Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: VI Международной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (Россия, г. Новосибирск, 16 января 2012 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Химическая техника и технология

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции, Сборник статей конференции часть II

Библиографическое описание:
Черняк Л.П., Миронюк А.В., Дорогань Н.А. ОСОБЕННОСТИ КОАГУЛЯЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ ШЛАМА БЕЛОГО ЦЕМЕНТА // Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по матер. VI междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: СибАК, 2012.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов
Статья опубликована в рамках:
 
Выходные данные сборника:

 

ОСОБЕННОСТИ КОАГУЛЯЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ ШЛАМА БЕЛОГО ЦЕМЕНТА

Черняк Лев Павлович

д-р техн. наук, профессор НТУУ «КПИ», г. Киев

E-mail:

Миронюк Алексей Владимирович

канд. техн. наук, ассистент НТУУ «КПИ», г. Киев

E-mail:

" rel="nofollow" title="

">

Дорогань Наталия Александровна

аспирант НТУУ «КПИ», г. Киев

E-mail:

 

Химическая технология белого цемента имеет ряд отличительных особенностей, включающих ограничения по химическому составу сырья, операции по отбеливанию клинкера, введение специальных добавок и увеличение тонины помола [1, 2]. Использование при этом мокрого и комбинированного способов производства позволяют достичь высокой степени гомогенизации сырьевой смеси в процессе подготовки шлама, анализ структурно-механических и реологических свойств которого, предпринятый в данной работе, важен для оптимизации технологических параметров.

Выбор и характеристика сырья

В соответствие с требованиями химической технологии производства белого цемента по минимизации содержания в исходном сырье красящих оксидов в данной работе использовали как карбонатный компонент обогащенный новгород-северский мел, как глиноземсодержащий компонент обогащенный каолин КС-1, кварцевый песок.

Новгород-Северское месторождение мела с запасами 242 млн. т. является одним из наибольших в Европе. На базе месторождения работает ЗАО "Новгород-Северский завод строительных материалов", который специализируется на добыче и производстве обогащенного тонкодисперсного мела (ГОСТ 12085-88).

Мел, основным породообразующим минералом которого является кальцит CaCO3, отличается высокими показателями белизны и дисперсности (табл. 1).

 

Таблица 1.Физико-химические показатели мела


Марка

CaCO3+ MgCO3 в перерасчете на CaCO3, %

Массовая доля веществ не раство-римых в HCL

Fe2O3, %

Влаж-ность %

Массовая доля песка, %

Белизна, %

Остаток на сите

№ 0,2

№ 0,14

№ 0,045


ММС 1

98,2

1,3

0,15

0,2

0,01

85

-

-

0,2

 

Содержание основного породообразующего минерала каолинита Al2O3•2SiO2 •2H2O в первичных каолинах Украины составляет 55-60 мас. %, а после обогащения возрастает до 90 мас. % (табл. 2).

 

Таблица 2. Физико-химические показатели каолина (ГОСТ 21286 – 82)

Показатели

Каолин КС-1

Fe2O3, не более, мас.%

1,0

Al2O3, не менее, мас.%

35

TiO2, не более, мас.%

1,2

CaO, не более, мас.%

0,9

(Fe2O3+TiO2), не более, мас.%

2,0

pH

7,5-9,5

Остаток на сетке 0063, мас.%, не более

0,6

Прочность на изгиб после сушки, МПа, не менее

не норм.

Влажность, мас.%, не более

22,0

 

Кварцевый песок месторождений Харьковской обл. после добычи, измельчения и обогащения содержит малые примеси оксидов железа и глины.

Расчет состава сырьевой смеси АМ5 для получения клинкера белого цемента был проведен на основе анализа химического состава проб компонентов при заданных значениях коэффициента насыщения КН=0,87 и силикатного модуля n=3,4 (табл. 3, 4).

 

Таблица 3. Химический состав сырьевых материалов, (мас. %)


Компоненты


SiO2


Al2O3


Fe2O3


CaO


MgO


SO3


П.п.п


Сумма


Мел


0,01


1,3


0,15


55,0


0,34


-


43,2


100,0


Каолин


47,20


36,22


0,32


0,31


0,22


0,24


13,0


97,51


Песок

кварцевый


97,93


1,56


0,45


0,04


-


-


0,02


100,0

 

Рассчитанный таким образом состав сырьевой смеси содержит, мас. %: мел ММС-1 80,1, каолин КС-1 8,5, песок кварцевый 11,4.

 

Таблица 4. Химический состав сырьевой смеси и клинкера, (мас. %)


Компоненты


SiO2


Al2O3


Fe2O3


CaO


MgO


SO3


П.п.п


Сумма


Мел – 80,1


0,01


1,04


0,12


44,06


0,27


-


34,60


80,10


Каолин –8,5


4,01


3,08


0,03


0,03


0,03


0,02


1,11


8,50


Песок – 11,4


11,16


0,18


0,05


0,004


-


-


0,002


11,40


Сырьевая смесь


15,30


4,35


0,22


44,10


0,30


0,02


35,71


100,0


Клинкер


23,80


6,77


0,34


68,60


0,46


0,03


-


100,0

Полученные исходя из расчетного состава клинкера значения коэффициента насыщения KH=0,86, силикатного n=3,35 и глиноземного p=19,91 модулей отвечают характеристикам белого цемента.

Принятый в работе для сравнения шлам сырьевой смеси Np для получения портландцемента типа ПЦ-1 характеризуется типовым составом, мас. %: известняк 80,0, глина полиминеральная 20,0.

 

Анализ структурно-механических и реологических характеристик цементного шлама

Главной задачей структурно-механического анализа является определение параметров коагуляционной структуры минеральных дисперсий, в данной работе - цементного шлама [3-5]. С этой целью на приборе Вейлера-Ребиндера снимали кривые течения при различных нагрузках, а затем по графической зависимости быстрой и медленной эластических, а также скорости пластической деформаций от нагрузки рассчитывали характеристики и определяли структурно-механический тип системы.

Показатели реологических свойств шлама определяли с использованием ротационного вискозиметра “Reotest-2”. При этом эффективную вязкость системы измеряли в диапазоне градиента скорости сдвига 3 – 1310 с-1 при 20 0С.

Реологические характеристики шлама определялись на основе анализа графических зависимостей эффективной вязкости и скорости сдвига от напряжения сдвига.

Исследование деформационных процессов водных дисперсных систем показало (табл. 3, 4), что по характеру развития деформаций - быстрой эластической ε0, медленной эластической ε2и пластической ε1’τ пробы шлама относятся к IV-му структурно-механическому типу, когда ε1’τ > ε0’ > ε2.

 

Таблица 5. Структурно-механические характеристики  проб цементного шлама

 

Код

Пробы (влажность, мас. %)

Модуль быстрой эластической деформации

Е1∙10-4,

Па

Модуль медленной эластической деформации Е2∙10-4, Па

условный статический предел текучести

Pk1, Па

Наибольшая пластическая вязкость

η1∙10-2, Па∙с

эластичность λ

Статическая пластичность

∙102 с-1

период истинной релаксации θ1, с

Условный модуль деформации Eε10-3,

ерг/см3

Np

(37,6)

32,6

125,4

1,40

28,5

0,21

4,91

110,6

2,57

АМ5

(37,4)

63,4

218,1

7,67

120,6

0,23

6,36

245,5

9,66

 

Вместе с тем имеет место существенное различие в количественных значениях и соотношении указанных разновидностей деформации. Так шлам белого цемента АМ5 отличается от шлама Np меньшим развитием ε0і ε2, ε1’τ, которые составляют 0,32∙108, 0,09∙108, 1,66∙108 против соответственно 0,61∙108, 0,16∙108, 7,02∙108.

Следовательно в шламе АМ5 по сравнению с Np при замене полиминеральной монтмориллонитсодержащей глины на смесь каолина и кварцевого песка уменьшается число наиболее прочных контактов частиц типа угол-угол, угол-ребро, ребро-ребро, характерных для развития ε0, а также типа плоскость-угол, плоскость-ребро, плоскость-плоскость, характерных для развития ε2.

Преобладающее развитие пластических деформаций ε1’τ указывает на неустойчивость и хорошую текучесть проб шлама. При этом устойчивость, определяемая коэффициентом Ку=ε0’ / C (где С – концентрация дисперсной фазы), в случае шлама АМ5 существенно больше – 0,25 против 0,12.

Независимо от указанных особенностей в количестве и соотношении разновидностей деформации  шлам белого цемента характеризуется большим, чем шлам Np, условным модулем деформации Eε, который указывает на силу молекулярного взаимодействия и энергию связи частиц дисперсной фазы.

Повышение прочности шлама ВМ5 подтверждается также значительным ростом статического Pk1и динамического Рк2пределов текучести.

 

Таблица 6. Реологические показатели проб цементного шлама


Код пробы (влажность, мас.%)


условный динамический предел текучести Рк2, Па


наименьшая пластическая вязкость

ηmХ∙10-2, Па·с


динамическая пластичность

Ψ∙104,

с-1


Np (37,6)


4,34


0,4


0,108


АМ5 (37,4)


38,28


10,5


0,036 

Полученные экспериментальные данные показывают, что при равной концентрации дисперсной фазы упрочнение и повышение вязкости пробы белого цемента определяются, главным образом, большим числом контактов частиц в водной системе мел-каолин-кварцевый песок по сравнению с системой известняк-полиминеральная глина в случае пробы Np. В свою очередь, это связано с различием минералогического состава сравниваемых сырьевых смесей - повышением концентрации кальцита и каолинита в случае пробы АМ5.

Выводы

1.  Важным условием оптимизации состава сырьевой смеси для производства портландцемента мокрым и комбинированным способами является достижение определенных параметров коагуляционной структуры шлама.

2.  Структурно-механические и реологические свойства шлама как водной дисперсной системы зависят от химико-минералогического состава, свойств поверхности, размера частиц и концентрации дисперсной фазы. При этом повышение концентрации кальцита и каолинита в сырьевой смеси для получения клинкера белого цемента способствует увеличению числа и прочности контактов частиц в водной дисперсной системе.

3.  Комплексное использование тонкодисперсного мела, каолина и кварцевого песка в составе сырьевой смеси способствует повышению кинетической стойкости шлама, что имеет позитивное практическое значение для технологических операций его подготовки, накопления и транспортировки.

 

Список литературы:

1.            Богомолов Б. Н., Голыбин A. M., Полхлеб Т. В., Шейко А. Н. Разработка технологии производства цветных цементов в Сибири // Технология белого и цветных цементов. Ростов н/Д, 1965. - C. 50 -59.

2.            Грачьян А. Н., Гайджуров П. П., Зубехин А. П., Вэтыч Н. В. Технология белого портландцемента. М.: Стройиздат, 1970. - 72 с.

3.            Круглицкий Н. Н. Основы физико-химической механики. Ч.3. К.: Вища школа, 1977. - 136 с.

4.            Ничипоренко С. П., Круглицкий Н. Н., Панасевич А. А., Хилько В. В. Физико-химическая механика дисперсных минералов. / Под общ. ред. Ничипоренко С.П.   К.: Наукова думка, 1974. - 246 с.

5.            Ребиндер П. А. Физико-химическая механика. – М.: Знание, 1958. - 64 с.

Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Уважаемые коллеги, издательство СибАК с 30 марта по 5 апреля работает в обычном режиме