Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Мишин Д.А. 1 Кобзева Н.С. 1

---

1 Белгородский государственный технологический институт им. В.Г. Шухова

На основании описанного механизма воздействия крупных зерен кварца на процесс обжига рассмотрено воздействие соединений щелочных металлов на обжиг шламов с крупными зернами кварца. Несмотря на то что соединения щелочных металлов ускоряют взаимодействие кварца с СаО, они не изменяют характера микроструктуры клинкера. Т.е. с увеличением вязкости клинкерного расплава в их присутствии замедляются диффузионные процессы ионов Са2+ в область обеднения, образующуюся вокруг крупных зерен кварца из-за быстрого расходования СаО на связывание зерна. В результате ухудшается обжигаемость клинкера и снижается его качество. Для нейтрализации отрицательного действия зерен кварца на обжиг необходимо при появлении расплава увеличивать скорость диффузии Са2+ в область обеднения для образования алита, что осуществлено введением в сырьевую смесь минерализатора фторида кальция. В результате увеличения скорости диффузии ионов Са2+ в область обеднения, для образования алита, уменьшается размер белитовых областей и повышается общее количество алита в клинкере. Благодаря этому (в условиях поставленных экспериментов) прочность на сжатие полученных клинкеров, полученных обжигом шламов с 3 % крупных зерен кварца фракции 315–630 мкм, увеличивается на 18 % (с 65,2 до 79,1 МПа) и приближается к значению прочностей клинкеров, полученных обжигом шламов без крупных зерен кварца.

Статья в формате PDF

2013 KB

обжиг клинкера

диффузионные процессы

крупные зерна кварца

область обеднения

синтез алита

соединения щелочных металлов

минерализатор сaf2

1. Кобзева Н.С., Мишин Д.А. Влияние различных фракций кварца, содержащихся в сырьевой смеси, на параметры работы вращающейся печи и качество цемента // Наукоемкие технологии и инновации: сб. докладов Юбилейной Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2014. – Ч. 1. – С. 118–124.

2. Лугинина И.Г. Химическая технология неорганических вяжущих материалов: Ч. 2. – Белгород: Изд-во БелГАСМ, 2004.

3. Мишин Д.А., Кобзева Н.С. Нейтрализация отрицательного действия крупных зерен кварца на обжиг клинкера гомогенизацией сырьевой смеси // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2.

4. Осокин А.П. Модифицированный портландцемент / А.П. Осокин, Ю.Р. Кривобородов, Е.Н. Потапова. – М.: Стройиздат, 1993. – 332 с.

5. Текучева Е.В. Совершенствование контроля содержания кварца в печном шламе на ОАО «Осколцемент» / Е.В. Текучева, А.А. Дроздов // Цемент и его применение. – 2006. – № 6. – С. 47–49.

6. Соболев В.С. Введение в минералогию силикатов. – Львов, 1949.– 312 с.

В цементном сырье, чаще глине, могут присутствовать нежелательные примеси крупных зерен кварца. По результатам исследований [1], если в приготовленной сырьевой смеси содержатся зерна кварца размером более 200 мкм, то это будет приводить к снижению прочности на сжатие цементного камня. Кроме того, наличие крупных зерен кварца в шламе сопровождается такими явлениями, как увеличение расхода топлива на обжиг, сход обмазки, снижение стойкости футеровки, повышение температуры в зоне спекания и клинкерное пыление [5].

Существует такое мнение, что так как зерна кварца достаточно крупные в сравнении с основными измельченными компонентами сырьевой смеси и поэтому обладают меньшей реакционной способностью, то для нейтрализации отрицательного действия крупных зерен кварца на обжиг клинкера нужно повышать их химическую активность. Одним из способов ее повышения является введение в сырьевую смесь соединений щелочных металлов, так как, основываясь на правиле Соболева С.В. [6], в соответствии с которым самый кислотный компонент будет реагировать с самым основным, сильное влияние на повышение реакционной способности крупного кварца будут оказывать щелочи – самый основной компонент в цементной системе оксидов. Но на производстве, несмотря на циркуляцию соединений щелочных металлов во вращающихся печах в результате возврата пыли электрофильтров, крупные зерна кварца все равно оказывают отрицательное воздействие на обжиг клинкера и его качество.

Для снижения отрицательного влияния крупных зерен кварца очень важно знать механизм воздействия их на обжиг шлама, который был разработан авторами статьи [3], согласно которому нейтрализовать действие крупных зерен кварца можно путем увеличения скорости диффузии ионов Са2+ в области обеднения на стадии алито образования. Область обеднения образуется при появлении клинкерного расплава вокруг зерен кварца из-за быстрого расходование СаО на связывание зерна. Образование алита лимитируется диффузией ионов Са2+ в эту область. Наличие широкой области обеднения приводит к ухудшению обжигаемости клинкера и увеличению СаОсв. Ширина области обеднения зависит от размера кварцевого зерна и может быть снижена путем применения нейтрализационных мероприятий [1, 3]. Итак, увеличение скорости диффузии ионов Са2+ в области обеднения может быть достигнуто или повышением температуры в зоне спекания, что и делают на заводах, или введением минерализаторов. На основании этого, целью работы является снизить отрицательное действие крупных зерен кварца на обжиг путем введения минерализующих добавок. Так как во вращающихся печах циркулируют соединения щелочных металлов, то мы считаем необходимым рассмотреть их действие на обжиг шламов с крупными зернами кварца.

Преобладающими в печи являются соли калия. Но в лабораторных исследованиях использовали менее летучий Na2О, чтобы смоделировать циркуляцию щелочей в печи.

В присутствии соединений щелочных металлов при обжиге клинкера образуются легкоплавкие расплавы [2, 4]. Они способны реагировать с крупными зернами кварца, ускоряя взаимодействие его с компонентами смеси. По данным лабораторных исследований, наличие Na2O при обжиге увеличивает степень усвоения крупных зерен кварца фракции 315–630 мкм (табл. 1). На это указывает то, что в присутствии Na2O с 0,5 до 0,09 уменьшается количество нерастворимого остатка в клинкере, который представляет собой неусвоившиеся зерна кварца.

Однако, Na2O способствует повышению вязкости клинкерного расплава [4]. Поэтому при обжиге шламов с добавкой Na2O снижается скорость диффузии ионов Са2+в клинкерном расплаве, в том числе в области обеднения ионами Са2+. В результате этого в получаемом клинкере увеличивается ширина белитовых областей (табл. 2, рисунок) и повышается содержание СаОсв, так как за время обжига ионы Са2+ (из-за снижения скорости диффузии) не успели продиффундировать в область обеднения на достаточную глубину для образования алита. По данным петрографического анализа, в присутствии 1,5 % добавки Na2O (в расчете на клинкер) при обжиге шлама с крупными зернами кварца ширина белитовых областей увеличивается в среднем на 60 мкм, в сравнении с аналогичными клинкерами без добавки Na2O (табл. 4). Увеличение размера белитовой области приводит к повышению общего количества образующегося белита и уменьшению количества алита в клинкере (табл. 3). Поэтому в присутствии Na2O при обжиге увеличивается гломеробластичность структуры получаемого клинкера.

Таблица 1

Воздействие Na2O и СаF2 на степень усвоения крупных зерен кварца фракции 315–630 мкм при обжиге (КН = 0,9)

Таблица 2

Воздействие добавок на ширину белитовой области в клинкере, полученном обжигом сырьевой смеси с крупными зернами кварца фракции 315–630 мкм (КН = 0,9)