Шихта для производства портландцементного клинкера

(51) 04 7/36 (2006.01) 04 7/42 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Техническим результатом изобретения является возможность увеличения масштабов использования отвального шлака производства феррохрома при выпуске марочного цемента, упрощение технологии подготовки шихты для производства портландцементного клинкера, снижение загрязнения окружающей среды, сокращение расхода кальцийсодержащего и кварцевого компонентов шихты. Указанный технический результат достигается при использовании шихты, включающей кальцийсодержащий, кварцевый и шлаковый компоненты,которая в качестве шлакового компонента содержит саморассыпающийся шлак производства феррохрома, в качестве кальцийсодержащего компонента содержит обожженную известь, дополнительно включает пиритный огарок при следующем содержании компонентов, мас.- саморассыпающийся шлак производства феррохрома 50-65(72) Избембетов Джубатхан Джумаханович Танкеев Талгат Абатулы Танкеев Мурат Абатович(54) ШИХТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА(57) Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к составу сырьевых смесей для получения цементного клинкера и может быть использовано в цементной промышленности. 15304 Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к составу сырьевых смесей для получения цементного клинкера и может быть использовано в цементной промышленности. Для получения портландцемента, основными компонентами которого являются оксиды кальция,кремния, алюминия и железа, используются сырьевые материалы, содержащие эти соединения, которые подвергают термической обработке с получением клинкера, в результате размола которого получают цемент. Известно значительное количество сырьевых материалов, используемых для производства цементного клинкера, в частности, шлаковых отходов различных производств. Это обусловлено как химическим составом шлаков, так и необходимостью их утилизации. Сырьевая смесь для получения портландцементного клинкера / А.с. СССР 1536725, кл. С 04 В 7/42, 1996/ содержит известняковый, глинистый компоненты и твердый продукт, полученный после гидрометаллургической обработки ванадийсодержащего шлака. Содержание шлака в смеси составляет 1025, т.е. ограничены масштабы использования шлака в данной смеси и возможности его утилизации. Сырьевая смесь для получения цементного клинкера /Патент Российской Федерации 2101247, кл. С 04 В 7/42, 1998/, содержит алюмосиликатный, карбонатный компоненты, железосодержащую добавку и шлаки вторичной переплавки алюминия. Содержание шлаков в смеси составляет 0,4-6,5, что также ограничивает масштабы утилизации шлаков. Известна шихта, используемая в способе производства цементного клинкера, принятая за прототип/ Патент Российской Федерации 2148559, кл. С 04 В 7/44, 2000/, включающая наряду с кальцийсодержащим, кварцевым и алюмосиликатным компонентами шлак сталеплавильного производства, содержащий оксиды кальция, кремния, алюминия и магния. Шлак в известном способе предложено подавать в шихту в виде частиц размером не более 5 см, что позволяет ограничиться только дроблением шлака и исключает необходимость его измельчения,что сокращает энергетические затраты на подготовку шихты. Недостатком известной шихты является сравнительно низкая температура плавления шлака сталеплавильного производства, находящаяся на уровне 1300 С, что приводит к образованию жидкой фазы при термической обработке шихты, проводимой при 1500 С. При небольшом содержании шлака в шихте жидкая фаза усваивается клинкером, но при повышенном содержании шлака образование жидкой фазы приводит к образованию настылей в трубчатой печи. Таким образом, известная шихта не позволяет обеспечить широкомасштабное использование шлаков и их утилизацию. Задачей изобретения является разработка состава шихты для производства портландцементного клинкера, позволяющей значительно увеличить масштабы утилизации отвальных шлаков металлургическо 2 го производства, в частности, шлаков производства феррохрома, для получения марочного цемента. Шлаки, получаемые в процессе силикотермического получения феррохрома, содержат,СаО 47-52 2 - 25-28 А 2 О 3 - 4-5- 10-15 С 2 О 3 4-6 менее 1, т.е. по содержанию основных компонентов близки к портландцементу. Измельченный гранулированный шлак обладает вяжущими свойствами, хотя и недостаточно сильно выраженными, и соответствует по свойствам цементу марки М-50. При естественном охлаждении происходит саморассыпание шлаков и они превращаются в пылевидный материал с удельной поверхностью около 250 м 2/кг. При хранении такого материала в отвалах происходит изменение его химического состава и потеря вяжущих свойств. Кроме того, происходит значительный перенос пылевидного материала ветром и загрязнение окружающей среды, приводящее к снижению плодородности почв. Известно, в частности, использование отвального шлака от выплавки безуглеродистого феррохрома в качестве связующего в закладочной смеси, однако из-за слабых вяжущих свойств он используется в закладочной смеси совместно с цементом / Заявка на изобретение РФ 93011298, кл. Е 2115/00,1995/. Известно вяжущее, содержащее 1-5 саморассыпающегося шлака производства низкоуглеродистого феррохрома, однако, основным компонентом этого вяжущего является портландцементный клинкер, содержание которого достигает 79 /А.с. СССР 1753683, кл. С 04 В 7/14, 1994/, что также свидетельствует о слабых вяжущих свойствах отвального саморассыпающегося шлака. Техническим результатом изобретения является возможность увеличения масштабов использования отвального шлака производства феррохрома при выпуске марочного цемента, упрощение технологии подготовки шихты для производства портландцементного клинкера, снижение загрязнения окружающей среды, сокращение расхода кальцийсодержащего и кварцевого компонентов шихты. Указанный технический результат достигается при использовании шихты, включающей кальцийсодержащий, кварцевый и шлаковый компоненты,которая в качестве шлакового компонента содержит саморассыпающийся шлак производства феррохрома, в качестве кальцийсодержащего компонента содержит обожженную известь, дополнительно включает пиритный огарок, при следующем содержании компонентов, мас.- саморассыпающийся шлак производства феррохрома 50-65- пиритный огарок 2-5. Основным компонентом шихты является саморассыпающийся отвальный шлак производства феррохрома, в частности шлак, получаемый при силикотермическом получении низкоуглеродистого феррохрома или шлак, получаемый при рафинировании углеродистого феррохрома. При остывании такой 15304 шлак самопроизвольно рассыпается вследствие кристаллического превращения двухкальциевого силиката - белита - 2 СаО 2 в- 2 2, сопровождаемого увеличением объема на 14. Состав шлака близок составу портландцементного клинкера и его использование в шихте снижает расход прочих компонентов шихты. Хранение этого шлака в отвалах приводит к структурным изменениям, связанным с распадом трехкальциевого силиката (алита) и образованием двухкальциевого силиката (белита) и свободного оксида кальция, в результате чего происходит снижение вяжущих свойств щлака. Термообработка шихты, содержащей наряду со шлаком обожженную известь, кварцевый песок и пиритный огарок, в процессе получения портландцементного клинкера приводит к значительному увеличению доли алита в получаемом клинкере, что повышает вяжущие свойства конечного продукта. Использование отвального шлака в составе шихты позволяет решить экологические проблемы, связанные с хранением тонкодисперсного шлака в отвалах, а также вовлечь в переработку дешевое техногенное сырье, что значительно удешевляет получаемый в итоге цемент. Кроме того, этот продукт не требует предварительного дорогостоящего измельчения, что существенно снижает энергетические затраты при подготовке шихты и упрощает ее подготовку. Ввод пиритного огарка, преимущественно содержащего оксид железапозволяет ввести в шихту необходимое количество оксида железа, требуемого для образования четырехкальциевого алюмоферрита,необходимого в составе портландцемента. В составе шихты предпочтительно использовать обожженную известь крупностью менее 30 мм (например, некондиционную мелочь, получаемую при обжиге известняка), что сокращает энергетические затраты при обжиге, так как в этом случае не требуется обеспечивать диссоциацию карбоната кальция,что неизбежно при использовании в шихте известняка или кальцита. При содержании в шихте шлака более 65 или извести более 40, в получаемом клинкере наблюдается повышенное содержание свободного оксида кальция, что уменьшает прочность получаемого цемента и приводит к нестабильному схватыванию цементного раствора. Снижение содержания шлака в шихте ниже 50 или извести ниже 30 приводит к снижению содержания алита в клинкере, что значительно снижает схватываемость цемента и его прочность. Содержание в шихте кварцевого песка за пределами заявленного интервала 5-8 при оптимальном содержании оксида кальция приводит к увеличению содержания белита в клинкере, что также снижает качество цемента. Оптимальное содержание пиритного огарка в шихте составляет 2-5. При отклонении от этих пределов снижается количество четырехкальциевого алюмоферрита или образуется избыточное его количество, что снижает прочность цемента. Примеры использования предложенной шихты. Пример 1. В состав шихты входили компоненты следующего состава- саморассыпающийся отвальный шлак производства феррохрома, содержащий,СаО -52,3 2 - 24,6- 11,9 23 - 5,0 А 12 О 3 -4,20,9- пиритный огарок, содержащий 65 23. Крупнокусковые ингредиенты шихты измельчались до крупности менее 1 мм. Шихты, состав которых приведен в таблице, тщательно перемешивались в лабораторном смесителе, после чего из каждой шихты прессованием получали таблетки диаметром 100 и высотой 50 мм. Эти таблетки подвергались обжигу в лабораторной электропечи в течение 6 часов при температуре 1470-1500 С, что соответствовало условиям производства клинкера в промышленных печах. После обжига полученный клинкер извлекался из печи и охлаждался в естественных условиях. Охлажденный клинкер измельчался в лабораторном виброистирателе с добавкой 3 гипса до крупности 90 минус 0,08 мм. Минералогический состав клинкера характеризовался следующими компонентами- свободный оксид кальция - не более 0,8 Содержание компонентов в шихте, мас. Известь Кварцевый песок 39 7 28 5 30 5 40 6 35 5 34 8 35 7 31 7 35 6 31 7 15304 Каждая цементная смесь затворялась водой в соответствии с ГОСТ 10178-85, для образцов бетона по истечении 28 суток определялся предел прочности на сжатие, который для всех образцов находился в пределах 43-47 МПа. По минеральному составу и прочностным характеристикам полученный материал соответствует портландцементу марки М 400. Пример 2. Шихта общей массой 20 тонн состоит из следующих ингредиентов, мас.- саморассыпающийся отвальный шлак производства феррохрома - 55- кварцевый песок - 7. После тщательного перемешивания в винтовом смесителе при увлажнении до 0,5 шихту подвергали обжигу в промышленной трубчатой вращающейся печи с внутренним диаметром 2,7 м и длиной 55 м, отапливаемой природным газом. Максимальная температура в зоне обжига 1450-1500 С. В результате обжига получен клинкер состава,СаО 64,0 2 - 21,0 А 12 О 3 - 4,0 23 - 3,0- 0,3 23 - 2,0. После охлаждения клинкер совместно с добавкой 3 гипса был измельчен в шаровой мельнице до крупности 90 минус 0,08 мм. Минералогический состав полученного клинкера- свободный оксид кальция - 0,3- четырехкальциевый алюмоферрит - 14,0. Физические свойства полученного цемента характеризовались следующими показателями- группа эффективности при пропаривании - предел прочности на сжатие в возрасте 28 суток - 46 МПа- сроки схватывания начало - 52 минуты конец - 580 минут- нормальная густота цементного теста - 26- ложное схватывание - отсутствует. Полученный цемент соответствует марке портландцемента М 400 по ГОСТ 10178-85. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Шихта для получения портландцементного клинкера, включающая кальцийсодержащий, кварцевый и шлаковый компоненты, отличающаяся тем, что она в качестве шлакового компонента содержит саморассыпающийся шлак производства феррохрома,в качестве кальцийсодержащего компонента содержит обожженную известь и дополнительно включает пиритный огарок при следующем содержании компонентов, мас. обожженная известь 30-40 кварцевый песок 5-8 саморассыпающийся шлак производства феррохрома 50-65 пиритный огарок 2-5.