Спосіб одержання мінеральної добавки до цементу

1. Спосіб одержання мінеральної добавки до цементу із сполук сульфату заліза шляхом їх термообробки, який відрізняється тим, що як сировину використовують кристалогідрати сульфату заліза (II), а термообробку ведуть при температурах на вході до сушильного апарата 500-800 °С, а на виході - 60-135 °С до досягнення вмісту заліза (II) у готовому продукті на рівні 22-31 %. 2. Спосіб одержання добавки до цементу за п. 1, який відрізняється тим, що як кристалогідрат сульфату заліза (II) використовують семиводний сульфат заліза - відхід виробництва пігментного двоокису титану або металургійної промисловості. (19) (21) u201011995 (22) 11.10.2010 (24) 25.08.2011 (46) 25.08.2011, Бюл.№ 16, 2011 р. (72) ВОЛКОВ ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, ТЕТЬОРКІН ОЛЕГ ВОЛОДИМИРОВИЧ, ДОЛЯ ЛЕОНІД ПЕТРОВИЧ, КЛИМЕНКО РУСЛАН МИКОЛАЙОВИЧ, ШКАРУПА СЕРГІЙ ПЕТРОВИЧ, БАРДАКОВ АНДРІЙ ІВАНОВИЧ, ДУДКА ВОЛОДИМИР ОЛЕКСІЙОВИЧ (73) ПУБЛІЧНЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "СУМИХІМПРОМ" 3 62229 дної речовини. Завдяки незначному вмісту сірчаної кислоти у вихідному кристалогідраті сульфату заліза, отримана таким чином мінеральна добавка характеризується невисоким умістом вільної сірчаної кислоти. У відповідності до Європейської директиви 2003/53/ЄС, уміст хрому (VI) у цементі регламентується на рівні не більше 2 мг/кг. Використання цементу, що відповідає даній вимозі, не має небезпечного впливу на здоров'я людини й на навколишнє середовище. Однак, існуючі технології одержання цементу та інших в'яжучих на його основі передбачають уміст хрому (VI), що перевищує регламентовану норму, призводить до погіршення екологічних та санітарно-гігієнічних властивостей в'яжучих. З огляду на те, що токсичними та канцерогенними властивостями характеризуються лише сполуки хрому (VI), поширеним методом зниження концентрації шкідливої домішки є спосіб відновлення шестивалентного хрому до його тривалентної форми. Процес відновлення шестивалентного хрому відбувається у відповідності з рівнянням реакції: 23+ 2 CrO4 +3е→Cr +4O (1). При цьому Fe (II) переходить в тривалентну форму: 2+ 3+ Fe -e→Fe (2). Сировиною - сполукою двовалентного заліза у способі, що заявляється, є кристалогідрат заліза (II), а саме семиводний сульфат заліза складу FeSO4·7H2O - відхід виробництва пігментного двоокису титана або металургійної промисловості. Його використання дозволяє одержати мінеральну добавку з умістом Fe (II) 22-31 % шляхом ступеневого відщеплення молекул кристалізаційної води під дією температури та подальшому переводу її в парогазовий стан з наступним видаленням із сушильного апарату. Дані процеси описуються наступними рівняннями реакцій: t FeSO4  7H2Oкр.  FeSO4  H2Oкр.  6H2O . (3) t H2Oрідк.  H2Oгаз. . (4) Способом, що заявляється, передбачено проведення процесу дегідратації семиводного залізного купоросу переважно до одноводного кристалогідрату, з відщепленням шести молекул кристалізаційної води. Це дозволяє значно поліпшити фізико-хімічні властивості мінеральної добавки, оскільки одноводний сульфат заліза є стабільною формою даної сполуки. Добавка на його основі не злежується й тривалий час залишається в сипучому стані, що дає можливість для його транспортування та зберігання без зниження якісних показників продукту. Температурні параметри процесу сушіння купоросу, що заявляються, забезпечують оптимальні умови дегідратації кристалогідрату. Підтримання температури на вході до сушильного апарату на рівні 500-800 °C забезпечує інконгруентне топлення кристалогідрату та його інтенсивний розклад відповідно до рівняння (3). Проведення процесу сушіння купоросу за температури на вході до сушильного апарату, що перевищує 800 °C, недопу 4 стиме, оскільки при цьому має місце руйнування одноводного сульфату заліза з утворенням безводної його форми. Це у свою чергу призводить до протікання небажаної реакції розкладу сульфату заліза (II) за рівнянням реакції: t 2FeSO4 кр.  Fe2O3 кр.  SO3 г.  SO2 .  (5) У відповідності до рівняння (5) утворюється оксид заліза (III), що не має відновні властивості, і тому погіршує властивості мінеральної добавки. Виділення в газову фазу оксидів сірки (IV) та (VI) значно підвищує корозію, і вимагає додаткових витрат на абсорбцію та знешкодження даних сполук. Також за такого температурного режиму в значній мірі зменшується потужність технологічного обладнання; зростає видаткова норма природного газу. Реалізація процесу одержання мінеральної добавки при температурі на вході до сушильного апарату менше 500 °C також не дозволяє одержати готовий продукт необхідного якісного складу. У результаті недостатності теплоносія реакції (3,4) проходять не в повному обсязі; концентрація двовалентного заліза в готовому продукті при цьому менше регламентованої норми. Причиною цього є недостатня кількість видаленої кристалізаційної води. Спосіб реалізується таким чином. Сировина семиводний залізний купорос - зі складу подається до видаткового бункера, який обладнано віброструшуючим пристроєм та ваговимірювальними засобами. Далі купорос із бункера подається до сушильного апарату, куди одночасно спрямовується теплоносій - продукти згоряння природного газу; при цьому температура на вході до сушильного апарату становить 500-800 °C, а на виході 60135 °C. У сушильному апараті за підтримання показників термічної обробки, що заявляються, протікають процеси дегідратації семиводного кристалогідрату й випаровування вивільненої води. Висушений продукт елеватором подається на класифікацію до грохота, на якому здійснюється розсів продукту на дві фракції. Товарна фракція мінеральної добавки транспортерами подається на склад чи на упаковку. Крупна фракція висушеного продукту підлягає подрібненню до необхідних розмірів у дробарці, після чого знову спрямовується на класифікацію. Готовий продукт містить двовалентне залізо в кількості 22-31 % в залежності від вимог споживача. Відпрацьовані сушильні гази, що яляють собою парогазову суміш продуктів згоряння природного газу, парів води, пилу готового продукту та незначної кількості сірчаної кислоти підлягають ступеневій очистці в циклоні та абсорбері. Після доведення концентрації забруднюючих речовин до нормативних показників, очищені гази через вихлопну трубу викидаються в атмосферу. Відповідно до значень технологічних параметрів, що заявляються, наводяться приклади реалізації способу. Хімічний склад вихідного семиводного залізного купоросу: масова частка Fe (II) 18,8 %, масова частка Fe(III) 0,2 %, масова частка Fe загальн. 19,0 %; масова частка H2SO40,2 %. Приклад 1. 5 1000 кг семиводного залізного купоросу піддають процесу сушіння в сушильному апараті; температура на вході до апарату 900 °C, на виході 150 °C. У результаті дії теплоносія з кристалогідрату вивільняється й випарюється 351 кг Н2О. До газової фази надходить 1,5 кг H2SO4. Проведення процесу за температури на вході до сушильного барабану, що перевищує норми, які заявляються, призводить до необґрунтованого збільшення ступеня переходу Fe (II) у форму Fe (III), що знижує якість мінеральної добавки. Також збільшується витрата природного газу, яка становить 0,18 туп у перерахунку на 1 т готового продукту. У результаті отримують 647,5 кг мінеральної добавки, що містить Fe (II) 28,4 %, Fe (III) 0,9 %, Fe загальн. 29,3 %; H2SO40,08 %. Приклад 2. 1000 кг семиводного залізного купоросу піддають процесу сушіння в сушильному апараті; температура на вході до апарату 700 °C, на виході 85 °C. У результаті дії теплоносія із кристалогідрату вивільняється й випарюється 328 кг Н2О. До газової фази також надходить 1 кг H2SO4. Витрата природного газу становить 0,11 туп у перерахунку на 1 т готового продукту. У результаті отримують 671 кг мінеральної добавки, що містить Fe (II) 28,0 %, Fe (III) 0,3 %, Fe загальн. 28,3 %; H2SO40,15 %. Приклад 3. 1000 кг семиводного залізного купоросу піддають процесу сушіння в сушильному апараті; температура на вході до апарату 650 °C, на виході 45 °C. У результаті дії теплоносія із кристалогідрату вивільняється й випарюється 115 кг Н2О. До Комп’ютерна верстка І. Скворцова 62229 6 газової фази надходить 0,5 кг H2SO4. Проведення процесу за температури на виході до сушильного барабану, що не відповідає нормам, які заявляються, призводить до недостатнього протікання реакцій розкладу кристалогідрату та випаровування води, що знижує вміст двовалентного заліза в готовому продукті. Витрата природного газу при цьому становить 0,10 туп у перерахунку на 1 т готового продукту. У результаті отримують 884,5 кг мінеральної добавки, що містить Fe (II) 20,75 %, Fe (III) 0,25 %, Fe загальн. 21,0 %; H2SO41,7 %. Використання як вихідної речовини семиводного сульфату заліза дозволяє забезпечити мінімальний уміст вільної сірчаної кислоти в мінеральній добавці. З огляду на те, що дана сировина є великотоннажним відходом виробництва, її використання у виробництві мінеральної добавки позитивно відобразиться на екологічному стані навколишнього середовища, тому що дозволить скоротити обсяги купоросу у відвалах. Отриманий таким чином продукт може бути безпосередньо використаний як ефективна мінеральна добавка, що знижує вміст небезпечних сполук хрому (VI) у виробництві в'яжучих. Також дана мінеральна добавка може розглядатися як сировина у виробництві інших модифікуючих добавок до цементу. Спосіб, що заявляється, пройшов лабораторні дослідження, на основі яких на базі технологічних потужностей ВАТ "Сумихімпром" проведено дослідно-промислові випробування з напрацюванням дослідної партії продукту. Відповідно до способу, що заявляється, організовано промислове виробництво мінеральної добавки. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601