Спосіб грануляції доменного шлаку

Винахід стосується галузі виробництва будівельних матеріалів, зокрема високоактивних, швидкотверднучих шлаколужних в'яжучих. Найбільш близьким по технічній суті та досягаемому результату до винаходу, що пропонується, є спосіб грануляції доменного шлаку, який включає злив шлакового розплаву в водний розчин активатора, попередньо нейтралізований вапновим молоком, та подальше охолодження [1]. Водний розчин активатора має густину 1,12 - 1,20г/см3, а значення водневого показника досягає pH 11 - 12. Як активатор використовують кислі стоки хлорної металургії, які містять, мг/л: Нейтралізовані вапновим молоком кислі стоки хлорної металургії містять, мл/л: Сума хлоридів та гіпохлоритів кальцію, калію, натрію, кремнію, алюмінію, заліза, титану, магнію, марганцю, міді, ванадію, танталу, цирконію, ніобію, селену, хрому 11200 - 14000 Шлаколужне в'яжуче, яке одержують відомим способом, має недостатню активність в ранні строки твердіння, а процес грануляції доменного шлаку цим способом потребує високих енергетичних затрат та супроводжується виділенням в атмосферу великої кількості сполук сірки та ряду канцерогенних продуктів. Це обумовлюється складом кислих стоків хлорної металургії, які використовують як активатор, та недостатньою густиною водного розчину активатора. Низький вміст в кислих та нейтралізованих стоках хлорної металургії сполук калію не забезпечує утворення у достатній мірі мінералів, близьких до природних та таких, що мають зміцнену структуру, зокрема таких, як анальцим та інші мінерали групи цеолітів. При недостачі сполук калію та натрію адсорбція елементів, які необхідні для зміцнення структури гранул, здійснюється тільки поверхневим шаром з утворенням цементного каменю на основі кальцію, наприклад, силікату кальцію, тоді як всередині гранул шлак не зазнає структурно-хімічних змін і залишається недостатньо активним, тому що не набуває аморфної склоподібної структури природного каменю. Цьому після помелу гранул доменного шлаку, які одержують відомим способом, отримують лише добавку до в'яжучих, яка не може бути використана як самостійне в'яжуче, тому що має низьку гідравлічну активність, отже і низьку міцність, особливо у ранні строки твердіння. При густині водного розчину активатора 1,12 - 1,20г/см3 він утримує недостатню для одержання доменного шлаку з високою гідравлічною активністю кількість мінералоутворюючих речовин. Енергозатрати, обумовлені транспортуванням та перекачкою кислих стоків хлорної металургії, а також їх переробкою для одержання водного розчину активатора, завеликі, тому що вміст активних сполук у кислих стоках хлорної металургії дуже низький і для одержання водного розчину необхідно переміщувати до гранбасейну великий об'єм рідини. Присутність в кислих стоках хлорної металургії сульфату кальцію та недостача елементів, які зв'язують сірку, таких, як сполуки калію та натрію, обумовлюють виділення в атмосферу великої кількості сполук сірки. зокрема, сірководню, сірчаного та сірчистого ангідриду. А присутність таких канцерогенних сполук, як вільний хлор та фтор, оксид ванадію та оксид хрому підсилюють екологічну небезпеку використовування відомого активатора. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб грануляції доменного шлаку, у якому шляхом використання водного розчину нового активатора з відмінними фізико-хімічними характеристиками забезпечується одержання високоміцного швидкотверднучого шлаколужного в'яжучого, зниження енергозатрат, зменшення виділення в атмосферу сполук сірки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі грануляції доменного шлаку, що включає злив шлакового розплаву в водний розчин активатора, попередньо нейтралізований вапновим молоком, та подальше охолодження, згідно з винаходом, новим є те, що як активатор використовують хлоридні відходи виробництва титану, які містять, мас.%: а густина водного розчину хлоридних відходів виробництва титану становить 1,25 - 1,40г/см3. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак винаходу, що заявляється, та технічним результатам, що досягається, полягає в тому, що використовування як активатора хлоридних відходів виробництва титану указаного складу та водного розчину цього активатора з густиною 1,25 - 1,40г/см3 у сукупності з відомими ознаками забезпечують одержання високоміцного швидкотверднучого шлаколужного в'яжучого, зниження енергозатрат, та зменшення виділення в атмосферу сполук сірки. Нейтралізовані вапновим молоком хлоридні відходи виробництва титану містять, мас.%: При густині 1,25 - 1,40г/см3 водний розчин нейтралізованих вапновим молоком хлоридних відходів виробництва титану містять необхідну та достатню для забезпечення швидкого та повного мінералоутворення кількість сполук, таких як гідроксиди калію та натрію, хлорид кальцію. Завдяки високій розчинності сполук калію та натрію, високій дифузії їх у внутрішні шари структур доменного шлаку підвищується рівень формування кристалогідратної фази не тільки у поверхневому шарі, але і всередині гранул доменного шлаку, що дозволяє одержати гранули з рівномірною упорядкованою структурою, яка має однакові фізико-хімічні характеристики по усьому об'єму гранул. При зливі шлакового розплаву в водний розчин нейтралізованих хлоридних відходів виробництва титану сполуки калію та натрію сприяють формуванню аморфних структур, які мають надмірну енергію, а, отже, і високу гідравлічну активність. Лужні компоненти, якими є сполуки калію та натрію, проникають углиб твердих частинок шлаку, який має кислотні властивості. При цьому бурхливо протікають процеси утворення мутабільних структур природних аналогів анальциму, який є мінералом з групи цеолітів. Сполуки калію та натрію підвищують загальну лужність системи, що сприяє розчиненню будь-яких силікатних сполук та утворенню замість них гідроалюмосилікатних структур. Калій та натрій є носіями гідратаційних властивостей також у в'яжучому, яке одержують у результаті помелу доменного шлаку, гранульованого способом за винаходом. Проявляючи високу активність, та являючи собою ініціатори формування гідроалюмосилікатних структур, близьких до природних утворень типу цеолітів, сполуки калію та натрію забезпечують не лише підвищення міцності в'яжучого в ранні строки, але також подальше його зміцнення на протязі усього періоду експлуатації, бо аморфна склоподібна структура, якої воно набуває в початкові строки твердіння, з часом упорядковується, зміцнюючись при цьому та набуваючи структури природного каменю. В процесі грануляції доменного шлаку сполуки калію та натрію активно реагують з сполуками сірки, що приводить до утворення розчинних сірчистих солей - сульфідів калію та натрію - замість легколетючих та слабо дисоциіруємої сірководневої кислоти, що значно скорочує кількість викидів в атмосферу сполук сірки. Хлориди! відходи виробництва титану являють собою твердий кристалічний продукт з високою концентрацією активних компонентів. Енергозатрати на їх доставку до гранбасейну для нейтралізації та отримання водного розчину з густиною 1,25 - 1,40г/см3 стоків хлорної металургії, де активні компоненти містяться в частках грамів на літр води. При густині водного розчину менш ніж 1,25г/см3 у ньому зменшується кількість активних сполук, необхідних для підвищення міцності в'яжучого, яке одержують з гранульованого способом за винаходом доменного шлаку, та зв'язування сірки в нелетючі та нетоксичні сполуки. При густині більш ніж 1,40г/см3 відбувається розшарування водного розчину, технологічні трубопроводи забиваються осадками, підвищуються енергозатрати на гомогенізацію, перемішування та перекачування розчину. Приклад. Процес грануляції доменного шлаку здійснявся таким чином. Хлоридні відходи виробництва титану нейтралізували вапновим молоком із середнім вмістом гідрооксиду кальцію 106г/л, зливали в гранбасейн і одержували водний розчин з густиною 1,25 - 1,40г/см3, водневим показником pH 10,0 - 12,0. Рідкий шлак з температурою 1400 - 1450°C зливали в гранбасейн. Струмені розплавленого шлаку при зануренні в водний розчин нейтралізованих хлоридних відходів виробництва титану гранулюються, утворюючи дрібні зерна, та одночасно спучуються. Газова фаза, яка викликає поризацію гранул шлаку, багатокомпонентна по складу, формується з власних газів шлаку та продуктів взаємодії сірки з гідрооксидом кальцію та сполуками калію та натрію, а також кисню повітря, оксиду кальцію та заліза. В процесі грануляції водний розчин нейтралізованих хлоридних відходів виробництва титану постійно поповнювали по мірі випаровування вологи. Гранульований шлак. який було одержано таким способом, мав вологість 15 - 20%. Способом за винаходом було одержано три партії гранульованого доменного шлаку. Для проведення порівняльних випробувань доменного шлаку була одержана одна партія, гранульована в водному розчині нейтралізованих вапновим молоком кислих стоків хлорної металургії. Були також одержані дві партії доменного шлаку, який гранулювали в водному розчин) нейтралізованих хлоридних відходів виробництва титану при недостатній густині (партія 1) і при підвищеній густині (партія 5) водного розчину. В процесі грануляції усіх шести партій відбирали проби газових викидів. Після грануляції всі партії доменного шлаку піддавали помелу до питомої поверхні 3135см2/г. З молотого шлаку були виготовлені зразки 10 ´ 10 ´ 10мм, які випробували на міцність після трьох діб твердіння. Результати порівняльних випробувань та аналізу проб газових викидів наведені в таблиці. З таблиці видно, що найбільш високе значення межі міцності на стиснення має в'яжуче, яке було одержане з доменного шлаку, гранульованого способом за винаходом при густині водного розчину 1,34г/см3 (партія 3), що свідчить про саму високу гідравлічну активність шлаку цієї партії. Зросла міцність по зрівнянню з в'яжучим, яке одержано з шлаку гранульованого відомим з прототипу способом, також у в'яжучих, які було одержано із шлаків гранульованих у водному розчині активатора за винаходом з густиною розчину 1,25 й 1,40г/см3 (партії 2 і 4). Концентрація сполук сірки у газових викидах знизилась при грануляції доменного шлаку способом за винаходом на 10%. З таблиці видно також, що істотно знизились енергозатрати, пов'язані з процесом грануляції доменного шлаку.