Термоактивация комплексных минеральных добавок для производства многокомпонентных цементов

• Автор: Бахарев, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Состояние вопроса
1.1 Многокомпонентные цементы
1.2 Обзор стандартов на цементы и добавки
1.3 Минеральные добавки
1.4 Методы активации минеральных добавок
1.5 Гидратация многокомпонентных цементов
1.6 Использование фосфогипса при производстве цемента
2. Экспериментальная часть
2.1 Материалы и методы исследований
2.1.1. Клинкер
2.1.2. Опока
2.1.3. Фосфогипс
2.1.4. Цементы
2.1.5. Методы исследований
2.2. Разработка оптимального режима дегидратации опоки и
фосфогипса :цг. г.-; : :
2.3. Исследование влияния активированной добавки на
прочность цемента ч"Г'" *<
2.4. Исследование влияния свойств фосфогипса из отвалов Балаковского химического комбината и разновидностей
опок на прочность цемента
2.5 Исследование процесса гидратации портландцемента с
активированной добавкой
2.6 Механизм активирующего действия термообработанной
добавки опоки и фосфогипса
2.7 Технологическая схема производства термоактивированной
добавки
2 7.1. Технологическая схема получения термоактивированной
добавки с использованием печей и другого оборудования первого производства
2.7.2. Установка для получения добавки активной минеральной
- регулятора сроков схватывания
2.7.2.1. Состав установки
2.7.2.2. Система подачи сырья
2.7.2.3. Система подачи воздуха
2.7.2.4. Система газоснабжения
2.7.2.5. Технологическая схема и принцип действия
Выводы
Список литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Многокомпонентный цементы, содержащие в своем составе активные минеральные добавки,давно уже заслужили признание в качестве альтернативы чистоклинкерному, главным образом из-за своей значительно меньшей энергоемкости, но также в связи с определенными преимуществами в свойствах, делающими их в ряде случаев незаменимыми.
В Советском Союзе многокомпонентные цементы (МЦ), были преобладающими в выпуске, а средний по Союзу ввод добавок достигал 20-22%. Большой вклад в исследование АМД внесли российские и зарубежные ученые П.П. Будников, Ю.М.Бутт, И.В.Кравченко, Т.В.Кузнецова, П.А.Ребиндер, С.М.Рояк, В.И.Сатарин,
З.Б.Энтин, Б.Э.Юдович, П.Петолоцци, Р.Серсале, Х.Г.Смольчик, К.Такемото, Х.Ф.У.Тейлор и др, что сделало возможным распространение МЦ во всем мире и значительное расширение ассортимента АМД.
Однако в 90-тые годы выпуск цементов, содержащих АМД,значительно снизился, а доля бездобавочных цементов возрасла. В большой степени это связано с распадом СССР, когда большая часть металлургических заводов осталась на Украине, что привело к значительному сокращению ресурсов гранулированных доменных шлаков. Второй причиной явилось удорожание перевозок, из-за чего себестоимость АМД на многих заводах почти сравнялась с себестоимостью клинкера.
Второй сырьевой проблемой цементной промышленности является дефицит и высокая стоимость природного гипсового камня.
Многие заводы Поволжья, а также предприятия европейской части России располагают такой высокоактивной добавкойкак опока. Имеются также немалые ресурсы многотоннажных промышленных отходов фосфогипса, который вполне в состоянии заменить природный гипсовый камень.
К сожалению,оба упомянутых материала имеют существенные недостатки, снижающие эффективность их использования или даже делающие его невозможным. Опока повышает водопотребность цемента и бетона, что в ряде случаев недопустимо, ухудшает морозостойкость и воздухостойкость бетона. Фосфогипс, представляющий из себя пастообразный материал с влажностью 12-20%,в летнее время еще может применяться, хотя и возникают трудности с дозированием, замазыванием течек и транспортных устройств. Зимой из-за сильной смерзаемости этот материал делается совершенно нетехнологичным. Вторым существенным недостатком фосфогипса является предполагаемое непостоянство химсостава, раство-

римости по БОз и в связи с этим нестабильность свойств цемента получаемого с его использованием. Известно, что качество обводненных трудноперерабатывае-мых материалов можно значительно повысить термообработкой. Тот же способ позволяет активировать и природные АМД. Однако пределы и режимы оптимальной термообработки исследованы пока недостаточно. Тем более слабо изучена возможность совместной термоактивации АМД осадочного происхождения и фосфо-гипса.
Исследование возможности совместной термоактивации опоки и фосфо-гипса и получения на этой основе принципиально новой добавки, сочетающей в себе свойства АМД и регулятора схватывания,представляли цель и задачу настоящей работы. Такая добавка особенно актуальна для ОАО «Вольскцемент», который располагает собственным месторождением опоки и может использовать фосфогипс из отвалов Балаковского химкомбината, расположенного в 32 км от предприятия. Однако полученные результаты носят общий характер и могут быть использованы и другими предприятиями.
В работе исследованы как сами упомянутые выше материалы, так и МЦ, полученные на их основе. Положительные результаты выполненных исследований позволили научно обосновать возможность использования термоактивированной смеси опоки и фосфогипса по разработанной технологии и показать экономическую целесообразность ее перед существующей технологией.
Актуальность работы. Получение на основе местного сырья новой АМД, имеющей существенные преимущества перед используемой, и позволяющей повысить качество цемента;уже само представляет актуальную задачу. Однако в данном случае одновременно вносится определенный вклад в проблему инженерной технологии, поскольку совместная термоактивация опоки и фосфогипса и применение комплексной добавки в технологии цемента позволяет утилизировать промышленные отходы взамен природного сырья. Все это и определяет актуальность работы.
Научная новизна работы. Исследован процесс термоактивации опоки и фосфогипса. Показано, что максимальный эффект термоактивации достигается при сохранении в опоке части гидратной воды,что препятствует пассивации поверхности частиц опоки. Исследованы пределы колебаний растворимости по БОз и содержания в фосфогипсе вредных примесей фосфатов и фторидов, влияние на эти факторы сроков хранения фосфогипса в отвалах. Эти колебания являются источником нестабильности свойств цемента при использовании фосфогипса в качестве регулятора схватывания. Показано,что при совместной термоактивации инги-

Необходимо отметить, что на карьере опоки завода “Большевик”, в зависимости от условий образования, пласты опоки различаются между собой как по химическому составу так и по физическим характеристикам. По структуре опоч-ного камня, его окраске и химическому составу, Вольскую опоку можно разделить на пять видов.
1. Сыпучая, светло-коричневая. Преобладает среди других видов. Легко разминается в куске. Представляет около 70% всех залежей.
2. Белая. Более плотная, кремневидная, пластообразная порода. В общей массе около 5%.
3. Желтая. По структуре аналогична белой, разница только в окраске. Составляет около 10% от всех запасов опоки.
4. Полосатая. Промежуточный слой между белой и желтой опоками. Имеет песчанистые включения. В месторождении опоки содержится около 5%.
5. Черная. Плотная масса пластинчатого строения. Нижний слой опочного месторождения. Содержится около 10%.
Все вышеуказанные разновидности опоки при термообработке теряют окраску и приобретают светлокоричневый цвет.
Результаты химического анализа всех видов опок сведены в табл. 2.1.3.
Из таблицы видно, что опоки не имеют существенных различий по химическому составу.
2.1.3. Фосфогипс.
Исследования проводились с использованием фосфогипса, отхода производства экстракционной фосфорной кислоты химического комбината г.Балаково. Химический анализ использованной в работе пробы фосфогипса приведен в табл
2.1.4.
Фосфогипс в основном состоит из сернокислого кальция,в качестве примесей содержится Р205 - около1,5% и незначительное количество фтора - 0,08%. Реакция кислотная, рН=3,7. Дифференциально- термический анализ (рис.2.1.3.) показал наличие двух эндоэффектов при 14(?С и 200С, экзоэффекта при ЗЗоЪ и незначительных эндоэффектов при 720, 830, 940. Эндоэффекты при 14оЬ и 200Ъ

связаны с дегидратацией фосфогипса , экзоэффект при ЗЗОС свидетельствует об инверсии ангидрита. Рентгенографический анализ ( рис.2.1.4.) показал наличие в фосфогипсе двуводного сульфата кальция CaS04 * 2Н20 (d=7,5; 4,25; 3,81; 3,07;