Исследование новых видов сырьевых материалов Каракалпакстана для производства портландцемента

В предложенной Президентом Республики Узбекистан Ш. Мирзиёевым Стратегии действий по развитию экономики страны на 2017-2021 гг. особое место уделено строительной отрасли как локомотиву экономики по дальнейшему ускоренному развитию строительства зданий и сооружений, новых объектов промышленности и субъектов частного предпринимательства, железнодорожных полотен, автомобильных дорог и жилых корпусов [3]. Стройиндустрия определена приоритетной отраслью экономики. Она является одной из самых заметных национальных отраслей экономики Республики Узбекистан, показывающей стабильный ежегодный рост. Она в числе других отраслей должна внести достойный вклад в развитие страны, развивать промышленное и сельскохозяйственное строительство, в первую очередь жилищное, чтобы обеспечить граждан Узбекистана жильём для дальнейшего улучшения условий проживания и быта [2].

На современном этапе экономического и социального развития Республики Узбекистан большое значение приобретает вопрос комплексного использования сырья, экономии топлива и электроэнергии при производстве строительных материалов, в частности портландцемента, т. к. он весьма востребованный, но энергоемкий строительный материал. В связи с этим важно изыскивать пути снижения энергозатрат на его производство путем комплексного использования местных ресурсов и отходов различных отраслей промышленности, что способствует уменьшению себестоимости продукции.

В настоящее время в Узбекистане поэтапно возрастает роль регионов как важного фактора обеспечения устойчивого развития и структурных преобразований в стране. Результативность структурных преобразований в экономике страны во многом определяется происходящими изменениями в регионах, эффективностью использования их природно-экономического потенциала.

В результате проведенных в последнее время исследований стало возможным рациональное использование местных сырьевых материалов, что создает благоприятные условия для строительства цементных заводов в каждом регионе республики, к числу которых относится также и Республика Каракалпакстан, богатая различными видами полезных ископаемых. В связи с этим нами проводились исследования, посвященные вопросам научного обоснования их переработки и проблемам эффективного использования в промышленности строительных материалов [1]. Для создания новых видов цемента необходимо проведение комплексных технологических испытаний имеющихся месторождений цементного сырья с выдачей оптимальных химико-технологических параметров формирования состава сырьевой смеси и режимов ее обжига, причем в настоящее время в Республике Каракалпакстан ведется строительство новых цементных заводов суммарной мощностью около 3,5 млн т.

По оценкам специалистов, только в Каракалпакстане при строительстве социальных объектов потребуется свыше 3 миллионов тонн цемента, не говоря уже о промышленном секторе, в котором реализуются десятки крупнейших проектов в масштабах республики. Этот регион расположен достаточно далеко от основных производителей цемента в Узбекистане, поэтому только появление новых местных производителей может обеспечить строительную индустрию региона дешевым цементом.

В связи с этим проведены комплексные исследования известняков и глин Жамансайского месторождения, титаномагнетитовой породы Тебинбулакского месторождения и барханного песка Табаккумского месторождения с целью определения их пригодности в качестве компонентов сырьевой смеси для обжига клинкера. Химические составы сырьевых материалов для получения клинкеров приведены в табл. 1.

Химический состав сырьевых материалов

Исследование химико-минералогического и фазового составов клинкеров и продуктов гидратации проводили современными методами анализа, такими как химический, рентгенофазовый и электронно-микроскопический. Подготовку материалов и проведение испытаний осуществляли в соответствии с ГОСТ 25094. Химический состав исходных материалов определяли по ГОСТ 5382-91 «Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа». Расчет состава сырьевых смесей для обжига клинкеров проводился исходя из химического состава усредненных проб исходных сырьевых материалов по специальной программе в соответствии с «Ведомственными нормами технологического проектирования цементных заводов».

На основе данных химического анализа сырьевых компонентов рассчитаны составы четырехкомпонентных сырьевых смесей, включающих известняк и глину Жамансайского месторождения, барханный песок Табаккумского месторождения, титаномагнетитовую породу Тебинбулакского месторождения (1 вариант) и известняк и глину Жамансайского месторождения, барханный песок Табаккумского месторождения Каракалпакстана.

Сырьевые смеси рассчитаны при значениях коэффициента насыщения (КН) в диапазоне от 0,82 до 0,92; силикатного модуля n=1,39-2,91; глиноземного модуля р=0,9-3,0.

Расчетное содержание основного минерала С₃S в клинкерах, в зависимости от значений модульных характеристик, составляет от 49,28% до 59,92%; С₂S – 16,62-29,24%; С₃А – 3,12-12,12%; С₄АF – 12,64-16,60%.

При получении опытных образцов портландцементного клинкера сырьевые смеси рассчитывались по заданной величине коэффициента насыщения (КН), кремнеземистого (p) и глиноземистого (n) модулей. Для приготовления сырьевых смесей на клинкер сырьевые материалы подвергались совместному помолу в лабораторной мельнице до прохождения через сито № 008 в соотношениях, определенных расчетным путем. Из полученных сырьевых смесей приготовлены брикеты, которые подвергались обжигу в лабораторной силитовой печи при различной температуре в течение одного часа. Обожженные продукты подвергались резкому воздушному охлаждению, после чего их измельчали до тонкости, определяемой остатком на сите № 008, регламентируемой ГОСТ 10178-85 (не более 15%).

Исходя из расчетного минералогического состава клинкеров, выбраны оптимальные составы сырьевых смесей для проведения комплексных физико-химических исследований по изучению их реакционной способности. Оптимизирован температурный режим в процессе их обжига и проведены физико-механические испытания цементов на основе синтезированных клинкеров с целью разработки и выдачи практических рекомендаций по реализации полученных результатов при вводе в эксплуатацию строящегося в Каракалпакстане цементного завода ООО «Титанцемент» мощностью 200 тыс. тонн в год.

По данным рис. 1, при 1000°С и выдержке
30 мин. на дифрактограмме спека из сырьевой смеси с КН=0,89, составленной с использованием известняка и глины Жамансайского месторождения, барханного песка Табаккумского месторождения и титаномагнетитовой породы, наряду с линиями d/n=0.491, 0.335 nm, соответствующими СаСО₃ и SiO₂, присутствуют характерные линии СаО (d/n=0.239; 0.169 и 0.144 nm), отмечена небольшой интенсивности линия β-C₂S.

Рисунок 1. Дифрактограммы спеков сырьевых смесей, КН=0.89, «известняк+барханный песок+глина+титаномагнетитовая железосодержащая порода», обожженные в течение 30 мин. при: 1) 1000°С; 2) 1200°С; 3) 1400°С; 4) 1450°С.

Обжиг при 1200°С и выдержке 30 мин. способствует уменьшению интенсивности линии C₂S, что объясняется его переходом в трехкальциевый силикат.

С повышением температуры обжига до 1400-1450°С интенсивность линии силикатных минералов увеличивается. Характер дифрактограмм полу­ченных спеков линии C₃S d/n=0.278 nm показывает одинаковую интенсивность цемента, что говорит о полноте завершения процесса минералообразования при 1400°С. Цементы на основе клинкеров из новых сырьевых смесей соответствуют требованиям ГОСТ 10178-85 на портландцементы марки ПЦ400-Д0, которое показывают малое отличие на полученных дифрактограммных спеках при температуре 1400 и 1450°С.

Таким образом, на основе проведенных исследований установлена принципиальная возможность изготовления высококачественного портландцемента марки ПЦ400-Д0 на базе сырьевых материалов новых месторождений Каракалпакстана.

Результаты проведенных технологических испытаний сырьевых материалов показали, что по оптимальным составам сырьевых смесей и химико-технологическим параметрам обжига клинкера и цементов из него будут использованы при расширении СП ООО «Каракалпакцемент» и ООО «Титан цемент», который строится также в Караузякском районе Каракалпакстана.