Патент на изобретение №2395470
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА ИЗ ДОЛОМИТА
(57) Реферат:
Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при производстве цементов, а также изделий на основе каустического магнезита. Способ изготовления портландцемента из доломита включает дробление доломита, его обжиг при температуре 900-1100°С, гашение водой в известковую суспензию, разделение ее на тяжелые и легкие частицы путем отстаивания в течение 1-2 ч с отделением легких частиц – известкового молока, сгущение известкового молока в известковое тесто путем отстаивания в течение 20-24 ч, подшихтовку глины к известковому тесту, гомогенизацию полученной сырьевой смеси, ее обжиг до спекания и тонкое измельчение полученного клинкера с гипсовым камнем. Технический результат – повышение прочности портландцемента. 2 табл., 1 ил.
Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при производстве цементов, а также изделий на основе каустического магнезита. Известен “мокрый” способ производства портландцемента (В.С.Колокольников и др. «Производство цемента», Высшая школа, М., 1974, стр.34), включающий операции дробления известняка и глины, совместный «мокрый» помол с получением сырьевого шлама влажностью примерно 40%, обжиг шлама во вращающейся печи, размол полученного клинкера с гипсовым камнем. Известен “сухой” способ производства портландцемента (А.В.Волжанский и др. «Минеральные вяжущие вещества», Стройиздат, М., 1973, стр.198), включающий операции дробления известняка и глины с совместным «сухим» помолом и гомогенизацией сырьевой шихты, которая подвергается обжигу во вращающихся или шахтных печах до спекания с получением клинкера, который измельчается с гипсовым камнем. Недостатком двух первых способов является использование в производстве цемента высококачественных известняков с максимальным количеством СаО при минимальном содержании примесей, в частности MgO, что существенно сужает сырьевую базу цементной промышленности, отрицательно отражается на себестоимости цемента. Известен способ получения цементного клинкера на спекательной решетке (SU, 1625842 А1, С04В 7/36), включающий операции: совместного измельчения мела, суглинка, концентрата, обжига шихты на спекательной решетке с получением клинкера. Недостаток способа в использовании малораспространенного карбоната – мела, что не позволяет широко внедрить известный способ. Известен способ производства магнезиального портландцемента (Справочник по производству цемента, под редакцией И.И.Холина, Стройиздат, М., 1963, стр.39), включающий операции: дробления известесодержащего компонента, совместного помола известесодержащего компонента и глины, гомогенизации шлама, обжига сырьевой шихты до клинкера с последующим тонким измельчением клинкера с гипсовым камнем. Достоинством способа является то, что в качестве известкового компонента применяются не кондиционные известняки, остро востребованные черной и цветной металлургией, а известково-магнезиальные породы, что существенно расширяет сырьевую базу производства портландцемента, повышает прочность портландцемента, снижает его себестоимость. Недостатки: поскольку в известном магнезиальном портландцементе содержится до 10% MgO (норма для классического портландцемента до 5%), случаются явления неравномерного изменения объема цементного теста с замедленным нарастанием прочности, меньшей в сравнении с классическим портландцементом прочностью на растяжение. Поэтому области использования магнезиального портландцемента ограничены: нельзя применять его для подводных и санитарно-технических сооружений, для конструкций, работающих на растяжение. Бетоны на магнезиальном портландцементе нельзя пропаривать. Последнее техническое решение принято в качестве прототипа. Цель изобретения – расширение сырьевой базы для производства портландцемента с заменой кондиционного известняка на широко распространенные в природе доломиты с некоторым увеличением качеств и свойств классического известкового портландцемента по ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия». Цель достигается тем, что способ получения портландцемента из доломита, включающий операции дробления доломита, подшихтовку глины, гомогенизацию полученной сырьевой смеси, ее обжиг до спекания и тонкое измельчение полученного клинкера с гипсовым камнем, дополнительно содержит операции: обжиг доломита при температуре 900 На чертеже показаны схемы получения магнезиального портландцемента (прототип) и портландцемента из доломита (изобретение), путем отстаивания в течение 1-2 ч с отделением легких частиц – известкового молока, сгущение известкового молока в известковое тесто путем отстаивания в течение 20-24 ч, а подшихтовку глины осуществляют к полученному известковому тесту. Технологический процесс получения портландцемента из доломита протекает следующим образом. Доломит любого состава подвергается дроблению до фракции 10 В результате обжига доломита образуется негашеная известь, относящаяся к доломитовой согласно ГОСТ-9179-77 «Известь строительная. Технические условия». Доломитовая известь подвергается гашению в 3 Прогасившаяся известь представляет собой суспензию, состоящую из следующих частиц, различающихся крупностью и плотностью (по результатам собственных исследований):
Собственными исследованиями установили, что при гашении частицы MgO практически не гидратируют, наоборот, частицы СаО превращаются в Са(ОН)2 практически 100%. В суспензии остается около 5% необожженного СаСО3. необожженные частицы MgCO3 не установлены. Суспензия в форме известкового молока сливается в отстойники-осадители частиц. Тяжелые частицы MgO, СаСО3 и «прочие» оседают в течение 1 После оседания частиц и достижения уплотненным слоем влажности примерно 50% (известковое тесто) осветленная вода сливается и направляется на повторное использование в гашении извести. К известковому тесту подшихтовывается расчетное количество глины, и сырьевой шлам для получения клинкера тщательно гомогенизируется. Далее сырьевой шлам отправляется во вращающуюся обжиговую печь для получения клинкера, который на заключительной стадии измельчается в порошок вместе с гипсовым камнем и направляется потребителю. Тяжелые частицы из отстойника промывают водой (воду промывки смешивают с известковым молоком) и сушат. Таким образом получают магнезиальный концентрат, в котором содержание MgO колеблется от 60 до 80% в зависимости от вида использованного доломита. Описанный выше способ получения цемента относится к «мокрому», но можно изготавливать цемент по более прогрессивному полусухому способу, для чего сырьевой шлам с влажностью примерно 40% сушат в естественных условиях до остаточной влажности 20 Практическое применение изобретения покажем на ряде примеров. В таблице 1 представлен химический состав горных пород, использованных в лабораторном производстве цементов. Для сравнения характеристик цементов, изготовленных из доломита, предварительно изготовили образцы портландцемента по ГОСТ 10178-85 и магнезиального портландцемента (прототип). Для изготовления образца классического портландцемента использовали известняк месторождения «Малая Камала» и глину месторождения «Зеледеевское» из расчета на 1 кг клинкера: – известняк 1,28 кг; – глина (сухая) 0,301 кг. Коэффициент выхода клинкера из сырьевой смеси КВых=0,632. Расчетный минералогический состав клинкера портландцемента, % по массе:
Из сухой сырьевой смеси на тарельчатом грануляторе формовали гранулы размером 5
Для изготовления образца магнезиального цемента (прототип) использовали известняк месторождения «Становушинское» и глину месторождения «Зеледеевское» из расчета на 1 кг клинкера:
Коэффициент выхода клинкера из сырьевой смеси КВых=0,61. Расчетный минералогический состав клинкера магнезиального портландцемента (прототип), % по массе:
Образцы изготовили и обжигали аналогично образцам классического цемента. Пример 1. Изготовить портландцемент из доломита-1 (табл.1). Брали 2 кг доломита Матюшинского месторождения, дробили с получением фракции 5
Анализ показал, что практически весь MgCO3 подвергся диссоциации, но СаСО3 остался необожженным примерно 5% (недожег). Доломитовую известь подвергли гидратации в 5-кратном количестве воды, т.е. к 1,128 кг извести подлили 5,64 л воды. Общая масса суспензии составила 6,768 кг. Суспензию (известковое молоко) слили в отстойную емкость. Через 1 час на дне отстойника образовался плотный слой тяжелых частиц. Известковое молоко, находящееся над уплотненным слоем, слили во вторую отстойную емкость. Уплотненный слой имел остаточную влажность примерно 50%. Высушенный осадок имел массу 0,528 кг и следующий состав, % по массе:
Известковое молоко во второй отстойной емкости выдерживали 24 часа. За это время в нижней части отстойной емкости образовался слой известкового теста с влажностью примерно 50%. Осветленную воду слили. Количество известкового теста с W=50% оказалось 1,605 кг, в котором Са(ОН)2 содержалось 0,806 кг, а СаО 0,606 кг. К 1,605 кг известкового теста добавили 0,33 кг сухой глины. Массу подвергли тщательной гомогенизации. Влажность гомогенизированной сырьевой массы составила примерно 41%. Массу подсушили до остаточной влажности 20 Полученный клинкер характеризовался следующим минералогическим составом, % по массе:
Коэффициент выхода клинкера из сырьевой смеси (если таковой считать Са(ОН)2 и глину) КВых=0,79. Если сырьевой смесью считать 2 исходных кг доломита и 0,33 кг глины, то КВых=0,386. Активность полученного клинкера проверили по стандартной методике, а именно готовили 6 балочек размером 40×40×160 мм из состава цемент: Вольский песок 1:3, нормальной густоты. Испытания образцов на прочность при сжатии и изгибе выполняли на 28-е сутки естественного твердения. Цемент для образцов готовили из клинкера 97% и гипсового камня 3%. Пример 2. Изготовить портландцемент из доломита 2. Брали 2 кг доломита месторождения «Крутокачинское». Дробили и обжигали аналогично Примеру 1. Получили 1,16 кг доломитовой извести состава, % по массе:
Гашение производили в 3-х кратном объеме воды, т.е. 3,48 л. Разделение тяжелых и легких частиц известкового молока осуществили аналогично Примеру 1. В результате получили сухой остаток тяжелых частиц массой 0,656 кг при следующем составе, % по массе:
Количество известкового теста с W=50% 1,36 кг, в котором Са(ОН)2 0,68 кг, а СаО 0,515 кг К 1,36 кг известкового теста добавили 0,28 кг сухой глины, осуществили гомогенизацию, гранулирование, обжиг и измельчение аналогично Примеру 1, получили клинкер, имеющий следующий минералогический состав, % по массе:
Состав клинкера идентичен Примеру 1, поскольку в обоих случаях использовали одну глину, однако выход клинкера меньше 0, 777 кг. Коэффициент выхода клинкера из сырьевой смеси (если сырьевая смесь состоит из Са(ОН)2 и глины) идентичен Примеру 1. Однако если сырьевой смесью считать 2 кг исходного доломита и 0,28 кг глины, то коэффициент выхода уменьшается, КВых=0,34. Таким образом, приведенные два примера показывают, что независимо от содержания в доломите MgO, из доломита возможно готовить известковый портландцемент. Количество MgO влияет на выход портландцемента. Чем меньше в доломите MgO, тем больше коэффициент выхода портландцементного клинкера из сырьевой смеси. В таблице 2 представлены сравнительные характеристики качества полученных цементов.
Примечание к таблице 2. Тонкость измельчения всех образцов цементов характеризовалась остатком на сите 008 не более 7%. Образцы цемента готовили из клинкера 97% и гипсового камня 3%. В таблице указаны средние результаты при испытании 6 образцов. Представленные в табл.2 результаты свидетельствуют о существенном превосходстве качества изобретения над прототипом, особенно в части прочности цементного камня при изгибе. Качество образцов цемента (изобретение) заметно лучше образцов классического портландцемента, что объясняется способом производства. Классический портландцемент изготавливают из СаСО3 и глины, портландцемент из доломитов изготовлен из Са(ОН)2 и глины. Из физикохимии силикатов известно, что синтез твердых растворов из Са(ОН)2 и глины намного эффективнее того же синтеза из СаСО3 и глины.
Формула изобретения
Способ изготовления портландцемента из доломита, включающий дробление доломита, подшихтовку глины, гомогенизацию полученной сырьевой смеси, ее обжиг до спекания и тонкое измельчение полученного клинкера с гипсовым камнем, отличающийся тем, что после дробления доломита осуществляют его обжиг при температуре 900-1100°С, гашение водой в известковую суспензию, разделение ее на тяжелые и легкие частицы путем отстаивания в течение 1-2 ч с отделением легких частиц – известкового молока, сгущение известкового молока в известковое тесто путем отстаивания в течение 20-24 ч, а подшихтовку глины осуществляют к полученному известковому тесту.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1100°С, гашение водой полученной извести в известковую суспензию; разделение на тяжелые и легкие частицы известкового молока; сгущение легких частиц известкового молока в известковое тесто.