РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАББРОИДНЫХ ПОРОДНЫХ СЫРЬЕВЫХ СМЕСЕЙ

АННОТАЦИЯ

Цель. Исследование химико-минералогического состава сырьевых материалов Каракалпакстана с целью их применения для получения высококачественных клинкеров и цементов на их основе.

Методы. Расчеты составов сырьевых смесей и клинкеров на основе испытуемого сырья проведены по специальной отраслевой программе. При составлении программы расчетов применялись формулы С.Д. Окорокова.

Результаты. В результате исследований разработка рекомендаций по изготовлению портландцементных клинкеров и цементов на базе местных материалов.

Выводы. Анализ теоретических основ по исследованию химико-минералогического состава сырьевых материалов Каракалпакстана, даст возможность для проведения практических экспериментов по изучению для получения высококачественных клинкеров и цементов на их основе.

ABSTRACT

Goal. The study of the chemical and mineralogical composition of raw materials of Karakalpakstan in order to use them to obtain high-quality clinkers and cements based on them.

Methods. Calculations of the compositions of raw mixtures and clinkers based on the tested raw materials have been carried out according to a special industry program. The formulas of S.D. Okorokov are used in the preparation of the calculation program.

Results. As a result of the research, the development of recommendations for the manufacture of portland cement clinkers and cements based on local materials.

Conclusions. The analysis of the theoretical foundations for the study of the chemical and mineralogical composition of raw materials of Karakalpakstan will provide an opportunity for practical experiments to study how to obtain high-quality clinkers and cements based on them.

Ключевые слова: сыреьвой смесь, габбро, известняк, барханный песок, бурый железняк, портландцемент, клинкер.

Keywords: raw material mixture, gabbro, limestone, sand dune, brown ironstone, Portland cement, clinker.

Введение. Магматические породы являются конечными продуктами магматической деятельности, обусловленной глобальным и неравномерным тепломассопереносом из мантии к поверхности планеты. Магматические расплавы зарождаются в нижней коре и мантии вследствие уменьшения давления и повышения температуры. Являясь менее плотными по отношению к вмещающим образованиям, они стремятся «всплыть» на поверхность. В процессе подъёма происходит дифференциация магмы, что приводит к наблюдаемому разнообразию составов магматических пород. В случае достижения поверхности расплав извергается по эффузивном или эксплозивному механизму[1-2].

Выделяются несколько генетических серий магматических пород, состав которых эволюционирует от родоначальной глубинной магмы, отделяющейся от твердой фазы мантии и глубокой коры[3-4].

В химическом составе магматитов выделяют петрогенные и редкие химические элементы. Петрогенные элементы определяют фазовый (минеральный) состав породы, в то время как редкие входят в эти фазы в виде примесей. Состав магматитов, чаще всего, отражают концентрациями ряда элементов в форме их оксидов (петрогенных окислов). «Главными оксидами магматических образований являются: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, MgO, CaO, Na₂O и K₂O, H₂O». Процентное содержание кремнезёма в породе служит определённым критерием её кислотности, в связи с чем термином «кислая порода» стали обозначать породы, богатые, а «основная порода» - бедные кремнезёмом, но обогащенные основаниями - СаО, MgO и FeO. Обратная зависимость между концентрациями этих оснований и кремнезёма весьма ярка выражена в ряду кислотности пород[4].

Методы и объекты исследования. Расчеты составов сырьевых смесей и клинкеров на основе испытуемого сырья проведены по специальной отраслевой программе. При составлении программы расчетов применялись формулы С.Д. Окорокова. Для сырьевых смесей, в состав которых входят известняк Дусшибулаксого месторождения, барханный песок Муйнакского месторождения, габброидовая порода Шейхджелийского участка. и бурого железистого породы Худжакулского участка.

Результаты и обсуждение. Исследование химико-минералогического состава сырьевых материалов Каракалпакстана с целью их применения для получения высококачественных клинкеров и цементов на их основе. Разработка рекомендаций по изготовлению портландцементных клинкеров и цементов на базе местных материалов. Для сырьевых смесей, в состав которых входят известняк Дусшибулаксого месторождения, барханный песок Муйнакского месторождения, габброидовая порода Шейхджелийского участка. и бурого железистого породы Худжакулского участка, оптимальная температура обжига составляет 1420-1440^°С, что соответствует классическому температурному показателю производства портландцементного клинкера.

Рисунок 1. Габбро Шейхджелийкого участка

При сравнении данных, установлено, что по содержанию регламентируемых оксидов пробы известняка (СаО=48,01; MgO=1,12; SO₃=0,0; R₂О=0,0)%, и габбро зеленоватого Шейхджелийкого участка (SiO₂=47,14; Al₂O₃=19,62; MgO=2,54; SO₃=1,11; R₂О=2,09)% полностью соответствуют требованиям, предъявляемым O’z DSt 2950:2015 к химическому составу карбонатного сырья и изверженных горных пород, применяемых при производстве портландцементного клинкера [5-8]. При проведении расчетов для синтеза  портландцементных клинкеров на основе испытуемых сырьевых компонентов, в качестве корректирующих добавок использовали бурую железно-коричневую породу и барханный песок.

При оптимальных температурных режимах обжига с использованием испытуемых сырьевых материалов синтезированы клинкера для общестроительного и сульфатостойкого цементов.

Расчеты составов сырьевых смесей и клинкеров на основе испытуемого сырья проведены по специальной отраслевой программе. При составлении программы расчетов применялись формулы С.Д. Окорокова [11].

Следовательно, для производства клинкеров на сульфатостойкие цементы в составы сырьевых смесей необходимо введение четвертого корректирующего компонента. В качестве корректирующего компонента использована бурая железно-коричневая порода. Расчетный химико-минералогический состав клинкеров на основе четырехкомпонентных сырьевых смесей по содержанию трехкальциевого силиката (С₃S =48,80%), трехкальциевого алюмината (С₃А=1,88)% и оксида алюминия (Аl₂O₃=4,89)% полностью соответствуют требованиям  O’z DSt 2801:2013 к клинкерам для сульфатостойких цементов (С₃S- не более 50%; С₃А – не более 5%; Аl₂O₃ – не более 5%).

Сырьевые смеси, в расчетных соотношениях исходных компонентов, подвергали помолу в двухкамерной шаровой мельнице МБЛ до тонкости помола по остатку 10-12% на сите № 008. Обжиг сырьевых смесей в виде прессованных таблеток с размером 1,41х1,41х1,41cm осуществляли в лабораторной силитовой печи, температуру в которой контролировали термопарой ТПР со вторичным прибором. Обжиг сырьевых смесей проводили при температуре 1420-1440^оС с выдержкой 60 мин. О завершенности процесса клинкерообразовании судили по количеству СаО_св, содержание которого определяли этилово-глицератным методом. Испытания по определению физико-механических показателей цементов на соответствие требованиям ГОСТ 10178-85 проводили по ГОСТ 310.1-310.4 [12].

Выводы: Расчетным путем установлено, что на основе четырехкомпонентных сырьевых смесей с использованием известняка, изверженных горных пород (габбро зеленоватого), бурой железно-коричневой породы и барханного песка возможно производство кондиционных клинкеров для производства сульфатостойких цементов.

References:

1. Prothero, Donald R.; Schwab, Fred. Sedimentary geology : an introduction to sedimentary rocks and stratigraphy (англ.). — 2nd. — New York: Freeman, 2004. — P. 12. — ISBN 978-0-7167-3905-0.
2. Wilkinson, Bruce H.; McElroy, Brandon J.; Kesler, Stephen E.; Peters, Shanan E.; Rothman, Edward D. Global geologic maps are tectonic speedometers—Rates of rock cycling from area-age frequencies (англ.) // Geological Society of America Bulletin (англ.)русск. : journal. — 2008. — Vol. 121, no. 5—6. — P. 760—779. — doi:10.1130/B26457.1.
3. Петрографический кодекс России: магматические, метаморфические, метасоматические, импактные образования. — 3 изд.. — СПб: ВСЕГЕИ, 2009. — 197 с.
4. Эффузивные горные породы // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
5. Л.К.Уббиниязова, Г.Ж.Оразимбетова. Синтез и исследование высококремнеземистых клинкеров из новых сырьевых смесей Каракалпакстана. /Узбекский химический журнал, №3, 2021, С.29-34.
6. Gulistan Orazimbetova, Laura Ubbiniyazova Alexsey Nimchik. Stady of chemical and mineralogical properties of tufobreccia rock of Karakalpakstan as raw material for Portlandcement clinker production. /The 1st International Conference on Problems and Perspectives of Modern Science. 16 june 2022. Cite as: AIP Conference Proceedings2432, 050026-1- 050026-5; https://doi.org/10.1063/5.0089920 Published by AIP Publishing. 978-0-7354-4345-7/:$30.00
7. Alexsey Nimchik, Khikmatulla Usmanov, Gulistan Orazimbetova. The stady of the processes of metal chloride chlorination upon receipt of agloporite based on copper- contanting flotayion tallings. /The 1st International Conference on Problems and Perspectives of Modern Science. 16 June 2022. Cite as: AIP Conference Proceedings 2432, 050059-1- 050059-6; https://doi.org/10.1063/5.0089917 Published by AIP Publishing. 978-0-7354-4345-7/:$30.00
8. G.Orazimbetova Research of chemical and mineralogical properties of clay of the republic of Karakalpakstan - as raw materials for the production of portland cement.//IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 883 012200. 2432, 050026-1- 050026-5; https://doi.org/10.1063/5.0089920 Published by AIP Publishing. 978-0-7354-4345-7/:$30.00
9. O’z DSt 2950:2015 «Материалы сырьевые для производства портландцементного клинкера. Технические условия»
10. ГОСТ 5382-91 «Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа»
11. Горшков В.С., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. -М.: Высшая школа. -1981. -333 с.
12. ГОСТ 310.2-76 «Цементы. Методы испытаний».