ТЕХНОГЕННОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

TECHNOGENIC RAW MATERIALS FOR VARIOUS INDUSTRIES AND THEIR APPLICATIONS

Mizamgul Gassankul

Master's student, Department of Construction and Building Materials, Kazakh National Research Technical University named after K.I. Satpayev,

Kazakhstan, Almaty

Alma Espayeva

scientific adviser, Ph.D. those. sciences, assistant professor, Kazakh National Research Technical University named after K.I. Satpayev,

Kazakhstan, Almaty

АННОТАЦИЯ

В условиях научно-технического прогресса непрерывное увеличение промышленного производства неминуемо сопряжено с возникновением огромного количества отходов и попутных продуктов различных отраслей промышленности, утилизация которых имеет чрезвычайно важное значение.

ABSTRACT

In conditions of scientific and technological progress, a continuous increase in industrial production is inevitably associated with the emergence of a huge amount of waste and by-products from various industries, the disposal of which is extremely important.

Ключевые слова: дисперсность, энергетические ресурсы, доменные шлаки, минералогический состав, гидратационные свойства, пиритные огарки.

Keywords: dispersion, energy resources, blast furnace slags, mineralogical composition, hydration properties, pyrite stubs.

Высокая экономическая эффективность, возможность значительного сокращения энергетических затрат и длительности технологического цикла обеспечивается применением химических добавок при помоле цемента. В настоящее время известные многие химические добавки к цементу [1].

Однако, они обеспечивают различный эффект воздействия на цемент, а именно: добавки лигносульфонатов (ЛСТМ) и меламинформальдегидных (С-3) поверхностно-активных веществ (ПАВ), обеспечивают повышение пластичности цементного теста, но оказывают влияние на процесс измельчения цемента только при небольшом их количестве (0,1-0,15%), при котором снижается их пластифицирующее действие. Использование производных спиртов, например, триэтаноламина (ТЭА), позволяет снизить энергозатраты на помол цемента, но не оказывает влияние на водопотребность цементного теста [2]. Следовательно, дальнейший поиск и изучение добавок с целью улучшения основных технических свойств цемента и снижения экономических затрат является актуальным направлением.

В нашей работе была применена смола - отход производства фталевого ангидрида (ОФА), представляющий собой порошок с размером частиц в пределах 50 - 150 мкм. Элементарный состав органической части смолы следующий: С =78%; Н = 3.5%; О = 17.9%. В качестве примесей ОФА содержит карбонаты и сульфаты кальция, небольшое количество фталевого ангидрида, оставшегося после дистилляции [3].  Для сравнительной оценки достоинств выбранной добавки с точки зрения ее интенсифицирующего действия на процесс помола и твердение цемента проводились контрольные испытания с добавкой известного интенсификатора помола триэтаноламина (ТЭА).

Для изучения процесса помола нами была применена методика Гипроцемента [4]. Согласно этой методике, дробление материала характеризуется функциональной зависимостью тонкости измельчения от величины удельного расхода энергии, затрачиваемой на процесс помола. Степень измельчения оценивается либо процентным содержанием остатка на сите №008, либо величиной удельной поверхности. Измельчение производили в лабораторной мельнице, загруженной мелющими телами общей массой 55 кг.

Количество загружаемого материала составляло 10кг. После определённого времени помола отбирали пробу, определяли остаток на сите №008 и величину удельной поверхности. Производительность мельницы вычисляли по формуле:

В=1000/Э                                                              (1)

где: В - производительность мельницы, (кг/ч); Э - удельный расход энергии, затраченной при размолу в течение времени помола, (квт.ч\т).

Удельный расход энергии подсчитывается по формуле:

Э = N*1000τ / В

где: Э - удельный расход энергии, (квт.ч/т),

N-полезная мощность, для лабораторной мельницы равная 0.28 (кВт); τ - время помола, (мин.), В - производительность мельницы.

Для проведения работы были использованы промышленные клинкеры, отличающие минералогическим составом:

Таблица 1.

Минералогический состав клинкеров 

Эффективность ОФА в качестве интенсификатора помола определялась по величине приведенных удельных затрат на процесс помола до остатка на сите №008 до 4-5%. Анализ полученных данных показывает, что ОФА является эффективным интенсификатором помола цемента. При введении его в количестве 0,2% от массы цемента энергозатраты на помол снижаются с 55.6 до 42.1 кВтч/т, то есть на 24% по сравнению с энергозатратами на помол без добавочного цемента.

Таблица 2.

Результаты определения размалываемости цемента.

По степени влияния на способность размола клинкера ОФА не только не уступает действию известного интенсификатора ТЭА, но даже немного превосходит его влияние. Анализ данных (табл.2) показывает, энергозатраты при помоле клинкера в присутствии ОФА на ~3% ниже в сравнении с затратами при использовании ТЭА.

С целью определения оптимального количества вводимой добавки и ее влияния на качество цемента в лабораторных условиях были проведены помолы цементов, варьируя количеством ОФА в пределах 0,1-0,7 % масс. Критерием оптимизации была прочность цементного камня через 28 сут. твердения. Результаты испытаний приведены в Таблице 3.

Таблица 3.

Результаты испытания цемента с добавкой ОФА

Анализ приведенных в (табл. 3) результатов показывает, что ввод до 0,5% ОФА оказывает интенсифицирующее действие на процесс твердения цемента.

Исследования показали, что добавка ОФА не только интенсифицирует процесс помола цемента, но и одновременно изменяет его гранулометрический состав (табл.4). Следовательно положительная роль ОФА в повышении прочности цемента объясняется увеличением количества мелких фракций в цементе, которые быстро гидратируются, обеспечивая формирование плотной и прочной структуры.

Таблица 4.

Гранулометрический состав и прочность цемента

Данные (табл.4) свидетельствуют о значительном увеличении частиц размером менее 40 (мкм), роль которых, как известно состоит в быстрой гидратации и повышении прочности цементного камня.

Исследования процесса гидратации указанных цементов, проводилась с помощью ДТА по величинам потери при прокаливании и количеству Са(ОН)2, результаты которых приведены в (табл.5).

Таблица 5.

Степень гидратации исследуемого цемента, (%)

Из данных (таблица 5) можно сделать выводы, что при гидратации цемента К-1Д, содержащего больше мелких частиц в сравнении с К-1, образуется больше продуктов гидратации, особенно в поздние сроки твердения.

При этом гидросиликаты кальция уже в начальные сроки твердения лучше закристаллизовались, что наглядно видно из (рис. 1).

а)                                                              б)

Рисунок 1. Микроструктура поверхности скола цементного камня,

а - обычного цемента; б - экспериментального.

Таким образом, добавка ОФА не только снижает энергозатраты при помоле цемента, но и обусловливает оптимизацию гранулометрического состава цемента, способствующего ускорению процесса гидратации.

Испытания экспериментального цемента, проведенные после пропаривания по режиму 2+3+6+2, (2 часа выдержки после изготовления образцов; 3 часа подъем температуры до 85°С; 6 часов изотермической выдержки; 2 часа охлаждение образцов).

Представленные результаты испытаний, в таблице 6, показывают, что ввод добавки ОФА при его тепловлажностной обработке не ухудшают прочностные показатели.

При вводе добавки ОФА в количестве (0.1%) наблюдается небольшое увеличение прочности цементного камня (в пределах 2 МПа).

Введение добавки ОФА в большем количестве (0,7%), как и при твердении в стандартных условиях, приводит к некоторому снижению прочности.

Полученные данные свидетельствуют о том, что ввод ОФА при помоле цемента не потребует какой-либо перестройки технологического процесса на заводах железобетонных изделий и будет способствовать сокращению длительности пропаривания изделия.

Таблица 6.

Прочность цементного камня при пропаривании.

В технической литературе [5] и на практике цементного завода иногда наблюдается так называемое «аэрационное» ложное схватывание цемента при длительном твердении, что связано с ростом удельной поверхности цемента при поверхностной гидратации. Поэтому придание цементам пониженной гигроскопичности имеет большое значение.

В нашей работе изучалось влияние добавки ОФА на сохранность свойств цемента при его хранении путем сравнения результатов его испытания в свежемолотом состоянии и после 2-х месячного хранения в условиях закрытого заводского склада.

Проведенные исследования физико-механических свойств цементов с добавкой ОФА и без него выявили сравнительно незначительное изменение их активности после хранения в течение двух месяцев, несмотря на повышенную дисперсность. Прочность цемента с добавкой ОФА снижается на 5-6%.

По результатам исследований можно сделать следующие выводы:

а) использование ОФА в производстве цемента позволяет снизить расходы электроэнергии при помоле цемента;

б) повысить производительность цементных мельниц;

в) изменить гранулометрический состав цемента в сторону повышения его дисперсности;

г) увеличить прочность цементного камня за счет более быстрой гидратации цемента и образования большего количества гидратных фаз;

д) повысить сохранность активности цемента при длительном хранении.

Отход от производства фталевого ангидрида (ОФА). Введение его при помоле цемента в количестве 0.1 - 0.25% повышает производительность цементных мельниц на, увеличивает дисперсность цемента и прочность цементного камня.

Добавка отхода от производства фталевого ангидрида не только ускоряет процесс измельчения цемента, но и интенсифицирует процесс твердения цементного камня, снижает гигроскопичность цемента и повышает сохранность свойств цемента при длительном твердении.

Список литературы:

1. Kircher G. Effects of the use of secondary materials on the envioramental compatibility of the product// VDZ "Process Technology of cement manufacturing".-Dusseldorf. 2002. - P.372 - 380.
2. Рояк СМ., Клементьева B.C., Тарнаруцкий Г.М. К вопросу о каталитическом действии тиэтаноламина на процессы гидратации и твердения цемента/ЖПХ, 1970, т.ХЫИ, № 1.- С.82 - 87.
3. Теоретические обоснование и эффективность использования углеотходов в качестве сырьевого компонента в технологии цемента /Классен
4. Гипроцемент: определение характеристик размалываемости материалов / ЦБТИ ВНИИНСМа АСиА СССР. М., 1959
5. В.К., Борисов И.Н., Мануйлов И.А., Ходыкин И.А.// Строительные материалы.-2007.-№8.-С.20-21.
6. Барбанягрэ В.Д., Головизнина Т.Е. Повышение гидравлической активности низкоосновных клинкеров в начальные сроки твердения//Первое Межд. совещание по химии и технологии цемента.- 1996.- С. 15-18.