Добро пожаловать на официальное интернет-представительство Некоммерческого Партнерства "Союз производителей бетона"
Союз создан в 2003 году с целью координирования, регулирования и управления разрозненными отраслями, нормальное функционирование которых необходимо для общего развития рынка бетона. Мы заинтересованы в формировании и укреплении здоровой экономической политики на строительном рынке.






ПРИГЛАШАЕМ ПРИНЯТЬ УЧАСТИЕ


МЫ СОТРУДНИЧАЕМ



НАШИ ПАРТНЕРЫ







АВТОРИЗАЦИЯ
Логин:
Пароль:
Регистрация
Забыли свой пароль?


ЦЕМЕНТ - СТАТЬИ


Прислать свою статью

15.11.2010

Особенности приготовления сырьевых смесей с использованием сырьевых материалов различной природы

Комментариев: 0 | Количество просмотров: 3852
Автор: Берегова Н.Е. (ЗАО ''НИЦ ''ГЦН'')

В настоящее время все более и более актуальным становится вопрос экономии топлива. Обжиг портландцементного клинкера является высокоэнергоемким производством. Расход топлива на производство 1 т клинкера по мокрому способу составляет – 200 кг условного топлива

по сухому - 130 кг условного топлива

На первый взгляд решение вопроса можно свести к отказу от мокрого способа производства и перевести все заводы на сухой способ. Но в угоду сухому способу нельзя забывать о качестве производимого клинкера. Хорошее качество клинкера зависит от многих факторов и в первую очередь от качества и вида сырья, т.е. от его химического и минералогического состава. Известно, что лучшие клинкера и цементы на их основе получаются из твердого сырья, т.е. из известняка средне- и мелкозернистой структуры. Но запасы высококачественных известняков для производства цемента весьма ограничены, в то время как в России имеются огромные запасы мягкого высококачественного карбонатного сырья – это тонкодисперсные мела с хорошим химическим составом и высокой реакционной способностью.

В России на меловых месторождениях строились заводы мокрого способа производства, которые производят цемент высокого качества. Это Себряковский, Ульяновский и другие заводы.

Качество клинкера обеспечивается не только тонкостью помола смеси, но еще ее гомогенизацией. При производстве сырьевой муки с использованием известняка особых сложностей с гомогенизацией не возникает.

При оценке переработки сухих сырьевых смесей большая часть исследователей констатирует, что тонкомолотая сырьевая смесь гарантирует лучшую ее гомогенизацию и как следствие надежную эксплуатацию печей и получение высококачественного клинкера. Однако отмечено на сухих смесях с использованием известняка, что при хранении сырьевой смеси и в циклонных теплообменниках происходит агломерация частиц материала. Это явление послужило основанием для предложения использования грубомолотой муки.

Еще в 70-х годах прошлого века было отмечено, что при сухом способе производства возникает явление агломерации при приготовлении, хранении, перемешивании и обжиге сырьевой смеси.

Исследования этого явления были проведены Тимашевым на смесях с использованием известняка, также подобным исследованиям были подвергнуты мергель, мел и глина.

Агломерация – это процесс окускования тонких материалов в результате нагрева возникающего в процессе трения .

Как правило сырьевая мука готовится из материалов, содержащих десятки минералов, которые неизбежно характеризуются микронеодноротностью состава и строения. Каждая сырьевая смесь является полидисперсной системой с размером частиц от 3-5 А0 до 200 мкм. В зависимости от гранулометрического состава и формы частиц меняются расстояния между ними и поверхность контактов в системе.

Получение гомогенной смеси разнородных дисперсных материалов осложняется еще и тем, что такой материал является активной системой, способной к саморегулированию своих свойств.

Стремление энергетически насыщенной дисперсной системы к уменьшению удельной поверхности делает неизбежной агломерацию порошков при измельчении, классификации, хранении и других процессах. Агломерация происходит селективно в соответствии с особенностями свойств перерабатываемых материалв. Размеры, форма, плотность и прочность образующихся агломератов зависят от размеров и аутогезионных свойств частиц, а также от условий технологического процесса.

Аутогезия – это частный случай адгезии, обозначающий взаимодействие однородных фаз, определяющийся силами межмолекулярного притяжения и усиливающийся если частицы электрически заряжены.

В порошках могут присутствовать агломераты размером от нескольких микрометров до нескольких сантиметров они нестабильны, имеют невысокую плотность, но тем не менее взаимодействие и сцепление частиц внутри их носят иной характер, чем взаимодействие между агломератами. В результате нарушается однородность смеси, стабильность процессов перемешивания и дозировки порошков.

С этим явлением мы столкнулись в процессе приготовления лабораторных сырьевых смесей путем перемешивания предварительно измельченных компонентов. Тонкодисперсный мел в сырьевой смеси образовывал агломераты размером до 1,5 мм.

Агломерация частиц в сухих сырьевых смесях происходит как в процессе помола, так и при хранении сырьевой муки.

При измельчении одновременно с диспергированием происходит агломерация однородных частиц, обусловленная наличием свободных связей, возникающих при механическом воздействии на частицы. В результате при достижении определенного предела удельная поверхность порошка остается стабильной, а при длительном измельчении возможно некоторое ее снижение из-за образования в процессе агломерации молекулярно-плотных структур, устойчивых к внешним воздействиям.

При сухом способе производства сырьевая мука после помола подается в смесительные силосы, представляющие собой цилиндрические железобетонные или металлические резервуары, в которых сырьевая мука тщательно перемешивается, состав ее усредняется и корректируется. Тщательно прокорректировать и перемешать сухую сырьевую муку в силосах труднее, чем шлам в бассейнах.

При хранении сырьевой смеси в свободно насыпанном состоянии сцепление частиц из-за шероховатости их поверхности и сил трения незначительно. Однако и здесь может возникнуть прочная связь между отдельными зернами при контакте наиболее активных участков.

В формировании аутогезионных контактов (притяжения однородных частиц) принимают участие молекулярные (ван-дер-ваальсовы), электрические, механические и кулоновские силы. Величина молекулярной компоненты аутогезионных сил зависит от формы и размеров частиц, а так зазоров между ними. Электрические силы возникают в результате донорно-акцепторных процессов с образованием электрического слоя, обусловленного электрической неоднородностью поверхности соприкасающихся частиц. Кулоновские силы, в отличии от электрических , определяются предварительным (природным) зарядом частиц, а не теми процессами, которые происходят в зоне контакта. Механические силы обеспечиваются зацеплением частиц.

От материала частиц зависит величина ван-дер-ваальсовых и электрических сил, а от их упругопластических свойств – площадь и прочность контактов. Форма частиц влияет как на прочность контактов. Так и на их число.

В работах Тимашева были определены аутогезионные характеристики компонентов цементной сырьевой смеси, по которым можно оценить склонность материалов к агломерации. Так для глин и мелов эти показатели в 4-5 раз выше, чем для известняка. Аутогезионные характеристики порошкообразных материалов должны учитываться при проектировании и эксплуатации соответствующего технологического оборудования.

Текучесть сырьевых смесей имеет прямую зависимость от аутогезионных характеристик материалов ее составляющих и их способности адсобировать влагу из воздуха. Отмечено, что в присутствии влаги прочность аутогезионных контактов возрастает при соответствующем снижении подвижности порошков. Это связано как с увеличением площади контактов вследствие образования мостиков жидкости между частицами, так и с возникновением капиллярных сил, стягивающих частицы за счет отрицательного гидростатического давления.

Подвижность сырьевых смесей можно варьировать путем снижения их влажности и загрубления помола до определенного предела.

Для получения гомогенных смесей необходимо препятствовать образованию аутогезионных контактов и разрушать их в случае возникновения. Эта задача решается, как правило путем аэрации порошкообразных материалов. Однако при этом возможно нарушение однородности их химического состава, особенно при существенных различиях зерен по размерам и плотности. Условия перемешивания улучшаются с повышением скорости вдуваемого воздуха.

Тонко дисперсные смеси менее подвижны, чем грубодисперсные, так как с уменьшением размера частиц увеличивается число контактов, в которых действуют силы аутогезии и трения, и сопротивление порошкообразного материала сдвиговому разрушению повышается.

Нежелательная агломерация порошкообразных материаловможет быть подавлена путем применения поверностно-активных веществ (ПАВ), адсорбирующихся на поверхности контакта частиц и снижающих их свободную энергию. Добавки ПАВ , повышающие текучесть смеси. Могут быть как гидрофильными – СПД, СДБ, так и гидрофобными – мылонафт. Преимущество последних заключается в том, что они препятствуют адсорбции паров воды и снижают капиллярную компоненту аутогезионных сил.

Все выше сказанное в большей степени относится к сырьевым смесям на основе известняка, размеры частиц которых можно регулировать тонкостью помола и держать на уровне 40-50 мкм. Для сырьевых смесей на основе тонкодисперсных мелов размер частиц которых примерно на 80% составляет 3-9 мкм, т.е. в 5-10 раз тоньше, ситуация усложняется. Как было сказано, мел , по своей природе имеет большую способность к аутогезионным контактам. Смеси на мелах имеют меньшую подвижность. Разрушение образующихся агломератов мела в сырьевой смеси путем аэрации малоэффективно, из-за более высокой прочности аутогезионных контактов и больших затрат энергии на аэрацию, чем для смесей на основе известняка.

Непосредственным следствием усиления аутогезионной способности сырьевых смесей на основе мела является как их агломерация во взвешенном состоянии, так и образование приваров на стенках запечных теплообменников. Селективное извлечение из сырьевой смеси материала с повышенной аутогезионной способностью ведет к изменению ее химического состава и нарушению однородности.

Использование ПАВ потребует дополнительных исследований. Примерно количество ПАВ может составлять 0,5% от количества сырьевой смеси, что для завода производительностью 1 млн т клинкера в год составит 7,5 тыс тонн ,т.е. несколько эшелонов в год, плюс дополнительные капитальные вложения на строительство отделения по хранению, транспортировке и дозированию ПАВ. При этом надо учитывать, что вещества используемые в качестве ПАВ являются агрессивными и дорогостоящими.

Исходя из того , что стихийная агломерация порошков является неизбежной необходимо это учитывать при выборе технологии приготвления сырьевой смеси.

В ЗАО «НИЦ «Гипроцемент-Наука» был проведен эксперимент по изучению зависимости распределения агломератов мела в сырьевых смесях от условий перемешивания. С этой целью были приготовлены 3 сырьевые смеси из одинаковых сырьевых материалов (мел месторождения из Воронежской области, суглинок и пиритные огарки). Компоненты были предварительно размолоты в одинаковых условиях и из них составлены три сырьевые смеси. Первая смесь была перемешена на валках в течение 2-х часов, вторая в таких же условиях перемешивалась 4 часа, третья смесь после перемешивания на валках в течение 2-х часов была перемешена с этиловым спиртом, что модулирует мокрый способ помола.

Из опытных смесей были отобраны по 4 точечные пробы на химический анализ. Результаты анализа представлены в таблице 1

Таблица 1
№ сырьевой смеси
Условия перемешивания
№ пробы
SiO2
σSiO2
CaO
σCaO
1

2 часа по сухому способу

1/1
14,3
0,35
43,1
0,67
1/2
13,8
41,9
1/3
13,9
42,6
1/4
13,3
41,3
2

4 часа по сухому способу

2/1
12,9
0,9
42,6
0,60
2/2
11,9
42,7
2/3
14,4
41,3
2/4
12,7
42,8
3

2 часа по сухому способу + перетирание со спиртом

3/1
14,1
0,2
43,2
0,45
3/2
14,6
43,4
3/3
14,6
43,6
3/4
14,4
42,4

Химический анализ точечных проб опытных сырьевых смесей

Анализ полученных данных показывает, что смесь 3 имеет более равномерный химический состав.

Из полученных смесей были изготовлены таблетки. На фотографиях смесей 1 и 2 четко видны образовавшиеся агломераты мела, тогда как смесь 3 имеет равномерную структуру без заметных включений меловых агломератов.

Затем смеси были обожжены в высокотемпературной печи при 1390оС. На фотографиях полученных спеков смесей 1 и 2 заметны гнезда материала белого цвета (свободной окиси кальция) и эти спеки имеют пористую структуру, в то время как спек полученный из смеси 3 имеет равномерно плотную структуру нормально обожженного клинкера .

Этот эксперимент наглядно ( в макро форме) подтверждает результаты исследований полученные Тимашевым и другими исследователями на уровне изучения явления агломерации, аутогезии и измерений прочности аутогезионных контактов материалов для производства цемента.

Мы считаем, что в силу природных факторов мелов, а именно их высокую склонность к аутогезии и высокую естественную влажность готовить сырьевые смеси по сухому способу нельзя. Смеси на основе мела приготовленные по сухому способу будут неоднородными и качество клинкера будет очень низким.

При решении проблемы использования мела представляется целесообразным так организовать процесс производства, чтобы сырьевая смесь подготавливалась по мокрому способу, который обеспечивает высокую степень гомогенизации, отсутствие агломератов и высокое качество клинкера. При мокром способе приготовления сырьевой смеси затраты электроэнергии на помол значительно ниже, чем при сухом помоле, упрощается корректировка и транспортирование сырьевого шлама.

Для снижения расхода топлива на обжиг клинкера можно использовать полусухой способ, с использованием пресс-фильтров, которые позволят снизить влажность смеси поступающей на обжиг .

Источник информации: www.giprocement.ru


















Возврат к списку

Для того чтобы оставить комментарий, Вам необходимо авторизоваться.
3.151534238200

Реклама на портале


Rambler's Top100 Яндекс цитирования
Некоммерческое партнерство "Союз Производителей Бетона",2003-2011
Все права защищены. Публикация информации с сайта без активной гиперссылки на www.concrete-union.ru и согласования с руководством запрещена
Адрес электронной почты info@concrete-union.ru
Размещение рекламы на портале НП "Союз Производителей Бетона"