УДК 666. 9.015
Осокин А.П., Потапова Е.Н.
Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева
Качество выпускаемого портландцементного клинкера и цемента на его основе сильно зависит от состава исходных сырьевых материалов. Это убедительно доказывает анализ взаимосвязи состава сырьевых материалов и гидратационной активности клинкеров и цементов, выполненный для ОАО «Щуровский цемент» и ОАО «Мальцовский портландцемент».
На ОАО «Щуровский цемент» при выпуске серого портландцементного клинкера в качестве сырьевых материалов используется серый известняк, мячиковская глина и железосодержащие компоненты — огарки или шлам-брикеты Липецкого металлургического комбината. В течение 1998 года состав сырьевых материалов сильно колеблется, коэффициент насыщения клинкера был постоянным (КН=0,93), силикатный модуль изменялся от 2,14 до 2,32, а глиноземный — от 1,43 до 1,55. При этом наблюдалось постоянное снижение активности клинкера и качества цемента.
Выполненный анализ влияния различных технологических факторов на прочностные характеристики цемента показал, что в этот период происходило «загрубление» сырьевого шлама. Остатки на ситах R02 и R008 увеличились с 9,2% и 18,4% до 10,7% и 21,0%, соответственно. Более грубый помол сырьевого шлама приводил, соответственно, к затруднению процессов минерало- и клинкерообразования, что, в свою очередь, обусловливало синтез клинкера с пониженной гидратационной активностью. Для повышения активности такого клинкера приходилось его более тонко измельчать. Так, остаток на сите 008 при помоле цемента снижался с 9,01 до 5,79%, при этом удельная поверхность цемента возрастала с 285 до 314 м2/кг. Было установлено, что «загрубление» сырьевого шлама происходило вследствие увеличения в сырьевых материалах плохо размалываемого песка — b-кварца.
Проведенный статистический анализ подтвердил, что при прочих равных условиях качество клинкера и цемента определяется составом сырьевых материалов для получения цементного клинкера.
Состав сырьевых материалов изменялся очень сильно. В табл. 1 приведены среднемесячные значения содержания основных оксидов в известняке и глине. Хотя полученные результаты и показывают разброс в значениях содержания оксидов, однако на практике колебания оксидов значительно больше. Так, если колебания SiO2 в сером известняке по среднемесячным данным составляют 2,15 — 9,76 масс. %, то в действительности (среднедекадные измерения) содержание двуоксида кремния колеблется от 0,86 до 11,62 масс.% (химический анализ сырьевых материалов выполняется в Центральной заводской лаборатории 1 раз в 10 дней). Аналогично изменяется содержание и других оксидов, причем не только в известняке, но и в глине, и в железосодержащем компоненте. Такая «пестрота» сырья ведет к резким изменениям фазового состава и качества клинкера в относительно короткий период времени. Это наглядно демонстрируют данные табл. 2. Как видно из табл.2, незначительные колебания глиноземного модуля при постоянных значениях коэффициента насыщения и силикатного модуля изменяют индекс обжигаемости, коэффициент спекаемости и, в конечном счете, теоретическую теплоту клинкерообразования.
Проведенный анализ влияния содержания оксидов в сырьевых материалах на прочность в возрасте 3 и 28 суток и при пропарке позволил выявить роль каждого из оксидов. Получены математические выражения для данных зависимостей.
Анализ трехсуточной прочности цементов показал, что с увеличением количества SiO2, Al2O3 и Fe2O3 в известняке прочность падает (рис), а с ростом содержания СаО – возрастает. Аналогичные результаты получены и при анализе 28-ми суточной прочности и прочности при пропаривании.
Сравнивая изменение прочностных характеристик от содержания оксидов в глине можно отметить следующее (рис.). Прочность возрастает с ростом СаО и Fe2O3, имеет четкий минимум для MgO (1,3-1,7 масс. %) и падает (очень слабо) для SiO2 и Al2O3. В отношении железосодержащего компонента получены сходные результаты: прочность возрастает с увеличением содержания СаО, Fe2O3 и SO3, для Al2O3 имеется максимум при значении 2,7 масс, %. Причем наиболее выражено увеличение прочностных показателей цемента с ростом содержания Fe2O3. (Высокое содержание Fe2O3 в железосодержащем компоненте характерно при использовании шлам-брикетов, а низкое – при применении огарков).
Обобщая результаты, можно сделать следующее заключение: гидратационная активности клинкеров и прочность цементов возрастает с увеличением содержания СаО в известняке и падает при увеличении содержания SiO2 в известняке и глине и Fe2O3 в огарках. Для глины и огарков данные закономерности выражены очень слабо и учитывая, что в сырьевой смеси для получения портландцементного клинкера преобладает известняк (75-80%), то колебаниями SiO2 в глине и Fe2O3 в огарках можно пренебречь.
Таким образом, зная химический состав исходных сырьевых материалов можно прогнозировать, при прочих равных условиях, прочностные характеристики получаемого клинкера и цемента. Поскольку в сырьевой шихте известняк составляет 75-80%, то от колебания его состава могут сильно изменяться состав клинкера и его свойства. Для получения качественного клинкера содержание SiO2 в известняке ОАО «Щуровский цемент» должно быть ограничено 4,5 масс. %, а количество оксида кальция должно быть не менее 49 масс. %. В качестве железосодержащей добавки следует использовать только шлам-брикеты НЛМЗ.
