Сульфоалюминатный клинкер на основе техногенных отходов, полученный плавленым методом



Сульфоалюминатный клинкер на основе техногенных отходов, полученный плавленым методом
Сульфоалюминатный клинкер на основе техногенных отходов, полученный плавленым методом

 


Владельцы патента RU 2442759:

Бурлов Юрий Александрович (RU)

Изобретение относится к составу сульфоалюминатного цементного клинкера, полученного плавленым методом. Указанный клинкер может найти применение в промышленности строительных материалов в качестве самостоятельного вяжущего, а также в качестве добавки при изготовлении безусадочных цементов. Для получения таких цементов сульфоалюминатный клинкер добавляют к обычному портландцементному клинкеру в количестве 4-10% мас.%. Сульфоалюминатный цементный клинкер, полученный плавлением сырьевой шихты, содержащей в масс.%: кальцийсодержащий компонент 45-65, алюминийсодержащий компонент 25-40, сульфатосодержащий компонент 10-15; в электродуговой плазменной печи с дальнейшей кристаллизацией из расплава полученных клинкерных минералов с образованием клинкера, содержащего масс.%: сульфоалюминат кальция - 75-85, сульфоалюмоферрит кальция - 5-15, алюмоферрит кальция - C4AF 5-10, белит - C2S 5-10. Технический результат - повышение прочности сульфоалюминатного цемента, получение безусадочного цемента с пониженными водопроницаемостью и трещинообразованием. 7 табл.

 

Изобретение относится к составу сырьевой шихты для получения сульфоалюминатного цементного клинкера и может найти применение в промышленности строительных материалов, при изготовлении безусадочных цементов, а также в горной промышленности. Для получения безусадочных цементов сульфоалюминатный клинкер добавляют к портландцементному клинкеру в количестве (4-10) мас.%.

Наиболее близкими из аналогов являются заявка №99120479/03, 01.10.1999 г. и заявка 2007106080/03, 19.07.2005 с публикацией в РСТ WO 2006/018569 20060223.

Вышеуказанные аналоги имеют ряд существенных недостатков:

- использование чистого природного сырья в качестве исходных компонентов,

- несовершенный технологический процесс в печном обжиговом агрегате, где химические и физические взаимодействия не протекают в полной мере,

- вредное экологическое воздействие на окружающую среду вследствие выбросов повышенного содержания СО2, NOx, а особенно SO2.

Настоящее изобретение решает задачу получения сульфоалюминатного цемента повышенной прочности и безусадочного сульфоалюминатного цемента с пониженной водопроницаемостью и трещинообразованием. Для реализации предложенного изобретения используются только техногенные отходы промышленных производств, или в сырьевую смесь на их основе добавляют незначительные количества природных компонентов,

- совершенный технологический процесс в электродуговой плазменной печи герметичного типа с сохранением теплопотерь и летучих веществ в процессе,

- отсутствие вредного экологического воздействия на окружающую среду, т.к. нет органического топлива, не используют в технологии воздух из атмосферы. При сплавлении шихтовых материалов процессы образования минералов, определяющих свойства клинкера и цемента, протекают в расплавленной жидкой фазе со скоростями, намного большими, и полнее, чем при спекании шихты. Использование в составе сырьевой смеси промышленных отходов, таких как зола Люберецкой ТЭС, алюмотермических шлаков, отходов катализаторов нефтехимической и химической промышленности уменьшают затраты на добычу и подготовку сырья.

Содержание в сырьевой шихте глиноземсодержащих отходов позволяет повысить содержание оксида алюминия Al2O3 до необходимых пределов и улучшить технико-экономические показатели процесса.

Поставленная задача решается за счет того, что сульфоалюминатный цементный клинкер получен плавлением сырьевой шихты, содержащей, мас.%: кальцийсодержащий компонент 45-65, алюмосодержащий компонент 25-40, сульфатсодержащий компонент 10-15, в плазменной печи с дальнейшей кристаллизацией из расплава полученных минералов с образованием клинкера, содержащего, мас.%:

сульфоалюминат кальция 75-85
сульфоалюмоферрит кальция 5-15
алюмоферрит кальция 5-10
двухкальциевый силикат 5-10

В данном изобретении в качестве сырья для получения сульфоалюминатного цементного клинкера были использованы следующие сырьевые материалы:

Таблица 1
Наименование сырья п.п.п. SiO2 Al2O3 Fe2O3 СаО MgO SO3
Бокситы 18,23 15,67 48,29 6,0 1,38 2,48 1,0
Катализатор очистки серы 1,2 1,0 85,0 0,5 1,0 0,2 20,0
Гипс - 5,15 1,25 0,79 32,37 3,09 35,26
Фосфогипс - 1,32 0,57 0,34 33,18 0,16 45,08
Шлам водоподготовки 40,0 2,5 3,0 2,5 40,0 5,0 1,0
Глинозем 0,50 0,02 99,0 0,008 0,20 - -
Мел 42,80 0,11 0,22 0,12 56,80 - -
Алюмотермический шлак 2,65 2,30 61,58 2,03 16,31 12,5 -
Отходы-катализаторы 0,50 1,22 75,0 - - - 12,0
Алюминий сернокислый 48,0 1,20 20,5 0,6 2,0 1,5 25,8

Сырьевую шихту готовят из:

кальцийсодержащего сырья - известняка, мела, шлама водоподготовки с содержанием Са(ОН)2;

алюминийсодержащего - боксита, с содержанием оксида кремния не более 16% и оксида железа не более 6,0%, алюмотермических шлаков, с содержанием оксида кремния не более 10% и оксида магния не более 5,0%, технического глинозема, отходов-катализаторов нефтехимических и химических производств, алюминия сернокислого технического; сульфатсодержащего - природного гипса, катализатора очистки серы, фосфогипса, являющегося отходом производства удобрений: железосодержащее сырье отдельно не добавляется, т.к. оно присутствует в составе используемых сырьевых материалов.

И далее методом плавления в электродуговой плазменной печи из сырьевой шихты получают цементный клинкер.

В составе компонентов сырьевой смеси используют в качестве карбонатного компонента известняк или мел, а также кальцийсодержащие отходы. В качестве сульфатсодержащего компонента используют природный гипсовый камень, или фосфогипс, или борогипс. В качестве алюминатного компонента используют бокситы различных составов с содержанием оксида алюминия не менее 40% и оксида кремния не более 10% или техногенные отходы с содержанием оксида алюминия от 40% до 90%, железосодержащий компонент отдельно не добавляется, т.к. он присутствует в составе используемых сырьевых материалов.

Для получения безусадочного цемента повышенной водонепроницаемости и трещиностойкости сульфоалюминатный клинкер, изготовленный, как указано выше, добавляют при помоле цемента в количестве 4-10% к обычному портландцементному клинкеру и гипсу и размалывают до удельной поверхности 300-400 м2/кг.

Расчетный состав сырьевых смесей и сульфоалюминатного клинкера с использованием различных сырьевых компонентов приведены в таблице 2:

Обжиг

Сырьевую смесь плавят в электродуговой плазменной печи при температуре 1400-1600°С до образования гомогенного расплава и гомогенизации химических компонентов сырья в расплаве. Непосредственно после этого эвакуируют в охладитель клинкера с дальнейшим охлаждением и кристаллизацией полученных минералов в виде полиминерального сульфоалюминатного клинкера, содержащего минералы в массовом соотношении, %:

Сульфоалюминат кальция - 75-85;
Сульфоалюмоферрит кальция - 5-15;
Алюмоферрит кальция - 5-10;
Белит - 5-10.

Рентгенофазовый анализ показывает четкую кристаллизацию минералов в гидравлически активных формах , C2S, C4AF,

Предложенным способом решается задача исключения потерь тепла в окружающую среду, максимального использования энергии экзотермических реакций, минимального потреблению энергоресурсов, необходимых для клинкерообразования, значительного повышения производительности плазменной печи.

Сырьевая шихта, попадая в расплав плазмы, проходит стадию термоудара и дальнейшего расплавления. Клинкер получают в плазменной печи из клинкерного расплава, который выливают на гранулятор для утилизации теплоты и его грануляции, с регулировкой скорости охлаждения для получения заданных клинкерных минералов.

Пример 1.

В качестве сырья для получения сульфоалюминатного цементного клинкера были использованы следующие сырьевые материалы (табл.1).

Сырьевую шихту готовят из:

кальцийсодержащего сырья - известняка, мела, шлама водоподготовки с содержанием Са(ОН)2 не менее 45%; алюминийсодержащего - боксита, с содержанием оксида кремния не более 16% и оксида железа не более 6,0%, алюмотермических шлаков, с содержанием оксида кремния не более 10% и оксида магния не более 5,0%, технического глинозема, отходов-катализаторов нефтехимических и химических производств с содержанием Al2O3 не менее 80%; алюминия сернокислого технического; сульфатсодержащего - природного гипса, катализатора очистки серы, фосфогипса, являющегося отходом производства удобрений.

И далее методом плавления в электродуговой плазменной печи из сырьевой шихты получают цементный клинкер (таблица 3), содержащий:

Таблица 3
Наименование клинкера п.п.п. SiO2 Al2O3 Fe2O3 СаО MgO SO3
Сырьевая шихта 30,48 10,81 13,90 5,66 35,72 0,39 2,67
Сульфоалюминатный клинкер 0,25 16,04 7,09 13,03 58,04 2,48 2,78

Минералогический состав полученного сульфоалюминатного клинкера (таблица 4) содержащий по мас.%:

Таблица 4
Белит Сульфоалюминат кальция Сульфоалюмоферрит кальция Алюмоферрит кальция
C2S C4AF
5-10 75-85 5-15 5-10

Свойства и механическая прочность сульфоалюминатного цемента, полученного из данного клинкера, представлена в таблице №5.

Таблица 5
Тонкость помола %, R0,08 В/Ц, % Сроки схватывания Прочность в МПа
Начало, ч Конец, мин 1 сут. 3 сут. 28 сут.
6,8 0,4 0-15 0-40 40,0 52,0 70,7

Пример 2.

Для получения напрягающего цемента повышенной водонепроницаемости и трещиностойкости сульфоалюминатный клинкер, изготовленный, как указано выше, добавляют при помоле цемента в количестве 10% к обычному портландцементному клинкеру М 500 (ГОСТ 10178-85) в количестве 80% и гипсу в количестве до 10% и размалывают до удельной поверхности 300-400 м2/кг.

Таблица 6
Химический анализ безусадочного цемента
Содержание, % П.п.п. SiO2 Al2O3 Fe2O3 СаО MgO SO3
100 1,53 12,56 22,55 6,70 49,95 1,62 5,52
Таблица 7
Физико-механические испытания безусадочного цемента
В/Ц, % Линейное расширение, % Самонапря
жение, МПа
Прочность на сжатие, МПа Сроки схватывания, час-мин
1 сутки 3 суток 28 суток начало конец
0.38 0.3 2.2 21.0 34.0 50.1 0-50 2-35

Водопроницаемость указанного безусадочного цемента на 15% выше, чем у известных безусадочных цементов, отвержденный цемент не имеет трещин.

Сульфоалюминатный цементный клинкер, полученный плавлением сырьевой шихты, содержащей, мас.%:

кальцийсодержащий компонент 45-65
алюминийсодержащий компонент 25-40
сульфатосодержащий компонент 10-15

в электродуговой плазменной печи с дальнейшей кристаллизацией из расплава полученных клинкерных минералов с образованием клинкера, содержащего, мас.%:
сульфоалюминат кальция 75-85
сульфоалюмоферрит кальция 5-15
алюмоферрит кальция (C4AF) 5-10
белит (C2S) 5-10


 

Похожие патенты:
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве портландцемента с использованием минеральных добавок. .
Изобретение относится к шлакощелочным вяжущим и может быть использовано в промышленности строительных материалов, для изготовления растворов и бетонов различного назначения.
Изобретение относится к отверждаемой цементирующей композиции, способу ее получения и к способу цементирования с использованием отверждаемой цементирующей композиции и может найти применение при первичном цементировании с использованием бурильных труб или при закупоривании и ликвидации скважин.
Изобретение относится к области производства строительных материалов на основе портландцемента и может найти применение при изготовлении растворных и бетонных смесей, сухих строительных смесей, обладающих гидрофобным эффектом.
Изобретение относится к строительным материалам, к производству облегченных тампонажных цементов для умеренных температур. .

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при получении шлакощелочных вяжущих на основе магнезиально-железистых шлаков цветной металлургии для приготовления строительных растворов и бетонов.

Изобретение относится к производству материалов керамического назначения, в том числе керамических и цементных клинкеров, и может использоваться при производстве строительных материалов.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления огнеупорной бетонной футеровки тепловых агрегатов в различных отраслях.

Изобретение относится к технологии производства гидравлических цементов, используемых в составе строительных изделий

Изобретение относится к цементной промышленности. Способ получения клинкера из сырьевой смеси реализуется посредством установки, которая включает вращающуюся печь (8), в частности прекальцинатор; многоступенчатый циклонный подогреватель (9), присоединенный к указанной вращающейся печи (8) ниже по ходу потока относительно направления потока газообразных продуктов (11) сгорания, происходящего в указанной вращающейся печи (8); электрофильтр (10), присоединенный к указанному подогревателю (9) ниже по ходу потока относительно указанного направления потока газообразных продуктов (11) сгорания. Установка включает первое входное отверстие (17) для ввода сырьевой смеси в указанные газообразные продукты (11) сгорания, причем указанное входное отверстие (17) расположено ниже указанного подогревателя (9) и выше указанного электрофильтра (10) по ходу потока относительно указанного направления потока газообразных продуктов (11) сгорания. Она также включает второе входное отверстие (18) для подачи частично подогретой сырьевой смеси (14) из указанного электрофильтра (10) в указанный подогреватель (9). В данном способе используют электрофильтр в качестве неотъемлемой части подогревателя, что позволяет устранить один или более циклонов в подогревателе и повысить эффективность снижения содержания NOX и SOX на последующих стадиях очистки газообразных продуктов сгорания. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 2 пр.

Способ переработки оксидных железосодержащих материалов относится к горной, металлургической и строительной промышленности и может быть использован при переработке техногенных отвалов, например, шлаков и шламов черной и цветной металлургии с получением железосодержащего концентрата и качественных цементов. Cпособ включает смешивание компонентов исходной шихты, содержащей оксидный железосодержащий материал, углеродистый восстановитель и карбонат кальция, восстановительный обжиг исходной шихты, разделение твердого компонента на железосодержащую и силикатную составляющие, причем перед смешиванием компонентов шихты проводят их сушку и гомогенизацию совместным помолом, а восстановительный обжиг исходной шихты ведут при 700-1200°C, разделение полученной смеси на силикатный и железосодержащий концентраты осуществляют пневматическим способом в циклонах, железосодержащий концентрат выводят из зоны обжига и после охлаждения подвергают повторной магнитной или электростатической, или пневматической сепарации, образующийся после повторной сепарации силикатный концентрат смешивают с силикатным концентратом, образовавшимся после первого пневматического разделения, а коллективный силикатный концентрат направляют на обжиг до клинкера, при этом перед обжигом в коллективный силикатный концентрат вводят корректирующие добавки в количестве не более 20 мас.% массы концентрата, а исходная шихта содержит, мас.%: карбонат кальция - 10,0-65,0, углеродистый восстановитель -3,0-14,0, оксидный железосодержащий материал - остальное. Изобретение развито в зависимом пункте формулы изобретения. Технический результат - одновременное получение железосодержащего концентрата и высококачественного портландцемента. 1 з.п. ф-лы, 13 табл.

Изобретение относится к способу корректировки состава портландцементного клинкера на основе высокосульфатной сырьевой смеси с содержанием SO3 более 2,0%. В способе корректировки состава алитового портландцементного клинкера на основе высокосульфатной сырьевой смеси, состоящей из карбонатной породы, глины, гипса и корректирующих добавок, включающем сушку сырьевых компонентов, анализ их химического состава, расчет состава сырьевой смеси, ее шихтовку, совместный помол её компонентов, гомогенизацию, кальцинацию, обжиг сырьевой смеси до клинкера и его помол с технологическими добавками, при содержании в сырьевой смеси SO3 более 2,0% расчет состава сырьевой смеси ведут в два этапа, на первом этапе расчет ведут на формирование в клинкере моноалюмината кальция СА при коэффициенте насыщения КН=1 и степенях насыщения СН=0 или СН=1, а на втором этапе расчет ведут на основе сырьевой смеси, компонентами которой являются клинкер, полученный на первом этапе расчета без учета SO3, и корректирующие добавки, при этом расчет ведут на получение алитового портландцементного клинкера, содержащего C3S, C2S и C4AF при коэффициентах насыщения КН=0,92-0,98, глиноземистых модулях p=1,7-4,0 и кремнеземных модулях n=2,0-3,0, а при шихтовке сырьевой смеси ее состав корректируют путем уменьшения количества рассчитанной глины от 4,0 до 20% и введения корректирующих добавок от 4,0 до 23%. Формула развита в зависимых пунктах. Технический результат - корректировка состава высокосульфатной сырьевой смеси для производства портландцементного клинкера при сохранении в его составе алита. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 11 табл.

Изобретение предназначено для производства высокомарочных и быстротвердеющих марок цемента. Установка содержит криогенную барабанную мельницу циклического действия в виде вращающегося теплоизолированного помольного криостата (7), криогенную машину Стирлинга (1) с конденсатором (2), емкость (3) для хранения криогенной жидкости с насосом высокого давления (6), линию слива (4) из конденсатора в емкость, линию подачи (5) из емкости в криостат, линию выпара (10) с фильтром (11). Криостат выполнен со съемной крышкой (15) и патрубками (13, 14) для заливки и выпара криогенной жидкости с запорными клапанами (16, 17). Криостат расположен между двух продольных роликов. Один из роликов (8) является приводным и связан с электродвигателем (9). Система охлаждения криогенной машины проходит через холодильник (22) и состоит из последовательно соединенных циркуляционного насоса (23), теплообменника (24) охлаждающей внешней среды и теплообменника (12) линии выпара. Линия подачи атмосферного воздуха (18) снабжена эжектором (19) и вымораживателем влаги и углекислоты (20). Через вымораживатель проходит линия слива. Линия паров криогенной жидкости соединяет газовую полость емкости и эжектор. В качестве криогенной жидкости для криопомола используют жидкий воздух. Изобретение обеспечивает повышение надежности и длительности работы установки. 1 ил.

Изобретение предназначено для производства высококачественного цемента. Установка содержит криогенную барабанную мельницу циклического действия в виде вращающегося теплоизолированного помольного криостата (7), криогенную машину Стерлинга (1) с конденсатором (2), линию подачи криогенной жидкости из емкости (3) для хранения криогенной жидкости в помольный криостат, линию выпара криогенной жидкости и линию подачи атмосферного воздуха (12) с охладителем (11) и вымораживателем влаги и углекислоты (18). На линии выпара криогенной жидкости размещен теплоизолированный ресивер (19). Через охладитель проходит линия выпара криогенной жидкости. Через вымораживатель проходит линия слива (4) криогенной жидкости из конденсатора криогенной машины в емкость. Насос высокого давления (6) линии подачи жидкого воздуха (5) расположен в емкости. Криостат расположен между двух продольных роликов. Один (8) из роликов связан с электродвигателем (9) и является приводным. Криостат выполнен со съемной крышкой (15) и патрубками (13, 14) для заливки и выпара криогенной жидкости с запорными клапанами (16, 17). В качестве криогенной жидкости для криопомола используют жидкий воздух. Изобретение обеспечивает повышение надежности и длительности работы установки. 1 ил.
Наверх