Технологическая схема производства каустического доломита

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Характеристика вяжущего вещества

1.1 Основные сырьевые материалы и их свойства для производства каустического доломита

1.2 Свойства каустического доломита

1.3 Гидратация и твердение вяжущего вещества

2. Способы изготовления каустического доломита

2.1 Расчет состава сырьевой смеси для получения цементного клинкера

3. Технологическая схема производства каустического доломита

3.1 Описание технологической схемы

1. Характеристика вяжущего вещества

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 физико-механическими 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.

1.1 Основные сырьевые материалы и их свойства для производства каустического доломита

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

Доломит - двойная углекислая соль магния и кальция - слагает горные породы осадочного происхождения. Плотность доломита 2,85 - 2,98 г/см3, твердость 3,5-4,5. Чистый доломит - белого цвета, но чаще встречается окрашенный в желтые и буроватые цвета железистыми и глинистыми примесями. Довольно часто встречаются месторождения доломитов, сопутствующие отложениям известняков. Обычно доломиты содержат около 20% MgO, около 30% СаО и около 45% СО2. В природе доломит встречается значительно чаще, чем магнезит.

Обжигая доломит при разных температурах, можно получать следующие материалы:

Каустический доломит, состоящий из MgO и СаСО3 и получаемый при 650-750 С с последующим измельчением;

Доломитовый цемент, состоящий из MgO, СаО и СаСО3 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;

Доломитовую известь, состоящую из окисей магния и кальция и получаемую обжигом 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.

Плотность каустического доломита находится в пределах 2,78-2,58 г/см3. Ее повышение указывает на появление в каустическом доломите значительного количества свободной окиси кальция.

Объемная масса в рыхлонасыпанном состоянии зависит от тонкости помола и составляет в среднем 1050-1100 кг/м3.

Сроки схватывания. Начало схватывания при комнатной температуре наступает через 3-10 ч, а конец через 8-20 ч после затворения.

Равномерность изменения объема. Каустический доломит, обожженный при температуре ниже температуры диссоциации СаСО3, характеризуется равномерным изменением объема. Неравномерность наблюдается лишь при наличии в нем 2-2,5% свободной окиси кальция и при неправильно выбранном соотношении между MgO - MgCl2 и водой. В этом случае появляются трещины и цементный камень разрушается.

Химический состав доломита

Данные рентгенофазного анализа образца доломита

Рис.1 - Рентгенограмма образца доломита (Х - СаСО3*MgCO3, О - СаСО3)

Разложение карбонатов - сложное явление, отдельные стадии которого - диффузия, адсорбция и десорбция. Химические реакции, кристаллические превращения имеют различную природу. В соответствии с этим скорость разложения зависит от многих обстоятельств, в частности: от состава газовой фазы, скорости нагрева, размера кусков обжигаемого материала [4]. Похожая статья: Возможности использования грунта в качестве аккумулятора солнечной энергии Исследование термических свойств доломитовой руды Бойцовского месторождения проведено методом термографии на дериватографе Q-1500D (рис.2). Опыт проводили в платиновом тигле на воздухе. Навеска составляла 804 мг, температура нагрева - 5 град/мин до 1000оС. Чувствительность ДТА устанавливалась максимальной.

Рис.3 - Изменение свойств оксида кальция при нагревании (по данным ЭПР)

1.2 Свойства каустического доломита

Свойства каустического доломита. Плотность каустического доломита находится в пределах 2,78--2,85 г/см3. Ее повышение указывает на появление в каустическом доломите значительного количества свободной окиси кальция.

Объемная масса в рыхлонасыпанном состоянии зависит от тонкости помола и составляет в среднем 1050--1100 кг/м3.

Сроки схватывания. Начало схватывания при комнатной температуре наступает через 3--10 ч, а конец -- через 8--20 ч после затворения.

Равномерность изменения объема. Каустический доломит, обожженный при температуре ниже температуры диссоциации СаСОз, характеризуется равномерным изменением объема. Неравномерность наблюдается лишь при наличии в нем более 2--2,5% свободной окиси кальция и при неправильно выбранном соотношении между MgO, MgCl2 и водой. В этом случае появляются трещины и цементный камень разрушается.

Прочность. Каустический доломит характеризуется меньшей прочностью, чем каустический магнезит. Прочность на растяжение трамбованных восьмерок из чистого каустического доломита достигает через 7 суток 10--15 кгс/см2, а через 28 суток -- 25--30 кгс/см2; предел прочности при сжатии 150--200 кгс/см2. Образцы из трамбованного раствора состава 1 : 3 по массе на этом вяжущем через 28 суток воздушного твердения имеют предел прочности при сжатии 100-- 300 кгс/см2.

Затвердевший каустический доломит, как и магнезит, разрушается в воде вследствие вымывания из него растворимых солей (MgCb и др.).

Каустический доломит наравне с каустическим магнезитом применяют для изготовления ксилолита, фибролита, теплоизоляционных материалов и т. п.

Прочность. Каустический доломит характеризуется меньшей прочностью, чем каустический магнезит. Прочность на растяжение трамбованных восьмерок из чистого каустического доломита достигается через 7 сут 1 - 1,5, а через 28 сут 2,5 - 3 Мпа; предел прочности на сжатии 1520 Мпа. Образцы из трамбованного раствора состава 1:3 по массе на этом вяжущем через 28 сут воздушного твердения имеют предел прочности при сжатии 10-30 Мпа.

Прочность ксилолита увеличивается пропорционально содержанию каустического вяжущего в смеси, однако при этом растет и теплопроводность материала, что отрицательно влияет на свойства материала. каустический доломит гидратация клинкер

Для максимального использования вяжущих свойств магнезиально-каустического цемента его затворяют не водой, а следующими основными растворами: хлористого магния MgCl₂, сернокислого магния MgS0₄. Для затворения магнезиального цемента могут применяться также отходы производства травильных цехов в смеси серной кислоты, дисульфата натрия, хлористого цинка, азотнокислого магния, карнолита или магнезиальной рапы солевых озер.

Так как магнезиальное вяжущее затворяют не водой, а растворами солей, то его прочность зависит не только от водомагнезитового отношения (понятие, аналогичное водоцементному), но и от соотношения (по массе) магнезита и введенной соли. По теоретическим и опытным данным вяжущее приобретает максимальную Прочность при соотношении (по массе) магнезита и шести-водного хлористого магния в пределах от 1/0,65 до 1/0,6. Если взять больше хлористого магния, то помимо уменьшения прочности на поверхности затвердевшего материала будут появляться выцветы.

1.3 Гидратация и твердение вяжущего вещества

При гидратации в присутствии MgCl2 на первом этапе образуется гидроксихлорид магния состава MgCl2 * 5Mg(OH)2 * 7H2O, который с течением времени распадается на MgCl2 * 3Mg(OH)2 * 7H2O и Mg(OH)2 и Mg(OH)2. В затвердевшем каустическом магнезите рентгенофазовым анализом установлено присутствие MgCl2 *n3Mg(OH)2 * 7H2O и Mg(OH)2 * MgCl2 * 3Mg(OH)2 * 7H2O кристаллизуется в виде волокон и придает материалу повышенную прочность на изгиб.

При гидратации в присутствии MgSO4 образуется MgSO4 * 5Mg(OH)2 * 3H2O, который при температуре выше 50°С переходит в MgSO4 * 3Mg()H)2 * 8H2O. Mg(OH)2, как и Са(OH)2, может карбонизоваться с образованием тригидрата карбоната магния, улучшающего цементирующие свойства.

При твердении каустического доломита также возникает оксихлорид магния. CaCO3 создает центры кристаллизации, повышая плотность изделий. Mg(OH)2 может вступать во взаимодействие с высокодисперсным SiO2 уже при нормальной температуре. Наиболее быстро такая реакция осуществляется в автоклаве при 174°С и в зависимости от соотношения MgO : SiO2 и температуры образуются керолит, сепиолит или серпентин в виде гелей, а затем превращаются в волокнистые кристаллы. Они не только повышают прочность, но и действуют как армирующий материал.

На основе каустического магнезита можно также получить так называемый гелевый цемент. Твердение его основано на том, что адсорбированная вода, содержащаяся в геле Mg(OH)2, удаляется введением MgO. При этом гель уплотняется и кристаллизуется. Вместо MgO для химического связывания адсорбированной воды можно вводить обожженный доломит, прокаленные Al2O3, BaO, CaO. Затвердевшие гелевые цементы состоят из гидроксида магния либо из смеси гидроксида магния и гидроксидов алюминия, бария или кальция. Они обладают значительной прочностью.

2. Способы изготовления каустического доломита

Известен способ получения каустического доломита, осуществляемый одностадийно при температуре 650-750^oC (см., например, авт.св. СССР N 156881, кл. C 04 B 2/10, 1963 г.). Однако активность получаемого этим способом вяжущего невысока: содержание свободного оксида магния, являющегося основным компонентом доломитового вяжущего, не превышает 13-15%.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения каустического доломита, включающий 2-стадийную термообработку дробленого доломитового сырья нагреванием его сначала до температуры 450-550^oC в течение 20-100 мин, а затем до температуры 600 - 720^oC в течение 5-25 мин (см., например, авт.св. СССР N 2063937, кл. C 04 B 9/00, 1993 г.). 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 2-стадийную термообработку дробленого доломитового сырья нагреванием его сначала до 450-550^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 1,2-1,3 г/см³ в количестве 0,5-3,0% от массы обжигаемого сырья.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходное доломитовое сырье подвергают дроблению до фракций 5-20 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 1,2-1,3 г/см³ в количестве 0,5-3,0% от массы обжигаемого сырья. Термообработку доломитового сырья осуществляют в две стадии: первая стадия - нагрев сырья до 450-550^oC в течение 20-100 мин, вторая стадия - последующий нагрев до 600-720^oC в течение 5-25 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 300-550^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.

2.1 Расчет состава сырьевой смеси для получения цементного клинкера

Производство белитового портландцемента связано с переработкой и транспортировкой больших количеств материалов.

Объём перерабатываемых материалов изменяется в связи с неизбежными потерями технологического (обжиг, сушка) и механического (унос, распыл) характера. Учет изменений, происходящих в перерабатываемых материалах на всех стадиях производственного процесса, необходим для определения расхода сырьевых материалов и для расчета и подбора оборудования.

Расчет ведут, исходя из программы производства, начиная со склада готовой продукции к складам сырья.

Количество технологических потерь определяют по нормативным данным. Размеры механических потерь во многом зависят от организации производственного процесса и применяемого оборудования, и принимаются на основании опыта аналогичных предприятий.

Размеры механических потерь:

потери при дроблении - 1%;

потери при транспортировке дробленого материала - 0,5%;

потери при помоле - 1 %;

-потери при транспортировке тонкомолотых материалов - 1%.

-потери при транспортировании полученного портландцементного клинкера на склад готовой продукции теряется 1%

Расчет грузопотоков цеха по производству белитового портландцемента. Состав цемента: клинкер - 70%, известняк - 26%, гипс - 4%. Влажность гипсового камня - 5% и размер кусков до 60 мм.

Работа цеха в три смены по непрерывной неделе.

Производительность цеха 60000 т цемента в год.

1. При транспортировании полученного портландцементного клинкера на склад готовой продукции теряется 1%, следовательно, из мельницы должно выходить следующее количество цемента:

в год П_г= 60000· 1,01 = 60600 т;

в час П_ч = 10,99 * 1,01= 11,09 т.

2. При помоле теряется 1% материалов, следовательно, на помол должно поступить:

П_г = 60600 * 1,01 = 61206 т; П_ч =11,09·1,01 = 11,2 т.

3. В мельницу поступают 3 отдозированных и раздельно подготовленных компонента в заданном соотношении. Количество каждого материала, поступающего в мельницу, должно составить:

-клинкера (70%): К_г=61206 * 0,7 = 42844,2т; К_ч = 11,2 · 0,7 = 7,84 т;

-известняк (26%): И_г = 61206 * 0,26 =15913 т; И_ч = 11,2 · 0,26 = 2,92т;

-гипса двуводного (4%) : Г_г = 61206 · 0,04 = 2448,24 т; Г_ч= 11,2 · 0,04=0,45 т

4.При транспортировании дробленого материала теряется 0,5%, поэтому в расходные бункеры перед мельницей должно поступать:

клинкера: К_г = 42844,2·1,005 = 43058,4 т; К_ч = 7,84 · 1,005 = 7,88 т;

известняка: И_г= 15913 · 1,005 = 15992,6 т; И_ч 2,92т · 1,005 = 2.93 т;

гипса двуводного Г_г =2448,24· 1,005 = 2460,5 т; Г_ч = 0,45 · 1,005 =0,452 т.

5.При дроблении гипса теряется 0,5%, следовательно, на дробление должно поступать:

Г_г =2460,5 * 1,005 =2472,8 т; Г_ч = 0,452 · 1,005 = 0,455 т;

6.Потери при транспортировании сырья со склада в дроблку составляют 0,5%, на складе должно быть:

Г_г = 2472,8 ·1,005=2485,2; Г_ч = 0,455 · 1,005 = 0,457 т;

3. Технологическая схема производства каустического доломита

3.1 Описание технологической схемы

Производство магнезиальных вяжущих состоит из предварительного измельчения сырья, обжига и помола.

В зависимости от конструкции печей дробление производится до кусков различных размеров. При обжиге сырья в шахтных печах средний размер кусков обычно составляет 50-60 мм, при обжиге во вращающихся - 10-15 мм.

Диссоциация магнезита и доломита - процесс эндотермический. Для разложения 1 кг магнезита необходимо 1440 кДж теплоты, а для полной диссоциации доломита немного больше.

Для обжига магнезита применяют шахтные печи с выносными топками либо вращающиеся печи. В шахтных печах поддерживают температуру 700-800, во вращающихся - 900-1000°С. Более высокая температура обжига во вращающихся печах объясняется тем, что длительность пребывания материала в них значительно меньше. Производительность шахтных печей обычно составляет 20-30 т/сут, расход топлива - 10-15% массы готового продукта. Производительность вращающихся печей - 50-120 т/сут, расход топлива - 20-30%.

Обожженный материал дробят в шаровых мельницах. Если обжиг ведут в шахтной печи, то перед помолом производится дробление. Тонкость помола каустического магнезита должна быть такой, чтобы остаток на сите № 02 не превышал 5%, а на сите № 008 - 25%. Магнезит упаковывают в металлические барабаны для предотвращения гидратации.

По ГОСТу каустический магнезит делится на 4 марки:

ПМК-88, ПМК-87, ПМК-83, ПМК-75, с содержанием МgO соответственно не менее 88, 87, 83 и 75 %. Магнезит ПМК-88 применяют для специальных целей, магнезит ПМК-87 и ПМК-83 предназначены для химической, энергетической и стекольной промышленности, магнезит ПМК-75 можно использовать в качестве вяжущего.

Процесс производства каустического доломита практически не отличается от производства каустического магнезита. В зависимости от температуры обжига из доломита можно получить материалы различного состава и назначения: при температуре ~750°С - каустический доломит, состоящий из MgO и CaCO3, при 800-850°С - доломитовый цемент, состоящий из MgO, CaO, и CaCO3, при 900-1000°С - доломитовую известь, состоящую из MgO и СaO, при 1400-1500°С - металлургический доломит, обжигаемый до спекания.

Для получения каустического доломита обжиг следует вести так, чтобы продукт содержал возможно больше MgO и минимальное количество CaO. Плотность каустического доломита должна находиться в пределах 2,78- 2,85 г/см3.Более высокая плотность свидетельствует о высоком содержании свободной извести.

В качестве магнезиального вяжущего можно применять кальцинированный магнезит (отход производства металлургического магнезита), представляющий собой пыль, осаждающуюся в пылеосадительных устройствах вращающихся печей.

Размещено на Allbest.ru