Способ получения портландцемента



Способ получения портландцемента
Способ получения портландцемента
Способ получения портландцемента

 


Владельцы патента RU 2509063:

Лотов Василий Агафонович (RU)
Козловский Юрий Геннадьевич (RU)

Изобретение относится к способу получения портландцемента. В способе получения портландцемента из сырьевой смеси, содержащей карбонатный, глинистый компоненты, корректирующие добавки и фторсодержащий минерализатор обжига сырьевой смеси, в качестве фторсодержащего минерализатора используется бифторид аммония, вводимый в состав цементной сырьевой смеси в количестве 0,23-0,70% (мас.), а сырьевая смесь содержит карбонатный компонент с размером частиц фракции (80-500) мкм в количестве до 70%, и частиц карбонатного компонента с размером частиц (0-80) мкм - не менее 30%. Технический результат: повышение технико-экономических показателей производства портландцемента и интенсификация процесса обжига сырьевой смеси при получении клинкера во вращающейся печи. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к химической технологии цемента, конкретно к технологии приготовления исходной цементной сырьевой смеси, состоящей из карбонатного, глинистого компонентов и корректирующих добавок, ее спеканию при обжиге с последующим помолом клинкера, активных минеральных добавок, двуводного гипса и получения портландцемента.

Основной технологической и наиболее энергоемкой стадией производства портландцемента является обжиг сырьевой смеси и получение портландцементного клинкера. Удельный расход тепла на обжиг при мокром способе производства составляет 6100-6250 кДж/кг клинкера, а при сухом способе - 2900-3780 кДж/кг клинкера. С целью снижения расхода тепла на обжиг и снижения температуры обжига в состав сырьевой смеси вводят минерализаторы обжига - вещества, которые активизируют процессы образования основных минералов клинкера. В качестве минерализаторов в производстве цемента используют флюорит, фосфогипс, фторид натрия, кремнефторид натрия, фторапатит Са(PO4)3F, полуводный гипс (Лощинская А.В. Интенсификация процессов обжига цементного клинкера. - М: Стройиздат, 1966, с.23-30).

Известен способ получения портландцемента (Патент РФ №2383506, C04B 7/42, опубл. 10.03.2010 г.), в котором в качестве фторсодержащей добавки используются флюорит и фторсодержащие отходы электролитического производства алюминия.

Известен способ изготовления портландцемента (Патент РФ №2383506, C04B 7/42, опубл. 29.09.1995 г.), в котором в качестве минерализатора в сырьевой смеси используются флюорит, сульфат кальция, кремнегель, фосфогипс.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения быстротвердеющего портландцемента и способ изготовления бетона на его основе (Патент РФ №2304562, опубл. 29.09.1995 г.), в котором в состав сырьевой смеси вводятся в качестве минерализатора флюорит (фторид кальция) в количестве 0,15-0,40% (мас.) в пересчете на фтор и сульфат кальция в пересчете на серный ангидрид в количестве 0,25-1,20% (мас.).

Анализ патентной и технической литературы по проблеме использования минерализаторов при обжиге цементных сырьевых смесей показывает, что из всех фторсодержащих минерализаторов, используемых в технологии цемента, наибольшее применение находит фторид кальция (флюорит, плавиковый шпат) - природный минерал, чистая разновидность которого содержит 48,72% фтора и 51,28% кальция.

Основным недостатком использования фторида кальция в качестве минерализатора является то, что в горной породе, содержащей флюорит, содержание основного вещества - фторида кальция CaF2 может колебаться в пределах от 30 до 95% (мас.). Низкое содержание CaF2 в руде требует повышенного ее введения в состав цементной сырьевой смеси, что может привести к нарушению расчетного химического состава сырьевой смеси за счет дополнительного введения различных минералов и породообразующих оксидов. Кроме того, наличие в руде примесей таких минералов, как кварц, топаз, турмалин, сфалерит, обладающих высокой твердостью по шкале Мооса (5-7), требует использования индивидуальной мельницы при приготовлении флюоритсодержащего шлама и отдельных емкостей для хранения этого шлама. Все это приводит к усложнению процесса приготовления сырьевой смеси и получению однородного сырьевого шлама или сырьевой муки при сухом способе производства цемента.

Существенным недостатком известных способов получения портландцемента является необходимость использования тонкодисперсной сырьевой смеси с величиной удельной поверхности 280-320 м2/кг и остатком на сите №008 (80 мкм) не более 8-10% (Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1986, с.162-164).

Для достижения такой дисперсности сырьевой смеси при помоле в мельницах 3,2×15 м удельный расход электроэнергии составляет 20-25 кВт·ч/т при производительности мельниц 70-80 т/ч по сухому материалу. Задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономических показателей процесса производства цемента, а также интенсификации процесса обжига сырьевой смеси при получении клинкера во вращающихся печах.

Поставленная задача решается тем, что способ получения портландцемента из сырьевой смеси, содержащей карбонатный (известняк), глинистый компоненты, корректирующие добавки, фторсодержащий (и сульфатсодержащий) минерализаторы, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего минерализатора используется бифторид аммония NF4F·HF, вводимый в состав цементной сырьевой смеси в количестве 0,23-0,70% (мас.), что в пересчете на фтор составляет 0,15-0,47% (мас.), а сырьевая смесь содержит 70% карбонатного компонента с размером частиц от 80 до 500 мкм и 30% частиц с размером (0-80) мкм. Повышенное содержание фтора в бифториде аммония (66,67%) по сравнению с фторидом кальция (48,72%) позволяет уменьшить количество вводимого в состав сырьевой смеси NB4F·HF в 1,37 раза.

Вторым существенным преимуществом использования NH4F·HF в качестве минерализатора является его высокое и постоянное содержание в товарном продукте.

Третьим преимуществом использования NH4F·HF является его высокая (полная) растворимость в воде, что позволяет вводить такой минерализатор обжига в виде водного раствора, существенно повысить точность дозирования и достичь высокой однородности сырьевого шлама по содержанию фтора.

Четвертым преимуществом использования NH4F·HF является отсутствие необходимости тонкого измельчения минерализатора в отдельных шаровых мельницах и хранения фторсодержащего шлама в специальных емкостях.

Пятым преимуществом использования NH4F·HF является то, что эта соль является кислой и при ее контакте с карбонатом кальция в сырьевом шламе протекает реакция по схеме:

Суммарная реакция:

и дополнительно

Если в сырьевой смеси содержится сульфат кальция, то возможно протекание реакции по схеме:

Суммарная реакция:

И дополнительно

Образовавшийся по реакции (1) фтористый водород в водной среде образует фтористоводородную (плавиковую) кислоту, которая, взаимодействуя с карбонатом кальция, дополнительно образует CaF2. Кроме того, плавиковая кислота активно взаимодействует и с алюмосиликатным компонентом сырьевой смеси. Расчеты по реакции (1) показывают, что при взаимодействии 1 г (NH4F·HF) с карбонатом кальция образуется 1,36 г CaF2. Особенностью протекания этой реакции является образование тонкой реакционной оболочки CaF2 на поверхности зерен карбоната кальция независимо от их размера, что обеспечивает предельно равномерное распределение CaF2 в составе обжигаемой сырьевой смеси, которая в таком виде поступает на обжиг во вращающуюся печь и перемещается в зоны декарбонизации и экзотермических реакций. В зоне декарбонизации в интервале температур 850-920°C происходит разложение карбоната кальция и образование зерен оксида кальция с пористостью до 50%. Наличие на поверхности зерен карбоната кальция реакционной оболочки CaF2 предотвращает рекристаллизационное спекание зерен оксида кальция и сохраняет их высокую реакционную способность и пористость на всем протяжении зоны экзотермических реакций, в которой образуется жидкая фаза клинкера при температурах 1280-1300°C.

При отсутствии на зернах оксида кальция оболочек из CaF2, что имеет место при использовании тонкомолотого флюорита, происходит спекание зерен СаО и уменьшение их пористости с 50% при 900°C до 7-10% в интервале температур 1250-1300°C и резкое снижение их реакционной способности.

Таким образом, использование в качестве минерализатора бифторида аммония при обжиге цементной сырьевой смеси обеспечивает появление эффекта образования тонких реакционных оболочек CaF2 на поверхности зерен не только карбоната, но и оксида кальция, что недостижимо при использовании тонкомолотого флюорита и других фторсодержащих минерализаторов в известных способах.

Достижение такого эффекта удовлетворяет понятию «изобретательский уровень», а предлагаемый способ является патентноспособным. Эффект образования оболочки CaF2 вокруг зерен карбоната и оксида кальция позволяет решить поставленную задачу повышения технико-экономических показателей процесса помола сырьевых компонентов (известняка) в шаровых мельницах за счет приготовления сырьевого шлама, в котором размер частиц карбоната кальция не превышает 0,5 мм, с преобладающим размером частиц фракции (200-80) мкм и суммарным содержанием этих фракций до 70%. Опытные испытания по приготовлению такого шлама на одном из цементных заводов России показали, что производительность мельницы увеличилась в 2,5 раза и составила 200 т/ч по сухому материалу, а удельный расход энергии снизился до 10 кВт·ч/т.

Пример использования бифторида аммония

Проверку эффективности действия бифторида аммония в качестве минерализатора обжига проводили на сырьевой смеси со следующим химическим составом и характеристиками: СаО - 43,19%, SiO2 - 13,89%, Al2O3 - 3,40%, Fe2O3 - 2,84%, MgO - 1,18%, п.п.п. - 36,50%, КН=0,94, р=1,20, n=2,23. Бифторид аммония вводился в состав сырьевой смеси сверх 100%. Анализ действия минерализатора проведен на примере одиннадцати составов сырьевых смесей. Составы №1-5 готовились с использованием известняка с размером частиц от 80 до 200 мкм. Составы смесей №6-11 содержали 70% известняка с фракцией (-500+80) мкм с преобладающим содержанием фракции (+80-200) мкм и 30% известняка с размером частиц менее 80 мкм. Бифторид аммония вводился в смеси №7-11 в виде водного раствора, а флюорит в смесь №6 - в виде тонкомолотого порошка. Из смесей прессовались цилиндрические образцы диаметром 20 мм и высотой 18-20 мм. Образцы помещались в муфельную печь с силитовыми нагревателями и нагревались до заданной температуры обжига, при которой выдерживались в течение 15 мин, далее образцы извлекались из печи, охлаждались на воздухе, после чего в образцах определялось содержание свободного оксида кальция (CaOcвoб.) этилово-глицератным методом. Содержание CaOcвoб. в зависимости от температуры обжига, вида и количества введенных минерализаторов, дисперсности карбонатного компонента представлено в таблице на фиг.1. Анализ данных таблицы позволяет сделать следующие выводы:

- при обжиге сырьевой смеси с размером частиц известняка (+80-200) мкм без минерализатора замедляется усвоение оксида кальция (состав №1);

- введение в сырьевые смеси (составы №2-5) фторидных минерализаторов обжига приводит к снижению CaOcвoб. при всех температурах обжига, однако содержание его после обжига при температуре 1450°C составляет 3,5-6,0%, что существенно превышает нормативные требования (0,5-1,5% CaOcвoб.);

- дополнительное введение в состав фторидных минерализаторов сульфат-ионов оказывает положительное влияние на усвоение свободного оксида кальция;

- введение тонкой (-80 мкм) фракции известняка до 30% в составы №6-11 способствует увеличению количества расплава в обжигаемой смеси и интенсивному усвоению свободного оксида кальция при температурах обжига до 1400°C;

- более интенсивное усвоение CaOcвoб. в смеси с добавкой бифторида аммония (составы №7-11) по сравнению с добавкой флюорита (состав №6) обусловлено особенностью более равномерного распределения нанодисперсного продукта реакции (CaF2) взаимодействия между известняком и бифторидом аммония, из чего следует, что использование бифторида аммония в качестве минерализатора при обжиге цементных сырьевых смесей является более эффективным и предпочтительным.

Уменьшение добавки бифторида аммония с 0,5% до 0,23% в составе смесей №7-8 снижает его минерализующее действие при усвоении CaOcвoб. при всех температурах обжига. Увеличение содержания бифторида аммония до 0,7% интенсифицирует усвоение CaOcвoб. при всех температурах (состав №10-11), однако введение минерализатора в количестве 0,7% и более может привести к расстройству технологического процесса обжига во вращающейся печи. Кроме того, данные таблицы подтверждают наличие существенного преимущества использования бифторида аммония в качестве минерализатора обжига цементной сырьевой смеси. Это преимущество обусловлено комплексом уникальных физико-химических свойств бифторида аммония, его способностью образовывать реакционный слой (CaF2) на поверхности как крупных, так и мелких частиц карбоната кальция и разрыхлять их поверхность в процессе термической диссоциации карбоната кальция. При термической диссоциации мелких частиц карбоната кальция образуется высокоактивный оксид кальция, который, вступая в реакцию с оксидами глинистого компонента в зоне экзотермических реакций печи при температуре выше 1100°C, образует сначала сравнительно легкоплавкие соединения, которые затем плавятся и образуют жидкую фазу клинкера (расплав) уже при 1280°C в достаточном (27-32%) количестве, так как наличие в обжигаемой смеси грубодисперсных частиц оксида кальция требует для смачивания своей поверхности меньшего количества расплава по сравнению с тонкодисперсными заводскими смесями, в которых для нормального протекания процессов минералообразования содержание расплава должно быть в пределах 32-37%. Повышение температуры при обжиге смеси до 1300-1350°C в присутствии минерализатора приводит к увеличению количества расплава и снижению его вязкости, что способствует проникновению расплава в крупные разрыхленные частицы оксида кальция и активизирует процесс растворения оксида кальция и двухкальциевого силиката в расплаве и все процессы минералообразования заканчиваются при 1400°C.

Таким образом, использование бифторида аммония в качестве минерализатора при обжиге цементных сырьевых смесей позволяет существенно увеличить технико-экономические показатели производства цемента за счет использования сырьевых смесей с содержанием до 70% грубодисперсного карбонатного компонента с размером частиц от 80 мкм до 500 мкм и существенного увеличения за счет этого производительности шаровых мельниц и значительного снижения расхода тепла при обжиге сырьевой смеси за счет снижения температуры обжига от 1450°C до 1400°C.

Выявленные существенные преимущества использования бифторида аммония перед флюоритом и другими известными фторсодержащими минерализаторами позволяют рекомендовать его для широкого применения на всех цементных заводах.

Способ получения портландцемента из сырьевой смеси, содержащей карбонатный, глинистый компоненты, корректирующие добавки и фторсодержащий минерализатор обжига сырьевой смеси, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего минерализатора используется бифторид аммония, вводимый в состав цементной сырьевой смеси в количестве 0,23-0,70% (мас.), а сырьевая смесь содержит карбонатный компонент с размером частиц фракции (80-500) мкм в количестве до 70%, и частиц карбонатного компонента с размером частиц (0-80) мкм - не менее 30%.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к составу сырьевой смеси для синтеза сульфатированного цемента и может найти применение в промышленности строительных материалов. .

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам смеси для производства клинкера, который может быть использован в производстве цемента. .

Изобретение относится к способу переработки мелкодисперсных натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия. .

Изобретение относится к производству строительных материалов. .

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, к производству цементного клинкера с использованием обычных природных сырьевых материалов. .
Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к производству клинкера - полуфабриката цемента. .
Изобретение относится к составу сырьевой смеси для производства портландцементного клинкера и может найти применение в промышленности строительных материалов. .
Изобретение относится к составу смеси для получения цемента и может найти применение в промышленности строительных материалов. .
Изобретение относится к составу сырьевой смеси для производства портландцементного клинкера. .
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к цементному производству, где может быть использовано при приготовлении цементной сырьевой смеси для получения дорожного и высокоактивного портландцементного клинкера.
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам добавок, используемых при производстве цементных клинкеров. Технический результат заключается в снижении влажности шлама и сохранении его технологически приемлемой подвижности в течение длительного времени. Разжижитель цементно-сырьевого шлама содержит композицию лигносульфонатов и полимерных производных ароматических сульфокислот, в которую дополнительно введен мономерный органический электролит и добавка пластифицирующе-воздухововлекающего действия при соотношении компонентов, мас.%: лигносульфонаты - 20-55; полимерные производных ароматических кислот - 40-70; мономерный органический электролит - 1-5; добавка пластифицирующее-воздухововлекающего действия - 1-5. 4 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к технологии производства портландцементного клинкера, а именно к составам сырьевых смесей, используемых для получения строительных материалов, применяемых при строительстве нежилых помещений, а также тротуарной и аэродромной плитки. Технический результат заключается в снижении температуры обжига (обычно температура обжига составляет 1450°С, по заявляемому способу - не более 1250°С), в увеличении скорости затвердевания и повышении коррозионной стойкости смеси. Сырьевая смесь для получения гидравлического цемента включает алюмосиликатный, гипсовый и известняковый компоненты, в качестве алюмосиликатного компонента используют золу сжигания шлам-лигнина, в качестве гипсового компонента используют фторгипс, а в качестве известнякового компонента используют карбидный ил при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола сжигания шлам-лигнина 20-25, фторгипс 45-50, карбидный ил 27-30. 2 ил., 3 табл., 5 пр.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства портландцементного клинкера и серной кислоты. Способ по первому варианту включает предварительный подогрев высокосернистого цементного сырья, содержащего до 40% масс. серы в циклонных теплообменниках, прокаливание к кальцинаторе, обжиг в цементный клинкер во вращающейся печи обжига в присутствии высокосернистого топлива, подаваемого противотоком к сырью, и последующее охлаждение в холодильнике с отделением и отводом образующихся при этом газов по байпасу в систему получения серной кислоты из оксидов серы с последующим выводом дымовых газов в дымовую трубу, при этом в кальцинатор и на вход в печь обжига подают углеродсодержащий материал - нефтяной кокс с содержанием серы до 5% серы в количестве до 20% от массы сырья. По второму варианту при прямотоке подачи цементного сырья и высокосернистого топлива в печь обжига углеводородный материал - нефтяной кокс вводят непосредственно на вход в печь обжига, а дымовые газы отводят в систему получения серной кислоты непосредственно из выхода печи обжига. Технический результат- получение клинкера необходимого качества из высокосернистого цементного сырья-гипса или сернистого кальция и одновременное упрощение технологии его получения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к производству строительных материалов, конкретно к технологии приготовления исходной цементной сырьевой смеси с добавкой фторсодержащего минерализатора на основе мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия, ее спеканию с последующим помолом клинкера и получением портландцемента. Технический результат - снижение удельного расхода фторсодержащего минерализатора на обжиг клинкера, снижение себестоимости портландцемента, возможность использования фторсодержащего минерализатора на цементных заводах с повышенным содержанием щелочей в основном сырье, повышение производительности печей обжига клинкера. В способе получения портландцемента, включающем получение портландцементного клинкера смешиванием и спеканием исходной цементной сырьевой смеси, содержащей кальциевый, алюмосиликатный, железистый компоненты и фторсодержащий минерализатор в виде фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия, последующее охлаждение и помол портландцементного клинкера, отличающемся тем, что смешивание проводят при подаче мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов в смесь для получения портландцементного клинкера в количестве 0,05÷0,095% вес. в пересчете на фтор, при этом в отходах поддерживают мольное отношение фторида натрия к фториду алюминия 2,2÷2,7, а помол клинкера проводят с гипсом или с активной минеральной добавкой и гипсом. В качестве мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия используют: пыль электрофильтров, хвосты флотации угольной пены, смесь пыли электрофильтров и хвостов флотации угольной пены, смесь шлама газоочистки, пыли электрофильтров и хвостов флотации угольной пены, смесь шлама газоочистки и пыли электрофильтров, смесь шлама газоочистки и хвостов флотации угольной пены. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. 6 з.п. ф-лы, 9 табл.
Наверх