Спосіб одержання високощільного вапняно-периклазового клінкера на основі природньочистих доломітів

Винахід стосується виробництва вогнетривів, а саме виготовлення щільноспечених основних клінкерів найвищої вогнетривкості з високочистої природної сировини - природньочистих доломітів. Відомий спосіб одержання щільних клінкерів з матеріалів, що містять вільне вапно (Сборник трудов международного симпозиума по огнеупорам "Unitecr'91 Congrece". Aachen, Germany, Sept., 23 - 26, 1991, с.73 - 75) шляхом уведення спікаючих добавок у вигляді солей кальцію та неорганічних кислот. Ці добавки знижують температуру спікання, однак їх уведення пов'язане з екологічною небезпекою через виділення летючих хлорвмісиих і/або фторвмісних сполук. Відомою є добавка 10 - 12% по масі MgCo3 до доломіту Лісьєгорського родовища для досягнення масового співвідношення карбонатів кальцію та магнію, рівного теоретичному в CaMg(CO3)2 , яка, за припущенням авторів, позитивно впливає на властивість доломіту Лісьєгорського родовища спікатися (Барбанягре В.Д., Зубакова Л.Е. О спекании Лисьегорского доломита. Сборник докладов Международной конференции "Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений". Белгород: Изд-во БелгТАСМ, "Крестьянское дело". - 1997. Часть 1. - С.19 21). Однак дане твердження здається сумнівним, оскільки спікання відбувається при температурах, значно більш високих, ніж температура повної декарбонізації доломітів (близько 1100°C), і одержане внаслідок добавки карбонату магнію співвідношення виявляється далеким від евтектичного системи CaO-MgO, тобто в області периклазо-вапнякової суміші, крім того, результати по зниженню температури випалення за рахунок уведення добавки MgCo3 виявилися невідновлюваними. Найбільш близькою до запропонованого вирішення є теза стендової доповіді Гропянова Л.В., Кузнецова Г.І. та Гропянова В.М. "Те хнология известково-периклазового клинкера и изделий из него" на VII Міжнародній конференції "Высокотемпературная химия силикатов и оксидов" (18 - 21 березня 1998 року. СПб: Інститут хімії силікатів РАН). У цій роботі вказано, що високощільний клінкер вапняно-периклазового складу можна одержати шляхом дошихтування Лісьєгорського доломіту високочистою крейдою Латненського.родовища до евтектичного складу системи CaO-MgO, відповідного вмісту CaO - 67мас.%. Шляхом математичного моделювання було показано, що дошихтування початкової сировини до евтектичного складу системи CaO-MgO дозволить знизити температуру одержання високощільного вапняно-периклазового клінкера до 1720°C. Науково-дослідну розробку технології виготовлення вапняно-периклазового клінкера, що включає дошихтування початкового доломіту крейдою, було розпочато у ВАТ "СПбИО", але на самому початку її проведення припинено через відсутність фінансування. Тому було доведено лише теоретичну можливість такого способу. Задачею винаходу є зниження температури спікання, а отже, і енерговитрат на випалення, при одержанні високощільних вапняно-периклазових клінкерів на основі природньочистих доломітів російських родовищ без зниження термомеханічних властивостей продукту. Задача вирішується за рахунок уведення до початкового доломіту, що важко спікається, добавки CaO (як у вигляді самого оксиду, так і у вигляді Ca(OH)2, CaCo3 чи крейди). Кількість добавки m на кожні 100г початкового доломіту розраховується за формулою m = 203(1-0,015 m CaO)x, де m CaO - кількість CaO в % по масі, яка вже міститься у початковому доломіті; x - поправочний коефіцієнт, який використовується для введення CaO у вигляді гідроксиду Ca, солі Ca або крейди. Для введення CaO x = 1, для добавки Ca(OH)2 x = 1,32, для добавки CaCO3 x = 1,786, для добавки крейди x = 1,8. Кількість добавки збільшується на частку, яка припадає на радикали (H 2O, CO2) та домішки. Формула для визначення кількості оксидкальційвмісної добавки виводили з пропорції 100 + m - 100% m CaO - 67%, яка дозволить одержати евтектичний склад клінкера: 67мас.% CaO і 33мас.% MgO. Розв'язуючи пропорцію, маємо 6700- 100 × mCaO m= , 33 тобто m = 203(1 - 0,015 × mCaO) - якщо вводять у доломіт як добавку CaO, або m = 203(1 - 0,015 × m CaO)x якщо як добавку вводять гідроксид, сіль чи крейду. Кількість добавки m, що вводиться, є досить великою - 10 - 50мас.% (в залежності від хімічного складу доломіту і форми, в якій уводиться добавка CaO), тому дану добавку порівняно легко рівномірно розподілити в масі доломіту простим перемішуванням або шляхом спільного розмелювання доломіту та добавки. Приготовану у такий спосіб масу брикетують з добавленням тимчасового зв'язуючого, води (4 - 7%), або без них. Наявність або відсутність зв'язуючого залежить від умов входу до випалення, а саме, від параметрів завантажувальногопристрою печі. Відсутність зв'язуючого дещо знижує міцність брикету, але сприяє економії. Випалення виконують при температурах до 1700°C, що на 20°C нижче розрахункової за прототипом, але відомо, що підвищення температури випалення в промислових печах на кожні 10°C понад 1600°C призводить до різкого збільшення витрати теплоносія, тобто до збільшення вартості як самого випалення, так і продукту. Наприклад, якщо використовувати Лісьєгорський доломіт, що містить 60,01мас.% CaO, то кількість CaO, яку необхідно до нього додати до одержання евтектичного складу, дорівнює m = 203(1 - 0,015 × 60,01) = 20,3г CaO/на 100г доломіту. Якщо використовувати Мелехово-Федотьєвський доломіт, що містить 58,36мас.% CaO, а добавку вводити у вигляді крейди Латненського родовища, з вмістом CaCO3 98,0мас.%, то кількість добавки дорівнює: m = 1,8 × 203 (1 - 0,015 × 58,36) = 45,54г CaO/на 100г доломіту. Всі результати перерахунків для Лісьєгорського та Мелехово-Федотьєвського доломіту наведено у табл.1. У табл.2 наведено результати спікання доломіту Лісьєгорського та Мелехово-Федотьєвського родовищ з добавкою CaO у вигляді Латненської крейди. Цей вид добавки є найбільш дешевим і найбільш прийнятним з екологічної точки зору. Розрахункова (див. табл.1) кількість добавки (Латненської крейди) уводилася у доломіт шляхом спільного розмелювання у вібраційному млині стальними кулями протягом однієї години. Отже, на 10кг Лісьєгорського доломіту вводилося 3кг 654г Латненської крейди, а на 10кг Мелехово-Федотьєвського доломіту уводилося 4кг 554г Латненської крейди. Одержані після розмелювання порошки зволожували водою (5мас.% понад 100% загальної маси шихти) і пресували кубики 50 ´ 50 ´ 50мм. Відпресовані кубики направляли на випалення. Результати визначення уявної питомої ваги після випалення при різних температурах наведено у табл.2. Для перевірки вказаних у прототипі припущень того, що евтектична суміш системи CaO-MgO спікається краще, ніж доломіт і крейда окремо, готували синтетичну суміш CaCO3 та MgCO3, яка відповідає евтектиці у системі CaO-MgO (67мас.% CaO). Для цього спільним одногодинним помелом у вібромлині готували ши хту, що містить по 120г CaCO3 на кожні 69г MgCO3, для забезпечення співвідношення 67г CaO до 33г MgO після декарбонізації. Усі етапи приготування шихти, зразки та їх випробування описано вище. Термомеханічні властивості зразків (табл.2) наведено у табл.3. На підставі табл.2 і 3 можна зробити висновок про те, що дошихтування доломіту до евтектичного складу за заявленою формулою дозволяє при порівняно низьких температурах випалення (до 1700°C) одержати високощільний вапняно-периклазовий клінкер з високими термомеханічними властивостями, чого не можна досягти у синтетичної евтектичної суміші (прототип) та у доломітів без добавок.