Применение пыли электрофильтров на ЗАО "Южно-Кыргызский Цемент"

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Аннотация

Данная учебно-исследовательская работа направлена на исследование влияния пыли электрофильтров и известняка, вводимых при помоле, на свойства цементов ЗАО «Южно-Кыргызский Цемент».

В УИРС содержатся следующие разделы: введение; характеристика исходных материалов и методы исследований; научно-исследовательская часть; заключение; список использованной литературы.

В научно-исследовательской части изучены свойства пыли электрофильтров и известняка, приведены методы исследования РФА, электронно-микроскопический метод анализа; изложены результаты экспериментов, физико-химических и физико-механических испытаний; выводы.



Нормативные ссылки

В УИРС использовались следующие нормативные документы:

ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент.

Технические условия.

ГОСТ 31108-2003 Цементы общестроительные.

Технические условия.

ГОСТ 310.1-76 Цементы. Методы испытаний. Общие положения.

ГОСТ 310.2-76 Цементы. Методы определения тонкости помола.

ГОСТ 310.3-76 Цементы. Методы определения нормальной густоты,

сроков схватывания и равномерности изменения объема.

ГОСТ 310.4-81 Цементы. Методы определения предела прочности

при изгибе и сжатии.

ГОСТ 30744-2001 Цементы. Методы испытаний с использованием

полифракционного песка.

ГОСТ 5382-91 Цементы и материалы цементного производства.

Методы химического анализа.



Обозначения и сокращения

C3S - алит

C2S - белит

C3A - трехкальциевый алюминат

C4AF - браунмиллерит

СаСО3 - карбонат кальция

п.п.п. - потери при прокаливании

РФА - рентгенофазовый анализ

ПЦ - портландцемент

ЗАО - закрытое акционерное общество

ЮКЦ - южно-кыргызский цемент



Введение

Цементная промышленность является показателем развития страны, так как потребление цемента напрямую связано с доходами населения. Эта отрасль во многом определяет будущие изменения в развитии региона и зависит от таких факторов, как спрос, запасы сырья и экономическая обстановка.

В соответствии со своим предназначением, цемент как строительный материал пользуется спросом при возведении новых промышленных объектов, реконструкции и строительстве зданий и сооружений, в том числе гидротехнических объектов, индивидуальном строительстве. Уникальные вяжущие свойства цемента позволяют на его основе изготавливать также специальные конструкции, такие как железнодорожные шпалы, строительные блоки, панели и плитки и многие другие изделия.

Специфика рынка цемента заключается в его преимущественно региональном характере, так как на цену товара ввиду его значительного удельного веса и крупнотоннажных потребностях большое влияние оказывает транспортная составляющая.

Производство цемента - энергоемкий процесс, в котором доля энергии составляет 20-40% в структуре издержек производства. Так, на производство 1 т цемента потребляется в среднем 4-5 ГДж топлива.

В настоящее время мировой бум в цементной промышленности продолжается. Производство цемента в мире увеличивается на 10-11% в год. В основном увеличение объемов производства происходит за счет стран азиатского региона, в первую очередь Китая. Соответственно, крупнейшим производителем цемента в мире является Китай. Также лидирующие позиции в производстве цемента занимают Индия, США, Япония, Россия. [1]

Актуальность.Образование пыли является основной проблемой в производстве цемента, а регенерация пыли - экономически необходимой.

Экономический эффект, получаемый при повторном использовании уловленной пыли, недостаточен, чтобы полностью покрыть стоимость пылеулавливающего оборудования. Однако удаление пыли необходимо для выполнения требований законодательства по охране окружающей среды и для предотвращения загрязнения близлежащей местности. Осуществление этого процесса является не простой проблемой.

Попытки использования цементной пыли путем ее возвращения на стадию обжига в том виде, в каком она была уловлена, нельзя признать успешными по двум основным причинам.

Эта пыль настолько мелкая, что значительная часть ее снова выносится отходящими газами еще до поступления на стадию цементообразоваиия. Помимо больших потерь это приводит также к большому увеличению нагрузки на пылеулавливающую систему.

Еще более существенной причиной является присутствие в пыли значительных количеств сульфатов и хлоридов щелочных металлов, которые не позволяют получать цемент достаточно хорошего качества. Поскольку требования охраны окружающей среды становятся все более жесткими, а пылеулавливающее оборудование все более совершенным, то происходит улавливание все более мелких частиц пыли. Чем меньше размеры частиц, тем, как правило, выше содержание щелочных элементов в пыли. Таким образом, упомянутая проблема качества становится все более серьезной. [2]

Научная новизна.Установили возможность использования пыли электрофильтров совместно с известняком в качестве активной минеральной добавки при помоле. При вводе 5% пыли электрофильтра и 2,5 -5% известняка можно получить композиционный цемент маркой 400 удовлетворяемого требованиям ГОСТ.

Практическая значимость.Использование пыли электрофильтров и известняка в качестве добавки при помоле позволяет снизить долю клинкера в составе композиционного цемента. Снизить расход топлива при получении цемента. Уменьшить выбросы углекислого газа (CO2) и оксидов азота (NOx).

Использование пыли в качестве добавки при помоле клинкера дало бы возможность ее утилизацию на самом цементном заводе, при невозможности возвращении ее в процесс обжига. А также при неимении других предприятий применяющих в производстве пыль электрофильтров.



1 Рациональные пути использования пыли электрофильтров

Важной проблемой современного производства является защита окружающей среды от выбросов пыли и вредных газов в атмосферу. Высокая концентрация пыли в выбросах наносит огромный вред природной среде, приводит к безвозвратной потере большого количества сырья и готового продукта. Производственная пыль - это мельчайшие твердые частицы, выделяющиеся при дроблении, размоле и механической обработке различных материалов, погрузке и выгрузке сыпучих грузов и т.п., а также образующиеся при конденсации некоторых паров. Одной из важнейших характеристик пыли является ее дисперсность. Под дисперсностью пыли понимается совокупность размеров всех частиц, составляющих пылевую систему.

Результаты исследования дисперсного состава пылей, образующихся при производстве портландцементного клинкера, говорят о том, что выделяемые из источников загрязнения пыли - полидисперсные. Содержание фракции пыли менее 10 мкм по мере прохождения материала технологического процесса обработки возрастает от 10,75 до 75%. Наиболее мелкая пыль образуется при обжиге сырьевой шихты во вращающихся печах сухого способа производства.

Основным источником пылевыделения являются клинкерообжигательные печи. В большинстве случаев количество пыли, выбрасываемое в атмосферу с газами от печей, доходит до 80% от всего количества пыли, выделяемой в процессе производства цемента. В настоящее время на большинстве предприятий в системах пылеулавливания используются электрофильтры обеспечивающие степень очистки 95-98% или 300-800 мг/м3 пыли на выходе.[3]

На большинстве цементных заводов пыль возвращают во вращающуюся печь. Возврат уловленной пыли осуществляют различными способами. Основными из них можно считать следующие: 1) подача пыли в полую часть печей. Место подачи расположено вблизи от горячего конца навески цепей или места установки ячейковых теплообменников. Пыль загружается естественной или гранулированной; 2) возврат пыли путем вдувания ее в зону спекания печей через специальную трубу или топливную горелку; 3) загрузка пыли в печь вместе с сырьевой смесью (в холодный конец печи) в виде гранул или порошка.

Способ подачи пыли с горячего конца печи с технологической и теплотехнической позиции наиболее рациональный. Пыль распределяется по всей длине печи, снижается вероятность колебания слоя материала в ней. На практике используется два варианта такой подачи пыли.

При наиболее распространенном способе пылеподающая труба на ~1,5 м выходит за сопло топливной горелки. Пыль поступает в область максимальной температуры. Вследствие этого: увеличивается степень черноты факела, снижается максимальная температура факела, дополнительно интенсифицируется теплообмен вследствие того, что нагретая в газовом потоке пыль выпадает на материал. Эти тепломассообменные процессы обеспечивают снижение пылеуноса, формирование устойчивой обмазки на огнеупоре, повышение стойкости футеровки и экономии топлива. При этом способе можно подавать до 20-25 % пыли от массы клинкера.

Подача пыли в цепную завесу наиболее простой и распространенный способ. Пневмовинтовым насосом из отделения электрофильтров собранную там пыль подают в цепную завесу. Необходимо следить за непрерывностью процесса, чтобы пыль нигде не скапливалась. Вдуваемая пыль подхватывается дымовыми газами и частично осаждается на мокрую поверхность цепей, что приводит к их зарастанию. Около 50 % пыли циркулирует по печи и приводит к увеличению пылеуноса. Поэтому этот способ не самый рациональный.

На крупных заводах целесообразно осуществлять обжиг пыли в отдельной печи. Так, на Шымкентском цементном заводе пыль, уловленную в электрофильтрах печей, собирали, готовили так называемый «пыльный» шлам и обжигали в отдельной печи №2. Это позволяло освободить остальные печи от необходимости использовать пыль, повысило качество клинкера и улучшило работу остальных печей.

Разработаны различные способы утилизации пыли электрофильтров. Пыль, уловленная электрофильтрами, может служить компонентом смешанных вяжущих, заменять часть извести при производстве силикатного кирпича и бетона. При этом содержание щелочей в пыли не должно превышать 2…4 %. Пыль электрофильтров может использоваться в дорожном строительстве при получении асфальта, в нефтедобывающей промышленности при тампонировании скважин. Высокощелочная пыль, содержащая щелочь в виде карбонатов, может использоваться в качестве компонента в шлакощелочных вяжущих, а также применяется в качестве удобрения. [2]

Гибеловым Е.И., Гибеловым В.И.и другими [4]предложен способ концентрации щелочей в цементной пыли при обжиге клинкера.При создании метода ставилась задача концентрации щелочей в цементной пыли, повышения эффективности обжига клинкера и улучшения его качества за счет того, что осаждение и улавливание цементной пыли ведут в последовательно осадительной камере при температуре 380 - 400oC и электрофильтре при температуре 180 - 220oC, причем цементную пыль из осадительной камеры возвращают в обжиговую печь, а обогащенную щелочами цементную пыль из электрофильтра используют в качестве щелочесодержащего продукта.

Бедная по щелочам пыль, уловленная в осадительных камерах, возвращается в процесс производства клинкера, а обогащенная щелочами пыль, уловленная в электрофильтре, подвергается дальнейшей переработке для получения щелочных солей, удобрений и др. Поскольку в составе исходной цементной шихты щелочи представлены преимущественно калием, то выделенная в электрофильтрах пыль резко обогащается прежде всего по калию, который, как известно, является ценным минеральным удобрением, в котором сельское хозяйство испытывает большой дефицит.

В результате реализации предлагаемого способа цементная промышленность становится значительным резервом производства дешевого обогащенного калийного сырья, полученного путем попутно без каких-либо существенных затрат. Особенностью получаемого калийного сырья является легкая растворимость калия в воде, что расширяет области его применения и переработки.

В 2011 году ОАО «Серебряковцемент»[5] запатентовало изобретение «Минеральная добавка к цементу». Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и получение качественных цемента, раствора и бетона с указанной добавкой без ухудшения их свойств.

Поставленная задача решается за счет того, что минеральная добавка к цементу, содержащая цементную пыль-унос электрофильтров вращающихся печей, дополнительно содержит компонент с удельной поверхностью не менее 800 м2/кг, по крайней мере, один, выбранный из группы: мел, глина, известняк или смесь этих компонентов, при соотношении между указанным компонентом и пылью от 1:1 до 1:10, при этом содержание щелочных оксидов R2O в пересчете на Na2O в добавке не более 4% к массе добавки.

ЩепочкинаЮ.А.[6] предложила к составам сырьевых смесей, которые могут быть использованы в производстве строительных изделий (плит, камней, блоков) добавлять пыль электрофильтров. Сырьевая смесь содержит, мас.%: нефелиновые отходы 23,0-27,0, пыль электрофильтров вращающихся печей цементной промышленности 8,0-12,0, гипс 0,5-1,0, отходы обогащения железистых кварцитов - остальное. Технический результат - повышение прочности строительных материалов из сырьевой смеси.

Загороднюк Л.Х. и другие [7] предложили растворную смесь для повышения прочности на сжатие бетона. Растворная смесь содержит, мас.%: портландцемент 8-15; металлургический шлак - сталеплавильный шлак сухого охлаждения, состава, мас.%: СаО 44,0-48,3; SiO2 25,6-27,1; Al2O3 2,4-3,2; Fe2O3 10,2-11,1; MnO 1,4-2,04; MgO 6,0-7,2; Cr2O3 0,6-1,2, измельченный до удельной поверхности 490 м2/кг, 32-45; песок активизированный в потоке под действием электромагнитных излучений ультрафиолетового диапазона 15-28; пыль электрофильтров цементных заводов 8-15; вода остальное.

Введение в растворную смесь пыли электрофильтров цементных заводов повышает активность гидратации основных компонентов сталеплавильных шлаков ОЭМК. Пыль обладает высокой дисперсностью (Syд=230 м2/мг) и содержит до 70% растворимых соединений.

Прочности на сжатие бетона, изготовленного из предлагаемой смеси, составляет свыше 400 кг/см2 .



2 Цель и задачи исследования

Цель работы - исследование возможности использования пыли электрофильтров в качестве добавки при помоле клинкера. Подбор оптимальных составов сырья для получения цемента. Исследование физико-механические свойства полученных цементов, изучение процессов гидратации и твердения опытных образцов.

Задачами настоящей работы являются:

- технологические исследования исходных сырьевых материалов;

- разработка оптимальных составов сырьевых смесей для получения цемента;

- исследование структуры и свойств полученных цемента



3 Экспериментальная часть

3.1 Характеристика исходных материалов и методы исследования

При изготовлении портландцемента в клинкер вводят минеральные добавки, а также гипс или его заменители.

Минеральными добавками называют вещества природные или искусственные, которые при смешивании в тонкоизмельченном виде с гидратной известью и затворении водой образуют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и в воде. Эти добавки вводят в клинкер во время его помола. Количество вводимых в цемент минеральных добавок может достигать 80% массы цемента.

Минеральные добавки подразделяются на две группы: природные и искусственные.

К природным минеральным добавкам относят горные породы:

осадочного происхождения -- диатомит, трепел, опоку и глиежи;

вулканического происхождения -- пеплы, туфы, пемзы, витрофиры, трассы, порфироиды.

К искусственным минеральным добавкам относят: доменные гранулированные шлаки , получаемые при выплавке чугуна и превращаемые в мелкозернистое состояние путем быстрого их охлаждения;

электротермофосфорные гранулированные шлаки, получаемые при производстве фосфора методом возгонки в электропечах и превращаемые в мелкозернистое состояние путем быстрого их охлаждения на припечной гранулированной установке;

белитовый (нефелиновый) шлам -- побочный продукт глиноземного производства, содержащий в своем составе до 80% минерала белита (C2S) частично гидратированного;

золы уноса -- отходы, остающиеся при сжигании некоторых видов твердого топлива, которые в пылевидном состоянии улавливаются электрофильтрами.

При получении портландцемента гипс вводится в клинкер в виде гипсового камня. Гипсовый камень CaSО4*2H2О - горная порода осадочного происхождения - добавляется в количестве 3-5% при помоле клинкера для регулирования сроков схватывания цемента. Содержание CaSО4*H2О в предварительно высушенном веществе должно составлять не менее 95% для гипса 1-го сорта, не менее 90% - для гипса 2-го сорта, не менее 80% - для гипса 3-го сорта и не ниже 70% - для гипса 4-го сорта.

При помоле цемента вместо гипса применяют фосфогипс, борогипс и фторогипс.

В данной курсовой работе используется клинкер,пыль электрофильтров осажденная из отходящих газов при обжиге клинкера, известняк в качестве добавки при помоле, гипс.

Известняк -осадочная горная порода органического, реже органогенного происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция (CaCO3) в виде кристаллов кальцита различного размера.

Месторождение известняка Аксайское располагается в пределах западной части хребта Чимкай-Тоо, в 15 км юго-восточнее города Кызыл-Кия, в бассейне реки Аксай с запасом - 218 млн. т.

В административном отношении площадь месторождения относится к Ноокатскому району Ошской области Кыргызской Республики, на абсолютных высотах от 1700 м до 1965 м.

Естественными границами района Аксайского месторождения являются: на востоке - река Абшир, на юге - хребет Боорду-Казан, на западе - река Исфайрам и на севере - Тахтекская долина.

Физико-механические свойства известняков: Плотность грунта - 2,55-2,75 г/см3; Пористость - 2,3 %, водопоглощение - 0,13-0,45 %; коэффициент разрыхления - 1,56; Сопротивление сжатию в воздушно-сухом состоянии - 105-250 МПа, в водонасыщенном -500-650 МПа.Химический состав известняков Аксайского месторождения приведен в таблице 3.1

Таблица 3.1- Химический состав исходных материалов ЗАО «Южно-Кыргызский цемент»

Компо-нент	Содержание оксидов, мас. %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	K2O	Na2O	TiO2	P2O5	CaOсв	п.п.п.
Известняк	2,59	0,93	0,14	52,8	0,32	0,04	0,16	0,03	0,03	0,03	-	39,46
Гипс	3,14	0,47	0,15	30,74	1,68	36,59	0,06	0,07	0,02	0,01	-	-
Пыль	13,52	3,30	2,26	43,25	1,28	0,71	0,57	0,39	0,12	-	0,12	35,34
Клинкер	20,78	4,39	3,94	64,07	1,72	1,46	0,76	0,44	0,85	-	0,85	-

Камень гипсовый месторождение «Ордо-Шахское» расположено в северных предгорьях Алайского хребта, в 8,3 км юга города Кызыл-Кия, в 10 км юго-восточнее села Учкоргон и в 11,2 км юго-запада ЗАО «Южно-Кыргызкий цемент», с запасом около 35 млн. т.

Площадь месторождения относится к Кадамжайскому району Баткенской области Кыргызской Республики, на высотах от 1350 м до 1400 м.

Физико-механические характеристики. Плотность породы составляет 2200-2400 кг/м3; объёмный вес варьируется от 2,89 г/см3 до 2,91 г/см3. Пористость объемная 0,14 %, пористость истинная - 0,34 %. Предел прочности водонасыщенном состоянии55,7-73,3 МПа. Химический состав гипса показан в таблице 3.1.

Пыль уловленная электрофильтром из отходящих газов образовавшихся при обжиге клинкера ЗАО «Южно-Кыргызский Цемент».Плотность пыли электрофильтров - 1.5 г/см3, удельная поверхность - 10188 см2/г, средний размер частиц - 3.9 мкм. Химический состав приведен в таблице 3.1.

Клинкер полученный обжигом в вращающейся печи с размером Ш4х60м с 5-ти ступенчатым циклонным теплообменником и выносным кальцинатором ЗАО «Южно-Кыргызский Цемент».Содержание MgO< 5%, CaOсв<1.5% (таблица 3.1) отвечает требования ГОСТа.

Таблица 3.2- Насыпная плотность, температура клинкера

Наименование	Насыпная плотность, г/л	Температура, С	Расплав, %
Клинкер	1371	65	30,39

По минералогическому составу (таблица 3.3) суммарная доля алита и белита составляет 74% и соответствует требованиям ГОСТ.

Таблица 3.3 - Минералогический состав клинкера

Минералогический состав:	C3S	C2S	C3A	C4AF
Клинкер	53,96	20,04	6,34	11,96

Рисунок 1 - Процентное содержание минералов в клинкере ЗАО «Южно-Кыргызский Цемент»

Методология проведения работы основана на изучении химико-минералогического состава природных добавок и пыли, подборе составов цементов отвечающим требованиям по физико-механическим свойствам, и изучении процессов гидратации и твердения опытных цементов.

В процессе определения качества и пригодности минеральных добавок,для добавления при помоле, выполнен рентгенографический анализ пробы:пыли электрофильтров ЗАО «Южно-Кыргызский цемент», клинкера ЗАО «Южно-Кыргызский цемент».

Рентгенографический анализ - это совокупность методов исследования кристаллических веществ, основанных на отражении ими рентгеновских лучей.

рентгенографический анализ имеет несколько самостоятельных направлений:

рентгеноструктурный анализ, задача которого состоит в нахождении точных позиций атомов в кристаллической решетке;

рентгенофазовый анализ, задача которого состоит в идентификации кристаллических веществ, входящих в состав анализируемого материала; [8]

Микроскопический анализ осучествляется электронным микроскопом. С помощью электронного микроскопа в области вяжущих веществ можно изучить следующие вопросы: форму и размеры отдельных кристаллов; процессы роста и разрушения кристалов, процессы протекающие на границах зерен; фазовые превращение при термической обработке и охлаждении и целый ряд других более частных задач.

Пробы исходных сырьевых материалов исследованы рентгенографическим и микроскопическом анализами на аппарате ДРОН - 3 и МИН - 8.[13]

Химический состав добавок, клинкера и опытных цементов определялся на рентгенофлуоресцентном спектрометре WDXRF ARL OPTIM X. Волновой рентгенофлуоресцентный (WDXRF) анализ является одним из наиболее гибких способов химическогоанализа твердых и жидких материалов. Метод позволяет определять в разнообразных пробах содержание элементов от Be до U с высокой точностью, надежностью и воспроизводимостью. Оборудование и аналитическиеметодики хорошо зарекомендовали себя в количественном и качественном определении разнообразных материалов. Современные технологические разработки позволили включить волновые рентгенофлуоресцентные приборы в рекомендуемые средства для аналитических лабораторий (например, стандарты ASTM и ISO), благодаряих простоте, гибкости, доступности и надежности. Стоимость одного анализа также демонстрирует преимуществаданного оборудования перед многими традиционными методами мокрой химии и другими спектральными методами.

Помол сырьевых материалов осуществлялся в лабораторной шаровой мельнице SYM 500*500 в течении 25 минут. С каждого полученного цемента были отобраны пробы для определения тонкости помола, удельной поверхности и химического состава.

Химический анализ опытных цементов проводился на рентгенофлуоресцентном спектрометре WDXRF ARL OPTIM X.

Тонкость помола определялась на вибропросеивающей машине FSY-150,согласно ее инструкции. Для этого на лабораторных веса взвешивалась проба массой 10 г. На машину устанавливалась сито №008 проба высыпалась на сито, закрывалась герметичная крышка и производилось просеивание в 100 сек. При тяге -60 МПа. Остаток на сите взвешивался, полученный результат пересчитывался к массе пробы равной 100 г (умножался на 10) и записывался в журнале.

С помощью измерителя удельной поверхности цемента китайского производства было найдена удельная поверхность опытных цементов. По инструкции прибора пробу массой 3 грамма помещали в гильзу, после установки ее на измеритель, включив воздушный насос доводили уровень жидкости в трубке до необходимой отметки. Выключив насос с помощью секундомера определили время необходимое для понижении уровня жидкости до контрольной отметки. Далее величина удельной поверхности пробы находится по таблице прилагаемой к измерителю.

Исследования по определению нормальной густоты, сроков схватывания и объёмного расширения проводили согласно ГОСТ - 30744-2001. [9]

Испытания по определению прочности при изгибе и на сжатие проводили по ГОСТ 30744-2001. Испытания проводили над образцами после пропарки и 28 суток.

Для определения прочности при изгибе использовался прибор испытания цементныхбалочек китайского производства. С диапазоном нагрузок 5000-6000Н. и скоростью нагрузки 50Н/сек.

Прочность на сжатие определялась на прессе NYL 300 с компьютеризированным управлением. Диапазон нагрузок пресса NYL 300 составляет до 300кН.

3.2Рентгенофазовый и электронно микроскопическим анализ клинкера и добавок

Выполнен рентгенографический анализ пробы клинкера, пыли электрофильтров. Рентгенограммы показаны на рисунке 4.

№1

№2

№1 - Клинкер ЗАО «ЮКЦ» , №2- Пыль электрофильтров ЗАО «ЮКЦ»

Рисунок 4 Рентгенограммы сырьевых материалов

Рентгенографический анализ выполнен на стационарном рентгенографическом аппарате ДРОН - 3. По результатам рентгенофазового анализа:

Клинкер состоит в основном из:

- Алита d = 3,033; 2,96; 2,753; 2,1724;1,7651; 1,6208; 1,4565Е;

- Белита d = 3,033; 2,706; 2,5809; 2,311; 2,172; 1,478Е;

- Алюмоферрита-2,6706; 2,64; 2,133; 1,539 Е.

Ввиду малого содержания С3А достаточно интенсивных пиков, характерных для С3А не обнаружено.

На рентгенограмме пробы пыли электрофильтров отмечены следующие линии минералов: кальцитd=3,84; 3,32; 3,03; 2,276; 2,088; 1,90; 1,865; 1,600Е; кварца (SiO2) d=3,32; 1,835; 2,457; 2,276; 1,539Е;в-С2Sd=3.03; 2.835; 2.761;1,539; 1,52 Е;

Результаты ренгенографического анализа клинкеров ЗАО «Южно-Кыргызский Цемент» подтверждается электронно микроскопическим анализом. Электронно-микроскопический анализ показал присутствия трехкальциевого силиката (C3S), двухкальциевого силиката (C2S), свободной извести (СаО) и четырехкальциевого алюмоферриита (C4AF). Результаты анализа представлены на рисунках 5, 6, 7. Электронный микроскоп МИН 8 позволяет исследовать отдельный участок образца на элементный состав и их количество. По этим результатам можно предположить о наличии конкретного минерала.

Рисунок 5- Снимок клинкера с помощью электронного микроскопа МИН 8, Клинкер (участок1, фаза 2)

Элемент	Весовой %	Атомный%
O	36.12	56.39
Mg	0.98	1.00
Al	0.60	0.55
Si	12.05	10.71
S	0.37	0.29
K	0.16	0.10
Ca	49.51	30.85
Fe	0.21	0.09
Итоги	100.00

Элемент	Весовой %	Атомный%
O	50.69	69.79
Na	0.27	0.26
Mg	1.14	1.03
Al	0.78	0.64
Si	10.52	8.25
S	0.10	0.07
Ca	35.93	19.74
Fe	0.57	0.22
Итоги	100.00

Рисунок 6 - Снимок клинкера с помощью электронного микроскопа МИН 8, Клинкер (участок 2, фаза 1)

Элемент	Весовой %	Атомный%
O	23.60	43.10
Na	0.41	0.52
Mg	0.12	0.15
Al	0.46	0.50
Si	2.97	3.09
S	0.54	0.50
K	0.53	0.39
Ca	70.13	51.11
Fe	1.23	0.64
Итоги	100.00

Рисунок 7 - Снимок клинкера с помощью электронного микроскопа МИН 8, Клинкер (участок 1, фаза 3)

3.3 Разработка составов композитных цементов

При расчете составов опытных цементов показатель SO3был подобран не более 2,90 % и регулировался количеством гипса в пробе. Масса каждой пробы составляла 2000 грамм. Были составлены теоретические составы 7 опытных цементов, 5 проб с добавлением пыли электрофильтров и 2 пробы с комплексной добавкой пыли электрофильтров и известняка.

Количество пыли в первых пяти составах композитных цементов постепенно увеличивалось с 5 % до 20 % (пробы с 1-ой по 5-ю). Так как опытный цемент с 5%-ой добавкой пыли электрофильтров при испытании на прочность дал незначительное уменьшение показателей было решено состав комплексных добавок формировать именно с 5%-ой добавкой пыли. Состав двух комплексных добавок составил: 6-проба 5% пыли и 2,5% известняка, 7-проба 5% пыли и 5% известняка от общей массы.

Так общее количество составов композитных цементов исследованных в данной работе составило 7. Составы композитных цементов приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Составы композитных цементов ЗАО «Южно-Кыргызский цемент».

№ пр.	Клинкер	Гипс	Пыль	Известняк	SO3, %
	SO3, %	Доля, %	Кол-во, г	SO3, %	Доля, %	Кол-во, г	SO3, %	Доля, %	Кол-во, г	SO3, %	Доля, %	Кол-во, г
1	1,46	95,9	1918	36,59	4,1	82	0,71	-	-	0,04	-	-	2,90
2		90,8	1816		4,2	84		5	100		-	-	2,90
3		85,7	1714		4,3	86		10	200		-	-	2,90
4		80,58	1611,6		4,42	88,4		15	300		-	-	2,90
5		75,48	1509,6		4,52	90,4		20	400		-	-	2,90
6		88,8	1776		3,7	74		5	100		2,5	50	2,68
7		86,2	1724		3,8	76		5	100		5	100	2,69

В таблице 3.4 показано как массовая доля в процентах каждого компонента (клинкер, гипс и т.д.), так и их точное количество в граммах.

Общее количество оксида серы (VI)SO3 вычислялось по формуле:

3.4 Результаты испытаний и их обработка

Помол сырьевых материалов осуществлялся в лабораторной шаровой мельнице SYM 500*500. Химический анализ опытных цементов проводился на рентгенофлуоресцентном спектрометре WDXRF ARL OPTIM X. Результаты анализа приведены в таблице 3.5.

Химический анализ показал что по количеству SO3, MgO, CaOсв, R2O опытные цементы соответствуют требованиям ГОСТ 10178-85 [10] и ГОСТ 31108-2003 [11]

Тонкость помола определялась на вибропросеивающей машине FSY-150 согласно ее инструкции.

С помощью измерителя удельной поверхности цемента китайского производителя была найдена удельная поверхность опытных цементов.

Удельная поверхность и остаток на сите №008 опытных цементов приведен в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Удельная поверхность и остаток на сите №008 опытных цементов ЗАО «Южно-Кыргызский цемент».

№ пробыцементов	Удельная поверхность, см2/г	Остаток на сите №008, %
1	2540	4,47
2	2876	4,33
3	3275	4,12
4	3655	3,65
5	4100	3,25
6	2844	4,91
7	2907	5,64

В ходе исследований было установлено возрастание удельной поверхности цемента по мере увеличения пыли электрофильтров. Максимальное значение 4100 см2/г было достигнуто на пробе №5 с 20 процентной добавкой пыли. Это объясняется высокой удельной поверхностью самой пыли электрофильтров равной 10188 см2/г. Изменения удельной поверхности опытных цементов приведено на рисунке 8.

На рисунке 9 видно, что тонкость помола же имеет тенденцию к уменьшению с 4.47 пробы №1 (0% пыли) до 3.25 пробы №5(20% пыли). Что тоже обусловлено свойствами пыли. Так средний размер частиц пыли измеренный на аппарате ПСХ-К составил 3.9 мкм.

Из выше изложенного можно сделать вывод что в процессе помола в мельнице в основном происходит размельчение клинкера и гипса. При достижении цементом удельной поверхности 350-400 м2/кг возможно снижение эффективности помола из-за явления агрегирования (слипания мельчайших части между собой) и налипания на мелющие тела. [1].

Таблица 3.5 - Вещественный и химический состав композиционных цементов ЗАО «Южно-Кыргызский Цемент»

№ пробы	Содержание компонентов, %	Химический состав цементов, %
	Клинкер	Гипс	Пыль	Изве-стняк	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	K2O	Na2O	TiO2	Mn2O3	P2O5	Cl	CaOcв
1	95,9	4,1	-	-	20,30	4,18	3,66	61,12	1,77	3,15	0,71	0,51	0,20	0,13	0,11	0,01	0,61
2	90,8	4,2	5	-	20,15	4,23	3,65	60,97	1,73	3,15	0,71	0,50	0,21	0,13	0,11	0,009	0,56
3	85,7	4,3	10	-	19,65	4,14	3,58	60,87	1,72	3,19	0,71	0,50	0,20	0,13	0,11	0,010	0,67
4	80,58	4,42	15	-	18,93	4,05	3,55	60,38	1,64	3,24	0,71	0,48	0,21	0,13	0,11	0,008	0,61
5	75,48	4,52	20	-	18,77	4,00	3,54	60,24	1,64	3,01	0,71	0,45	0,20	0,13	0,11	0,009	0,61
6	88,8	3,7	5	2,5	19,48	4,15	4,58	61,24	1,66	3,02	0,75	0,51	0,23	0,13	0,12	0,010	0,56
7	86,2	3,8	5	5	18,83	3,96	4,51	61,37	1,61	3,09	0,74	0,49	0,23	0,13	0,12	0,011	0,48

Рисунок 8 - Удельная поверхность опытных цементов с добавкой пыли.

Рисунок 9 -Остаток на сите №008 опытных цементов с добавкой пыли.

В случае комплексной добавки из пыли и известняка удельная поверхность изменяется, хотя и в меньшей степени, чем в случае добавлении только пыли. Остаток на сите №008 наоборот увеличивается. Что и отражено в графиках 10 и 11.

Рисунок 10- Удельная поверхность композитных цементов с комплексной добавкой.

Рисунок 11-Остаток на сите №008 композитных цементов с комплексной добавкой.

Нормальная густота цементного теста характеризуется процентным содержанием воды от массы цемента и не желательно превышение ее значения 0.28. Уменьшение нормальной густоты цементного теста на 1 % понижает водопотребность бетонной смеси на 2 - 5 л / м3, что приводит к уменьшению расхода цемента на 1 м3 бетона. Сроки схватывания и равномерность изменения объема цемента определяются также на цементном тесте нормальной густоты.[12]

Нормальная густота опытных цементов, как видно из таблицы 3.7 колеблетсяс 22.8 до 23.2% и увеличивается по мере увеличение пыли в составе цемента. Наивысшие значения нормальной густоты показывают пробы №5,7, что объясняется свойствами пыли и известняка.

Все полученные цементы отвечают нормативам по срокам схватывания указанным в ГОСТ. Начало срока схватывания без добавочного цемента наступило через 2 часа 50 минут после затворения цементного теста и через 5 часов 50 минут был зафиксирован конец. С добавлением в качестве добавки пыли электрофильтров и ее увеличением начало и конец срока схватывания фиксировались раньше. В пробе №4 с 15 процентной добавкой пыли сроки составили начало 1ч. 15 мин. и конец 3ч. 45 мин. Но в пробе №5 с 20 процентной добавкой пыли наблюдается обратное. Сроки составили 2ч. 10 мин. и 4ч. 40 мин. соответственно. Из чего можно сделать вывод что пыль до 15 % ускоряет процессы гидратации и дальнейшее ее увеличение приводит к замедлению гидратации цемента.

При использовании комплексной добавки наблюдается более раннего начала схватывания и позднего конца. Возможно причины этого заключается в более грубом помоле опытных цементов с комплексной добавкой. [1]

Таблица 3.7 - Сроки схватывания, нормальная густота и объемное расширение опытных цементов ЗАО «Южно-Кыргызский Цемент».

№ пр.	Добавка, %	НГ, %	Сроки схватывания, ч-мин	Объемное расширение, мм
			Начало	Конец
1	Пыль 0%	22,8	2-50	5-50	1,0
2	Пыль 5%	22,9	1-55	4-55	1,5
3	Пыль 10%	23,0	1-45	4-40	1,0
4	Пыль 15%	23,0	1-15	3-45	1,5
5	Пыль 20%	23,1	2-10	4-40	1,5
6	Пыль 5%+2.5% известняк	23,0	2-20	5-10	1,0
7	Пыль 5%+5% известняк	23,2	2-35	6-05	1,0

Объемное расширение всех проб опытных цементов показали соответствие требованиям ГОСТа. В ходе испытаний не выявилось его зависимость от вида и количества добавки. Результаты испытаний приведены в таблице 3.7.

Исследования образцов на прочность проводились поэтапно. Так как вначале были проведены испытания с образцами, где в качестве добавки использовалась только пыль электрофильтров.

На основании этих испытаний были подобраны составы комплексных добавок и затем залиты образцы композитных цементов. Поэтому мы в первую очередь рассмотрим результаты испытаний образцов с добавкой пыли электрофильтров, а затем результаты испытаний образцов с комплексной добавкой (пыль электрофильтров и известняк).

Результаты испытаний на прочность образцов 4х4х16 см всех полученных опытных цементов показаны в таблице 3.8.

Таблица 3.8 Физико-механические свойства композитных цементов ЗАО «Южно-Кыргызский Цемент»

№ обр.	Добавка, %	Прочность образцов 4х4х16 см, после
		Пропарка, МПа	28 суток, МПа
		При изгибе	На сжатие	При изгибе	На сжатие
1	Пыль 0%	5,6	32,9	7,5	47,4
2	Пыль 5%	5,8	32,3	7,4	44,8
3	Пыль 10%	5,7	31,4	7,3	42,2
4	Пыль 15%	5,4	27,4	7,2	41,0
5	Пыль 20%	4,8	25,0	6,7	35,7
6	Пыль 5%+2.5% известняк	5,5	30,2	7,9	45,7
7	Пыль 5%+5% известняк	5,6	28,0	8	44,4

В результате испытания образцов с добавкой пыли электрофильтровна прочность при изгибе установлено:

После пропарки большинство проб опытных цементов показывают необходимые по ГОСТу пределы прочности для марки 400. Только проба опытного цемента №5 с 20% добавкой пыли показала предел прочности для марки 300.

После 28 суток все опытные цементы обладают высокими значениями предела прочности при изгибе и отвечают требованиям ГОСТа марки 600.

Добавление пыли электрофильтров в качестве добавки незначительно снижает прочность при изгибе. Так если бездобавочный опытный цемент №1 показал значение 7,5 МПа, то опытный цемент №5 с максимальной добавкой пыли (в рамках данного исследования) уже имеет значение прочности 6,7 МПа. Что наглядно продемонстрировано на графике рисунка 13.



Рисунок 13 - График изменения предела прочности при изгибе опытных цементов ЗАО «ЮКЦ»

В ходе проведенных испытаний на прочность на сжатие образцов с добавкой пыли мы пришли к следующим выводам:

Все образцы после пропарки демонстрируют предел прочности для цемента марки 400. Добавление пыли электрофильтров до 10% снижает прочность незначительно, начиная с 15% прочность образцов падает, более существенно (рисунок 14).

Результаты испытаний при 28 суточном естественном твердении показали, что требуемая для марки 400 прочность на сжатие 39,2 МПа по ГОСТ 10178-85обеспечивается при добавлении пыли электрофильтров не более 15% от массы цемента (рисунок 14).

Рисунок 14 - График изменения прочности на сжатие опытных цементов ЗАО «ЮКЦ»

Испытания образцов опытных цементов с комплексной добавкой из пыли электрофильтров и известняка показали несколько другие результаты (таблица 3.8):

После пропарки образцов композиционных цементов прочность при изгибе осталась на уровне результатов контрольного, без добавочного цемента. Согласно ГОСТ 10178-85 результаты соответствуют марке 600;

Образцы в возрасте 28 суток продемонстрировали рост значений прочности при изгибе. Максимальная прочность 8,0 МПа была достигнута на образце №7 с комплексной добавкой 5% пыли электрофильтров и 5% известняка;

Возрастание прочности при изгибе наблюдается при увеличении массовой доли известняка в комплексной добавке. На рисунке 15 представлен график, наглядно демонстрирующий изменение прочности;

Рисунок 15 - График изменения прочности при изгибе композитных цементов ЗАО «ЮКЦ»

Пределы прочности образцов композиционных цементов после пропарки и на 28 сутки соответствуют нормативам ГОСТ 10178-85 для марки цемента 400 (таблица 3.8).

При проведении измерений прочности на сжатие после пропарки образцы показали снижение по мере увеличения добавленного известняка в состав добавки.

После 28 суток твердения мы наблюдали меньшее снижение прочности, чем с образцами с добавкой только пыли, при равной доли добавки в опытном цементе.

На рисунке 16 изображен график изменения прочности образцов с добавлением разной по составу комплексной добавкой.

Рисунок 16 - График изменения прочности на сжатие композитных цементов ЗАО «ЮКЦ»



Заключение

В данной работе было исследовано влияние пыли электрофильтров и известняка вводимых при помоле на свойство цементов ЗАО «Южно-Кыргызский Цемент».

Исследовательская работа была проведена в три этапа.

В первом этапе были рассмотрены на соответствие требованиям ГОСТа клинкер, гипс, пыль электрофильтров и известняк, т.е. исходные сырьевые материалы ЗАО «ЮКЦ» для получения портландцемента. Получены рентгенограммы клинкера и пыли электрофильтров. Клинкер ЗАО «ЮКЦ» дополнительно был исследован на электронном микроскопе МИН-8. По результатам проведенных анализов установлено, что они отвечают нормативам ГОСТ, и могут использоваться для нашего исследования.

На данном этапе были проведены испытания с контрольным образцом опытного цемента с вещественным составом из клинкера и гипса. Были определены согласно требованиям ГОСТостаток на сите №008 и удельная поверхность. Проведен химический анализ на рентгенофлуоресцентном спектрометре WDXRF ARL OPTIM X. Проведены испытания на предел прочности при изгибе и на сжатие.

На втором этапе по результатам контрольного образца были сформированы экспериментальные составы пяти опытных цементов с добавкой пыли электрофильтров. Полученные опытные цементы были исследованы согласно методикам ГОСТ 310.1-76 и ГОСТ 30744-2001. Было решено выбрать 5 процентную добавку пыли электрофильтров в качестве основы комплексной добавки.

В ходе третьего этапа было сформировано 2 состава композитного цемента и проведены все необходимые испытания.

По результатам исследовательской работы установлено:

Возможность использования пыли электрофильтров совместно с известняком в качестве активной минеральной добавки при помоле цемента.

При вводе до 15% пыли электрофильтров и комплексной добавки 5% пыли и 5% известняка можно получить цемент марки 400 удовлетворяющий требованиям ГОСТ.

Использование в качестве активной минеральной добавки пыли электрофильтров возможно повышение производительности помольных установок и снижение износа бронефутеровок и мелющих тел при помоле.



Список использованных источников

Таймасов Б.Т. Технология производства портландцемента. - Шымкент, ЮКГУ им. М.Ауезова, 2004. -293с.

Таймасов Б.Т. Химическая технология вяжущих материалов - Шымкент, ЮКГУ им. М.Ауезова, 2014. -444с.

Пыль цементного производства. Переработка и альтернативное применение \\ http://www.forpsk.ru/

Гибелов Е.И., Гибелов В.И. «Способ концентрации щелочей в цементной пыли при обжиге клинкера» патент №2117643.

ОАО "Себряковцемент" «Минеральная добавка к цементу» патент №2478589

Щепочкина Ю.А. Сырьевая смесь для производства строительных изделий. Патент №2326084

Загороднюк Л.Х., Кашибадзе Н.В., Шахова Л.Д., Алфимова Н. И., Вишневская Я.Ю. Растворная смесь. Патент №2389704

Методические указания по лабораторному практикуму «Основы научных исследований» - Шымкент, ЮКГУ, 2001.

ГОСТ 30744-2001 Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка.

ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия.

ГОСТ 31108-2003 Цементы общестроительные. Технические условия.

Основин В., Шуляков Л., Дубяго Д. Справочник по строительным материалам и изделиям. - Ростов на Дону, изд. «Феникс», 2008 - 448с.

Таймасов Б.Т. Методические указания по проектированию цементных заводов. - Шымкент, 2013.- 46с.

Лугинина И.Г. Химия и химическая технология неорганических вяжущих материалов: В 2ч. - Белгород: Из-во БГТУ им. В.Г.Шухова, 2004. - .- Ч. 1. - 240 с., Ч.ІІ. - 199с.

Сулименко, Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: учебник. Изд. 3-е перераб. и допол. / Л.М. Сулименко. - М.: Высшая школа, 2005. - 304 с.

Классен, В.К. Технология и оптимизация производства цемента: краткий курс лекций: учеб. пособие /В.К.Классен.-Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. -308 с.

Таймасов, Б.Т. Специальная технология вяжущих материалов: учебно-методическое пособие / Б.Т. Таймасов, А.Ж. Альжанова, М.С. Даулетияров. - Шымкент: Изд-во ЮКГУ им.М. Ауезова, 2012. - 113с.

Таймасов Б.Т. Технология производства портландцемента: электронный учебник / Б.Т.Таймасов. - Шымкент: 2010 г. - 6,0 Мбайт.

Бутт, Ю.М. Химическая технология вяжущих материалов: учебник / Ю.М. Бутт, М.М. Сычев, В.В. Тимашев. - М.: Высшая школа, 1980.-472 с.

Пащенко, А.А. Вяжущие материалы. 2-ое издание: учебник / А.А. Пащенко, В.П. Сербин, Е.А. Старчевская. - Киев: Вища школа, 1985. - 440 с.

Таймасов Б.Т., Бычков В.В. Методическое руководство по применению компьютерных программ в технологии цемента. -Шымкент: ЮКГУ. - 2006. -26с. электрофильтр клинкер цемент

Бутт, Ю.М. Практикум по химической технологии вяжущих материалов: учебник / Ю.М. Бутт, В.В. Тимашев. - М.: Высшая школа, 1973. -504 с.

Кузнецова Т.В., Самченко С.В. Микроскопия материалов цементного производства. -М.: МИКХиС, 2007. -390с.

Размещено на Allbest.ru

...