Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ ДОЛОМИТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Доломит. Камень доломит .Свойства доломита

1.2 Каустический доломит

1.3 Формула и свойства минерала

1.4 Состав и свойства каустического доломита

2. ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ КАУСТИЧЕСКОГО ДОЛОМИТА И ПРИМЕНЕНИЕ

2.1 Производства и применение каустического доломита

2.2 Способы получения каустического доломита

2.3 Расчет сырьевой смеси

2.4 Технологическая схема производства каустического доломита

2.5 Структура и режим работы предприятия

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



Введение

Цель курсовой работы :

Изучить особенности получения магнезиальных вяжущих веществ на основе каустического доломита ;

разработать составы и технологии изготовления отделочных, теплоизоляционных материалов на основе каустического доломита;

исследовать физико-химические процессы взаимодействия компонентов при твердении магнезиальных вяжущих веществ;

изучить карбонизационную стойкость магнезиального камня и материалов на основе каустического доломита;

Доломитовые породы -- одна из наиболее распространенных и недостаточно освоенных разновидностей минерального сырья. Они могут применяться для производства различных типов магнезиальных вяжущих веществ и строительных материалов на их основе. Однако в настоящее время такие вяжущие практически не выпускаются промышленностью, хотя за рубежом выпускается большое количество вяжущих веществ на основе карбоната магния (магнезитов) и двойных карбонатов кальция и магния (доломитов). С использованием таких вяжущих веществ изготавливаются различные виды отделочных и теплоизоляционных материалов.Одним из преимуществ магнезиальных вяжущих веществ является значительно меньшие энергетические затраты на их производство, по сравнению с производством извести и портландцемента.

Основными достоинствами магнезиальных вяжущих веществ являются: высокая механическая прочность при быстром её нарастании в начальный период твердения, повышенные, по сравнению с другими вяжущими, показатели пределов прочности при изгибе, плотная структура затвердевшего магнезиального камня при невысокой истинной и средней плотности, низкая теплопроводность, высокая прочность сцепления с заполнителями при изготовлении магнезиальных бетонов и растворов, а также достаточно высокая коррозионная стойкость.Установлено, что продукты твердения некоторых магнезиальных вяжущих веществ имеют чрезвычайно высокую стойкость к действию морской воды, минерализованных подземных вод, растворов солей и щелочей, намного превышающую стойкость продуктов твердения специальных видов портландцемента. Это делает целесообразной постановку вопроса о разработке технологий производства таких вяжущих и материалов на их основе.Основными причинами, сдерживающими широкое применение магнезиальных вяжущих веществ в настоящее время, являются недостаточный объём производства каустического магнезита и каустического доломита, высокая стоимость и дефицитность солей магния, растворы которых применяются в качестве затворителей.

Доломит распространен в природе значительно больше, чем магнезит. В Западной Сибири высококачественные доломиты находятся в Горной Шории -- это месторождение Большая Гора и Таензинское. Запасы доломитов в этих месторождениях составляют более 140 млн. т. Имеются залежи доломита в северной части Кузнецкого Алатау, на Урюпинском участке.

Доломиты могут быть широко использованы для производства различных огнеупорных материалов, в частности, флюсов и металлургических порошков, применяемых в сталеплавильном производстве. Для увеличения выпуска огнеупорных материалов и их более широкого использования необходима разработка составов офлюсованного доломита и технологии его получения.

Необходимо более глубокое изучение взаимосвязи между составом сырья, технологическими условиями производства и физикомеханическими свойствами получаемых материалов.

В настоящее время недостаточно изучены продукты гидратации каустического доломита, состав которых в значительной степени определяет свойства получаемого магнезиального камня. Свойства природного доломитового сырья, особенности состава магнезиальных вяжущих веществ на основе доломита и применяемые затворители требуют тщательного анализа их влияние на структуру и свойства получаемых материалов.



1. АНАЛИЗ ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ ДОЛОМИТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

каустический доломит строительный магнезиальный

1.1 Доломит. Камень доломит .Свойства доломита

Доломит -- двойная углекислая соль магния и кальция (М^СОзСаСОз)--слагает горные породы осадочного происхождения. Истинная плотность доломита 2,85-- 1,95 г/см3. Обычно доломиты содержат около 20 % MgO, 30 % СаО и 45 % С02. В природе доломит встречается значительно чаще, чем магнезит.Обжигая доломиты при разных температурах, можно изготовлять каустический доломит, состоящий из MgO и СаСОз и получаемый при 650--750 °С с последующим измельчением; доломитовый цемент, состоящий из MgO, СаО и СаСОз и получаемый при 750--850 °С с последующим измельчением в тонкий порошок, он затворяется водой, а по показателям прочности при сжатии трамбованных образцов из раствора 1 :3 через 28 сут твердения на воздухе характеризуется марками 25--50, а также доломитовую известь, состоящую из оксидов магния и кальция и получаемую при 900--950 °С. Доломит, обжигаемый до спекания при 1400--1500 °С, применяют в качестве огнеупорного материала. Он не взаимодействует с водой и поэтому не обладает вяжущими свойствами.

Камень доломит. Свойства доломита.

Название доломит минерал получил в честь французского минералога Д. Доломье, который его открыл. Другие названия минерала и его разновидностей: траспит, мирикальцит, ридолфит.

Доломит является природным карбонатом кальция и магния. Физические свойства доломита:

а)цвет белый, серый, блекложелтый, б) твердость 3,5 4, в) плотность 2,85 3,0, г) Хрупок, д) Блеск на гранях и по спайности в агрегате стеклянный, матовый.

Основные месторождения доломита: Испания, Швейцария, США, Мексика, Канада.

Особенности образования. Кристаллизуется в тригональной сингонии, образуя ромбоэдрические кристаллы, грани которых имеют форму ромбов и параллельны направлениям его совершенной спайности.

В отличие от более распространенного карбоната кальция (кальцита) доломит не образует скаленоэдры. Кристаллы доломита часто "седловидные", с искривленными гранями. Порошок доломита вскипает в холодной соляной кислоте, куски в ней растворятся очень медленно, но легко растворимы в горячей кислоте.

Доломит широко распространенный жильный минерал гидротермальных месторождений. Образуется также в результате замещения кальцита под воздействием магматогенных или грунтовых вод.

Доломит царапается стальной иглой и отличается от известняка меньшей растворимостью и более сильным блеском.

Достоверно определить доломит можно лишь путем химического анализа. Содержание кальцита сильно варьирует, так что существует переходный ряд между доломитом и известняком. Некоторые доломиты имеют включения ископаемых организмов, как правило, различимых простым глазом. Органические остатки встречаются в них гораздо реже, чем в известняках, что, вероятно, обусловлено разрушением органогенных структур при доломитизации. Пока еще нет единого мнения о происхождении доломита.

Карбонаты кальция и магния не извлекаются из морской воды живыми организмами, не удается их осадить в лабораторных условиях, максимально приближенных к природным.

Не исключено, что по большей части доломиты образуются в результате замещения известняков, которое происходит под воздействием морской воды, просачивающейся сквозь слой известкового ила на морском дне.

Такое замещение может происходить также под влиянием грунтовых или даже магматогенных вод, фильтрующихся через более древние известняки.

1.2 Каустический доломит

Каустическим доломитом называется порошок, состоящий из окиси магния и углекислого кальция и получаемый помолом доломита, обожженного при 600--700° С. В каустическом доломите содержатся обычно глинистые и песчаные примеси и небольшие количества свободной окиси кальция (1--2%).

Доломит -- двойная углекислая соль магния и кальция (MgCO3СаСОз) --слагает горные породы осадочного происхождения. Плотность доломита 2,85--2,95 г/см3, твердость по 10балльной шкале 3,5-- 4,5. Чистый доломит -- белого цвета, но чаще встречается окрашенный в желтые и буроватые цвета железистыми и глинистыми примесями. В нашей стране довольно часто встречаются месторождения доломитов, сопутствующие отложениям известняков. Обычно доломиты содержат около 20% MgO, около 30% СаО и около 45% С02.В природе доломит встречается значительно чаще, чем магнезит.

Обжигая доломиты при разных температурах, можно получать следующие материалы:

1) каустический доломит, состоящий из MgO и СаС03 и получаемый при 650--750°С с последующим измельчением;

2) доломитовый цемент, состоящий из MgO, СаО и СаСОз и получаемый обжигом при 750--850° С с последующим измельчением в тонкий порошок: он затворяется водой; по показателям прочности при сжатии трамбованных образцов из раствора 1 : 3 через 28 суток твердения на воздухе этот цемент характеризуется марками 25--50;

3) доломитовую известь, состоящую из окисей магния и кальция и получаемую обжигом при 900--950° С.

Доломит, обжигаемый до спекания при 1400--1500° С, применяется в качестве огнеупорного материала; он не взаимодействует с водой и поэтому не обладает вяжущими свойствами. Каустический доломит должен содержать не менее 15% окиси магния и не более 2,5% свободной окиси кальция, а величина потерь при прокаливании должна быть в пределах 30--35%. Его качество определяется содержанием окиси магния и температурой обжига.

Производство каустического доломита принципиально не отличается от производства каустического магнезита. Доломит в заподских условиях обжигают при температуре 650--750° С, чаще всего в шахтных печах с выносными топками; используются и вращающиеся печи.

Помол обожженного каустического доломита, как и магнезита, осуществляют в шаровых и других мельницах, работающих с сепараторами. При затворении каустического доломита растворами солей магния окись кальция реагирует с ними, образуя хлористый или сернокислый кальций, что отрицательно отражается на качестве затвердевшего каустического доломита.

Каустический доломит, как и каустический магнезит, должен измельчаться до остатка на сите № 02 не более 5%, а на сите № 008 не более 25%. Однако его вяжущие свойства значительно улучшаются при более тонком помоле.

Каустический доломит затворяется водными растворами солей хлористого и сернокислого магния обычно той же концентрации, что и каустический магнезит.

Схватывание и твердение каустического доломита, как и каустического магнезита, обусловлено в основном гидратацией MgO и образованием оксихлорида магния или других основных солей.



1.3 Формула и свойства минерала

Доломит представляет собой карбонат магния и кальция. Его формула -- CaCO3*MgCO3. Реальный состав практически полностью соответствует теоретическому. Обычно в нем примерно 45% углекислого газа, 30% оксида кальция и 20% оксида магния. Также в нем могут присутствовать примеси железа, калия и других металлов. Свое название он получил по фамилии первооткрывателя - француза Д. Доломье. При измельчении породы до состояния порошка и высушивания в производственных условиях получается доломитовая мука. Она подразделяют на 4 класса, в пределах которых выделяется 3 марки.

Твердость минерала средняя, около 3,54. Плотность равна 2,85 -- 3,0 г /см3. Минерал прочный, но довольно хрупкий. Его легко поцарапать иглой из стали.

В холодной соляной кислоте растворяется медленно, в горячей - довольно быстро. Попадая в холодную кислоту, доломитовая мука закипает.

Доломит с химической точки зрения похож на кальцит. От последнего он отличается более интенсивным блеском и плохой растворимостью. Окончательно отличить доломит от известняка можно только с помощью специальных химических опытов.В полевых условиях, чтобы различить эти два минерала, применяют соляную кислоту. Маленький кусочек кладут на стеклянную поверхность, затем капают немного соляной кислоты. Если вещество вскипает и выделяется углекислый газ, найденный минерал является кальцитом. Доломит с соляной кислотой взаимодействует не так активно.

Есть несколько типов доломита, различия между которыми обусловлены их разной природной. Минералы могут быть седловидными, крупными, наросшими, прозрачными, мраморными и т. д. Они могут иметь серую, белую или бледно-желтую окраску, реже встречаются камни черного цвета. На гранях наблюдается матовый, перламутровый или стеклянный блеск.

Особенностью доломита является то, что на его поверхности есть цветные пятна. Они могут перетекать от одного тона к другому или располагаться отдельно друг от друга.

На фото камень доломит

1.4 Состав и свойства каустического доломита

Известно, что увеличение степени закристаллизованости каустического доломита сопровождается повышением температуры декарбонизации MgCO3, уменьшением температурного интервала протекания этого процесса и его значительным наложением на температурный интервал декарбонизации СаСО3. В работе использовали наиболее проблемную доломитовую породу - крупнокристаллический доломит, на примере породы Саткинского месторождения.

Четкой границы между концом разложения MgCO3 и началом диссоциации СаCO3 нет, и при температуре 730…850 °С процессы диссоциации обеих составляющих доломита идут одновременно. Некоторые потери массы при 543 °С и 640 °С связаны с разложением примесей магнезита, содержащихся в доломитовой породе. Химический и минералогический составы доломита Саткинского месторождения, полученные с помощью рентгенофазового, термогравиметрического и химического анализов представлены в табл. 1.

Таблица 1 Химический и минералогический состав каустического доломита

Химический состав, %
MgO	CaO	Al2O3	SiO2	Fe2O3	mпрк
21,4...23,9	27,3...29,7	0,6...0,8	1,9...3,3	0,3...0,5	44...46
Минералогический состав, %
CaMg(CO3)2	MgCO3	CaCO3	SiO2	Al2O3	остальное	ппп
87,1...93,2	1,5...4,1	0,9...2,3	2,0...3,1	0,3...0,8	До 6	44...46

Также использовали доломитизированные магнезиты из отвалов ОАО «Комбинат «Магнезит»» для апробации полученных результатов на отходах промышленности с различным содержанием MgCO3. Для выявления минералогического состава исходных пород было проведено исследование с использованием термического анализа.

Минералогический состав исследуемого каустического доломита (порода № 1) и доломитизированных магнезитов (породы № 2…5) представлен в табл. 2

Таблица 2 Минералогический состав исходного сырья порода

Порода, №	Минералогический состав, %
	CaMg(CO3)2	MgCO3	CaCO3	SiO2	Al2O3	остальное
1	87,1...93,2	1,5...4,1	0,9...2,3	2,0...3,1	0,3...0,8	до 6
2	77,5...83,9	9,8...14,0	до 2	3,0...3,8	0,5...1,6	до 4
3	83,1...88,0	5,1...10,2	до 3	1,5...2,7	0,6...1,1	до 6
4	74,3...79,7	13,1...16,8	до 1	2,7...4,1	0,5...1,5	до 5
5	70,7...75,5	15,9...19,5	до 1	2,1...3,0	0,7...1,4	до 5

Для проведения основной части исследований использовали каустического доломита с минимальным содержанием примесей MgCO₃ (порода № 1), в дальнейшем разработанные параметры получения вяжущего были апробированы на доломитизированных магнезитах с суммарным содержанием MgCO3 от 40 до 60 % (породы № 2…5). Добавки, вводимые в шихту при исследовании процесса обжига каустического доломита.

Для исследования процесса обжига в присутствии добавок использовали следующие соли: хлорид натрия, сульфат железа семиводный, ацетаты цинка и меди, нитрат магния шестиводный, гидрокарбонат натрия, карналлит обогащенный, шлам карналлитового хлоратора.

Хлорид натрия (NaCl). Ионный радиус катиона Na+ = 1,18 Е. Требования, предъявляемые к качеству хлорида натрия, соответствовали ТУ 9192002 003528162004 [95]. Хлорид натрия плавится в интервале температур от 780 до 850 °С с максимумом эндоэффекта при 833 °С. Непосредственно после плавления происходит разложение хлорида натрия [24]. Сульфат железа семиводный (FeSO4 . 7H2O, железный купорос). Ионный радиус катиона Fe2+ = 0,78 Е. Требования, предъявляемые к качеству железного ку 55 пороса, соответствовали ГОСТ 698194 [45]. При нагревании железный купорос полностью обезвоживается до температуры 340 °С, при 450 - 550 °С происходит окисление FeSO4 до Fe2(SO4)3, 560 - 680 °С - дегидратация FeSO4(OH), возни кающего в процессе начального окисления, при 680 - 760 °С разлагается Fe2(SO4)3, температура плавления 1565 °С [25]. Ацетат цинка (Zn(CH3COO)22H2O)). Ионный радиус катиона Zn2+ = 1,07 Е. Требования, предъявляемые к качеству ацетата цинка, соответствовали ГОСТ 582378 [43]. При нагревании ацетат цинка полностью обезвоживается до температуры 230 °С, при 277.8 °С происходит плавление добавки, а при 300 400 °С происходит его разложение до оксоацетата цинка. Ацетат меди (CH3COO)2Cu). Ионный радиус катиона Cu2+ = 1,1 Е. Требования, предъявляемые к качеству ацетата меди, соответствовали ГОСТ 585279 [44]. Ацетат меди плавится с разложением в три этапа, в диапазоне температур от 150 до 380 °С, с образованием: меди, уксусной кислоты, графита, углекислого га за [98]. Нитрат магния шестиводный (Mg(NO3)2·6H2O). Ионный радиус катиона Mg2+ = 1,02 Е. Требования, предъявляемые к качеству нитрата магния, соответствовали ГОСТ 1108875 [27]. Гидрокарбонат натрия (NaHCO3). Ионный радиус катиона Na+ = 1,18 Е. Требования, предъявляемые к качеству гидрокарбоната натрия, соответствовали ГОСТ 215676 [31]. Карналлит обогащенный (KCl·MgCl2·6H2O). Требования, предъявляемые к качеству карналлита, соответствовали требованиям ГОСТ 1610970 [29]. Процессы плавления чистых MgCl2 и KCl происходят при температурах 718 єС и 768 єС соответственно, однако плавление карналлита (фактически, смеси этих хлоридов) происходит при более низких температурах и начинается при 485



2. ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ КАУСТИЧЕСКОГО ДОЛОМИТА И ПРИМЕНЕНИЕ

2.1 Производства и применение каустического доломита

Доломит часто встречается в месторождениях гидротермального типа. Также может формироваться при замещении кальцита под влиянием морских или грунтовых вод.

Поскольку доломит является осадочной породой, его прочность определяется глубиной залегания. Чем глубже находится слой минерала, тем он прочнее.

Месторождения доломита есть в Швейцарии, Испании, на североамериканском континенте. Наиболее крупные из них - в Мексике и районе озера Онтарио. Также он встречается на Кавказе, в Подмосковном регионе, в Уральских горах, Средней Азии.

Добыча доломита осуществляется в карьерах буровзрывным методом или с применением зарядов для скважин. Его обработка включает в себя дробление, обжиг и в некоторых случаях помол. Материал дробят на куски с помощью молотковых или щековых дробилок. Обжигают доломит обычно в печах шахтного типа с выносными топками. Для помола используют шаровые или иные мельницы. Так происходит взрыв на карьере по добыче доломита: выполняя обжигание при разной температуре, получают различные материалы. Обжиг каустического доломита выполняют при температуре до 750 градусов. При более высокой температуре (до 850 градусов) образуется доломитовый цемент. Доломитовая известь, способная к гашению, производится при температуре порядка 950 градусов.

Если температура повышается до 1500 градусов, получают металлургический доломит, который используется для производства огнеупорных материалов. Такой материал не реагирует с водой и не имеет вяжущих свойств.

Доломитовая мука изготавливается путем дробления и тонкого измельчения сырья, в ее составе обычный доломит.

Для ее производства требуется такое оборудование:

1. дробящая установка;

2. мельница или дробилка для измельчения породы;

3. подающий вибрационный механизм;

4. вибрационное сито.

Технологический процесс получения доломитовой муки включает в себя первичное и вторичное дробление, помол на мелкие фракции, тщательную просушку и термообработку. Затем ее пакуют в контейнеры или мешки для сыпучих материалов. Хранят доломитовую муку на закрытых сухих складах.

Применение доломита

В природе доломит встречается не менее часто, чем кальций. Сфера применения этих минералов практически идентична.

Доломит используется:

· для производства огнеупорных материалов вместо магнезита;

· для получения металлического магния;

· при производстве стали;

· как сырье для флюсов в металлургической промышленности;

· для изготовления строительных материалов, таких как минеральная вата, магнезиальный цемент, совелит и т. д.;

· как стеновой и облицовочный материал в строительстве объектов жилищного и промышленного типа;

· при укладке дорог;

· для повышения прочности и химической стойкости стекла;

· для изготовления резины;

· как наполнитель при получении бумаги;

· как абразивный материал для полировки металлических и стеклянных поверхностей;

· в качестве сырья для производства глазури для фарфора;

· как средство борьбы с различными насекомыми;

· в ландшафтном дизайне.

Легкость обработки обусловливает популярность этого камня среди строителей. Ему можно придать любую форму, сделать плоскую или рельефную поверхность. У него хорошая прочность, поэтому его применяют в качестве облицовочного материала для стен, подоконников, лестниц, при обустройстве полов в торговых центрах и других помещениях общественного типа. Плитка из доломита обладает фильтрующими качествами и позволяет поддерживать в помещении благоприятный микроклимат. Скалистую плитку применяют для отделки цоколей и фасадов. Лощеной плиткой обычно облицовывают пол. Полированная плитка хорошо подходит для внутренней отделки. Бучардированную плитку, которая имеет антискользящие качества, применяют для мощения дорожек.

Хотя обычно доломит окрашен в серые или белые тона, встречаются минералы песочных, желтых и розовых оттенков. Это позволяет использовать его для облицовки фасадов, создания арок, скульптур и много другого.

Его применяют для оформления колодцев, бассейнов, декорирования каминов и печей, реставрации дворцовых ансамблей. С помощью оригинальных полировочных технологий дизайнеры создают изделия, которые внешне напоминают натуральный мрамор.

Доломитовая мука является ингредиентом для получения сухих строительных смесей. Поскольку зерна этого минерала имеют кубическую форму, они обеспечивают лучший уровень сцепления, чем песок. Именно поэтому доломитовый порошок пользуется популярностью на российских предприятиях. Смеси с его добавлением имеют самое высокое качество. Кроме того, доломитовую муку применяют для создания различных герметиков, мастик, в производстве лакокрасочной продукции, линолеума и т. д. Еще одна сфера ее применения - известкование, разрыхление и удобрение почвы. Она уменьшает кислотность грунта и обогащает его магнием и калием. Использовать ее можно как для открытого грунта, так и для парников и теплиц.

Недавно из доломита начали производить посуду. Доломитовая керамика недорогая, имеет красивый внешний вид и отличается небольшим весом, но при этом она очень хрупкая. Под влиянием высокой температуры наружный слой нарушается, и в нем возникают микротрещины. Поэтому есть из доломитовой посуды горячую пищу не рекомендуется. Некоторые ученые утверждают, что доломит вообще непригоден для изготовления посуды, поскольку он чувствителен к действию кислот, особенно угольной. Однако вреда для здоровья этот материал не несет.

Примеры использования доломита



Плюсы и минусы

Доломит характеризуется всеми лучшими свойствами натурального камня. Он прочный, морозоустойчивый, имеет необычную текстуру.

Основные преимущества доломита:

1. пластичность;

2. небольшая теплопроводность;

3. высокая прочность;

4. экологичность;

5. высокий уровень эстетичности;

6. возможность комбинации с любыми отделочными материалами;

7. возможность применения для внешних и внутренних работ.

Основными недостатками доломита как строительного материала можно считать его высокую цену на строительном рынке и ограниченный набор оттенков.

2.2 Способы получения каустического доломита

Известен способ получения каустического доломита, осуществляемый одностадийно при температуре 650750^oC. Однако активность получаемого этим способом вяжущего невысока: содержание свободного оксида магния, являющегося основным компонентом доломитового вяжущего, не превышает 1315%.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения каустического доломита, включающий 2стадийную термообработку дробленого доломитового сырья нагреванием его сначала до температуры 450550^oC в течение 20100 мин, а затем до температуры 600 720^oC в течение 525 мин. Известный способ существенно расширяет возможность использования сырья, содержащего различные примеси и загрязнения. При этом заметно возрастает активность получаемого вяжущего, содержание оксида магния в котором достигает 20%. Однако присутствие в вяжущем свободного оксида кальция в количестве 3% и более существенно снижает его качество, связывая в процессе твердения значительную массу солевого затворителя доломитового вяжущего бишофита, что приводит к торможению реакции гидрации оксида магния и потере прочности цементного камня, а в последующие сроки твердения вызывает появление высолов на поверхности изделий. Цель изобретения повышение качества доломитового вяжущего за счет интенсификации процесса обжига, увеличения доли химически активного оксида магния и уменьшения содержания в вяжущем материале свободного оксида кальция.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения каустического доломита, включающем 2стадийную термообработку дробленого доломитового сырья нагреванием его сначала до 450550^oC в течение 20 100 мин, а затем 600 до 720^oC в течение 5 25 мин, доломитовое сырье перед подачей на термообработку орошают раствором хлорида магния. Причем раствор хлорида магния берут плотностью 1,21,3 г/см³ в количестве 0,53,0% от массы обжигаемого сырья.

Проведенный анализ уровня техники и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Способ осуществляют следующим образом.

Исходное доломитовое сырье подвергают дроблению до фракций 520 мм с последующей термообработкой. Перед подачей на термообработку дробленое сырье орошают раствором хлорида магния. В качестве раствора хлорида магния могут быть использованы как технические растворы, так и содержащие хлорид магния отходы производств, а также растворы на основе природного бишофита. При этом раствор берут плотностью 1,21,3 г/см³ в количестве 0,53,0% от массы обжигаемого сырья. Термообработку доломитового сырья осуществляют в две стадии: первая стадия нагрев сырья до 450550^oC в течение 20100 мин, вторая стадия последующий нагрев до 600720^oC в течение 525 мин. После термообработки полученное доломитовое вяжущее подвергают охлаждению и помолу.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В процессе термической обработки доломита по известным техническим решениям в нем, наряду с декарбонизацией углекислого магния, наблюдается уже примерно при 600^oC начало разложения углекислого кальция с выделением свободного оксида кальция, ухудшающего качество доломитового вяжущего. Согласно предлагаемому способу термической обработке подвергается доломит, покрытый пленкой хлорида магния, введенного путем орошения доломитового щебня непосредственно перед его термообработкой. Доломитовый щебень, орошенный раствором хлорида магния, на первой стадии процесса высушивается, при этом на поверхности частиц кристаллизуется бишофит MgCl₂  6H₂O. Далее в интервале 300550^oC бишофит в процессе нагревания подвергается гидролизу с образованием основного хлорида магния Mg(OH)Cl, а затем, при температурах выше 550^oC, основной хлорид магния разлагается по уравнению

Mg(OH)Cl = MgO+HCl

с выделением хлористого водорода, который активно взаимодействует с доломитом по известной реакции кислотного вскрытия

MgCO₃(CaCO₃)+2HCl MgCO₃  MgCl₂(CaCO₃  CaCl₂) + H₂O.

Проявляя высокую химическую активность, двойные соли в дальнейшем с повышением температуры диффундируют внутрь доломитового щебня и ускоряют реакцию разложения карбонатной части материала, связанной с оксидом магния. Таким образом, добавка водного раствора хлорида магния не только интенсифицирует процесс декарбонизации доломита, сдвигая его начало в область более низких температур, но и позволяет, при освобождении от CO₂ максимального количества оксида магния, сохранять от разложения молекулы углекислого кальция, что предотвращает появление свободного оксида кальция. Качество получаемого вяжущего при этом заметно возрастает.

В процессе промышленных испытаний нового способа отмечалось также существенное снижение пыления доломитового щебня за счет связывания пыли на поверхности частиц щебня раствором хлорида магния.

Ниже приведены примеры осуществления способа.

Пример 1. Исходное доломитовое сырье подвергают дроблению до фракций 520 мм с последующей термообработкой. Перед подачей на термообработку дробленое сырье орошают раствором хлорида магния на основе природного бишофита. При этом раствор плотностью 1,3 г/см³ берут в количестве 0,5% от массы обжигаемого сырья. Термообработку подготовленного таким образом доломитового сырья осуществляют в две стадии: первая стадия нагрев до 450550^oC в течение 20100 мин, вторая стадия последующий нагрев доломитового сырья до 600720^oC в течение 525 мин. После термообработки полученное доломитовое вяжущее подвергают охлаждению и помолу.

Пример 2. Получение доломитового вяжущего согласно примеру 1. При этом раствор хлорида магния для орошения берут плотностью 1,25 г/см³ в количестве 1,5% от массы обжигаемого сырья.

Пример 3. Получение доломитового вяжущего как в примере 1, при этом раствор бишофита берут плотностью 1,2 г/см³ в количестве 3,0% от массы обжигаемого доломита.

Проведенные эксперименты показали, что орошение доломитового сырья раствором бишофита в количестве менее 0,5% (от массы доломита) в незначительной степени снижает содержание свободного оксида кальция в доломитовом вяжущем. Использование же раствора бишофита в количестве более 3,0% приводит к зашлаковыванию обжигаемого сырья, а также перерасходу солевого раствора. Более концентрированные растворы (плотностью более 1,3 г/см³) затрудняют их подачу через различные трубопроводы и форсунки, а концентрация раствора бишофита менее 1,2 г/см³ нерациональна в связи с увеличением затрат на испарение воды.

Результаты химического анализа доломитового вяжущего, полученного согласно примерам 13 и прототипу, приведены в таблице.

Как видно, предлагаемый способ получения каустического доломита позволяет получать высококачественное доломитовое вяжущее, содержащее свободный оксид кальция в количестве не более 1,2%. При этом содержание активного оксида магния, составляющего основу этого вяжущего, близко к теоретически возможному. При солевом затворении раствором хлорида магния (бишофита), вяжущее проявляет значительную активность уже с первых минут затворения, обеспечивая интенсивное протекание реакции гидратации оксида магния и, благодаря незначительному содержанию в вяжущем свободного оксида кальция, максимальное связывание оксида магния с образованием высокопрочных продуктов твердения гидроксида магния, а также двойных солей.

Известен способ получения каустического доломита, осуществляемый одностадийно при температуре 650750^oC. Однако активность получаемого этим способом вяжущего невысока: содержание свободного оксида магния, являющегося основным компонентом доломитового вяжущего, не превышает 1315%.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения каустического доломита, включающий 2стадийную термообработку дробленого доломитового сырья нагреванием его сначала до температуры 450550^oC в течение 20100 мин, а затем до температуры 600 720^oC в течение 525 мин. Известный способ существенно расширяет возможность использования сырья, содержащего различные примеси и загрязнения. При этом заметно возрастает активность получаемого вяжущего, содержание оксида магния в котором достигает 20%. Однако присутствие в вяжущем свободного оксида кальция в количестве 3% и более существенно снижает его качество, связывая в процессе твердения значительную массу солевого затворителя доломитового вяжущего бишофита, что приводит к торможению реакции гидрации оксида магния и потере прочности цементного камня, а в последующие сроки твердения вызывает появление высолов на поверхности изделий.

Цель изобретения повышение качества доломитового вяжущего за счет интенсификации процесса обжига, увеличения доли химически активного оксида магния и уменьшения содержания в вяжущем материале свободного оксида кальция.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения каустического доломита, включающем 2стадийную термообработку дробленого доломитового сырья нагреванием его сначала до 450550^oC в течение 20 100 мин, а затем 600 до 720^oC в течение 5 25 мин, доломитовое сырье перед подачей на термообработку орошают раствором хлорида магния. Причем раствор хлорида магния берут плотностью 1,21,3 г/см³ в количестве 0,53,0% от массы обжигаемого сырья.

Проведенный анализ уровня техники и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.



2.3 Расчет сырьевой смеси

Проведенный анализ уровня техники и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

2.4 Технологическая схема производства каустического доломита

Схема обработки доломита показана на рис.

Доломит кусковой в полувагонах подается на железнодоржный тупик прирельсового склада цеха, разгружается в приямки закромов путем открытия люков полувагонов. Окончательная очистка полувагонов от доломита, а также «просыпи» на железнодорожных путях производится вручную. Из приемников доломит грйферным краном перегружается в закрома.



По мере необходимости доломит из закрома подается в приемный бункер линии подготовки доломита. Приемный бункер сверху закрыт металлической решеткой с ячейкой 150·150 мм, которая обеспечивает безопасность труда при обслуживании бункера, а также не дает возможность попадания в бункер комьев доломита больших размеров, смерзшихся кусков в зимнее время года. Из приемного бункера доломит питателем качающимся подается в щековую дробилку. Качающийся питатель дополнен отсечным шибером для ремонтов питателя. Питатель предназначен для равномерной выдачи доломита из бункера в дробилку. Состоит питатель из приемной части (короба), рабочего органа (лотка), привода и рамы. Кривошипно-шатунный механизм сообщает лотку возвратно-поступательное движение. При ходе вперед лоток выносит из бункера порцию доломита, при ходе назад груз, лежащий на лотке, удерживается на месте за счет сопротивления вышележащего на нем материала, а также упора его в стенку короба, т.е. происходит проскальзывание лотка относительно лежащего на нем доломита, вследствие чего последний ссыпается через кромку лотка в загрузочный желоб. Регулирование порций доломита происходит путем изменения величины хода лотка питателя. Щековая дробилка предназначена для крупного и среднего дробления горных пород средней и большой твердости.

Характеристика:

Производительность Q=14 т/ч

Размеры приемного отверстия:

длина L=250 мм

ширина B=500 мм

Ширина входной щели

номинальная B=40 мм

Мощность электродвиг. N=17 кВт

Дробилка состоит: из станины 11 (на ней смонтирована неподвижная дробящая плита 3) и подвижной щеки 2. Дробление доломита происходит за счет периодического прижимания доломита подвижной качающейся щекой к неподвижной плите. Куски доломита, попадая в зев дробилки постепенно опускаются в пространство между щеками и выходят в виде щебня (величиной с крупный орех) через выходящую щель. Дробленый доломит ссыпается через течку на ленточный конвейер, передается на элеватор ленточный ковшовый, который ссыпает его на ленточный конвейер. Над конвейером установлен железоотделитель, который с помощью электромагнита освобождает траспортируемый по конвейеру доломит от металлических магнитных включений. Металлические включения из железоотделителя периодически вручную удаляются в емкость для отходов. Освобожденный от металлических включений доломит конвейером ленточным подается в сушильный барабан прямоточного действия, аналогично установленного на линии обработки песка. Производительность сушильного барабана для материалов известняковой группы (доломит, мел) в 45 раз ниже, чем для песка, т.к. эти материалы полностью пропитываются влагой. Температура сушки доломита, мела не должна превышать 400Спри более высоких температурах начинается термическая диссоциация этих материалов. Влажность высушенного доломита не должна превышать 0,4 % по массе. Высушенный доломит поступает из разгрузочной камеры сушильного барабана через течку в молотковую дробилку на помол. Дробилка молотковая ударного действия (рис) предназначена для дробления хрупких и мягких материалов с влажностью, при которой не происходит замазывания колосниковых решеток.



Характеристика:

Производительность Q=18 т/ч

Частота вращения ротора n=1250об/мин

Количество молотков n=15 шт.

Размер щели между

колосниками 32 мм

Максимальный размер

куска материала (исходного) 150 мм

Мощность электродвигателя N=18,5 кВт

2.5 Структура и режим работы предприятия

Фазовый состав исходной породы и полученных вяжущих изучали с помощью термического и рентгенофазового методов анализа, а также с помощью электронно-растровой микроскопии. Химический состав доломитовой породы определяли по ГОСТ 8269.197.

Рентгенофазовый анализ Рентгенофазовый анализ применяли для исследования фазового состава полученного вяжущего и состава магнезиального камня. Задача рентгенофазового анализа состоит в определении минералов, входящих в состав испытываемого образца, и приблизительной оценке их содержания. Каждое кристаллическое вещество характеризуется своим набором линий или пиков на рентгенограмме или, точнее, набором межплоскостных расстояний d и интенсивностей соответствующих линий. Рентгеновский фазовый анализ (РФА) основан на том, что порошковая рентгенограмма гетерогенного образца представляет собой сумму рентгенограмм отдельных минералов. Качественный анализ сводится к сравнению эталонных рентгенограмм индивидуальных фаз - минералов, составляющих образец, и рентгенограммы образца. Исследования проводили на приборе ДРОН3. Рентгенограммы для определения качественного фазового состава магнезиального камня получали при напряжении 30 кВт, силе тока 10 мА и ширине выходной щели 1 мм. Съемки вели в интервале углов 670°. Для изучения изменений фазового состава при обжиге породы съемку РФА вели одновременно с нагревом материала до 900 °C, скорость нагрева составляла 10 град/мин. Расшифровку рентгенограмм и идентификацию фазового состава материалов проводили по данным, имеющимся в литературе. Дифференциально-термический анализ и термогравиметрия Термический анализ применяли для исследования фазового состава исходной породы и продуктов ее обжига. Под термическим анализом понимается совокупность трех методов: дифференциально-термического анализа (ДТА), термогравиметрического (ТГ) и дифференциально-термогравиметрического (ДТГ). Сущность дифференциально-термического анализа заключается в изучении фазовых изменений или превращений, происходящих в материале при его нагревании, по сопровождающим эти превращения тепловым эффектам. Эндотермические эффекты на дифференциальной кривой могут быть вызваны следующими физико-химическими процессами

- дегидратацией вещества; - диссоциацией; - декарбонизацией; - плавлением. Причинами экзотермического эффекта могут быть: - реакция окисления; - реакция образования новых соединений; - полиморфные превращения, сопровождающиеся переходом неустойчивой при данной температуре модификации в устойчивую; - переход из аморфного состояния в кристаллическое [24]. Получение кривых потери массы вещества ТГ при непрерывном нагревании осуществляется при помощи динамического взвешивания. Исследования проводили на дериватографе системы ЇLuxx STA 409? немецкой фирмы ЇNetsch?. Режим съемки и условия проведения испытаний назначались по данным литературных источников [24]. Скорость подъема температуры в печи - 10 °С/мин, максимальная температура нагрева - 1000 °С. Для проведения испытания использовали платиновые тигли, нагрев проводили в среде азота. По потере массы в интервале температур 550850 °С, соответствующей протеканию эндотермической реакции разложения MgCO3, определяли его содержание в доломитовой породе согласно стехиометрическому уравнению реакции:

MgCO3 > MgO + СО2 (2.1) x a %,100

(2.2) где х - содержание MgCO3 в доломитовой породе, %; a - потери массы за счет удаления СО2 при разложении MgCO3.

Электронная растровая микроскопия

Оценка структуры всех образцов проводилась с помощью растрового электронного микроскопа фирмы Jeol Interactive Corporation, Japan JSM6460LA со следующими техническими характеристиками: - Разрешение: 4,0 нм (при 30 кВ); - Ускоряющее напряжение: от 0,1 до 3 кВ (с шагом 10 В), от 5 до 30 кВ с шагом (100 В); - Увеличение: от х8 до х100000; - Система управления прибором: персональный компьютер с ОС Windows XP. Получаемые при работе на данном микроскопе визуальные фотографические изображения микроструктуры материала позволяют выявить особенности морфологии и строения его составляющих. Образцы сколов камня вяжущего для испытания в электронном микроскопе металлизировались на вакуумном посту напылением слоя платины толщиной 100 нм. Для расшифровки снимков использовали литературные источники, а также данные микрозондирования на рентгеновском микроанализаторе фирмы

Oxford, позволяющем определять элементный состав фаз магнезиального камня с точностью 0,5%. Математическое планирование эксперимента В работе с целью получения зависимостей технологических свойств вяжущих от условий обжига, создания математических моделей исследуемых процессов и их статистического анализа, использовали математическое планирование эксперимента по плану Хартли. Математическое планирование эксперимента включает: выбор и обоснование плана эксперимента, проведение опытов по выбранному плану с необходимым количеством повторов, математическую обработку результатов эксперимента с целью получения регрессионных зависимостей, анализ полученных зависимостей [3]. При реализации 2х факторных экспериментов в работе использовались планы второго порядка, позволяющие получать регрессионные зависимости вида:

M(x,y)=bо+b1x+b2y+b11x2+b12xy+b22y2 (2.3)

После экспериментальной реализации плана проводили обработку результатов с помощью программ на ПК, которая включала: 1. Проверку гипотезы равноточности проведенных экспериментов по критерию Кохрена. Для этого определялась величина:

Gрасч=Symax2/(?Sy2), (2.4)

где Symax2- максимальная дисперсия.

Кодовая матрица двухфакторного эксперимента

Рассчитанную по формуле величину сравнивали со значением G-критерия, взятым из таблицы [20], в зависимости от уровня значимости б, числа степеней свободы f=r1 и числа опытов N. Ряд дисперсий считается однородным, если выполняется условие:

Gрасч<Gтабл.

2. Расчет коэффициентов регрессионного уравнения; 3. После расчета коэффициентов уравнения регрессии проверяется гипотеза об их значимости сравнением абсолютной величины коэффициента с его доверительным интервалом, рассчитанным по формуле:

?bi=tб;flSbi.,

где t - критерий Стьюдента, принимается из таблицы [20]; Sbi -дисперсия оценок коэффициентов, рассчитывается по формуле:

Sb0=с7Sy; Sbi=с8Sy;

Sbij=с9Sy; Sbii=(с5 +c6) Sy,

с5, с6, с7, с8, с9 - константы, принимаемые согласно [20]. Коэффициент считается статистически значимым, когда его абсолютная величина больше доверительного интервала или равна ему: |bi|>?bi.. (2.8) Для проверки пригодности полученного уравнения регрессии вычислялась дисперсия адекватности по формуле:

S2ad=(?(yэксп-yрасч)2)/(N-(k+1)),

где (k+1) - число значимых коэффициентов в уравнении регрессии; yэксп, yрасч - соответственно экспериментальные и расчетные значения отклика. Определяли расчетное значение критерия Фишера по формуле:



Fрасч=S2ad/S2y (2.10)

Затем его сравнивали с табличным значением F - критерия для степеней свободы, с которыми определялись S2ad и S2y, то есть

fad=N - (k+1) (2.11)

fy=N * (r - 1), (2.12)

где N - общее число экспериментов в плане;

r - число параллельных измерений в каждом опыте. В случае, если Fрасч< F, то уравнение с вероятностью p =1-б адекватно описывает изменение исследуемого свойства от задаваемых параметров и его можно использовать для решения технологических задач. 4. Построение изолиний поверхностей откликов. Определение достоверности откликов Для оценки достоверности полученных результатов вычисляли коэффициент вариации Vm. При контроле по образцам среднее квадратическое отклонение в партии (Sm) при числе единичных значений в партии n больше шести определяется по формуле

Число единичных значений п 2 3 4 5 6 Значение коэффициента ? 1,13 1,69 2,06 2,33 2,5

Коэффициент вариации в партии (Vm) в процентах вычисляют по формуле. Достоверность результатов Достоверность научных выводов и результатов работы обеспечена применением стандартных методов и поверенного оборудования при испытании материалов, использованием адекватных математических моделей и их анализом, необходимым числом образцов в серии для обеспечения доверительной вероятности результатов испытаний, равной 0,95. Значение доверительного интервала рассчитывали по формуле



?R=у•Sm

у - число параллельных испытаний в серии При этом у назначалось таким, чтобы обеспечить величину достоверности полученного среднеарифметического значения не менее 0,95 [20].

Исследование разложения доломита без добавок и в присутствии различных добавокинтенсификаторов

Для получения из доломитов магнезиального вяжущего необходимо обеспечить максимальное разложение карбоната магния при сохранении кальциевой составляющей доломита. Для этого требуется подобрать наиболее эффективную добавкуинтенсификатор обжига, способную значительно снизить температуру декарбонизации MgCO3, не оказывая существенного влияния на декарбонизацию CaCO3. Оценка эффективности различных добавокинтенсификаторов обжига весьма сложна, при ее проведении нужно обращать внимание на кристаллохимические свойства добавки, в частности на радиус и электроотрицательность катиона, способность диссоциировать на ионы при нагревании, образовывать при обжиге жидкую фазу и на температуру ее появления.



3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Термический анализ влияния добавок-интенсификаторов на декарбонизацию доломита

Исходя из литературных данных, для определения наиболее эффективного интенсификатора обжига доломитовой породы выбрали следующие добавки: хлорид натрия, шестиводный нитрат магния, семиводный сульфат железа, шестиводный хлорид магния, ацетат меди, ацетат цинка, гидрокарбонат натрия, карналлит обогащенный и шлам карналлитового хлоратора (ШКХ). Интенсифицирующее действие добавок исследовали с помощью дифференциально-термического анализа (ДТА). Доломит предварительно измельчали в лабораторной мельнице до остатка на сите №008 не более 15 %, полученный порошок смешивали с водными растворами добавок-интенсификаторов в количестве 2 % сухой добавки от массы доломита, влажность шихты составляла 15 %. Количество добавки было выбрано исходя из литературных данных [19, 22, 96] и предварительно проведенных исследований. Полученную смесь высушивали при температуре 60±5 °С и помещали в печь дериватографа.

Влияние добавок-интенсификаторов на изменения фазового состава доломита при обжиге

С целью изучения изменений фазового состава доломитовой породы, происходящих при обжиге, и выявления влияния добавок-интенсификаторов на формирование новообразований - периклаза и кальцита, одновременно с нагревом был проведен рентгенофазовый анализ доломитовой породы без добавок (рис. 3.10) и в присутствии добавок-интенсификаторов (рис. 3.11 - 3.14). Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометре ДРОН3М, (модернизированном приставкой PDWin), съемку РФА вели одновременно с нагревом материала до 900 °C, скорость нагрева составляла 10 град/мин.

При температурах 695705 °C наблюдается уменьшение высоты основных отражений доломита и появление небольших пиков, соответствующих началу образования периклаза (MgO), что хорошо сопоставляется с данными ДТА. Исходя из того, что отражения кальцита не фиксируются на рентгенограммах - кальциевая составляющая доломита находится в полуаморфном состоянии, о чем также свидетельствует диффузная дуга, зафиксированная при температурах 695705 °C.

При температурах 745755 °C отмечается появление отражений, соответствующих образованию СаО, диффузная дуга пропадает, следовательно, разложение полуаморфной кальциевой составляющей начинается при 700…750 °C. При дальнейшем нагреве до 795805 °C полностью пропадают отражения доломита, на рентгенограмме можно наблюдать характерные пики оксидов магния и кальция. Изменение фазового состава с введением добавки хлорида натрия

...