Добавки клинкера при производстве цемента
При изготовлении портландцемента стандарт допускает добавку к клинкеру активных минеральных (гидравлических) добавок в количестве, определяемом видом портландцемента и качеством добавки. Неотъемлемой частью портландцемента является добавка гипса; получение пластифицированного и гидрофобного портландцемента достигается добавкой поверхностно-активных веществ.
Активные минеральные добавки подразделяются на природные и искусственные. В качестве последних применяются в основном доменные гранулированные шлаки, хотя не исключается возможность использования металлургических и топливных шлаков при соответствующем их химико-минералогическом составе.
Природные активные минеральные добавки бывают:
осадочного происхождения, образованные в результате осаждения из водоемов остатков некоторых растений или в результате природного обжига глинистых пород;
вулканического происхождения, образовавшиеся в результате извержения магмы.
В качестве добавок осадочного происхождения в цементном производстве применяются:
диатомиты—состоящие преимущественно из скопления микроскопических панцирей диатомовых водорослей и содержащие главным образом кремнезем в аморфном состоянии;
трепелы — состоящие из микроскопических округлых зерен и содержащие главным образом аморфный кремнезем. Трепелы и диатомиты по своим физическим свойствам сходны с глинами: они пластичны, вязки и легко размокают в воде; опоки — уплотненные диатомиты и трепелы; глиежи — горные породы, образовавшиеся в результате природного обжига глины при подземных пожарах в угольных пластах.
Добавками вулканического происхождения являются: пески вулканические — представляющие собой рыхлые продукты извержения вулканов и содержащие в основном алюмосиликаты;
туфы вулканические — уплотненные и сцементированные (склеенные) застывшей магмой вулканические пеплы;
трассы — видоизмененные разновидности вулканических туфов;
пемза — кремневидные породы, характеризующиеся пористым губчатым строением, называемые поэтому еще вспученным вулканическим стеклом.
Назначение гидравлических добавок в портландцементе состоит в том, чтобы связать в нерастворимые соединения свободный гидрат окиси кальция, выделяющийся при твердении цемента (см. стр. 16). В соответствии с этим основным показателем качества гидравлической добавки является способность ее связывать Са (ОНЬ- Эта способность добавки характеризуется ее активностью.
За показатель активности гидравлической добавки принимается количество извести в миллиграммах, поглощаемой из известкового раствора одним граммом добавки в течение 30 суток.
Добавки с меньшей активностью относятся к инертным. Методика определения активности добавок и технические требования к ним приведены в ГОСТ 6269—63, утвержденном в 1963 г. в качестве искусственных активных минеральных добавок цементная промышленность использует: доменные гранулированные шлаки (кислые и основные), представляющие собой силикатные расплавы, получаемые при выплавке чугуна и превращаемые в мелкозернистое состояние путем быстрого охлаждения;
кремнеземистые отходы — вещества, богатые активным кремнеземом, получаемые при извлечении глинозема из глины при производстве алюминия (сиштоф);
топливные золы и шлаки — остаточный продукт, образующийся при определенном температурном режиме сжигания некоторых видов топлива; по химическому составу он состоит из кислотных окислов (кремнезема, глинозема);
обожженные глины — продукт искусственного обжига глинистых пород и самовозгорающихся в отвалах пустых шахтных пород (глинистые и углистые сланцы).
Оценка качества искусственных активных минеральных добавок, за исключением доменных шлаков, производится так же, как и природных — по величине активности, которая должна быть не ниже следующей (по ГОСТ 6269—’63) в мгСа°
кремнеземные отходы 200
обожженные глины, топливные золы и шлаки . 50
Кроме того, в соответствии с требованием стандарта содержание в добавках ангидрида серной кислоты (S03) должно быть не более 3% и содержание несгоревших частиц топлива в топливных шлаках и золах не более 15%.
Среди разнообразия искусственных добавок в цементном производстве больше всего применяют доменные гранулированные шлаки.
Показателями качества доменных гранулированных шлаков, принятыми стандартом для их разделения на сорта, является модуль основности М0 и модуль активности Ма.
Шлаки относятся к основным, если М0 больше или равен 1; при М0 меньшем, чем 1, шлаки относятся к кислым.
Модуль основности характеризует гидравлическую активность шлаков, т. е. способность их порошков к самостоятельному твердению при смешивании с водой. Эта способность проявляется только у основных шлаков и тем больше, чем выше их модуль основности.
Объясняется это минералогическим составом шлака. В процессе чугунной плавки для понижения температуры плавления пустой породы, содержащейся в руде, в доменную печь вводится известняк. При обжиге он разлагается на СаО и 002. Образующаяся окись кальция начинает взаимодействовать с кислотными окислами пустой породы — кремнеземом и глиноземом, образуя силикаты и алюминаты кальция — соединения, сходные с минералами клинкера. Чем больше образуется этих соединений, тем выше будет гидравлическая активность шлаков. Таким образом, активность шлаков определяется содержанием окиси кальция и с возрастанием ее количества по отношению к кислотным окислам, т. е. модуля основности, увеличивается.
Улучшается качество шлаков и с повышением модуля активности, т. е. отношения % А1203 к % Si02. В этом случае в шлаках возрастает относительное содержание алюминатов кальция, отличающихся от силикатов кальция быстрым твердением.
Требования к химическому составу шлаков регламентируются ГОСТ 3476—60.
Наряду с требованиями ГОСТ в отношении химического состава доменные гранулированные шлаки не должны содержать более 5% кусков шлака, не подвергшегося грануляции. Размер таких кусков не должен превышать 100 мм по наибольшему измерению.
Гипс как добавка к клинкеру при получении портландцемента применяется в виде гипсового камня. По химическому составу он представлен в основном двуводным сернокислым кальцием CaS04 — 2Н20. Химически чистый двуводный сернокислый кальций — минерал гипс — содержит в овоем составе: СаО — 32,56%; S03 — 46,51 % и Н20 — 20,93% — Гипс должен соответствовать требованиям ГОСТ 4013—61 «Камень гипсовый для производства вяжущих веществ». В зависимости от содержания CaS04-2H20 в гипсовом камне последний подразделяется на три сорта. К 1 сорту относится гипсовый камень с содержанием CaS04 • 2HzO не менее 90%, ко II сорту — не менее 75% и к III сорту — не менее 65%.
Поверхностно-активные добавки подразделяются на пластифицирующие и гидрофобизирующие. Их используют, как отмечалось, для изготовления соответственно пластифицированного и гидрофобного портландцементов. Однако эти добавки вводят также и во все другие разновидности портландцементов. При этом каждый цемент приобретает дополнительное название соответственно пластифицированный или гидрофобный. Например, пластифицированный дорожный портландцемент или гидрофобный сульфатостойкий портландцемент.
Пластифицирующие поверхностно-активные добавки применяют в виде концентратов сульфитно-спиртовой барды (ССБ). Они образуются как отход при получении целлюлозы по сульфитному способу. В зависимости от состояния и соответственно содержания сухого вещества различают концентраты ССБ. жидкие ОКБЖ), содержание сухих веществ в которых не менее 50%, твердые (КБТ) — не менее 76% и порошкообразные (КБП) — не менее 87%.
Оптимальное количество вводимой добавки в цемент находится в пределах 0,15—0,25% от веса цемента, считая на сухое вещество добавки.
Гидрофобизирующие поверхностно-активные добавки применяют в виде асидола, асидол-мылонафта и мылонафта, являющихся нафтеновыми (нефтяными) кислотами, образующимися при переработке нефти.
Кроме указанных веществ, применяют также олеиновую кислоту. Она содержится в животных жирах.
Количество вводимой гидрофобизирующей добавки зависит от ее вида и состава цемента и устанавливается опытом. Обычно величина этой добавки находится в пределах от 0,06 до 0,30% от веса цемента, считая на сухое вещество добавки.
Для лучшего распределения добавок в цементе их вводят в цементную мельницу в жидком виде. Для этой цели применяют специальные дозировочные механизмы. Если же добавки поступают на завод в виде пасты, например мылонафт, или в твердом состоянии, их растворяют в горячей воде. Следует помнить, что величина добавки рассчитывается на сухое вещество от веса цемента. Для этого необходимо знать концентрацию раствора, т. е. количество граммов твердого вещества, содержащегося в 1 л раствора.
Для регулирования сроков схватывания в обычных цементах марок 300. 500 при помоле к
добавок. Клинкер. Качество клинкера зависит от его химического и минералогических составов.
Раздельный помол клинкера и добавок менее выгоден, так
Наличие активной пуццолановой добавки качественно не меняет характера взаимодействия клинкерных минералов с водой.
При изготовлении цементов совместным помолом твердые добавки, например кварцевый песок, играют роль абразива по отношению к клинкеру.
Заменяя часть клинкера минеральной добавкой, значительно
Такая большая дозировка шлака возможна вследствие особенностей его химического состава, близкого к клинкеру.
Помол клинкера с добавкой гипса — заключительная технологическая операция. В результате получают тонкозернистый порошок темно-серого или зеленовато-серого цвета.
Портландцемент с минеральными добавками (ПЦД) получают измельчением клинкера, минеральных добавок и гипса.
Источник
Добавки клинкера при производстве цемента
Помол клинкера — завершающая стадия производства портландцемента. Клинкер является только полуфабрикатом. Для того чтобы получить из него портландцемент, клинкер следует измельчить совместно с добавкой гипса, а также и с гидравлической добавкой, применяемой в большинстве случаев.
Одно из важнейших требований к портландцементу — это определенная степень измельчения — тонкость помола. От нее зависит прочность портландцемента и скорость твердения его. При этом применяют как открытый цикл помола «на проход», так и замкнутый с промежуточной сепарацией измельченного продукта.
Отличительной особенностью измельчения клинкера по сравнению с помолом сырьевых материалов при сухом способе производства портландцемента является более высокая твердость клинкера. Кроме того, для получения цемента размалываемые зерна должны иметь заданный гранулометрический состав. Последними исследованиями установлено, что цемент, содержащий в определенном сочетании мелкие и относительно крупные зерна, обладает наиболее высокими физико-механическими показателями.
Твердость клинкера и его размолоепоеобность зависят от режима и способа обжига (в шахтных или вращающихся печах), а также от минералогического состава сырья. В качестве характеристики способности клинкера к измельчанию пользуются коэффициентом размолоспособности. Его принимают равным 1,0 для клинкеров вращающихся печей средней размолоспособности, 0,8—0,9 с повышенным и 1,1 с пониженным сопротивлением размолу.
Клинкер шахтных печей более пористый, так как из гранул выгорает уголь, поэтому сопротивление размолу такого клинкера оказывается меньше и коэффициент размолоспособности его принимают равным 1,15—1,35. Чем выше коэффициент размолоспособности, тем быстрее измельчается клинкер и тем больше будет производительность мельницы.
При очень быстром охлаждении клинкера размолоспособность его понижается в результате значительного содержания в клинкере клинкерного стекла — не успевшего закристаллизоваться расплава. Примерно также на свойства клинкера влияет содержание двухкальциевого силиката по сравнению с трехкальциевым силикатом. Последний, обладая более хрупкими кристаллами, размалывается быстрее.
Тонкость помола цемента, характеризуемая остатком на сите № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм), составляет 8—12% для большинства отечественных цементов (согласно стандарту этот остаток не должен превышать 15%); удельная поверхность такого цемента составляет примерно 2500—3000 см2/г. Расход электроэнергии на получение одного килограмма цемента при измельчении клинкера с коэффициентом размолоспособности 1,0 составляет соответственно 32—36 квт-ч. С повышением тонкости помола затрата электроэнергии возрастает в значительно большей степени, чем степень измельчения. Так, увеличение тонкости помола на каждый 1 % (уменьшения остатка на сите № 008) повышает расход электроэнергии на 4—6% и соответственно снижает производительность мельницы. Применение замкнутого цикла помола существенно повышает производительность мельницы, на 10—20% и более. Причина этого заключается в систематическом отделении от общей массы размалываемого в мельнице материала мельчайших зерен, которые налипают на мелющие тела и снижают размалывающую способность последних.
Для сепарации цемента применяют в основном центробежные сепараторы. Трубная мельница работает в замкнутом цикле с двумя сепараторами. Производительность сепаратора зависит от тонкости помола, выделяемого при сепарации цемента. Так, увеличение удельной поверхности с 2500 см2/г до 3500 см2/г уменьшает производительность сепаратора в 1,5 раза, а до 6000 см2/г —в 2 раза. Сепараторы принимают диаметром от 2800 до 5500 мм, их производительность при отделении цемента с удельной поверхностью 2500 см2/г составляет соответственно от 18 до 85 т/ч. При замкнутой схеме помола получают цемент более устойчивого качества и более высоких физико-механических свойств как в отношении марочной прочности, так и в отношении скорости твердения в начальный период. Например, по этой схеме получают быстротвердеющий цемент. Повышение физико-механических свойств цемента при замкнутом цикле помола обусловливается однородным зерновым составом и уменьшением среднего размера цементного зерна. Из сепаратора выходит цемент постоянного зернового состава и с заданной удельной поверхностью, что достигается соответствующей регулировкой работы сепаратора.
Обогащение цемента мельчайшей фракцией, задерживаемой в фильтрах для очистки аспирационного воздуха мельницы, также позволяет получать быстротвердеющий цемент. Этот способ применяют при открытом цикле помола, добавляя к части цемента пыль из фильтров. Чтобы на мелющие тела и футеровку мельницы не налипала пыль, применяют интенсификаторы помола: уголь, сажу. Сейчас для этой цели стали вспрыскивать распыленную воду в последнюю камеру мельницы в количестве 0,5—1,0% от веса цемента. Это позволяет значительно снизить температуру цемента до 70—80 вместо 100—150° С. Воду подают автоматически при достижении цементом на выходе из мельниц температуры выше 100-4110° С.
Снижение температуры цемента достигается также водяным охлаждением корпуса мельницы и интенсивной аспирацией. При аспирации из мельницы удаляют наиболее тонкие фракции цемента, снижающие, как отмечалось, размалывающую энергию мелющих тел. Большие объемы холодного воздуха (до 300 мг на 1 т цемента), просасываемые через мельницу, охлаждают футеровку корпуса, мелющие тела и цемент.
Охлаждение цемента необходимо, во-первых, для того, чтобы сократить сроки его выдерживания на окладе. Отпускать горячий цемент запрещено, так как он очень быстро схватывается и его невозможно применять в бетоне до полного охлаждения. Установлено также, что с увеличением температуры цемента в мельнице производительность ее снижается. Поэтому охлаждение мельницы полезно сказывается и на ее производительности. По этим причинам запрещено подавать в мельницу клинкер или добавки с температурой выше 80° С
Для охлаждения цемента применяют специальные холодильники, представляющие собой вертикальные или горизонтальные шнеки с герметические корпусом, орошаемые водой. При перемещении цемента в шнеке он интенсивно перемешивается лопастями и охлаждается, соприкасаясь с холодным корпусом шнека.
Особое влияние на качество помола и производительность цементной мельницы оказывает выбор ассортимента мелющих тел. Рекомендуется следующее соотношение мелющих тел по их виду и размерам в трубной мельнице с самосортирующей футеровкой.
Трубные мельницы для помола клинкера применяют те же, что и для измельчения сырьевых материалов. Однако в первом случае их производительность оказывается несколько меньше.
Источник
