (.о чем свидетельствует пониженное содорканиэ CqQ св).

2. Ни основа результатов РяА и д,ТА установлено, что использование сырьевой смеси оптимизированного фракционного состава известнякового компонента в значительной степени изменяет механизм минералообразования, в частности, повышенная интенсивность эндотермического уф.екта в области ЬС0-1000°С и смещение его максимума и сторону высоких температур на 50-70°С свидетельствует о замедлении твердофазных реакции. Исчезновение пика экзотермического Эф1«кта твердо;азного образования Сг5 в сырьевых смесях оптимизированного помола, которпй наблюдается у сырьевых смесей классического помола, как показали данное рентгенофазового анализа, связано с образованием вместо части CtS низкоосновных легкоплавких силикатов, состава CS и CjS^. Появления при 1^60°С экзотермического з^Ьекта образования болита связано с интенсивным возникновением белита а результата взаимодействия клинкерного расплава с CqO, А появление эндотермического эффекта в области 1^90—1400°С связано с интенсивным растворением СаО в клинкерном расплаве.

3. Изучение изменения электропроводности материала от темпе-рятури обжига показало, что а области 1000-1250°о в сырьевых смесях оптимизированного Фракционного состава известнякового компонента линия электропроводности начинает отклоняться от нуля ка 10-50° ниже, что свидетельствует о замедлек > процессов минералообразования. Однако, при 1^50°С кривая электропроводности изменяется более круто, что может бить вызвано увеличением количества расплава за счэт перехода в него наряду с CjJl и C^Af низкоосновных легкоплавких силикатов. При 1300°С и выше значения электропро-

водности сырьевых смесей оптимизированного фракционного состава превышают значения электропроводности сырьевых смесей традиционного помола на 15-30? (по абсолютному значению).

Установлено, что при 1300°и в продуктах обжига на осново сырьевой смоси классического помола содержание болита уменьшается на ¿0-34;;, а содержание промежуточной ¡.азы увеличивается на 15-35£, что может свидетельствовать об увеличении количества расплава. Промежуточная ;>аза в образцах, обожженная при 1300 и 1^00°С из сырьевой смеси оптимизированного фракционного состава известнякового компонента отличаотся присутствием в не>', кроме CtJ и С,JF , ■ ниэкоосновних силикатов кальция типа CS и Cj^ . При этом болит отличается пониженной интенсивностью желтой интерференционной окраски, что мокот быть связано с процессом ра[инирсвания при образовании не путем твердофазных реакций, а синтеза через расплав.

5. Исследованиями с помощью эликтронно-зондового анализа установлено, что основные клинкерные минералы алит и белит при использовании предлагаемой технологии характеризуется пониженной основностью и понизанным содержанием примесных элементов, а про-мекуточная фаза отличается повышенным содержанием иримесных элементов.

Исключением является содержание М^О , присутствие которого в алите увеличивается, а в промежуточной [>азе уменьшается. <"*ан-ноо перераспределение оксида магния предполагает возможность снижения в клинкере содержания периклаза в виде самостоятельной фазы.

Исследованиями вязкости и поверхностного натяжения установлено, что повышение реакционной способности сырьевой смеси оптимизированного помола обеспечивается не только за счет увеличения количества расплава, но и улучшения его поверхностно-чувствительных свойств.

7. Установлено, что в клинкерах на основе сирьевой смеси оптимизированного фракционного состава известнякового компонента алит кристаллизуется преимущественно в ромбоэдрической высокотемпоратур-ноЯ модификации, что может способствовать увеличении активности клинкеров. Подтверждением являются результаты физико-механических испытаний цементов, которые показали, что цементы, полученные на оенрве сырьевой смеси оптимизированного помола, обладал высокими прочностными показателями.

8, Лабораторными исследованиями установлены оптимальные технологические параметры работы трубим сырьевых мельниц: отношение

длины порвой шаровой камеры ко второй цильпебсной от 2:1 до 4:1^ средневзвешенный диаметр паров в паровой камере от 82 до 65 мм, коэффициент заполнения мелпщими телами для первой камеры - 0,300,33 ; для второй каморы - 0,29-0,30.

У. Производственными испытаниями установлено, что при использовании сырьевоЛ смоси оптимизированного фракционного состава известнякового компонента производительность сырьевой мельницы увеличивается и 3-3,! раза, расход электроэнергии (а также мелкщих тел и броне футеровки при помоле сырья) снижается в 3-3,5 раза, влажность шлама при равнозначной растекаомости снижается на 5-7?, уровень шума работы сырьевой мельницы снижается в 2-3 раза, удельный расход топлива при обжиге клинкера снижается на 5-10Í, производительность печи увеличивается на 5-105!, пылевынос из печи ' уменьшается на 12-30'£.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Лерке П.П., Имангулов Р.И. Получение клинкеров повышенного качества путем оптимизации гранулометрического состава сырьевой смеси// Тез.докл. ХУ Всесоюзн. совощ.-сем.работн. 0TK (лабораторий) цвм заводов "Основы повышения эффективности производства и качества цомонта" - М., 1990.- 0.94.

2. Лерке Г1.П., Имангулов Р.И. Снижение пылевиноса из печи - главная экологическая задача цементной промышленности./Сб. научных трудов "Проблемы промышленной экологии".- Чимкент, 1990.- С.41-43.

3. Лерке П.П., Имангулов Р.И. Оптимизация производства портландцемента на основе иэвестняково-фос^орношлаковой сырьевой омэси //То з. докл.rice сою зн. науч.-практ.совец. "Экологические проблемы переработки вторичных ресурсов в строительные материалы и изделия".- Чимкент, 19^0.- Ч.1.- С.18-20.

4. Лерке П.П., Имангулов Р.И. Малоэнергоемкая технология портландцемента//^, докл. Респ.науч.-техн.конф."Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов",- Алма-Ата, 1990.- С.91.

5. Имангулов Р.И., Лерке П.П. Физико-химич^.¿ий анализ особенностей процесса клинкэрообразования в сырьевых смесях оптимизированного помола.//Тез.докл. I Респ.конф.молодых ученых и спец. йУЗо в Казахстана "Разработка теоретических основ и создание

ресурсосберегающих экологически чистых технологий, методов и материалов".- Алма-Ата. 1990.- С.77.

6. Лерке. П.П., Имангулов Р.К. Исследование кинетики процессов клинкорообразования в зависимости от фракционного состава известнякового компонента по результатам термического анализа// Тез.докл.¿сесовзн.конр. "¿изико-химическио проблемы материаловедения и новые технологии".- Белград, 1УУ1.- С.44-45,

• 7. Лерке П.П., Имангулов Р.И. Физико-химические особенности новой малоэпергоемкой технологии получения портландцемента// Тез. докл. У1и ¿сесоюзн.научн.-те'хн.совет. по химии и технологии цементов.- М., 1991.- С.294-2Л.

В. Лорке П.П., Имангулов Р.И. Решение экологических проблем при использовании фосфорного шлака в качестве Сырьевого компонента в производстве портландцемента// Тез.докл.осесогзн.научн.-техн.конф. "Интенсивные и безотходна технологии и оборудование" - 1$олгоград, 1*91,- С.167-168.

У. Лорке П.П., Имангулов Р.И. Особенности производства портландцемента по малоэнергоемкой технологии.// Тез.докл. 1кесоюзн.научн.-техн.конф. "Перспективные направления развития науки и технологии силикатов и тугоплавких неметаллических материалов",- Днепропетровск, 1991.- С.114.

10. Положительное ровонио по заявко 4699810/33 от 02.06.69г. Способ получения портландцементного клинкера/ П.П.Лорке, А.П.Лорке, Р.И,Имангулов.

11. Положительное решение по заявке 4749042/33 от 16.10.69г. Способ получения портландцементного клинкера / П.П.Лорке, Р.И. Имангулов, И.С.БезсмортниЙ , Г.Г.Федеррау, Э.А.Бернвальд.

12. Положительное решение по заявке 4900351/33 от 09.01.91г. Способ измельчения сырьевых материалов/ П.П.Лорке, Р.И.Имангулов.