Международный
научный журнал

Цементы низкотемпературного обжига на основе промышленных отходов


Concrete of the cryoannealing based on industrial waste

Цитировать:
Шамадинова Н.Э., Адинаев Х.А., Атакузиев Т.А. Цементы низкотемпературного обжига на основе промышленных отходов // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2018. № 1(46) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/5451 (дата обращения: 05.07.2020).
 
Прочитать статью:


АННОТАЦИЯ

Предложена технология переработки фосфогипса с получением сульфоминерального цемента и серной кислоты и сульфоалюминатного цемента без разложения фосфогипса при температуре обжига 1250-13000С.

Показано, что применение фосфогипса как основного сырья для производства сульфоклинкерного цемента позволило уменьшить удельный расход тепла на 16 кг/т клинкера (на 4%), что установлено по расходу топлива, температура отходящих газов снизилась на 30-400С. Безвозвратный пылеунос на вращающуюся печь не увеличился. Измельчение сульфоклинкера производили без ввода гипса, который добавляется в обычный портландцементный клинкер как регулятор сроков схватывания.

Размольная способность сульфоклинкера оказалась в 1,3-1,5 раза выше портландцемента. В зависимости от степени помола клинкера марка цемента достигает 400-500.

Приведенные технико-экономические расчеты показали, что себестоимость 1 т серной кислоты из фосфогипса на 4,95% ниже себестоимости 1 т серной кислоты, получаемой из природной серы на Алмалыкском комбинате «Аммофос Максам». 

ABSTRACT

A technology for processing phosphogypsum with the production of sulfomineral concrete and sulfuric acid and sulphoaluminate concrete without decomposition of phosphogypsum at a firing temperature of 1250-13000С is proposed.

It is shown that the use of phosphogypsum as the main raw material to produce sulfonoclinker concrete has helped to reduce the specific heat consumption by 16 kg / t clinker (by 4%), which is determined by fuel consumption, temperature of waste gases has decreased by 30-400С. Irreversible dust removal to the rotary kiln has not increased. The grinding of the sulfoclinker has been performed without the input of gypsum which is added to the usual portland cement clinker as a regulator of the setting time.

The grinding capacity of the sulfoclinker is 1.3-1.5 times higher than portland cement. Depending on the degree of clinker grinding, the concrete grade reaches 400-500.

The above technical and economic calculations have showed that the cost price of 1 ton of sulfuric acid obtained from phosphogypsum is 4.95% below the cost of 1 ton of sulfuric acid obtained from natural sulfur at Almalyk Factory "Ammofos-Maxam".

 

Ключевые слова: фосфогипс, серная кислота, сульфосиликат кальция, белит, сульфоминеральный цемент, портландцементный клинкер, гипс, шихта, обжиг.

Keywords: phosphogypsum, sulfuric acid, calcium sulfosilicate, belite, sulfo-mineral concrete, portland cement clinker, gypsum, charge material, burning.

 

В статье приводятся результаты, полученные в полупромышленных и промышленных условиях испытаний новых видов цемента и серной кислоты [1-5] совместно с сотрудниками Ташкентского химико-технологического института и бывшего НИУИФ (Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам, г. Москва (Воскресенский филиал)) Российской Федерации.

Испытания проводились в г. Воскресенске Московской области на полупромышленной установке и на цементном заводе в Ангрене Ташкентской области Республики Узбекистан. В настоящее время НИУИФ переведен в г. Череповец и имеет название АО «Фос Агро» (НИУИФ).

На основе расчета из фосфогипса, каолиновой глины и известняка приготовили 132 м3 шлама. Загрузку сырьевых компонентов в бункер сырьевой мельницы осуществляли ковшами. Сырьевые материалы в размере одного ковша загружали в машину и взвешивали на заводских весах, чтобы знать вес одного ковша компонента. Сырьевые материалы из бункера через течку поступали в сырьевую мельницу, где производился мокрый помол. Шлам перекачивался в вертикальный шлам-бассейн и имел следующий химический состав (%): SiO2 – 13,80; Al2O3 – 5,80; Fe2O3 – 0,52; CaO – 39,06; п.п.п. – 26,32; SO3 – 13,52.

Другие характеристики шлама следующие: влажность – 49%, растекаемость – 72 мм, титр – 52,75. Тонкость помола характеризовалась остатками на ситах 900 и 4900 отв./см2.

Обжиг шлама проводили в печи длиной 80 м и диаметром 3 м. Среда обжига была слабоокислительной. Печь работала при производительности по клинкеру 8 т/час. Температуру в зоне обжига измеряли оптическим пирометром.

Образование однородных гранул (неправильной и необкатанной формы) клинкера наблюдалось при температуре обжига 1250-13200С (по оптическому пирометру), повышение температуры обжига свыше 13200С приводило к сварообразованию. Вес литра клинкера колебался в пределах от 1320 до 1440 кг.

Температура отходящих газов была 3000С. В отходящих газах не было обнаружено наличие сернистого ангидрида. Это объясняется наличием больших подсосов в системе.

Были отобраны средние пробы клинкеров, полученных при различных температурах обжига. Химический состав этих клинкеров приведен в таблице 1.

Некоторые из этих проб были испытаны по ГОСТу 310.4-81 на физико-механическую прочность при твердении в воде. Наибольшую физико-механическую прочность показали образцы цемента из клинкера 11 и 12. Это объясняется тем, что химический состав данных клинкеров близок к расчетному и получены они при температуре 12500С, которая является оптимальной для сульфоминерального цемента.

Клинкера 2, 4 и 6 получены при температурах, когда сульфосиликат кальция разлагается на белит и сульфат кальция, и при наличии большого количества сульфата кальция клинкер хорошего качества не получается. Растекаемость полученного сульфоминерального цемента была 120 мм.

Изучение сроков схватывания показало, что данный цемент является быстросхватывающимся.

Расчетный и фактический химические анализы клинкеров почти совпадают, что позволяет сделать вывод, что данный клинкер имеет расчетный минералогический состав, т. е. состоит из минералов сульфоалюмината кальция, белита, четырехкальциевого алюмоферрита и свободного ангидрита.

В клинкере присутствуют следующие минералы: сульфосиликат кальция – 75,28%, сульфоалюминат кальция – 13,38%, белит – 2,01%, С4АF – 2,03%, CaSO4 – 6,68%. ∑ = 99,28%.

Таблица 1.

Химический состав клинкеров, полученных на Ангренском цементном заводе

Температура обжига

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

SO3

п.п.п.

9000С

проч. по раз.

Сумма

1

1390

24,90

4,65

1,12

59,59

5,06

0,88

4,80

100,0

2

1380

21,32

5,42

0,90

59,94

7,16

1,09

4,17

100,0

3

1360

26,80

6,10

1,18

56,98

7,97

0,78

0,09

100,0

4

1360

22,74

5,80

1,37

56,94

8,08

0,72

4,35

100,0

5

1320

24,25

5,73

1,14

54,96

9,76

0,84

3,32

100,0

6

1310

23,52

5,68

1,09

52,95

10,39

0,75

5,62

100,0

7

1300

21,84

4,43

1,00

56,02

10,35

1,04

5,32

100,0

8

1300

21,72

5,50

1,12

53,83

11,97

1,17

4,49

100,0

9

1280

23,25

6,21

0,79

54,44

7,77

1,24

6,30

100,0

10

1280

22,83

5,82

0,96

57,21

9,22

1,02

2,95

100,0

11

1250

21,73

5,89

1,10

54,67

13,78

1,08

1,75

100,0

12

1250

23,40

4,98

1,24

56,58

11,73

1,01

3,06

100,0

 

Таблица 2.

Физико-механическая прочность ангренских производственных клинкеров

№ клинкера

проч. на изгиб МПа

проч. на сжатие МПа

сроки хранения, сутки

сроки хранения, сутки

3

7

28

3

7

28

2

1,60

2,22

2,98

7,8

16,0

21,0

4

1,55

2,17

2,76

7,7

14,9

19,4

6

2,18

2,69

3,45

12,8

18,4

26,7

8

2,42

2,87

3,69

19,0

25,2

37,2

11

4,89

5,24

5,63

32,0

36,3

43,4

12

4,20

4,63

5,00

29,0

33,0

38,2

 

В дальнейшем был произведен рентгенофазный анализ клинкеров.

На диафрагмах идентифицировались межплоскостные расстояния сульфоалюмината кальция (d= 0,373 нм), белита (d= 0,278 нм), сульфосиликата кальция (d= 0,372 нм) и свободного ангидрита (d = 0,349 нм). Наличие сульфосиликата кальция (d = 0,282 нм) говорит о том, что часть свободного ангидрита связывается в данный минерал, а часть сульфата кальция остается в несвязанном виде.

Результаты физико-механических испытаний проб клинкеров представлены в таблице 2. Проба № 11 к 28-суточному твердению в воде имела прочность на сжатие 43,4 МПа, а проба № 12 – 38,2 МПа, т. е. примерно марку «400».

Выводы

Результаты совместно проведенных исследований ТашХТИ и бывшего Воскресенского филиала НИУИФ показали, что возможно получить сульфоминеральный цемент марки «400» с использованием в качестве основного компонента фосфогипса по двум вариантам:

  • получение сульфоминерального цемента с вводом в шихту известняка;
  • переработка фосфогипса на сульфоминеральный цемент и сернистый газ с получением серной кислоты.

Результаты рентгенофазного анализа клинкеров, полученных на опытной установке бывшего филиала НИУИФ, показали наличие минералов сульфоалюмината кальция, белита, сульфосиликата кальция и свободного ангидрита в шихте безизвестнякового компонента, т. е. из двухкомпонентной шихты (фосфогипса и семилукской каолиновой глины).

Исследовано влияние температуры и количества восстановителя на степень разложения фосфогипса сульфоминеральной шихты. С увеличением температуры и количества восстановителя до определенного значения степень разложения фосфогипса возрастает.

Дальнейшее увеличение количества восстановителя приводит к уменьшению степени разложения, так как это влечет за собой повышение содержания в продуктах обжига сульфидной серы.

Рентгенофазовым анализом установлен порядок минералообразования при обжиге сульфоминеральных шихт в температурном интервале 1200-13000С.

Проведены полупромышленные испытания на полупромышленной установке по комплексной переработке фосфогипса, которые подтвердили возможность получения из фосфогипса сульфоминерального цемента марки «400» и серной кислоты.

На Ангренском цементном заводе проведены промышленные опыты по переработке фосфогипса по второму варианту, которые показали возможность получения из фосфогипса, известняка и алюмосиликатного материала сульфоминерального цемента марки «430».

Рентгенофазовым анализом установлен фазовый состав опытно-промышленных сульфоминеральных цементов.

 

Список литературы:
1. Атакузиев Т.А., Мирзаев Ф.М. Сульфоминеральные цементы на основе фосфогипса. – Ташкент: «ФАН» УзССР, 1979. – 153 с.
2. Атакузиев Т.А., Таджиева Д.Ф. Новые виды цементов на основе сульфоклинкеров. – Ташкент: Мехнат, 1989. – 125 с.
3. Атакузиев Т.А., Шамадинова Н.Э., Адинаев Х.А. Исследования формирования сульфоминералов сульфат-содержащих клинкеров на основе гипса и фосфогипса // Химическая промышленность. – 2017. – № 3. – С. 114-120.
4. Ахмедов М.А., Атакузиев Т.А. Фосфогипс. – Ташкент, «ФАН» УзССР, 1980. – 174 с.
5. Получение силикатных материалов различного назначения и серной кислоты из фосфогипса / Т.А. Атаку-зиев и др. // Сб. тр. респ. научно-техн. конф. «Современные технологии переработки местного сырья и про-дуктов». – Ташкент, 2005. – Т. 1. – С. 153-155.

 

Информация об авторах:

Шамадинова Наргис Эркиновна Nargis Shamadinova

ассистент Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, улица Навои, 32

assistant, Tashkent Chemical-Technological Institute, 100011, Tashkent, Navoiy Street, 32


Адинаев Хидир Абдуллаевич Adinaev Khidir

Старший преподаватель Ташкентского химико- технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Senior lecturer of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32


Атакузиев Темур Азимович Atakuziev Temur

д-р хим. наук, профессор кафедры технологии силикатных материалов Ташкентского химико-технологического института, 100011, Узбекистан, г. Ташкент, Навои проспект, дом 32

Doctor of Chemical Sciences, Professor of Technology of Silicate Materials Chair, Tashkent Chemical-Engineering Institute, 100011, Uzbekistan, Tashkent, Navoiy str., 32


Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович

Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5122

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в: 

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

 

OpenAire