Тема: ТЕХНОЛОГИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ФТОРАНГИДРИТА В СОСТАВЕ ЦЕМЕНТОВ ОБЩЕСТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
Глава 1. СОСТАВ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ФТОРАНГИДРИТА
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ 9
1.1. Физико-химические основы получения фторангидрита 9
1.2. Состав и свойства фторангидрита 14
1.3. Способы кондиционирования фторангидрита 17
1.4. Использование фторангидрита в производстве минеральных вяжущих
материалов 28
1.4.1. Фторангидрит - вяжущий материал 28
1.4.2. Применение техногипсов в производстве цемента 34
Цель и задачи исследования 37
Глава 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ
МАТЕРИАЛОВ 39
2.1. Методы исследования 39
2.2. Характеристика сырьевых материалов 44
2.3. Состав и свойства фторангидрита ОАО «Полевской криолитовый завод».52
Выводы 59
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ
НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ФТОРАНГИДРИТА МИНЕРАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ ... 61
3.1. Влияние минеральных добавок на степень нейтрализации серной кислоты
и свойства фторангидрита при совместном помоле 61
3.2. Влияние минеральных добавок на степень нейтрализации серной кислоты
и свойства фторангидрита при смешении 77
3.3. Влияние минеральных добавок на степень нейтрализации серной кислоты и
свойства фторангидрита при опудривании 88
Выводы 99
Глава 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ФТОРАНГИДРИТА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕГО СВОЙСТВ 101
4.1. Технологическая схема кондиционирования фторангидрита и получения
гранулированного гипсоангидрита 101
4.2. Свойства гранулированного гипсоангидрита 105
4.3. Экономические показатели производства гранулированного
гипсоангидрита 108
Выводы 110
Глава 5. ВЛИЯНИЕ ГРАНУЛИРОВАННОГО ГИПСОАНГИДРИТА
НА СВОЙСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА И ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
НА ЕГО ОСНОВЕ 112
5.1. Изучение физико-механических свойств портландцемента с добавкой
гипсоангидрита 112
5.2. Исследование свойств тяжелых бетонов на основе цементов с добавкой
гипсоангидрита 124
Выводы 127
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 129
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 131
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ 134
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 136
ПРИЛОЖЕНИЯ
📖 Введение
материалов на период до 2020 г. предусмотрено увеличение производства цемента до 98 млн. т, что потребует не только разработки новых месторождений природного сырья, но и более широкое использование техногенных продуктов промышленности. Практически на всех отечественных цементных заводах для регулирования сроков схватывания цемента применяется природный гипсовый или
гипсоангидритовый камень, запасы и качество которых снижаются. Кроме того, в
некоторых регионах месторождения гипсового камня отсутствуют, а его разработка, подготовка и транспортирование до цементных заводов требует значительных затрат.
Результаты исследований ОАО НИУИФ, ОАО ВАМИ и др., а также производственный опыт ОАО «Ульяновскцемент» и ОАО «Вольскцемент» показывают,
что для регулирования схватывания цементов общестроительного назначения могут быть использованы так называемые техногипсы (фосфогипс и др.), являющиеся побочными продуктами химической промышленности. На предприятиях по
производству фтороводорода ежегодно образуется до 350 тыс. т ФА, который
складируется на отвальные поля или в шламохранилища, загрязняя окружающую
природную среду.
Различная дисперсность и влажность, отсутствие двуводного гипса, наличие
свободной серной кислоты и активного фтора сдерживают применение ФА в качестве сульфатсодержащей добавки в составе цемента. Поэтому, для улучшения
технологических свойств и более широкого применения ФА при производстве
цемента необходимо его кондиционирование, направленное на улучшение потребительских свойств, а также экологически безопасное складирование.
Разработка энергосберегающей технологии кондиционирования ФА и использование его в производстве цементов общестроительного назначения является актуальным.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом5
фундаментальных исследований УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина в рамках госбюджетной темы № 1450 «Исследование физико-химических и
технологических основ формирования конструкционных огнеупорных и строительных материалов с заданными свойствами».
Объект исследования – фторангидрит – крупнотоннажный твердый отход,
образующийся при получении фтороводорода.
Предмет исследования – физико-химические закономерности кондиционирования и влияние ФА на физико-механические свойства портландцемента и тяжелого бетона.
Цель работы – разработка физико-химических и технологических основ
энергосберегающей технологии кондиционирования ФА, обеспечивающей его
использование в производстве общестроительных цементов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- определить состав и свойства ФА;
- изучить физико-химические закономерности влияния минеральных добавок
на кинетику нейтрализации и свойства ФА;
- разработать технологию кондиционирования ФА и определить свойства
гранулированного гипсоангидрита;
- исследовать влияние гранулированного гипсоангидрита на физико-механические свойства портландцемента и тяжелого бетона на его основе;
- провести опытно-промышленную апробацию разработанной технологии
кондиционирования ФА и применения гранулированного гипсоангидрита в общестроительных цементах.
Научная новизна работы.
1. Установлены физико-химические и технологические закономерности влияния состава, количества и способов введения минеральных добавок на кинетику
нейтрализации серной кислоты и физико-механические свойства ФА. Показано,
что скорость химической реакции и полнота нейтрализации серной кислоты в ФА
определяются его дисперсностью, коэффициентом качества добавок и энтальпией
образования минералов, а образующиеся новые соединения являются центрами6
кристаллизации двуводного гипса при твердении ФА. Показано, что сталерафинировочный и феррохромовый саморассыпающиеся шлаки, имеющие коэффициент качества 2,51 и 4,76 и введенные в количестве 12,3 и 13,4 % соответственно,
нейтрализуют до 99,1 % серной кислотой ФА по сравнению с основной и кислой
золами-уноса, а также микрокальцитом, взятых в количестве 24,8, 5,0 и 6,1 % соответственно.
2. Установлено, что при взаимодействии дисперсных (менее 80 мкм) минеральных добавок с ФА, введенными в стехиометрическом количестве по отношению к серной кислоте, процесс ее нейтрализации является двухстадийным и протекает в смешанной кинетической и диффузионной областях, причем скорость
нейтрализации в диффузионной области, равная 0,194-1,675 мин-1, выше, чем в
кинетической (0,00321-0,02100 мин-1).
3. Исследованиями установлен механизм нейтрализации серной кислоты при
опудривании гранулированного ФА сталерафинировочным шлаком и рассчитаны
коэффициенты массопереноса кислоты (3,28·10-4-3,2·10-9 м2/с), зависящие от температуры, величины и характера пористости гранул.
✅ Заключение
представляет собой гранулированный материал с зернами размером 1-60 мм и пористостью 10,8-27,8 %, содержит 67,1-90,2 % β-CaSO4 (нерастворимый ангидрит),
3,6-23,8 % γ-CaSO4 (растворимый), 3,0-6,0 % H2SO4, 1,2-2,3 % CaF2, а также активный фтор, находящийся в составе газообразной фторсульфоной кислоты и
твердого фторсульфоната кальция, подвергающихся гидролитическому разложению на воздухе. Призматические кристаллы ангидрита имеют размер 1-4 мкм.
Повышение температуры ФА на выходе из печи с 200 до 250 оС увеличивает
количество мелких его зерен до 69,4 % и β-CaSO4 до 90,0 %, уменьшает содержание серной кислоты до 2,8 %.
2. Изучено влияние состава, количества и способов введения минеральных
добавок на кинетику нейтрализации серной кислоты и свойства ФА. Процесс
нейтрализации серной кислоты в ФА протекает наиболее активно при введении
стехиометрического количества добавок: 6,1 % микрокальцита, 12,3 % сталерафинировочного шлака, 13,4 % феррохромового шлака, 24,8 основной и 5,0 % кислой золы, содержащих минералы, энтальпия образования которых больше, чем у
серной кислоты. Скорость нейтрализации серной кислоты в основном зависит от
ее концентрации и дисперсности ФА, а также коэффициента качества добавок и
величины энергии Гиббса.
3. Опудривание тонкодисперсным сталерафинировочным шлаком в течение
60 мин гранулированного ФА фракцией 1-20 мм, в сравнении с совместным их
помолом и смешением, снижает содержание серной кислоты в ФА от 5,60-6,08 до
0,47-0,88 %, при этом коэффициент массопереноса составил 3,28·10-4-1,42·10-5
м2/c. Увеличение размера гранул ФА с 20 до 60 мм замедляет нейтрализацию серной кислоты, а коэффициент массопереноса уменьшается до (2,4-3,2)·10-9 м2/с.
4. Разработанная энергосберегающая технология кондиционирования ФА с
нейтрализацией серной кислоты и активного фтора добавкой сталерафинировочного шлака позволяет получать гранулированный гипсоангидрит, который полно130
стью соответствует требованиям ГОСТ 4013-82. По содержанию гипса он относится к 1 сорту, не содержит токсичных примесей, вредных для окружающей
природной среды и производства общестроительных цементов. Атмосферное
хранение повышает прочность и количество двуводного гипса в гипсоангидрите.
5. Исследовано влияние количества добавки гранулированного гипсоангидрита на размолоспособность, схватывание и физико-механические свойства портландцементов типа ЦЕМ I и ЦЕМ II-А/Ш. Введение гранулированного гипсоангидрита (1,5-3,5 % по SO3) повышает их удельную поверхность на 6,4 и 12,6 %
соответственно, снижает водоотделение портландцемента ЦЕМ I от 40 до 26 %,
ЦЕМ II-А/Ш – от 12 до 8 %, удлиняет время схватывания в 1,2 раза и повышает
прочность портландцементов в поздние сроки твердения до 13,2 % по сравнению
с цементами, содержащими гипсоангидритовый камень.
Цементы с гранулированным гипсоангидритом не ухудшают технологические и физико-механические свойства бетона, увеличивают его морозостойкость,
что связано с уменьшением пористости и повышением удельной контракции цемента.
6. Разработан технологический регламент опытно-промышленного производства и осуществлен выпуск опытной партии экологически безопасного гранулированного гипсоангидрита из ФА ОАО ПКЗ. Расчетный экономический эффект от
использования гранулированного гипсоангидрита в качестве сульфатсодержащей
добавки в цементах на ЗАО «Невьянский цементник» составил 18,33 млн. руб. в
год или 261,85 руб./т гипсоангидрита (в ценах 2009 г.). Внедрение разработанной
технологии кондиционирования ФА на ОАО ПКЗ позволяет не только утилизировать техногенные отходы, но и решить экологические проблемы региона.
Автор выражает глубокую благодарность доценту кафедры технологии неорганических веществ ФГБАОУ ВПО УрФУ, кандидату технических наук В.И.
Гашковой, а также профессору кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности ФГБОУ ВПО «Национального исследовательского Томского политехнического университета» доктору технических наук Ю.М. Федорчуку за ценные советы и замечания при выполнении диссертационной работы.131



