Цементы низкотемпературного обжига на основе промышленных отходов. Температура обжига цемента


Температура - обжиг - клинкер

Температура - обжиг - клинкер

Cтраница 1

Температура обжига клинкера сказывается также на условиях кристаллизации клинкерных минералов и окиси магния. Пониженные температуры обжига способствуют мелкозернистой кристаллизации периклаза и основных клинкерных минералов, повышенные - крупной кристаллизации минералов и изменению фазового состава клинкеров в сторону некоторого увеличения алита и уменьшения белита.  [2]

Температура обжига высокомагнезиальных клинкеров ( содержание MgO до 18 5 %) оказывает существенное влияние на условия существования окиси магния, а отсюда и на прочие свойства этих цементов.  [4]

Установлено, что температура обжига клинкера существенно оказывается на кристаллизации периклаза. В клинкерах, обожженных при пониженных температурах, мельчайшие зерна периклаза имеют различную форму и располагаются главным образом на целите и зернах алита. В клинкерах, обожженных при повышенных температурах, периклаз приобретает округлую или октаэдри-ческую форму и располагается преимущественно на промежуточном веществе и в меньшем количестве на зернах алита.  [5]

Чистый С3А при медленном охлаждении от температуры обжига клинкера не распадается как в окислительной, так и в восстановительной средах. Твердые же растворы С3А с Fe, Cr, Mn, S могут распадаться в слабовосстановительных условиях при температуре ниже 1573 К. Каталитически ускоряют распад С3А соединения CaF2, NaF, KF, 3CaO - P2O5, CaSO4, FeO. Продуктами распада минерала являются CsA3 и.  [6]

Введение в качестве минерализатора фтористых и кремне-фтористых солей позволяет значительно снизить температуру обжига клинкера.  [7]

С, гасится быстро, но с повышением температуры скорость гашения извести замедляется, а При температуре обжига клинкера ( около Г500 С) она оказывается весьма медленно гасящимся веществом. Гашение ее не успевает закончиться до схватывания ( начала твердения) цемента, продолжается в отвердевшем цементном камне и разрывает его.  [8]

Исследования показали, что гидротермальная обработка цементной шихты указанного состава с введением примерно 4 % гипса при температуре обжига клинкера 1450 С ускорила твердение цемента и повысила его прочность.  [9]

Приведенные уравнения достаточно убедительно иллюстрируются экспериментальными данными, свидетельствующими о существовании двух основных стадий процесса спекания. Повышение температуры обжига клинкеров приводит к увеличению количества расплава, что обусловливает уменьшение продолжительности процесса для завершения стадии перегруппировки.  [10]

При концентрации - PaOg более 2 % количество C3S в клинкере продолжает убывать, но свободная СаО реагирует с 28 и фосфатом с образованием сложного комплексного соединения я ( 2СаО 5Ю2) - CaO-PzOs - В результате образования этого соединения количество СаО в клинкере при увеличении содержания P2Os в пределах 2 - 6 % снижалось, при этом, однако, также уменьшалось и количество C3S в продукте. С увеличением продолжительности и температуры обжига клинкера отрицательное влияние P2Os ослабляется и в системе синтезируется такое количество алита, которое соответствует изменившемуся содержанию фосфора.  [11]

Определенную роль играет стеклофаза и в формировании свойств портландцементного клинкера, сказываясь прежде всего на его размолоспособности, а также и на качестве готового цемента. Согласно расчетам Ф. М. Ли, содержание жидкой фазы при температуре обжига клинкера колеблется в пределах от 15 до 22 % ( мае.  [13]

Главным недостатком основанных на этих концепциях технологий являются высокие температуры. Сегодня в цементной промышленности расходуется свыше 200 кг топлива на 1 т продукции. Такой цемент, названный алинитовым, можно получать со значительной экономией топлива, радикально снизив температуру обжига клинкера - полупродукта цемента.  [14]

В кольцевых печах устанавливают, диффузионные горелки среднего давления двух конструкций: подпольные и верхние. Основное количество газа ( 80 - 85 %) сжигается с помощью подпольных горелок. Подпольная горелка ( рис. 96) представляет собой коллектор из трубы диаметром 40 мм, один конец которого заглушен, а в другой вварен штуцер диаметром 20 мм для присоединения к газопроводу. К коллектору приварены три трубки диаметром 15 мм, на каждую из которых навинчена форсунка с отверстием диаметром 4 5 мм для выхода газа. Верхние горелки являются дополнительными и служат для обеспечения равномерного прогрева печи по всему сечению камеры. Верхняя горелка представляет собой трубу диаметром 15 и длиной 1700 мм, заканчивающуюся наконечником с шестью отверстиями диаметром 3 мм. Горелки к коллектору присоединены гибким шлангом. Для снабжения горелок служит кольцевой газопровод, к которому по периметру печи присоединены гребенки, питающие подпольные и верхние горелки каждого сектора. На газовом топливе работает более 60 % предприятий цементной промышленности. Газ используется во вращающихся печах для обжига клинкера и в сушильных барабанах для сушки добавок. Эти печи представляют собой длинные ( от 40 до 185 м) слегка наклонные барабаны диаметром от 2 5 до 5 3 м, вращающиеся со скоростью 1 - 2 об / мин. В верхний конец печи подается цементная масса ( шлам), а в нижний ( в головку печи) - вдувается топливо. В процессе обжига сырье движется в печи вниз по уклону навстречу сжигаемому топливу. Внутри вращающаяся печь футерована огнеупорным кирпичом, в верхней части - шамотом, а в нижней, где температура обжига клинкера составляет 1450 - 1500 С, - особо стойким хромомагнезитом; снаружи зона спекания часто охлаждается водой. Двигаясь вдоль печи, материал проходит ряд зон: сушки, нагрева, кальцинирования и спекания.  [15]

Страницы:      1

www.ngpedia.ru

Обжиг клинкера

Влияние минерализующих и легирующих добавок на клинкерообразование.

Для облегчения обжига трудноспекаемой сырьевой смеси и улучшения свойств клинкера белого портландцемента необходимо вводить в сырьевую смесь некоторые добавки. Минерализующие добавки позволяют полностью завершить клинкерообразование. Механизм влияния этих добавок при обжиге клинкера белого портландцемента аналогичен их действию при обжиге обычного портландцемента, за исключением некоторых специфических особенностей, относящихся к процессу кристаллизации, которые будут рассмотрены ниже.

Как известно, минерализаторы интенсифицируют как твердофазовые процессы, так и процессы клинкерообразования, протекающие с участием жидкой фазы клинкера.

рис. 3.1 Микроструктура клинкеров с добавкамиминерализаторов. CaSo4.

Н. А. Торопов, С. Л. Голынко-Вольфсон, М. М. Сычев пришли к заключению, что во время протекания реакций в твердой фазе минерализатор вызывает глубокое нарушение кристаллических решеток реагирующих компонентов. Это объясняется полиморфными превращениями кристаллических модификаций кремнезема и образованием промежуточных соединений между некоторыми добавками и составляющими компонентами сырьевой смеси. Во время протекания реакций с участием жидкой фазы минерализаторы ускоряют клинкерообразование, так как снижается температура появления жидкой фазы, увеличивается ее количество и снижается вязкость.

Как указывают Н. А. Торопов и Йирку, минерализаторы действуют каталитически, ускоряя разрушение комплексных кремниевокислородных и алюминиевокислородных ионов типа

[Si4O10]4-,[SiO3]2-,[Si3O9]6-,[AlO4]5- и т.д.

Ввод в сырьевую смесь минерализаторов влияет не только на кинетику физико-химических процессов клинкерообразования, но и на фазовый состав клинкера и его структуру. Последнее обстоятельство необходимо учитывать, особенно при производстве белого портландцемента.

Микроструктура клинкера предопределяет один из основных показателей белого портландцемента его белизну. Современные представления о влиянии минерализаторов на процессы клинкерообразования основываются на достижениях кристаллохимии. Различная эффективность действия минерализаторов, как на процесс минералообразования, так и на характер кристаллизации, может быть объяснена, как указывают некоторые исследователи, различием их электростатических характеристик.

рис. 3.2 Микроструктура клинкеров с добавкамиминерализаторов. Na2SiF6.

Нашими исследованиями было установлено, что структура клинкера белого портландцемента при введении минерализатора зависит от электроотрицательности катионов и анионов, входящих в состав минерализатора и обусловливающих его интенсифицирующее действие. Так, при одном и том же анионе с увеличением электроотрицательности катионов в ряду.

K+->Na+->Li+->Mg2+->Be2+

Увеличивается размер кристаллов алита и белита. Еще в большей степени, чем у катионов, проявляется влияние анионов при одном и том же катионе на характер кристаллизации клинкера. Однако характер влияния анионов иной, чем катионов: с уменьшением электроотрицательности анионов в рядуSiF2-6 -> F- -> SO2-4 -> Cl-увеличивается размер кристаллов в клинкере (рис. 3).

Изучение тонкой структуры клинкера методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) показало, что в зависимости от электроотрицательности катионов и анионов изменяется координация ионов Fe3+: анионы минерализаторов с большей электроотрицательностью SiF2-6,F- способствуют переходу Fe3+ в клинкере белого портландцемента из тетраэдрической координации в октаэдрическую, обладающую меньшей окрашивающей способностью.

Результаты исследований минерализующего влияния добавок на минералообразовакие и структуру клинкера показывают, что наилучшим является минерализатор, в который входит анион с наибольшей электроотрицательностью и катион с наименьшей электроотрицательностью. Для белого портландцемента таким минерализатором является кремнефтористый натрий, предопределяющий образование мелкокристаллической структуры, что способствует повышению белизны клинкера. Немаловажное значение в производстве белого портландцемента, как указывалось, имеет введение в сырьевую смесь легирующих добавок, улучшающих свойства белого портландцемента.

Изучение действия таких добавок, как окислы переходных элементов (Fe, Mn, Ti, Со и др.), показало, что они влияют не только на белизну портландцемента, но и на клинкерообразование. В частности, добавка двуокиси титана способствует интенсификации обжига (табл. 14). В этом случае добавка двуокиси титана и окислов других (переходных элементов интенсифицирует клинкерообразование, выполняя роль минерализатора.

Таблица 11. Усвоение извести при обжиге сырьевых смесей с добавками окислов переходных элементов.
Содержание окислов в %Количество свободной извести в % в образцах, обожженых при температуре в °C
Fe2O3Mn2O3TiO21150125013501450
0.2 - - 38.533.716.23.2
0.20.05 - 31.225.911.01.3
0.20.050.0530.124.010.40.9

Ввод добавки двуокиси титана в сырьевую смесь изменяет также характер кристаллизации клинкерных минералов, так как несколько увеличиваются их размеры.

Благодаря изменению структуры клинкера при вводе добавки двуокиси титана в значительной степени изменяются физико-механические свойства цемента, в частности, на 20—30% повышается его механическая прочность на сжатие.

stroyremkom.ru

Разработка АСР температуры обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником

Содержание расчетно-пояснительной записки

Введение

1 Анализ современного состояния автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера

1.1 Анализ литературных источников

1.2 Автоматизация процесса обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником

1.3 Требования к автоматизированным системам контроля и управления

2. Определение параметров объекта регулирования

3. Выбор типового регулятора АСР и определение параметров его настройки для заданного технологического параметра

3.1 Определение параметров настройки ПИ - регулятора

4. Анализ динамических характеристик АСР при выбранном типе регулятора и найденных параметрах его настройки

5. Расчет одноконтурной цифровой АСР

6. Выбор технических средств автоматизации

6.1 Датчик температуры

6.2 Регулятор температуры

6.3 Исполнительный механизм

Заключение

Список используемой литературы

Список аппаратных и программных средств

Приложение 1

Эффективность работы вращающихся печей цементной промышленности в немалой степени зависит от наладки технологического оборудования, процесса обжига клинкера и режима эксплуатации печей при выпуске клинкера высокой активности, минимальном расходе топлива и высоких технико-экономических показателях.

Комплекс процессов, происходящих во вращающихся печах под воздействием тепловой энергии, весьма обширен и сложен. Процессы горения топлива, движения газов и материала, теплообмена и физико-химических превращений сырьевой смеси тесно связаны между собой и каждый из них имеет решающее значение. Они и определяют основные мероприятия при проведении наладки: подбор оптимального химического и минералогического состава клинкера в сырьевой смеси, обеспечивающего необходимые условия для высокоэффективной работы печи и стабильности процесса; выбор рациональной конструкции теплообменных устройств для интенсивного теплообмена и снижения потерь теплоты; отработка рационального режима сжигания топлива, обеспечивающего экономное его расходование и интенсивность высокотемпературных процессов; выбор оптимальных режимных параметров и отработка методов управления процессами.

Производительность печей, удельный расход топлива зависят не только от конструктивных и технологических исходных характеристик, но и от режима работы. Форсирование режима до известного предела повышает производительность, но увеличивает унос материала, температуру отходящих газов, удельный расход теплоты. Дальнейшее форсирование может привести к сокращению производительности из-за большого уноса при одновременном резком увеличении удельного расхода теплоты. Уменьшение нагрузок печей против оптимальных также расстраивает их работу: происходит смещение зон, пересушка материала и т.д.

Выбор и поддержание оптимальных нормативов, показателей и параметров технологического процесса оказывает решающее влияние на получение продукции заданного качества, а также на экономику предприятия.

Обжиг клинкера - самый сложный, важный и энергоемкий передел. Общие энергозатраты на производство цемента распределяются примерно следующим образом: подготовка сырья - 10%, обжиг клинкера - 79%, помол цемента - 10%, прочие - 1%. Поэтому наладка процесса обжига, снижение энергозатрат, прежде всего затрат топлива приобретают исключительное значение.

В основе наладочных работ лежит анализ процессов, происходящих в печи при многочисленных изменяющихся факторах. Не следует полагать, что проведение обычных наладочных работ обеспечит полную оптимизацию процесса обжига клинкера. Каждый оптимальный режим может быть рассчитан только с применением средств вычислительной техники на основании достаточно обширной и точной технической и химико-технологической информации, что требует специальных исследований.

Совершенствование организаций и методов наладки, испытаний технологического оборудования, безусловно, способствует повышению технической культуры его эксплуатации, повышению эффективности цементного производства и ускорению освоения проектных мощностей предприятий.

Интенсивное развитие цементной промышленности в последние годы, внедрение печных установок большой единичной мощности, вовлечение в производственный процесс сырьевых материалов более низкого качества ставят перед цементным производством новые проблемы.

При обжиге сухих сырьевых смесей используют печи с циклонным теплообменниками. Размеры таких печей намного меньше размеров печей, работающих по мокрому способу, так как процессы подготовки сырья вынесены здесь в запечные агрегаты с интенсивным конвективным теплообменом, обеспечивающим эффективное использование теплоты отходящих газов. Высокая экономичность, малые размеры и низкие капитальные затраты при сооружении таких печей обеспечили им широкое распространение. Благодаря высокой степени декарбонизации сырьевой муки, поступающей в печь, улучшается ее текучесть и снижается тепловая нагрузка на печь. Эти особенности в сочетании с простотой регулирования позволяют легко управлять режимом обжига и обеспечивать надежную работу печного агрегата. На цементных заводах сухого способа производства успешно эксплуатируются печи с размерами 4х60, 5х75, 7/6,4х95 м.

Печи для обжига сухих сырьевых смесей при равной производительности примерно вдвое короче печей для обжига шлама. Это достигается тем, что часть процессов выносится из печи в запечные теплообменные устройства. В России для обжига сухих смесей в основном используют печи с циклонными теплообменниками и с конвейерными кальцинаторами (печи "Леполь").

В основу конструкции печей с циклонными теплообменниками положен принцип теплообмена между отходящими газами и сырьевой мукой во взвешенном состоянии. Уменьшение размера частиц обжигаемого материала, значительное увеличение его поверхности и максимальное использование этой поверхности для контакта с теплоносителем интенсифицируют процесс теплообмена. Сырьевая мука в системе циклонных теплообменников движется навстречу потоку отходящих из вращающейся печи газов с температурой 900...1100°С. Средняя скорость движения газов в газоходах составляет 15...20 м/с, что значительно выше скорости витания частиц сырьевой муки. Поэтому поступающая в газоход между верхними I и II ступенями циклонов сырьевая мука увлекается потоком газов в циклонный теплообменник I ступени. Поскольку диаметр циклона намного больше диаметра газохода, скорость газового потока резко снижается и частицы выпадают из него. Осевший в циклоне материал через затвор-мигалку поступает в газоход, соединяющий II и III ступени, а из него выносится газами в циклон II ступени. В дальнейшем материал движется в газоходах и циклонах III и IV ступеней. Таким образом, сырьевая мука опускается вниз, проходя последовательно циклоны и газоходы всех ступеней, начиная от относительно холодной (I) и кончая горячей (IV). При этом процесс теплообмена на 80% осуществляется в газоходах и только 20% приходится на долю циклонов. Время пребывания сырьевой муки в циклонных теплообменниках не превышает 25...30 с. Несмотря на это, сырьевая мука не только успевает нагреваться до температуры 700...800°С, но полностью дегидратируется и на 25...35% декарбонизируется.

Рис. 1. Схема теплового агрегата для обжига клинкера по сухому способу.

Перспективность применения сухих печей обусловлена тепловой экономичностью, высокой удельной производительностью, простотой конструкции, малыми размерами и низкими капитальными затратами. Недостатки печей этого типа высокий расход электроэнергии и относительно низкая стойкость футеровки. Кроме того, они чувствительны к изменению режима работы печи и колебаниям состава сырья. Поскольку степень декарбонизации цементной сырьевой муки, поступающей из циклонного теплообменника в печь, не превышает 35%, материал должен оставаться в печи продолжительное время для завершения процесса обжига. Для интенсификации процесса разработаны системы трехступенчатого обжига, принцип которого заключается в том, что между циклонным теплообменником и вращающейся печью встраивается специальный реактор - декарбонизатор. Сжигание топлива и декарбонизация материала в таком реакторе происходят в вихревом потоке газов.

Рис. 2. Модель и реальный вид циклонного теплообменника с декарбонизатором.

После прохождения циклонных теплообменников сырьевая мука с температурой 720...750 °С поступает в декарбонизатор. Частицы сырьевой муки и распыленное топливо диспергируются и перемешиваются. Теплота, выделяющаяся в результате сгорания топлива, немедленно передается частицам сырьевой муки, которые нагреваются до температуры 920...970°С. Материал в системе "циклонный теплообменник - декарбонизатор" находится лишь 70...75 с и за это время декарбонизируется на 85...95%. Установка декарбонизатора позволяет повысить съем клинкера с 1 м3 внутреннего объема печи в 2,5...3 раза. Удельный расход теплоты снижается до 3,0...3,1 МДж/кг клинкера. Кроме того, в декарбонизаторе можно сжигать низкокачественное топливо, а также бытовые отходы. Стоимость сооружения установки с декарбонизатором на 10% ниже стоимости установки с циклонным теплообменником той же производительности. Размеры установки невелики, и она может использо­ваться не только при строительстве новых заводов, но и при модернизации действующих печей.

Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками характеризуются простотой конструкции и соответственно эксплуатации, а также высокой теплотехнической эффективностью.

mirznanii.com

Обжиг цементного клинкера при нагревании в неравновесных условиях - Необычные эксперименты - Каталог статей

Обжиг цементного клинкера при нагревании в неравновесных условиях

Создать неравновесные условия можно следующими способами:

- резкий обжиг;

- обжиг укрупненного помола шлама;

- двухшихтовая технология.

Рассмотрим каждое из приведенных условий.

1. Резкий обжиг клинкера – очень быстрое нагревание при вводе материала в разогретый до максимальной температуры реактор. В этом случае обжиг клинкера идет с максимальной скоростью. Данный способ может быть осуществим только при производстве цемента по «сухому способу», т.к. после декарбонизации и подогрева сырья в запечных теплообменниках сырьевую муку можно сразу подать в зону с максимальной температурой. При «мокром способе» этот процесс не осуществим, потому что материал нагревается постепенно, проходя по всей длине печи.

Рассмотрим график зависимости времени обжига от температуры (рис.1):

Рис. 1

На графике видим, что процесс обжига длится всего 0,5 часа при резком обжиге (2), при постепенном обжиге время самого обжига так же 0,5 часа. Все остальное время, 2,5 часа необходимо для нагревание материала до образования расплава.

Многократное ускорение процесса обжига объясняется следующим:

1) Ускоряются процессы разложения СаСО3 и глинистых материалов и совмещаются во времени с синтезом оксидных минералов (силиката, алюмината и феррита кальция). Реагирующая фаза находится в высокодисперсном состоянии и с большим числом дефектов, что обеспечивает высокую химическую активность.

2) При резком обжиге образуется дополнительное количество высокосиликатного расплава, обладающего пониженной температурой плавления (1130-1180 ºС, в отличие от 1338 ºС при постепенном обжиге). Этим и доказывается физико-химическая интенсификация процесса обжига клинкера в неравновесных условиях. Синтез происходит в 5-6 раз быстрее чем при длительном нагревании.

При постепенном обжиге происходит спекание оксидов и только потом, при 1338 ºС их плавление:

С + S --> C2S --> CS --> C2S --> C3S

C + A --> CA --> C12A7-->C3A

C+F --> CF --> C2F

При резком обжиге происходят следующие реакции:

С + S --> C2S

C + A --> CA

C+F --> CF

Оксиды C2S, CA, CF образуются при резком обжиге без спекания, температура их плавления 1130-1180 ºС, поэтому расплава больше и при более низкой температуре.

Химический состав расплава:

С – 45%

А – 10%

F – 8%

S – 37%

Минералогический состав расплава:

- железосодержащий геленит (C2AS) – 26%

- железосодержащий волостонит (α-CS) – 74%

Колмчество расплава при резком обжиге – 50-55%, количество CaO – 50-45%. Меняется механизм и последовательность образования клинкерных минералов:

α-CS (F) + CaO --> C2S + C3S;

C2AS (F) + CaO --> C3S + C3A + C2F

Количество расплава контролируемо и определяется скоростью реакции и температуры. Процессы рекристаллизации и спекания отсутствуют.

На практике распространения пока не получили, но аппарат для резкого обжига недавно был создан японскими специалистами. Аппарат состоит четырех циклонных декарбонизаторов и реактора, представляющего собой конструкцию кипящего слоя. Холодильник для охлаждения клинкера так же выполнен в виде кипящего слоя. Процесс обжига в таком аппарате длится всего 6-8 минут, гранулы клинкера имеют размер 1,5 – 3,5 мм.

В скором будущем резкий обжиг клинкера во всем мире будут производить именно в таких реакторах кипящего слоя.

2. Обжиг укрупненного помола шлама (по карбонатному компоненту, 30% остатка на сите №008)

На рис.2 изображена частица CaO, взаимодействующая с расплавом. По мере взаимодействия с расплавом на поверхности частицы образуется высококремнеземистый слой 2, который постепенно проникает внутрь частицы, уменьшая радиус еще не прореагировавшего CaO 3. Вокруг частицы CaO находится высокодисперсные частицы глины 1 без примесей. Диаметр частицы СаО примерно 150 мкм.

Рис. 2

В центре остается свободный СаО, не успевающий прореагировать. В этой системе неравновесность представлена крупными частицами карбоната. При 1130 – 1150 ºС пленка плавится и пропитывает центр зерна, идут процессы синтеза клинкерных минералов. Синтез идет до конца, если количество крупных частиц, не прошедших через сито №008 не более 30%. Синтез идет по той же схеме, что при резком обжиге. Образуются только низкоосновные силикаты кальция из-за недостатка СаО. Если частиц больше 30% и их размеры больше, то в клинкере остается более 1% СаО свободного, что приводит к разрушению готового изделия в следствии гидротации СаО в затвердевшей массе.

Данный метод используется на практике Старооскольским цементным заводом.

3. Двухшихтовая технология

Двухшихтовая технология заключается в приготовления шлама в виде двух шихт:

- легкоплавкая шихта 1;

- шихта II (карбонатный компонент).

Схема приготовления следующая:

мел - 78%

глина - 20%

огарки – 2%

отнимаем 50% карбонатного компонента, останется:

мел – 28% |

глина – 20% | - шихта 1;

огарки – 2% |

мел – 50% - шихта 2.

Обжиг производится во вращающейся печи методом двухстороннего питания. Шихта 2 подается с холодного конца печи, с влажностью 40%. Шихта 2 подается с горячего конца печи через специальную форсунку с потоком воздуха под давлением. На рис.3 схематически изображен способ обжига методом двухстороннего питания.

Рис. 3. 1-слой карбонатного компонента (шихта 2), 2 - шламовый питатель, 3- корпус вращающейся печи, 4- капли легкоплавкого расплава, 5 -факел сгорающего топлива, 6- труба для подачи шихты 1, 7- бункер шихты 1, 8 - дозатор, 9 сжатый воздух от коипрессора, 10 подача топлива, 11 - выход клинкера.

Этот метод имеет следующие достоинства:

- экономия топлива 25%;

- более высокое качество клинкера за счет микрокристаллической структуры;

- уменьшение потерь тепла корпусом.

Опыт использования такого метода обжига клинкера имеется. Но здесь так же имеются трудности. Эта трудность заключается в подаче шихты с горячего конца печи посредством отдельной трубы. На конце трубы, находящемся в печи имеется форсунка, через которую производится подача материала. Через эту форсунку очень трудно подать 50% сырья (шихта 1) вследствие относительно низкого давления (для больших печей масса шихты 1 достигает 75т/ч). Таким образом, чем больше твердой фазы будет в воздушном потоке, тем больше будет трение воздушно-пыльного потока о стенки форсунки, концентрация пыли достигает 4-5 кг/м2. Если увеличить давление воздушного потока, то можно охладить зону обжига и тем самым увеличить расход топлива, что не приемлемо.

Обжиг цементного клинкера при нагревании в неравновесных условиях будет очень перспективным в скором будущем. Эти методы постоянно изучаются и совершенствуются, достигая высокой эффективности. На данный момент обжиг при нагревании в неравновесных условиях мало распространен на практике, в следствие затруднений в инженерном воплощении идей.

cement.ucoz.ru

Цементы низкотемпературного обжига на основе промышленных отходов

АННОТАЦИЯ

Предложена технология переработки фосфогипса с получением сульфоминерального цемента и серной кислоты и сульфоалюминатного цемента без разложения фосфогипса при температуре обжига 1250-13000С.

Показано, что применение фосфогипса как основного сырья для производства сульфоклинкерного цемента позволило уменьшить удельный расход тепла на 16 кг/т клинкера (на 4%), что установлено по расходу топлива, температура отходящих газов снизилась на 30-400С. Безвозвратный пылеунос на вращающуюся печь не увеличился. Измельчение сульфоклинкера производили без ввода гипса, который добавляется в обычный портландцементный клинкер как регулятор сроков схватывания.

Размольная способность сульфоклинкера оказалась в 1,3-1,5 раза выше портландцемента. В зависимости от степени помола клинкера марка цемента достигает 400-500.

Приведенные технико-экономические расчеты показали, что себестоимость 1 т серной кислоты из фосфогипса на 4,95% ниже себестоимости 1 т серной кислоты, получаемой из природной серы на Алмалыкском комбинате «Аммофос Максам». 

ABSTRACT

A technology for processing phosphogypsum with the production of sulfomineral concrete and sulfuric acid and sulphoaluminate concrete without decomposition of phosphogypsum at a firing temperature of 1250-13000С is proposed.

It is shown that the use of phosphogypsum as the main raw material to produce sulfonoclinker concrete has helped to reduce the specific heat consumption by 16 kg / t clinker (by 4%), which is determined by fuel consumption, temperature of waste gases has decreased by 30-400С. Irreversible dust removal to the rotary kiln has not increased. The grinding of the sulfoclinker has been performed without the input of gypsum which is added to the usual portland cement clinker as a regulator of the setting time.

The grinding capacity of the sulfoclinker is 1.3-1.5 times higher than portland cement. Depending on the degree of clinker grinding, the concrete grade reaches 400-500.

The above technical and economic calculations have showed that the cost price of 1 ton of sulfuric acid obtained from phosphogypsum is 4.95% below the cost of 1 ton of sulfuric acid obtained from natural sulfur at Almalyk Factory "Ammofos-Maxam".

 

Ключевые слова: фосфогипс, серная кислота, сульфосиликат кальция, белит, сульфоминеральный цемент, портландцементный клинкер, гипс, шихта, обжиг.

Keywords: phosphogypsum, sulfuric acid, calcium sulfosilicate, belite, sulfo-mineral concrete, portland cement clinker, gypsum, charge material, burning.

 

В статье приводятся результаты, полученные в полупромышленных и промышленных условиях испытаний новых видов цемента и серной кислоты [1-5] совместно с сотрудниками Ташкентского химико-технологического института и бывшего НИУИФ (Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам, г. Москва (Воскресенский филиал)) Российской Федерации.

Испытания проводились в г. Воскресенске Московской области на полупромышленной установке и на цементном заводе в Ангрене Ташкентской области Республики Узбекистан. В настоящее время НИУИФ переведен в г. Череповец и имеет название АО «Фос Агро» (НИУИФ).

На основе расчета из фосфогипса, каолиновой глины и известняка приготовили 132 м3 шлама. Загрузку сырьевых компонентов в бункер сырьевой мельницы осуществляли ковшами. Сырьевые материалы в размере одного ковша загружали в машину и взвешивали на заводских весах, чтобы знать вес одного ковша компонента. Сырьевые материалы из бункера через течку поступали в сырьевую мельницу, где производился мокрый помол. Шлам перекачивался в вертикальный шлам-бассейн и имел следующий химический состав (%): SiO2 – 13,80; Al2O3 – 5,80; Fe2O3 – 0,52; CaO – 39,06; п.п.п. – 26,32; SO3 – 13,52.

Другие характеристики шлама следующие: влажность – 49%, растекаемость – 72 мм, титр – 52,75. Тонкость помола характеризовалась остатками на ситах 900 и 4900 отв./см2.

Обжиг шлама проводили в печи длиной 80 м и диаметром 3 м. Среда обжига была слабоокислительной. Печь работала при производительности по клинкеру 8 т/час. Температуру в зоне обжига измеряли оптическим пирометром.

Образование однородных гранул (неправильной и необкатанной формы) клинкера наблюдалось при температуре обжига 1250-13200С (по оптическому пирометру), повышение температуры обжига свыше 13200С приводило к сварообразованию. Вес литра клинкера колебался в пределах от 1320 до 1440 кг.

Температура отходящих газов была 3000С. В отходящих газах не было обнаружено наличие сернистого ангидрида. Это объясняется наличием больших подсосов в системе.

Были отобраны средние пробы клинкеров, полученных при различных температурах обжига. Химический состав этих клинкеров приведен в таблице 1.

Некоторые из этих проб были испытаны по ГОСТу 310.4-81 на физико-механическую прочность при твердении в воде. Наибольшую физико-механическую прочность показали образцы цемента из клинкера 11 и 12. Это объясняется тем, что химический состав данных клинкеров близок к расчетному и получены они при температуре 12500С, которая является оптимальной для сульфоминерального цемента.

Клинкера 2, 4 и 6 получены при температурах, когда сульфосиликат кальция разлагается на белит и сульфат кальция, и при наличии большого количества сульфата кальция клинкер хорошего качества не получается. Растекаемость полученного сульфоминерального цемента была 120 мм.

Изучение сроков схватывания показало, что данный цемент является быстросхватывающимся.

Расчетный и фактический химические анализы клинкеров почти совпадают, что позволяет сделать вывод, что данный клинкер имеет расчетный минералогический состав, т. е. состоит из минералов сульфоалюмината кальция, белита, четырехкальциевого алюмоферрита и свободного ангидрита.

В клинкере присутствуют следующие минералы: сульфосиликат кальция – 75,28%, сульфоалюминат кальция – 13,38%, белит – 2,01%, С4АF – 2,03%, CaSO4 – 6,68%. ∑ = 99,28%.

Таблица 1.

Химический состав клинкеров, полученных на Ангренском цементном заводе

Температура обжига

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

SO3

п.п.п.

9000С

проч. по раз.

Сумма

1

1390

24,90

4,65

1,12

59,59

5,06

0,88

4,80

100,0

2

1380

21,32

5,42

0,90

59,94

7,16

1,09

4,17

100,0

3

1360

26,80

6,10

1,18

56,98

7,97

0,78

0,09

100,0

4

1360

22,74

5,80

1,37

56,94

8,08

0,72

4,35

100,0

5

1320

24,25

5,73

1,14

54,96

9,76

0,84

3,32

100,0

6

1310

23,52

5,68

1,09

52,95

10,39

0,75

5,62

100,0

7

1300

21,84

4,43

1,00

56,02

10,35

1,04

5,32

100,0

8

1300

21,72

5,50

1,12

53,83

11,97

1,17

4,49

100,0

9

1280

23,25

6,21

0,79

54,44

7,77

1,24

6,30

100,0

10

1280

22,83

5,82

0,96

57,21

9,22

1,02

2,95

100,0

11

1250

21,73

5,89

1,10

54,67

13,78

1,08

1,75

100,0

12

1250

23,40

4,98

1,24

56,58

11,73

1,01

3,06

100,0

 

Таблица 2.

Физико-механическая прочность ангренских производственных клинкеров

№ клинкера

проч. на изгиб МПа

проч. на сжатие МПа

сроки хранения, сутки

сроки хранения, сутки

3

7

28

3

7

28

2

1,60

2,22

2,98

7,8

16,0

21,0

4

1,55

2,17

2,76

7,7

14,9

19,4

6

2,18

2,69

3,45

12,8

18,4

26,7

8

2,42

2,87

3,69

19,0

25,2

37,2

11

4,89

5,24

5,63

32,0

36,3

43,4

12

4,20

4,63

5,00

29,0

33,0

38,2

 

В дальнейшем был произведен рентгенофазный анализ клинкеров.

На диафрагмах идентифицировались межплоскостные расстояния сульфоалюмината кальция (d= 0,373 нм), белита (d= 0,278 нм), сульфосиликата кальция (d= 0,372 нм) и свободного ангидрита (d = 0,349 нм). Наличие сульфосиликата кальция (d = 0,282 нм) говорит о том, что часть свободного ангидрита связывается в данный минерал, а часть сульфата кальция остается в несвязанном виде.

Результаты физико-механических испытаний проб клинкеров представлены в таблице 2. Проба № 11 к 28-суточному твердению в воде имела прочность на сжатие 43,4 МПа, а проба № 12 – 38,2 МПа, т. е. примерно марку «400».

Выводы

Результаты совместно проведенных исследований ТашХТИ и бывшего Воскресенского филиала НИУИФ показали, что возможно получить сульфоминеральный цемент марки «400» с использованием в качестве основного компонента фосфогипса по двум вариантам:

  • получение сульфоминерального цемента с вводом в шихту известняка;
  • переработка фосфогипса на сульфоминеральный цемент и сернистый газ с получением серной кислоты.

Результаты рентгенофазного анализа клинкеров, полученных на опытной установке бывшего филиала НИУИФ, показали наличие минералов сульфоалюмината кальция, белита, сульфосиликата кальция и свободного ангидрита в шихте безизвестнякового компонента, т. е. из двухкомпонентной шихты (фосфогипса и семилукской каолиновой глины).

Исследовано влияние температуры и количества восстановителя на степень разложения фосфогипса сульфоминеральной шихты. С увеличением температуры и количества восстановителя до определенного значения степень разложения фосфогипса возрастает.

Дальнейшее увеличение количества восстановителя приводит к уменьшению степени разложения, так как это влечет за собой повышение содержания в продуктах обжига сульфидной серы.

Рентгенофазовым анализом установлен порядок минералообразования при обжиге сульфоминеральных шихт в температурном интервале 1200-13000С.

Проведены полупромышленные испытания на полупромышленной установке по комплексной переработке фосфогипса, которые подтвердили возможность получения из фосфогипса сульфоминерального цемента марки «400» и серной кислоты.

На Ангренском цементном заводе проведены промышленные опыты по переработке фосфогипса по второму варианту, которые показали возможность получения из фосфогипса, известняка и алюмосиликатного материала сульфоминерального цемента марки «430».

Рентгенофазовым анализом установлен фазовый состав опытно-промышленных сульфоминеральных цементов.

 

Список литературы:1. Атакузиев Т.А., Мирзаев Ф.М. Сульфоминеральные цементы на основе фосфогипса. – Ташкент: «ФАН» УзССР, 1979. – 153 с.2. Атакузиев Т.А., Таджиева Д.Ф. Новые виды цементов на основе сульфоклинкеров. – Ташкент: Мехнат, 1989. – 125 с.3. Атакузиев Т.А., Шамадинова Н.Э., Адинаев Х.А. Исследования формирования сульфоминералов сульфат-содержащих клинкеров на основе гипса и фосфогипса // Химическая промышленность. – 2017. – № 3. – С. 114-120.4. Ахмедов М.А., Атакузиев Т.А. Фосфогипс. – Ташкент, «ФАН» УзССР, 1980. – 174 с.5. Получение силикатных материалов различного назначения и серной кислоты из фосфогипса / Т.А. Атаку-зиев и др. // Сб. тр. респ. научно-техн. конф. «Современные технологии переработки местного сырья и про-дуктов». – Ташкент, 2005. – Т. 1. – С. 153-155.

 

7universum.com


Смотрите также