Получение портландцементного клинкера с использованием нефелинового шлама в качестве сырьевого компонента
|
Введение 7
1. Аналитический обзор 9
2. Объект и методы исследования 11
2.1. Общая характеристика предприятия и выпускаемой продукции.... 11
2.2. Технико-экономическое обоснование использования нефелинового
шлама в качестве сырьевого компонента 14
2.3. Краткая геологическая характеристика сырья 16
2.4. Физико-химические исследования сырьевых материалов 19
2.4.1. Известняк 19
2.4.2. Глины - красная и пестрая 24
2.4.3. Нефелиновые шламы ОАО АГК и их отмывка 26
2.4.4. Кварциты Антоновского рудника 31
2.4.5. Выводы 31
3. Теоретически анализ и экспериментальная часть 33
3.1. Расчеты сырьевых смесей и исследование реакционной
способности сырья 33
3.1.1. Расчеты сырьевых смесей 33
3.1.2. Изучение реакционной способности сырьевых смесей 54
3.2. Исследование влияния различных технологических приемов на
возгонку щелочных оксидов 61
3.3. Исследование возможности получения клинкеров на основе
высокощелочного нефелинового шлама ОАО «АГК» 64
3.3.1. Исследование возможности получения клинкеров на основе 3-х
компонентных сырьевых смесей 65
3.3.2. Получение клинкеров на основе 4-х компонентных сырьевых
смесей 70
3.4. Получение портландцемента с минеральными добавками 73
Заключение 80
Список литературы
1. Аналитический обзор 9
2. Объект и методы исследования 11
2.1. Общая характеристика предприятия и выпускаемой продукции.... 11
2.2. Технико-экономическое обоснование использования нефелинового
шлама в качестве сырьевого компонента 14
2.3. Краткая геологическая характеристика сырья 16
2.4. Физико-химические исследования сырьевых материалов 19
2.4.1. Известняк 19
2.4.2. Глины - красная и пестрая 24
2.4.3. Нефелиновые шламы ОАО АГК и их отмывка 26
2.4.4. Кварциты Антоновского рудника 31
2.4.5. Выводы 31
3. Теоретически анализ и экспериментальная часть 33
3.1. Расчеты сырьевых смесей и исследование реакционной
способности сырья 33
3.1.1. Расчеты сырьевых смесей 33
3.1.2. Изучение реакционной способности сырьевых смесей 54
3.2. Исследование влияния различных технологических приемов на
возгонку щелочных оксидов 61
3.3. Исследование возможности получения клинкеров на основе
высокощелочного нефелинового шлама ОАО «АГК» 64
3.3.1. Исследование возможности получения клинкеров на основе 3-х
компонентных сырьевых смесей 65
3.3.2. Получение клинкеров на основе 4-х компонентных сырьевых
смесей 70
3.4. Получение портландцемента с минеральными добавками 73
Заключение 80
Список литературы
Цементная промышленность России является базовой отраслью строительного комплекса, от которого зависит состояние и развитие экономики страны в целом. Развитие мировой промышленности, перерабатывающей минеральное сырье, показывает, что суммарный объем продукции, выпускаемой на мировой рынок, систематически увеличивается.
Хотя общие запасы минерального сырья неисчерпаемы, все же месторождения с высоким содержанием полезного ископаемого истощаются и будут встречаться все реже. В последнее время все чаще встречаются производства с относительно малыми запасами высококачественного сырья, вынужденными использовать очень «бедное» сырье: для получения одной тонны готовой продукции перерабатываются десятки, сотни и даже тысячи тонн руды. Такие отрасли, а также производства со сложным технологическим процессом характеризуются образованием большого количества отходов.
Использование нефелинового шлама в производстве цемента на ООО «Ачинский Цемент» является эффективной и экономически выгодной технологией.
Поставщиком нефелинового шлама является ОАО «АГК». В силу изменения технологии на данном производстве увеличилось количество щелочных оксидов в нефелиновом шламе - до 2,1 - 2,8%. Поэтому при использовании в качестве сырьевого компонента неотмытого нефелинового шлама целесообразно в состав сырьевой смеси ввести четвертый компонент - кварциты. Чем больше будет щелочей в нефелиновом шламе, тем больше потребуется кварцитов на получение 1т клинкера. По этой же причине желательно ограничить содержание щелочей в нефелиновом шламе величиной - не более 1,95% (как сырьевой компонент). Это позволит при получении клинкера рядового состава сохранить, либо незначительно снизить расход нефелинового шлама.
Объект исследования - процесс производства цемента общестроительного назначения с использованием нефелинового шлама в качестве сырьевого компонента.
Цель работы - подбор компонентного состава сырья на базе нефелинового шлама в качестве сырьевого компонента.
Для получения качественного цемента, удовлетворяющего всем требованиям указанного стандарта, требуется пересмотр всего технологического процесса производства цемента:
- подбор компонентного состава сырья,
- оптимизация модульных характеристик клинкера;
- технические решения по режимам обжига и использованию минерализаторов;
- замена части высокощелочного нефелинового шлама корректирующими добавками;
- использование в качестве активных минеральных добавок в цемент материалов (природных и техногенных) с низким содержанием щелочных оксидов - доменного шлака, известняка и т.п.
- шихтование высокощелочного клинкера ООО «Ачинский Цемент» клинкером сторонних производителей с низким содержанием R2O и др.
Небольшой процент использования отходов в производстве строительных материалов является одной из причин высокой себестоимости продукции и, соответственно, низкого уровня конкурентоспособности отрасли. Применение техногенных отходов для замещения природного сырья и технологического топлива станет вторым по значимости резервом снижения себестоимости после модернизации производства с использованием энергоэффективных технологий.
Использование отходов в производстве строительных материалов позволит сократить изъятие земель для добычи природного сырья, которого ежегодно только цементная промышленность добывает около 130 млн. тонн.
Хотя общие запасы минерального сырья неисчерпаемы, все же месторождения с высоким содержанием полезного ископаемого истощаются и будут встречаться все реже. В последнее время все чаще встречаются производства с относительно малыми запасами высококачественного сырья, вынужденными использовать очень «бедное» сырье: для получения одной тонны готовой продукции перерабатываются десятки, сотни и даже тысячи тонн руды. Такие отрасли, а также производства со сложным технологическим процессом характеризуются образованием большого количества отходов.
Использование нефелинового шлама в производстве цемента на ООО «Ачинский Цемент» является эффективной и экономически выгодной технологией.
Поставщиком нефелинового шлама является ОАО «АГК». В силу изменения технологии на данном производстве увеличилось количество щелочных оксидов в нефелиновом шламе - до 2,1 - 2,8%. Поэтому при использовании в качестве сырьевого компонента неотмытого нефелинового шлама целесообразно в состав сырьевой смеси ввести четвертый компонент - кварциты. Чем больше будет щелочей в нефелиновом шламе, тем больше потребуется кварцитов на получение 1т клинкера. По этой же причине желательно ограничить содержание щелочей в нефелиновом шламе величиной - не более 1,95% (как сырьевой компонент). Это позволит при получении клинкера рядового состава сохранить, либо незначительно снизить расход нефелинового шлама.
Объект исследования - процесс производства цемента общестроительного назначения с использованием нефелинового шлама в качестве сырьевого компонента.
Цель работы - подбор компонентного состава сырья на базе нефелинового шлама в качестве сырьевого компонента.
Для получения качественного цемента, удовлетворяющего всем требованиям указанного стандарта, требуется пересмотр всего технологического процесса производства цемента:
- подбор компонентного состава сырья,
- оптимизация модульных характеристик клинкера;
- технические решения по режимам обжига и использованию минерализаторов;
- замена части высокощелочного нефелинового шлама корректирующими добавками;
- использование в качестве активных минеральных добавок в цемент материалов (природных и техногенных) с низким содержанием щелочных оксидов - доменного шлака, известняка и т.п.
- шихтование высокощелочного клинкера ООО «Ачинский Цемент» клинкером сторонних производителей с низким содержанием R2O и др.
Небольшой процент использования отходов в производстве строительных материалов является одной из причин высокой себестоимости продукции и, соответственно, низкого уровня конкурентоспособности отрасли. Применение техногенных отходов для замещения природного сырья и технологического топлива станет вторым по значимости резервом снижения себестоимости после модернизации производства с использованием энергоэффективных технологий.
Использование отходов в производстве строительных материалов позволит сократить изъятие земель для добычи природного сырья, которого ежегодно только цементная промышленность добывает около 130 млн. тонн.
Проведенными исследованиями установлена принципиальная возможность производства ОАО «АГК» цемента общестроительного назначения с использованием высокощелочного нефелинового шлама в качестве сырьевого компонента и активной минеральной добавки.
1. Изучена сырьевая база ОАО «АГК». Показано, что известняки мазульского месторождения по химическому составу довольно однородные и характеризуются высоким средневзвешенным содержанием СаО = 52 - 56%. Количество SiO2 в них незначительно и колеблется в пределах 0 - 3%.
Глины вскрышных пород по химическому составу неоднородны, колебания основных оксидов довольно значительные. Основное отличие данных глин - повышенное содержание в них Al2O3 = 23 - 25%, Fe2O3 = 21 - 26% при одновременно низком содержании SiO2 = 31 - 34% и щелочных оксидов - не более 0,5%.
Фазовый состав глин представлен, в основном, реакционно-способным каолинитом и гематитом.
Микропримеси в сырьевых материалах присутствуют в незначительном количестве в виде фосфора (0,02 - 0,04%) и серы (0,2 - 0,3%) - в известняках; марганца (0,03 - 0,05%), серы (0,20 - 0,25%) и хлора (0,03%) - в глинах.
Нефелиновый шлам довольно стабилен по химическому составу. Основное отличие исследуемых проб в содержании щелочных оксидов - от 1,95% до 2,5%.
2. Выполненные расчеты сырьевых смесей показали, что на основе 4-х компонентной сырьевой смеси (известняк, глина, нефелиновый шлам и кварциты) возможно получение:
- клинкера рядового состава с содержанием R2O не более 1,20% (1,15-1,20%). Расход нефелинового шлама составит 30 - 35%; расход кварцитов 1-3%. Данный клинкер пригоден для производства бездобавочного цемента марок 400 и 500.- клинкера рядового состава с содержанием R2O не более 0,85%. Расход нефелинового шлама составит 20 - 25%; расход кварцитов 4 - 5%. Данный клинкер пригоден для производства цемента марки 400 с минеральными добавками (ПЦ400 - Д20). В качестве а.м.д. пригоден отвальный нефелиновый шлам с содержанием R2O = 2,5% в количестве 15 - 20%.
3. Установлено влияние вещественного и зернового состава сырьевой смеси на ее реакционную способность. Показано, что наиболее реакционно способными оказались смеси, смолотые до R008 = 8 - 5%. Снижение расхода нефелинового шлама в сырьевой смеси и ввод минерализатора также способствует повышению ее обжигаемости.
4. Определены возможные пути снижения щелочных оксидов в ачинских клинкерах:
- помол сырьевых смесей до R008 не более 8%.
- использование фторсодержащего минерализатора в количестве 0,3 - 0,4% по СаБ2.
Это позволяет снизить количество R2O в клинкере на 30 - 35% в случае безвозвратного пылеуноса
5. В лабораторных условиях исследована возможность получения клинкеров на основе нефелинового шлама с R2O = 1,95%; 2,20%; 2,25% и 2,50%.
Установлено, что 3-х компонентная сырьевая смесь (известняк, нефелиновый шлам и глина) не обеспечивают оптимальный уровень щелочей в клинкере - не более 1,2%. Использование 4-х компонентной сырьевой смеси позволяет получать клинкеры с регулируемым содержанием щелочей.
Оптимальными модульными характеристиками клинкера являются
КН = 0,93 ± 0,01; n = 2,2 ± 0,1; р = 0,9 - 1,0.
Это обеспечивает получение следующего минерального состава клинкера:
На мазуте: C3S = 62 - 66%; C2S = 10 - 15%;
СзА = 3 - 4%; C4AF = 15 - 16%
На угле: C3S = 62 - 66%; C2S = 10 - 15%; С3А = 5 - 6%; C4AF = 13 - 14%
Показано, что при использовании высокощелочного нефелинового шлама целесообразно использовать в качестве технологического топлива для обжига клинкера - уголь. Получаемые при этом клинкеры характеризуются повышенным содержанием в них C3A = 5 - 6%. Это обеспечивает увеличение ранней и марочной прочности на 2 -3 МПа.
6. Установлена принципиальная возможность получения портландцементов марки 400 с минеральными добавками.
Их получение возможно:
- с использованием клинкера с R2O не более 0,85% и добавки нефелинового шлама в количестве 15 - 20%;
- на основе клинкера с R2O=1,00 - 1,10% и низкощелочных минеральных добавок (золошлаковых отходов, известняка, доменного граншлака) в комплексе с нефелиновым шламом.
По химическому составу и физико-механическим показателям получаемые цементы удовлетворяют всем требованиям ГОСТ 10178-85, характеризуются высокими прочностными показателями, как при нормальных условиях твердения, так и после пропаривания. Содержание R2O в данных цементах не превышает 1,20%.
1. Изучена сырьевая база ОАО «АГК». Показано, что известняки мазульского месторождения по химическому составу довольно однородные и характеризуются высоким средневзвешенным содержанием СаО = 52 - 56%. Количество SiO2 в них незначительно и колеблется в пределах 0 - 3%.
Глины вскрышных пород по химическому составу неоднородны, колебания основных оксидов довольно значительные. Основное отличие данных глин - повышенное содержание в них Al2O3 = 23 - 25%, Fe2O3 = 21 - 26% при одновременно низком содержании SiO2 = 31 - 34% и щелочных оксидов - не более 0,5%.
Фазовый состав глин представлен, в основном, реакционно-способным каолинитом и гематитом.
Микропримеси в сырьевых материалах присутствуют в незначительном количестве в виде фосфора (0,02 - 0,04%) и серы (0,2 - 0,3%) - в известняках; марганца (0,03 - 0,05%), серы (0,20 - 0,25%) и хлора (0,03%) - в глинах.
Нефелиновый шлам довольно стабилен по химическому составу. Основное отличие исследуемых проб в содержании щелочных оксидов - от 1,95% до 2,5%.
2. Выполненные расчеты сырьевых смесей показали, что на основе 4-х компонентной сырьевой смеси (известняк, глина, нефелиновый шлам и кварциты) возможно получение:
- клинкера рядового состава с содержанием R2O не более 1,20% (1,15-1,20%). Расход нефелинового шлама составит 30 - 35%; расход кварцитов 1-3%. Данный клинкер пригоден для производства бездобавочного цемента марок 400 и 500.- клинкера рядового состава с содержанием R2O не более 0,85%. Расход нефелинового шлама составит 20 - 25%; расход кварцитов 4 - 5%. Данный клинкер пригоден для производства цемента марки 400 с минеральными добавками (ПЦ400 - Д20). В качестве а.м.д. пригоден отвальный нефелиновый шлам с содержанием R2O = 2,5% в количестве 15 - 20%.
3. Установлено влияние вещественного и зернового состава сырьевой смеси на ее реакционную способность. Показано, что наиболее реакционно способными оказались смеси, смолотые до R008 = 8 - 5%. Снижение расхода нефелинового шлама в сырьевой смеси и ввод минерализатора также способствует повышению ее обжигаемости.
4. Определены возможные пути снижения щелочных оксидов в ачинских клинкерах:
- помол сырьевых смесей до R008 не более 8%.
- использование фторсодержащего минерализатора в количестве 0,3 - 0,4% по СаБ2.
Это позволяет снизить количество R2O в клинкере на 30 - 35% в случае безвозвратного пылеуноса
5. В лабораторных условиях исследована возможность получения клинкеров на основе нефелинового шлама с R2O = 1,95%; 2,20%; 2,25% и 2,50%.
Установлено, что 3-х компонентная сырьевая смесь (известняк, нефелиновый шлам и глина) не обеспечивают оптимальный уровень щелочей в клинкере - не более 1,2%. Использование 4-х компонентной сырьевой смеси позволяет получать клинкеры с регулируемым содержанием щелочей.
Оптимальными модульными характеристиками клинкера являются
КН = 0,93 ± 0,01; n = 2,2 ± 0,1; р = 0,9 - 1,0.
Это обеспечивает получение следующего минерального состава клинкера:
На мазуте: C3S = 62 - 66%; C2S = 10 - 15%;
СзА = 3 - 4%; C4AF = 15 - 16%
На угле: C3S = 62 - 66%; C2S = 10 - 15%; С3А = 5 - 6%; C4AF = 13 - 14%
Показано, что при использовании высокощелочного нефелинового шлама целесообразно использовать в качестве технологического топлива для обжига клинкера - уголь. Получаемые при этом клинкеры характеризуются повышенным содержанием в них C3A = 5 - 6%. Это обеспечивает увеличение ранней и марочной прочности на 2 -3 МПа.
6. Установлена принципиальная возможность получения портландцементов марки 400 с минеральными добавками.
Их получение возможно:
- с использованием клинкера с R2O не более 0,85% и добавки нефелинового шлама в количестве 15 - 20%;
- на основе клинкера с R2O=1,00 - 1,10% и низкощелочных минеральных добавок (золошлаковых отходов, известняка, доменного граншлака) в комплексе с нефелиновым шламом.
По химическому составу и физико-механическим показателям получаемые цементы удовлетворяют всем требованиям ГОСТ 10178-85, характеризуются высокими прочностными показателями, как при нормальных условиях твердения, так и после пропаривания. Содержание R2O в данных цементах не превышает 1,20%.