Цементная сырьевая смесь, способ получения цементного клинкера из указанной сырьевой смеси

(51) С 04 В 7/44 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ до 11 массы, образующие низкотемпературного расплава, отличающаяся тем, что она содержит огненно-жидкого эвтектического клинкерного расплава расчетного состава, мас. СаО 50, 123 34,4,2 5,6, 2 О 3 9,9 при 1280 С системы СаОА 12 О 3- 2 - 2 О 3, в количестве от 12 до 30 массы. Многопоточный способ получения цементного клинкера,полученного путем введение в высокотемпературные зоны вращающейся печи техногенных материалов одного вида или композицию из нескольких видов в количестве от 9 до 11 масс , отличающийся тем, что в состав вышеуказанной сырьевой смеси вводится огненножидкий эвтектический клинкерный расплав в количестве от 12 до 30 массы оптимального состава и количества. Технический результат - снижение температуры обжига цементного клинкера и повышения активности цемента.(76) Урлибаев Жумабай Сембиевич , Маумов Батырбек , Бегимбетов Мурат Туранбекович(56) Бернштйн В.Л., Лизенко Л.В., Чернова И.В.,Дегтярь Е.В.,Баранов А.Н. Химикотехнологические аспекты энерго-сбережения и повышения качества продукции цементных заводов. НКГ Экология, г. Харьков, Украина, с.8(54) ЦЕМЕНТНАЯ СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ,СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА ИЗ УКАЗАННОЙ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ(57) Изобретение может быть использовано в цементной промышленности, строительной индустрии. Цементная сырьевая смесь, содержащая известковый, силикатный и железистый ингредиенты, а также техногенные материалы одного вида или композицию из нескольких видов в количестве от 9 22036 Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к цементным сырьевым смесям и к способам получения цементного клинкера обжигом до спекания указанных смесей и может быть использовано в цементной промышленности, строительной индустрии. Известна цементная сырьевая смесь для обжига портландцементного клинкера,включающая известковый, алюмосиликатный и железистый ингредиенты (Классен В. К. Обжиг цементного клинкера. - Красноярск Стройиздат, 1994. - с.323,см. с. 97-105 Ли Ф.М., Химия цемента и бетона // Перевод с английского Левмана Б.С. под редакцией доц. канд. техн. наук Рояка С.М. - Москва Госстройиздат, 1961, - с.646, см. с.63-67, 116-156 Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Портланд цементный клинкер. - Москва - Стройиздат, 1967, - с.304, см. с.5-23, 164-179 Кузнецова Т.В., Кудряшов И.В.,Тимашев В.В. Физическая химия вяжущих материалов. - Москва - Высшая школа, 1989, с.384, см. с.99-109, 182, 212-251). Недостатком этого технического решения является относительно высокая температура обжига 1450 С. К настоящему времени из уровня техники известен,что использование различных минерализаторов обжига, изменение вещественного состава цементной сырьевой смеси на основе техногенных материалов позволяет снизить на 5070 С температуру или ускорить клинкерообразования(Бутт Ю.М.,Тимашев В.В. Портландцементный клинкер. - Москва - Стройиздат,1967. - 304 с., см. с.5-23, 164-179 Патент США 2706942,1977). Известно влияние минералогического и гранулометрического составов указанных ингредиентов на теплоту клинкер о образования и качество обожженного из указанной смеси портландцементного клинкера (Кузнецова Т. В.,Кудряшов И. В., Тимашев В. В. Физическая химия вяжущих материалов. - Москва - Высшая школа,1989, - с.384, см. с.99-109, 182, 212-251). Известна также цементная сырьевая смесь для обжига портландцементного клинкера, включающая известковый, алюмосиликатный и железистый ингредиенты, в которой в качестве известкового ингредиента используют минерал арагонит или его смесь с кальцитом (оба этих минерала - карбонаты кальция, различающиеся только симметрией кристаллической решетки) (Патент США 2706942,1977) их совместное использование позволяет ускорить процесс их декарбонизации и твердофазные реакции взаимодействия с остальными ингредиентами указанной сырьевой смеси. Традиция использования отдельных природных минералов в качестве малых составляющих цементной сырьевой смеси, начатая введением плавикового шпата (минерал флюорит) в цементную сырьевую смесь в 1932 г. (Санада Ч.,Ниси Т., Япония) с целью ускорения спекания при обжиге портландцементного клинкера, была существенно развита, вплоть до использования многокомпонентных минерализаторов (Волконский Б.В. и др. Минерализаторы в цементной 2 промышленности. М., - Л. Стройиздат, 1964, с.198,см. с. 9 и ниже). Такова обычная ситуация, известная из уровня техники. Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототипом) является цементная сырьевая смесь,содержащая известковый,алюмосиликатный и железистый ингредиенты, а также техногенные материалы одного вида или композицию из нескольких видов в количестве от 9 до 11 массы до полной замены глинистого сырья(Бернштейн В.Л., Лизенко А.В., Чернова И.В.,Дегтярь Е.В.,Баранов А.Н. Химикотехнологические аспекты энергосбережения и повышения качества продукции цементных заводов.////0005 -с.8). Использование их в виде более крупных частиц в составе сырьевой смеси дает дополнительный положительный эффект. По мнению авторов указанной работы, при обжиге до спекания указанной сырьевой смеси создаются условия для образования легкоплавких расплавов. Следует отметить, что при наличии жидкой фазы ускоряется клинкерообразования(Классен В.К. Обжиг цементного клинкера. - Красноярск Стройиздат,1994. с.323, см. с.97-105 Ли Ф.М. Химия цемента и бетона // Перевод с английского Б.С. Левмана под редакцией доц. канд. техн. наук Рояка С.М Москва - Госстройиздат, 1961. с.646, см. с.63-67,116-156 Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Портландцементный клинкер. - Москва - Стройиздат, 1967, с.304, см. с.5-23,164-179 Кузнецова Т.В., Кудряшов И.В., Тимашев В.В. Физическая химия вяжущих материалов. - Москва Высшая школа, 1989, с.384, см. с.99-109, 182, 212251). Мгновенное образования расплава в достаточном количестве значительно сокращает продолжительность процесса клинкерообразования и полученный клинкер отличается мелкокристаллической структурой и тем самым повышенной активностью. Отсюда заключаем, что применение легкоплавких техногенных материалов ведет к снижению температуру обжига клинкера,ускоренному клинкерообразованию и повышению качества цемента. Известно, что количество вводимого легкоплавкого ингредиента в составе сырьевой смеси диктуется его же химическим составом и путем корректировки в композиции с другими твердо фазовыми материалами не возможно мгновенно получить заданный объем жидкой фазы. Таким образом, этот главный недостаток технического решения согласно прототипу не позволяет получить максимальный эффект снижения температуры при обжиге указанной сырьевой смеси. Задачей изобретения в части цементной сырьевой смеси является достижение максимального теплового эффекта за счет снижения температуры обжига для спекания указанной сырьевой смеси цемента, причем последний эффект достигается путем мгновенного создания жидкой фазы нужном объеме, что является не возможным в сырьевых смесях, известных из уровня техники. 22036 Указанная задача решается тем, что цементная сырьевая смесь,содержащая известковый,алюмосиликатный и железистый ингредиенты будет иметь эвтектическую жидкую фазу уже в готовом расплавленном состоянии в момент высокотемпературного спекания в оптимальном количестве и стабильном качестве. Сущность изобретения в части цементной сырьевой смеси становится более ясной из примера его осуществления. Пример 1. Условия осуществления изобретения следующие. Составы эвтектической и основной части цементной сырьевой смеси рассчитываются по общеизвестной классической методике. Для приготовления основной части смеси согласно изобретению в первой серии опытов, проводимой в производственных и лабораторных условиях,используют существующее сырьевое отделение цементного завода. Эвтектическая часть приготавливается желательно подобно сухому способу с целью исключения тепловых затрат на высушивание. Расплав из сухой эвтектической части и шлам (шихта) основной части подают во вращающуюся печь и обжигают до спекания. Для получения клинкера и цемента из сырьевых смесей - контрольной, по прототипу и приготовленной согласно изобретению - в качестве клинкерообжигательной печи используют вращающуюся печь диаметром 4 и длиной 150 м,отапливаемую углем с теплотой сгорания примерно 22000 кДж/кг, при средней производительности по клинкеру из контрольной сырьевой смеси от 31 до 32 т/ч, из смеси согласно прототипу - от 34 до 35 т/ч и из смеси согласно изобретению - от 36 до 37 т/ч при близких модульных характеристик. Результаты опытов, приведенные в таблице,включают данные по технологическим параметрам обжига и характеристикам средних проб клинкеров температуры обжига, содержание в готовых клинкерах свободного оксида кальция (СаОсвоб) или свободной извести, характеристики - по данным химического анализа средних проб клинкеров,полученных обжигом указанных смесей. Подробности приведены в примечаниях к таблице. Для испытания продуктов, полученных из сырьевых смесей - клинкера и цемента - первый измельчают совместно с гипсовым компонентом в лабораторной мельнице периодического действия. Помол цемента осуществляют с измерением его удельной поверхности. Далее прочностные показатели полученного портландцемента определяют по ГОСТ 310.4-81. Результаты испытаний, как следует из данных,приведенных в таблице, цементной сырьевой смеси согласно изобретению в строке 3 по сравнению с контрольной сырьевой смесью и сырьевой смесью согласно прототипу, строки 1 и 2 соответственно,подтверждают существенный полезный эффект эвтектического расплава согласно изобретению, а именно низкое содержание свободной извести в клинкере уже при температуре обжига 1290 С и значительное повышение прочностных показателей цементного камня, что соответствует приведенному объяснению сущности изобретения. Из приведенных в таблице результатов следует,что первая задача изобретения - создание цементной сырьевой смеси, позволяющей достичь максимального теплового эффекта за счет снижения температуры обжига клинкера - решена. Указанная цементная сырьевая смесь не позволяет получить максимального технического эффекта без использования способа получения цементного клинкера, на основе указанной смеси. Из уровня техники известен предложенный Ю.А. и И.Ю.Бурловыми способ получения цементного клинкера в расплаве в плазменных печах при 2500 С на основе промышленных отходов других производств (Бурлов Ю.А., Бурлов И.Ю. Новая,безотходная, экологически чистая технология синтеза вяжущих и сопутствующих материалов с использованием отходов промышленности.//.// с.7). Получение клинкеров в электроплазменной печи показывает, что по затратам данный способ производства цемента в случае использования высокотемпературных отходов промышленности в виде огненно-жидких шлаков сопоставимо с сухим способом. С увеличением емкости печи и,соответственно, ее производительности, а также решая вопросы утилизации тепла отходящих газов и при охлаждении расплава, удельные энергозатраты могут быть еще снижены. При выпуске специальных клинкеров, таких как высоко-глиноземистых, несколько большие энергозатраты не оказывают существенного влияния на себестоимость цемента, поскольку она определяется, главным образом, стоимостью исходных сырьевых материалов. При использовании в качестве сырьевых компонентов отходов металлургических производств, наряду с получением клинкеров(вяжущих), почти на 100 извлекаются и утилизируются редкие и цветные металлы. В этом случае экономическая целесообразность процесса несомненна и очевидна. Другим важным преимуществом новой технологии является то, что при подаче сырьевой смеси через внутренний канал плазмотрона проходит термическое дробление материала и интенсификация процесса теплообмена,что обеспечивает возможность исключения из технологического процесса операции топкого измельчения сырьевой смеси. Главным недостатком этого технического решения является не экономичность получения клинкера из сырьевой смеси, не содержащей ценных компонентов для селективного разделения металлов при одновременном получении вяжущих материалов,что снижает энергосберегающую значимость предлагаемой технологии и тем самым ограничивает область применения этого способа. Таким образом, указанная идея Бурловых в логически завершенной форме оказалась промышленно неосуществимой, хотя полученный результат по безотходности и экологичности остается лучшим, известным из уровня техники. Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототипом) является способ получения цементного клинкера (Бернштейн В.Л., Лизенко 3 22036 А.В., Чернова И.В., Дегтярь Е.В., Баранов А.Н. Химико-технологические аспекты энергосбережения и повышения качества продукции цементных заводов. (НКГ Экология, г. Харьков,Украина), ////0005 8 с.) многопоточным технологиям обжига с использованием техногенных материалов одного вида или композиции из нескольких видов в количестве от 9 до 11 массво вращающихся печах мокрого способа производства. В отдельных случаях возможно полное исключение природной глины из состава цементной сырьевой смеси. При этом, меняется сама идеология процесса обжига, так как использование двух и более потоков материалов, входящих, к тому же, в различные температурные зоны,создает,наряду с определенными сложностями технического плана,принципиально новые возможности в управлении процессом обжига, обеспечивая достижение существенного эффекта в клинкерообразовании. Введение легкоплавкого ингредиента в высокотемпературные зоны печного агрегата влечет за собой изменение требований к дисперсности и химическому составу сырьевого шлама, что, в свою очередь влияет на влажностные характеристики и пылевынос из печи. Освоение процесса приготовления техногенной измельченной сырьевой смеси создает в технологии мокрого способа инфраструктуру сухого способа производства и может быть с успехом использовано на следующем этапе реконструкции производства, который предусматривает организацию выпуска клинкера в печных агрегатах сухого способа. Между тем, в работе (Бернштейн В.Л., Лизенко А.В., Чернова И.В., Дегтярь Е.В., Баранов А.Н. Химикотехнологические аспекты энерго-сбережения и повышения качества продукции цементных заводов.////0005 с. 8) зафиксированы неоднозначные результаты в цитированных там источниках известно использование техногенных материалов в отдельности или в комплексных композициях вносит на процессы клинкерообразования значительные отличительные особенности и тем самым требует в каждых частных случаях постоянной корректировки технологических параметров производства клинкера. Неоднозначность результатов, получаемых при введении техногенных материалов в печь, есть результат отсутствия условий,обеспечивающих стабильность технологических параметров производства получаемых клинкеров,которые являются основой глубокой автоматизации технологических процессов обжига. В этом состоят главные недостатки технического решения согласно прототипу. Задачей настоящего изобретения в части способа получения цементного клинкера является коренное устранение неоднозначности результатов по сравнению с уровнем техники, вплоть до нулевых показателей при жидкофазных спеканиях в указанных выше условиях без применения корректировки в композициях, а также снизить температуру клинкерообразования до минимального 4 уровня, вплоть до температуры эвтектики. Такое снижение позволяет решающим образом увеличить технологическую значимость указанного технического решения в моделировании и автоматизации процессов обжига цементного клинкера. Указанная задача решается тем, что в способе получения цементного клинкера путем обжига до спекания цементной сырьевой смеси, содержащей известковый, силикатный и железистый ингредиенты, а также огненно-жидкого эвтектического клинкерного расплава в количестве от 12 до 30 массы согласно пункт 1, что позволяет устранить нестабильность результатов, известную из уровня техники. Сущность изобретения в части способа получения цементного клинкера заключается в том,что на всем протяжении зоны спекания имеет место процессы минералообразования экзотермического характера. Причина состоит в независимости образования стабильной в составе и количестве первой общей клинкерной жидкой фазы в локальных зонах вращающейся печи с минимальной степенью зависимости от состава основной части сырьевой смеси. Так как, почти полностью исключается эндотермический процесс -расплавление. Независимое первоначальное наличие эвтектического клинкерного расплава, гасит влияние многих технологических факторов как химико-минералогия,т.е. модульные характеристики гранулометрия и т.п. сырьевых смесей. Это позволяет регулировать процесс клинкерообразования и свойства конечной продукции цемента количеством подаваемого ЭКР при обжиге. Сущность предполагаемого изобретения в части способа получения цементного клинкера становится более ясной из примера его осуществления. Пример 2. Условия осуществления способа - по примеру 1. В варианте изобретения, огненножидкий ЭКР при сухом способе обжига подают в печь после декарбонизации и подогрева сырья в запечных теплообменниках в зону с максимальной температурой прямотоком с холодного конца или противотоком с головки печи к основному массу сырьевой смеси. Обжиг при мокром способе производится во вращающейся печи методом двухстороннего питания. Основная масса шихты подается с холодного конца печи с определенной влажностью, а расплав ЭКР - с головки печи с потоком воздуха. Подача ЭКР при любом способе осуществляется через специальную форсунку под давлением. Полученные данные свидетельствуют, что цементная сырьевая смесь и способ получения клинкера из указанной смеси согласно изобретению действительно позволяют произвести обжиг клинкера при столь низкой температуре (1290 С) без снижения свойств конечной продукции цемента, не известных ни из уровня техники, ни из современной теории обжига клинкера. При этом стоимость указанного цемента согласно изобретению значительно ниже стоимости контрольного цемента. Это является неожиданностью изобретения по сравнению с уровнем техники и способствуют широкому промышленному внедрению. Наименование цементной сырьевой смеси Средняя Среднее температура содержание обжига,СаО своб, . С Средняя относительная величина прочности цемента (прот/контр, опыт/контр) в возрасте (сут.) изгиб сжатие 3 7 28 3 7 28 1 Контрольный 1450 0,32 1 1 1 1 1 1 2 Прототип 1360 0,46 1,50 1,26 1,21 1,71 1,38 1,33 3 Опытный 1290 0,40 1,82 1,62 1,51 1,78 1,59 1,44 Все сырьевые смеси имеют близких значений КН, ,(в пределах соответственно от 0,85 до 1,0 от 3,1 до 4,2 от 1,1 до 3,2).Удельная поверхность всех цементов - 4100 м /кг. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1.Цементная сырьевая смесь,содержащая известковый, силикатный ижелезистый ингредиенты, а также техногенные материалы одного вида или композицию из нескольких видов в количестве от 9 до 11 массы, образующие низкотемпературного расплава, отличающаяся тем, что она содержит огненно-жидкого эвтектического клинкерного расплава расчтного состава, масс.СаО 50, А 12 О 3 34,4, О 2 5,6, 23 9,9 при 1280 С системы Сао 12 О 3 - 2 - 23, в количестве от 12 до 30 массы. 2. Многопоточный способ получения цементного клинкера,полученного путм введения в высокотемпературные зоны вращающейся печи техногенных материалов одного вида или композицию из нескольких видов в количестве от 9 до 11 масссогласно пункту 1, отличающийся тем, что вводят огненно-жидкий эвтектический клинкерный расплав в количестве от 12 до 30 массы оптимального состава и количества.