УДК 666.942.2
И.Г. Скрыпкин
Магнитогорский цементно-огнеупорный завод
М.С.Гаркави, О.А. Макарова
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
В настоящее время усиливающиеся требования к охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов, а также стремление снизить себестоимость производства заставляет искать пути применения минеральных отходов.
При этом наиболее перспективным направлением является их использование в цементном производстве, учитывая потребность последнего в большом количестве исходного сырья и достаточно широкие колебания нормативных показателей его качества. Особое значение приобретают промышленные отходы (металлургические шлаки, золы ТЭЦ), прошедшие при технологии их получения термообработку с образованием в составе конечного продукта низкоосновных силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция.
Наличие в этих отходах соединений, аналогичных промежуточным или конечным фазам клинкера, с энергетической стороны более выгодно по сравнению с природными сырьевыми материалами. По данным работы [1] замена традиционного сырья на указанные техногенные продукты без изменения химического состава исходной смеси дает прирост активности клинкера за счет сохранения равномерности его состава на протяжении всего процесса обжига.
При этом целесообразно сочетание различных отходов, что обусловлено возможностью максимального замещения ими кондиционного природного сырья, а также географической близостью их производств. Для Магнитогорского цементно-огнеупорного завода, находящегося в регионе с развитой металлургической промышленностью и испытывающего проблемы с глинистым сырьем, использование техногенных продуктов для производства цемента является весьма актуальным.
Химический состав использованных в работе материалов приведен в табл. 1.
Исходя из химического состава материалов, реальной заменой глины в качестве алюмосиликатного компонента сырьевой смеси могут служить зола ТЭЦ и доменный гранулированный шлак. На основе этих компонентов были рассчитаны сырьевые смеси, характеристики которых приведены в табл. 2.
Из данных табл. 2 следует, что использование в качестве алюмосиликатного компонента позволяет полностью заменить в сырьевой смеси глину при практическом сохранении расчетного минералогического состава клинкера. Использование шлака ККЦ в качестве алюмосиликатного компонента, как показали проведенные исследования, нецелесообразно из-за значительных колебаний химического состава шлака. Указанные в табл. 2 сырьевые смеси, несмотря на близкие модульные характеристики и минералогический состав, отличаются соотношением компонентов, в частности известняка (рис.1).
Как следует из данных рис.1, наибольшее снижение расхода известняка достигается при использовании граншлака в сырьевой смеси в качестве алюмосиликатного компонента. По данным [2] снижение расхода известняка на 1% приводит к уменьшению энергопотребления на 0,1 кВтч/т, т.е. использование граншлака позволяет снизить и энергозатраты на производство клинкера.
Важнейшими технологическими свойствами сырьевой смеси являются ее влажность и агрегативная устойчивость. Исследование влияния состава сырьевой смеси на ее влажность показало, что замена глины на золу ТЭЦ или граншлак позволяет существенно снизить этот показатель при сохранении заданной текучести шлама (60 мм по текучестемеру МХТИ) (рис.2). Из рис. 2 следует, что текучесть сырьевого шлама с золой ТЭЦ при неизменной влажности существенно ниже по сравнению со шламом с гранулированным шлаком. Это связано с тем, что частицы золы после измельчения имеют более дефектную структуру, что способствует интенсивной адсорбции воды на их поверхности.
Сырьевые шламы с золой ТЭЦ и гранулированным шлаком характеризуются низкой агрегативной устойчивостью по сравнению со шламом, изготовленным с использованием глины (рис.3), что требует введения в них добавок ПАВ, стабилизирующих их структуру. Использование в качестве стабилизатора лигносульфонатов ЛСТ в количестве 0,2% массы сухих компонентов позволяет обеспечить агрегативную устойчивость шламов на золе ТЭЦ и гранулированном шлаке, сопоставимую с устойчивость шлама на основе глины (рис.3).
Как следует из приведенных данных, наиболее целесообразной заменой глины в составе сырьевой смеси является гранулированный доменный шлак, т.к. при этом достигается максимальное снижение влажности сырьевой смеси и минимальный расход известняка. Из сырьевой смеси с доменным гранулированным шлаком в качестве алюмосиликатного компонента был получен клинкер, рентгеноструктурный анализ которого подтвердил соответствие его минералогического состава расчетному. Проведенный петрографический анализ показал, что клинкер, полученный из указанной сырьевой смеси, имеет высокую степень закристаллизованности (рис. 4).
Как уже отмечено выше, использование гранулированного доменного шлака взамен глины приводит к снижению влажности сырьевого шлама, что закономерно сопровождается и уменьшением расхода топлива на обжиг клинкера. В табл. 3 приведен тепловой баланс вращающейся печи, рассчитанный при использовании сырьевых шламов с глиной и с доменным гранулированным шлаком.
Как следует из приведенных данных, замена глины в сырьевой смеси на доменный гранулированный шлак приводит к существенному расходу тепла на обжиг клинкера. Таким образом, проведенные исследования показали высокую технико-экономическую эффективность использования местных промышленных отходов в качестве сырьевых компонентов для изготовления портландцементного клинкера.
Библиографический список
1. Альбац Б.С. Пути улучшения качества промышленных клинкеров. // Цемент. – 1991. — № 1-2. – С. 35-43.
2. Ferreira J. Energy management systems in a cement factory. // Eur. Conf. Comput. Syst. Energy Manag. Ind. – Paris, 1990. – P. 1-13.
