Спосіб одержання гідравлічного в’яжучого

1. Спосіб одержання гідравлічного в'яжучого, що включає приготування сировинної суміші, що містить оксиди кремнію S1O2, кальцію СаО, магнію ЩО, алюмінію АІ2О3, дво- та тривалентного заліза FeO і РегОз, її термічну обробку та помел одержаного продукту, який відрізняється тим, що сумарний вміст указаних оксидів у сировинній суміші складає не менше 70 %, а термічну обробку проводять в присутності відновника нагріванням до 1300-1500 °С, потім одержаний розплав нагрівають до 1800 °С та відокремлюють залізовмісний продукт, охолоджують розплав до 1500 °С, а помел одержаного продукту здійснюють після грануляції розплаву, при цьому в складі гранулята передбачають наступне співвідношення оксидів: (CaO+MgO)/SiO2 - 0,5-1,7; AI2O3/S1O2 - 0,3-0,6. 2 Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що до одержаного продукту помелу додають воду в КІЛЬКОСТІ 30-35 % від ваги твердого продукту. 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що грануляцію розплаву здійснюють шляхом охолоджен ня його природним газом 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як відновник використовують газ, що утворюється після грануляції розплаву. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як відновник використовують відходи вуглезбагачення або низькосортове вугілля. 6. Спосіб за одним із пп. 1, 3-5, який відрізняється тим, що продукт помелу, що утворився, додатково змішують з прийнятним дрібнодисперсним наповнювачем при їх співвідношенні 1:(0,1-2). 7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що як дрібнодисперсний наповнювач використовують золошлакові відходи вугільних теплових електростанцій. 8. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що як дрібнодисперсний наповнювач використовують летючу золу вугільних теплових електростанцій. 9. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що як дрібнодисперсний наповнювач використовують червоний шлам - відхід глиноземного виробництва. 10. Спосіб за одним із пп. 6-9, який відрізняється тим, що до одержаної суміші додатково додають воду в КІЛЬКОСТІ 30-35 % від ваги суміші. 11. Спосіб за одним із пп. 6-9, який відрізняється тим, що до одержаної' суміші додатково додають розчини NaOH та/або КОН, та/або №гСОз, та/або N32SO3, та/або K2SO3, та/або СаБОз, причому співвідношення вказаних речовин до продукту помелу становить 2-Ю мас. %. Винахід відноситься до галузі будівельних матеріалів та екології, і може бути використаний для одержання гідравлічного в'яжучого. Найбільш близьким до рішення, що заявляється, являється класичний мокрий спосіб одержання портландцементу, найбільш поширений на Україні Для одержання цементу цим способом готують сировинну суміш, основними компонентами якої являються вапняк та глина у відношенні 3 1 Вказані компоненти старанно перемішуються в мокрому стані, до них додають залізовмісні добав ки - піритні недогарки, потім одержану сировинну суміш піддають випалу в обертальних печах при температурі не вище 1450град.С В результаті випалу одержують тверді частинки діаметром 510мм - цементний клінкер Одержаний клінкер піддають помелу, додають до нього гіпс в кількості 5%, потім готовий портландцемент відправляють на склад готової продукції (ГОСТ 10178-76) Вказаний спосіб має ряд недопіків. Одержаний таким способом портландцемент погано протистоїть дії агресивних вод, наприклад підземних, при твердінні виділяє значну кількість CM О О) о ю ю со 35509 ляють в нього дрібнодисперсний наповнювач, в тепла, що заважає використанню його при споруякості якого використовують зопошлакові відходи дженні великих монолітних споруд, його міцність або золу вугільних теплових електростанцій, черобмежується показником активності бОМпа. Указавоний шлам - відхід глиноземного виробництва у ні недоліки характеризують його як недостатньо співвідношенні мелений продукт/наповнювач як якісний. 1.(0,1-2). Крім того, виробництво портландцементу таДо одержаної суміші додають воду в кількості ким способом являється дуже затратним з точки 30-35% від ваги суміші, або розчини NaOH та/або зору споживання топливно-енергетичних ресурсів КОН, та/або N32CO3, та/або Na2SO3, та/або K2SO3, із-за високого вмісту в ньому оксиду кальцію (75та/або СаБОз, причому співвідношення вказаних 80%), на утворення якої йде значна доля загальної речовин до продукту помелу становить 2-10мас.%. кількості енергії, яка затрачується при виробництві Автором доказано, що сукупність всіх ознак портландцементу винаходу дозволяє досягти указаного результату Виробництво портландцементу вносить значУ ВІДПОВІДНОСТІ зі способом, що заявляється, ний вклад в забруднення навколишнього середотермічну обробку сировинної суміші здійснюють вища, в першу чергу пиловими викидами. Крім при температурах, що досягають 1300-1500°С. В того, для добування глини та вапняку, основних процесі підвищення температури відбувається компонентів сировинної суміші для одержання розкпад вапняного компоненту на оксид кальцію портландцементу, використовуються кар'єри, які СаО та вуглекислий газ СОг- Потім, в результаті розростаються по мірі їх вироблення та захоплювзаємодії частинок мінеральної суміші з вуглецем, ють все нові та нові сільськогосподарські угіддя, починається процес відновлення заліза із оксидів, ціна яких постійно зростає. які знаходяться в мінеральній суміші. Задачею даного винаходу є розробка способу Коли температура досягне приблизно 1450°С, одержання гідравлічного в'яжучого, яке не поступочинається плавлення сировинної суміші. Необпається по основним показникам портландцеменхідність плавлення сировинної суміші викликана ту, шляхом зміни складу сировинної суміші та інтим, що в рідкій фазі процеси гомогенізації суміші тенсифікації процесу її теплової обробки, удоскопо хімічному складу проходять в декілька разів налення технологічного процесу, в результаті змескоріше, ніж в твердій фазі, і відповідно, присконшується споживання топливно-енергетичних рюється процес утворення нових мінеральних ресурсів, в цілому знижується енергоємність готосполук. Тим самим забезпечується більш висока вої продукції, зменшується забруднення навколиінтенсивність процесу переробки початкової суміші шнього середовища, підвищується його якість. в новий продукт. Поставлена задача вирішується таким чином, що в способі одержання гідравлічного в'яжучого, При підвищенні температури до 1800°С розщо включає приготування сировинної суміші, її плав стає більш рухомим При зниженні в'язкості термічну обробку та помел одержаного продукту, розплаву інтенсифікується процес відокремпення згідно винаходу сировинну суміш одержують, визалізовмісного продукту від мінеральної маси Находячи із наступного співвідношення в ній оксидів: явність частинок металу в масі розплаву не дає %SiO2+%CaO+%MgO+%AI2O3+%Fe2O3+%FeO=He можливості провести його грануляцію. Таким чименше 70%, після чого одержану суміш нагрівають ном, підвищення температури до 1800°С забезпев присутності відновника до температури 1300чує одержання кінцевого продукту більш високої 1500°С, потім одержаний розплав нагрівають до якості Одержаний при вказаній температурі залі1800°С та відокремлюють залізовмісний продукт, зовмісний продукт представляє собою феросиліохолоджують розплав до 1500°С, а помел здійсцій - суміш заліза з оксидами інших метапів, нанюють після грануляцм одержаного продукту, при приклад нікелю, хрому. Він ЯВЛЯЄТЬСЯ ЦІННОЮ сицьому в складі грануляту передбачають наступне ровиною для металургійної промисловості, і його співвідношення оксидів. реалізація позитивно відбивається на економічних (CaO+Mg0)/SiO2 0,5-1,7 показниках способу, що заявляється. AI2O3/S1O2 0,3-0,6 При зниженні температури розплаву до Крім того, автор вважає, що грануляцію роз1500°С відбувається часткова регенерація його плаву доцільно проводити будь-якими відомими теплової енергії, яка використовується в технолозасобами, наприклад водою, однак найбільш ефегічному процесі, наприклад для попереднього нактивним шляхом грануляції розплаву є застосугрівання сировинної суміші При цьому забезпечування для цього природного газу. Це дає можлиється економія топливно-енергетичних ресурсів, вість використати значну частину термічної енергії що позитивно відбивається на економічній ефекрозплаву для перетворення (конверсії) природного тивності способу, що заявляється газу у відновний газ, а не губити його, як це має Гранулювання розплаву дозволяє зберегти місце при гранупяцм водою. скловидну структуру одержаного продукту і його Одержаний в резупьтаті відновний газ викориприховану гідравлічну активність, яка губиться при стовують для відновлення оксидів заліза, які місповільному вистиганні розплаву та його кристалітяться в сировинній суміші, та одержання залізозації. вмісного продукту - феросиліцію - цінної сировини Одержаний гранулят піддають помелу до роздпя металургійної промисловості мірів частинок, які мають відповідну площу питоЯк відновник можуть бути використані відходи мої поверхні не менше 3000см2/г До продукту повуглезбагачення та низькосортове вугілля мелу добавляють дрібнодисперсний наповнювач, Одержаний в результаті грануляції розплаву в якості якого переважно використовують золошпродукт - гранулят піддають помелу, потім добавлакові відходи та золу вугільних теппових елект 35509 ростанціи, червоний шлам - відхід глиноземного виробництва. КІЛЬКІСТЬ добавленого наповнювача прямо пропорційна якості (активності) одержаного продукту помелу та визначається співвідношенням продукт помелу/наповнювач = 1:(0,1-2). При вмісті наповнювача менше, ніж 0,1 від ваги продукту помелу, активність одержуваного гідравлічного в'яжучого стає неоправдано завищеною, що збільшує його собівартість (внаслідок зменшення виходу) та звужує рамки можливого, ефективного з економічної точки зору, використання. При ВМІСТІ наповнювача в кількості більшій, ніж двократна вага продукту помелу, одержують в'яжуче зниженої активності, яке також має більш вузьку сферу застосування. Таким чином, приведені межі вмісту дрібнодисперсного наповнювача є оптимальними. В продукт помелу грануляту або його суміш з дрібнодисперсним наповнювачем добавляють звичайну воду в кількості 30-35% від ваги твердої суміші, або активний компонент, представлений розчинами речовин NaOH та/або КОН, та/або №гСОз, та/або Na2SCh, та/або K2SO3, та/або CaSO3, причому співвідношення вказаних речовин до продукту помелу складає 2-10мас.%. Спосіб, що заявляється, здійснюють наступним чином (фіг). Із бункерів 1, 2, 3 за допомогою відповідних живильників 4, 5, 6 та транспортеру 7 в змішувач 8 подають в необхідних співвідношеннях компоненти сировинної суміші, які містять оксиди SiCb, АІ2О3, CaO, MgO, РегОз, FeO. Як такі компоненти переважно використовують в певних поєднаннях відходи добування крейди або вапняку, золошлакові відходи або золу вугільних теплових електростанцій, низькосортове вугілля, відходи вуглезбагачення, червоний шлам - відхід глиноземного виробництва. Можуть бути використані також ІНШІ ВИДИ ВІДХОДІВ або промислових продуктів, які містять перераховані вище оксиди в указаному співвідношенні. Якщо кількість складових сировинної суміші більше трьох, відповідно збільшується КІЛЬКІСТЬ бункерів та дозаторів. При використанні низькосортового вугілля або відходів вуглезбагачення, органічна частина палива частково використовується як відновник. В змішувачі 8 компоненти старанно перемішуються. Із змішувача суміш безперервно подається в установку термічної обробки 9. Вказана установка має будь-яку відому конструкцію, яка дозволяє проводити плавлення мінеральної сировини. В установці 9 суміш поступово нагрівається до температури 1500°С. При температурі 1300°С закінчується розкладання вапняного компоненту з утворенням оксиду кальцію СаО та вуглекислого газу СО 2 . При досягненні температури 1500°С суміш починає плавитись і поступає у ванну 10. Дно ванни має невеликий нахил у напрямку від початку ванни до Ті КІНЦЯ Нахил призначений для того, щоб розплавлений метал стікав по дну ванни 10 в її саму нижню точку та накопичувався там. В передній частині ванни 10 розплав продувається високотемпературними продуктами згоряння органічного палива. Процес спалювання палива здійснюють при недостачі кисню, тому вказані продукти згоояння мають відновний потенціал. За иахунок цього при продуванні розплаву відбувається остаточне відновлення очсидів заліза, які містяться в мінеральному компоненті. Крім того, відбувається перемішування розплаву та його гомогенізація, що важливо для кінцевого продукту. В середній частині ванни 10 розплав нагрівається до температури 1800°С одним із відомих способів, наприклад електронагріванням за допомогою електродів 11. При цьому в'язкість розплаву різко знижується, ті частинки відновленого металу, які містяться в ньому, вільно опускаються на дно ванни 10. В задній частині ванни температура розплаву знижується до 1500°С за рахунок подачі до його поверхні холодного повітря. При цьому відбувається часткова регенерація теплової енергії розплаву. При досягненні поверхнею розплаву певного рівня, відбувається його витікання через злив 12 в установку 13 грануляції1 розплаву холодною водою. Розплавлений метал, що накопичується на дні ванни 10, періодично видаляється через злив 12 в спеціальні ємності, не показані на фіг. Однією ІЗ особливостей запропонованого способу являється те, що грануляція одержаного розплаву може здійснюватись будь-якими відомими засобами, наприклад водою, однак використання для цього природного газу найбільш доцільно з економічної1 точки зору, так як дає можливість утилізувати частину теплової енергії розплаву, що губиться при грануляції розплаву водою. При цьому відбувається з одного боку різке охолодження частинок розплаву, а з другого боку, перетворення (конверсія) природного газу у відновний газ. У випадку застосування природного газу для грануляції розплаву, процес грануляції організовується наступним чином. У верхній частині ванни, що містить розплав, за рахунок продування ЇЇ високотемпературними продуктами згоряння топливно-кисневої суміші, утворюється киплячий шар. Діаметр крапель розплаву, що виносяться із маси розплаву при Ті продуванні, вибирають, виходячи із необхідності забезпечення швидкості Ті охолодження, близької до швидкості охолодження при водяній грануляції. Для забезпечення вказаних умов димові гази при виході із зони продування повинні мати розраховану швидкість, рівну швидкості витання крапель розплаву певного діаметру. В потік диспергованого розплаву та димових газів, що надходять у верхню зону ванни, подають холодний природний газ для охолодження та грануляції розплаву. Така грануляція дозволить здійснити охолодження не тільки за рахунок контакту з холодним природним газом, але і за рахунок віднімання тепла в результаті ендотермічного ефекту реакцій взаємодії природного газу з високотемпературними продуктами згоряння, що виходять разом з диспергованим розплавом із зони продування. В результаті цієї взаємодії разом з гранулятом одержують гарячий відновний газ, близький за своїм хімічним складом до відновних газів високотемпературно! кисневої конверсії, що використовуються в доменному процесі як замінник коксу. Одержаний гранулят відправляють на склад 16, де він зберігається до моменту його використання на МІСЦІ виробництва або до завантаження v вагони 35509 8 та відправлення в інші регіони України. Клінкер, помогаю електродів 11. В цій частині ванни відбуякий використовують на МІСЦІ, подають в помельну вається повне розділення шлаку та відновленого установку 15, де його піддають помелу до тонкості металу (феросиліцію), який накопичується на дні зерна, яка відповідає питомій поверхні не менше ванни. Після ТОГО, ЯК температура шлаку знижу3000см2/г. В результаті одержують чисте гідравліється до 1500"С шлак через злив 12 в задній часчне в'яжуче, частина якого направляється в бункетині ванни 10 безперервно подається в установку ри зберігання 17, де воно знаходиться до моменту грануляції холодною водою 13. Розплавлений відйого використання. новлений метал періодично видаляється через злив 14 в ємності, не показані на малюнку. Із Другу частину одержаного чистого гідравлічно1000кг сировинної суміші одержують 36кг залізого в'яжучого направляють в змішувач 19, де до вмісного продукту у вигляді феросиліцію та 660кг нього із бункера 18 за допомогою дозатора 18а розплавленого шлаку. Після грануляції водою добавляють дрібнодисперсний наповнювач, переодержаний клінкер подають на помел в помельну важно золошлакові відходи, золу-винесення, відустановку 15, У відповідності з однією із особливовальну золу вугільних теплових електростанцій, стей запропонованого способу, одержаний клінкер червоний шлам - відхід глиноземного виробництва можуть використовувати в інших регіонах для одев кількості, яка необхідна для одержання змішаноржання гідравлічного в'яжучого по запропоноваго гідравлічного в'яжучого з розрахованими показному способу, або як активну мінеральну добавку никами механічних та фізико-хімічних властивоспри виробництві портландцементу на існуючих тей. Одержану суміш старанно перемішують та цементних заводах. В цьому випадку гранульоваотримують змішане гідравлічне в'яжуче. До одерний клінкер поступає на склад в ємності для зберіжаного змішаного гідравлічного в'яжучого добавгання 16, звідки потім вантажать у вагони. ляють із бункера 20 за допомогою дозатора 20а звичайну воду в кількості 30-35% від ваги змішаноВ результаті мокрого помелу клінкера до розго в'яжучого, або активний компонент в кількості мірів частинок, які характеризуються питомою вевід 2 до 10%. личиною вільної поверхні не менше 3000г/см2, одержують чисте гідравлічне в'яжуче в кількості Активними компонентами у відповідності з ви660кг наступного складу: находом являються розчини речовин NaOH, KOH, Na 2 CO 3 , Na2SO3, K2SO3, CaSO3. %: SiO2 - 41,5; СаО - 27,6; А! 2 О 3 - 25,4; MgO Готове до вживання змішане гідравлічне в'я0,5; решта 5,0. При цьому (CaO+MgO)/SiO2=0,7, a жуче грузять в бетоновози 21 та доставляють до AI2O3/SiO2=0,6. місця використання. Із помельної установки 15 розмелений клінкер Винахід пояснюється наступними прикладами безперервно подається в бункер 17, споряджений конкретного виконання. дозатором 17а. В бункері 18 з дозатором 18а знаходяться золошлакові відходи. Обидва компоненПриклад 1. ти в кількості; Готують сировинну суміш такого складу: Вапняк - 600кг (58,1% СаО ) Чисте гідравлічне в'яжуче 660кг Золошлакові відходи вугільних теплових елекЗолошлакові відходи 460кг тростанцій (Трипільскої ДРЕС) - 400кг, наступного подаються в змішувач 19, де готують змішане складу, %: SiO2 - 52,5; АІ 2 О 3 - 20,0; Fe2O3 - 9,5; гідравлічне в'яжуче в кількості 1120кг. До одержаFeO - 0,3; СаО - 3,3; MgO - 1,9; Na2O+K2O - 4,1; ного змішаного гідравлічного в'яжучого із ємності решта - 8,4. Втрати при пропалюванні 15,9%. При 20 за допомогою дозатора 20а подають 340кг розцьому сума оксидів, %: чину каустичної соди, яка містить 21кг NaOH. В результаті одержують змішане гідравлічне в'яжуSiO2+Ca0+MgO+AI203+Fe0+Fe2O3 дорівнювала че, яке характеризується наступними показниками 71,5%. міцності: Компоненти суміші із бункерів зберігання 1, 2 (фіг.) через відповідні дозатори 3, 4 за допомогою У віці 3 діб- 180кг/см2, транспортера 7 подають у змішувач 8, де суміш У віці 7 діб - 290кг/см2, гомогенізують. Одержана шихта безперервно заУ віці 28 діб - 403кг/см2, гружається в установку термічної обробки 9. Тут що відповідає портландцементу марки М400. шихта поступово нагрівається до температури Із змішувача готове змішане гідравлічне в'яжу1300°С. Нагрівання здійснюють високотемператуче подається до місця використання, наприклад за рними продуктами згоряння твердого пилевиднодопомогою бетоновозів 21. го, рідкого або газоподібного палива, що подаєтьПриклад 2 ся в установку за допомогою відповідних пальниГотують сировинну суміш, до складу якої вхоків. Розплавлений шлак поступає у ванну 10. Вандять на має невеликий нахил в одну сторону для Відходи вуглезбагачення із зольністю 80% можливості руху розплаву. В передній частині 820кг ванни 10 температура підтримується на рівні Негашене вапно - 180кг 1500°С за рахунок продування її високотемпераПри цьому сума оксидів, в %: турними продуктами згоряння органічного палива. Si0 2 +Ca0+Mg0+AI 2 0 3 +Fe0+Fe 2 0 3 дорівнювала Продування забезпечує перемішування розплаву 81,6%. та його подальшу гомогенізацію, та, отже, високу В результаті випалу та наступного плавлення ступінь однорідності хімічного складу одержаного одержують 40кг відновленого заліза та 780кг шлапотім грануляту. В середній частині ванни 10 темку наступного складу, %: SiO2 - 46,3; СаО - 23,1; пературу доводять до 1800°С будь-яким відомим АІ2Оз 19,3; оешта 11,3. При цьому способом, наприклад електронагріванням за до(CaO+MgO)/SiO2=0,5, а АІ2Оз/ЗіО2=0.4. 35509 10 Після помелу до вказаної кількості чистого гідSiO2 - 24,6; СаО - 33,1; АІ 2 О 3 - 14,2; МдО - 7,5 решравлічного в'яжучого добавляють 250кг розчину, та 20,6. який містить 35кг NaOH. В результаті одержують При цьому (CaO+MgO)/Si02=1,7, a гідравлічне в'яжуче, яке характеризується наступними показниками МІЦНОСТІ ; Після грануляції шлаку та його помелу до ньоУ віці 3 діб - 90кг/ш 2 , го додають 1300кг червоного шламу Суміш переУ віці 7 діб - 170кг/см2, мішують, потім додають до неї 680л чистої води. В У віці 28 діб - 304кг/см2, результаті одержують змішане гідравлічне в'яжущо відповідає портландцементу марки М300. че, яке характеризується наступними показниками Приклад З міцності; Готують сировинну суміш наступного складу. У віці 3 діб - 75кг/см2, 2 пісок 300кг У ВІЦІ 7 діб- 180кг/см , вапняк 200кг Увщі28діб-310кг/см 2 , червоний шлам Миколаївського що відповідає портландцементу марки М300 глиноземного заводу 500кг. із змішувача готове змішане гідравлічне в'яжуПри цьому сума оксидів, %: че подається до місця використання, наприклад за ЄіО2+Са0+МдО+АІ20з+Ре0+Ре20з дорівнювала допомогою бетоновозів 21. 84,1%. Таким чином спосіб, що заявляється, дозволяє Із 100кг сировинної суміші одержують 210кг знизити енергоємність готової продукції, підвищизалізовмісного продукту у вигляді феросиліцію та ти якість одержаного в'яжучого та значно зменши650кг розплавленого шлаку наступного складу %: ти забруднення навколишнього середовища. Фіг. Комп'ютерна верстка О. Гапоненко Підписне Тираж 39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м. Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Сім'ї Хохлових, 15, м. Київ, 04119