2015-07-14
388
Глиноземний цемент представляє собою швидкотверднучу гідравлічну в’яжучу речовину, отриману тонким подрібненням випаленої до плавлення або спікання сировинної суміші, складеної з бокситів і вапняків та розрахованої на отримання в готовому продукті низькоосновних алюмінатів кальцію.
Головними оксидами глиноземного цементу є: Al2O3 (30–50 мас. %), CaO (35–45 мас. %), SiO2 (5–15 мас. %) і Fe2O3 (5–15 мас. %). Оксиди магнію, натрію, калію, діоксид титану та сірчаний ангідрид є другорядними компонентами глиноземного цементу і присутні в його складі як випадкові домішки.
Мінеральний склад глиноземного цементу представлений в основному такими сполуками: CaO×Al2O3, 12CaO×7Al2O3, CaO×2Al2O3, 2CaO×Al2O3× SiO2.
Сировиною для виробництва глиноземного цементу є боксити та вапняки. Відомі досліди застосування для виробництва глиноземного цементу каолініту, алуніту, відходів глиноземного виробництва та інших матеріалів.
Бокситаминазивають гірські породи, які складаються із гідратів оксиду алюмінію і містять як домішки глинисті речовини, кварцвмісні породи, гідроксид заліза та ін. Боксити за структурою є механічною сумішшю колоїдних оксидів алюмінію, заліза, кремнію та титану, які адсорбували у різних кількостях воду. Алюміній при цьому утворює беміт γ-Аl2О3·Н2О, діаспор α-Аl2О3·Н2О, гідраргіліт γ-Аl2О3·3Н2О і гібсит, а залізо – гетит Fe2О3·Н2О і гематит. Діоксид титану у складі бокситу знаходиться у вигляді гідроксиду мінералу перовскіту; кремнезем – у вигляді зерен кварцу, гелю кремнієвої кислоти й у складі глинистих мінералів у вигляді алофану, каолініту, галуазиту. Вміст глинозему в бокситах може досягати 70 мас. %. За хімічним складом боксити неоднорідні, вміст окремих оксидів коливається у межах, мас. %: 30¸75 Аl2О3; 2¸20 SiО2; 2¸40 Fe2О3; 0¸5 ТiО2 та 10¸25 зв’язаної води. Питома вага бокситів дорівнює 2200¸2300 кг/м3, твердість 2¸6 за шкалою Мооса; температура плавлення 1650¸1900 оС.
Придатність бокситів для виробництва глиноземного цементу оцінюється за вмістом оксиду алюмінію і характеризується коефіцієнтом якості, що представляє собою співвідношення вмісту (ваг. %) оксиду алюмінію до оксиду заліза. Величина коефіцієнта якості у бокситів, що використовуються для виробництва глиноземних цементів, може сягати 9. Крім дефіцитних бокситів, для виробництва глиноземного цементу можна застосовувати відвальні шлаки алюмінотермічного виробництва феросплавів, а також шлаки вторинної переплавки алюмінію та його сплавів, відходи відпрацьованих каталізаторів з високим вмістом оксиду алюмінію. Для виробництва високоглиноземного та особливо чистого високоглиноземного цементів застосовують чистий глинозем різних марок.
До вапняку, що застосовується для виробництва глиноземного цементу, не висувається якихось особливих вимог, окрім обмеження вмісту SiО2 до
1,5 мас. % і МgО до 2,0 мас. %.
Хімічний склад найбільш поширених сировинних матеріалів для виробництва глиноземного цементу наведений у таблиці 1.5 додатка 1.
Проблема розрахунку сировинних сумішей для отримання глиноземного цементу ускладнюється тим, що до теперішнього часу дослідники не дійшли однозначного висновку про його оптимальний мінералогічний склад. Т. Паркер зробив спробу вивести розрахункові формули для складання сировинних сумішей, виходячи з рівнянь кривих на діаграмі складу СаО–Аl2О3–SiО2–Fe2О3–МgО.
При розрахунках складу сировинної шихти для виробництва глиноземного цементу в теперішній час користуються приблизною емпіричною формулою:
(2.22)
ПРИКЛАД РОЗРАХУНКУ
Хімічний склад вихідних компонентів наведено в таблиці 2.8.
У даному випадку при перерахунку на суму, що дорівнює 100 %, значення коефіцієнта k були такими:
k 1 = 100/100,02=0,9998;
k 2 = 100/102,74=0,9733.
Таблиця 2.8 – Хімічний склад вихідних матеріалів
| Матеріали | Вміст компонентів, мас.% | Сума | ||||||
| Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO | ТіО2 | в.п.п. | ||
| 1-й компонент вапняк | 2,84 | 1,13 | 1,09 | 51,20 | 1,58 | – | 42,18 | 100,02 |
| 2-й компонент боксит | 70,84 | 10,18 | 8,44 | – | – | 1,13 | 12,15 | 102,74 |
| У перерахунку на 100 % | ||||||||
| 1-й компонент вапняк | 2,84 | 1,13 | 1,09 | 51,19 | 1,58 | – | 42,17 | 100,00 |
| 2-й компонент боксит | 68,95 | 9,91 | 8,21 | – | – | 1,10 | 11,83 | 100,00 |
Визначаємо співвідношення між двома сировинними компонентами за формулою (2.22):
Таким чином, на одну вагову частину вапняку припадає 1,29 вагових частин бокситу. Сировинна суміш буде складатись із 43,67 % вапняку (1-й компонент) та 56,33 % бокситу (2-й компонент).
Розраховуємо хімічний склад сировинної суміші та клінкеру, результати розрахунків заносимо до таблиці 2.9.
Склад клінкеру визначаємо шляхом перерахунку складу сировинної суміші на випалену речовину. Для зручності розрахунку складу клінкеру рекомендується замість ділення значення кожного оксиду на суму всіх оксидів та множення на 100 помножити кількість кожного оксиду на коефіцієнт k:
Таблиця 2.9 – Розрахунок хімічного складу сировинної суміші та клінкеру
| Матеріали | Вміст компонентів, мас.% | Сума | ||||||
| Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO | ТіО2 | в.п.п. | ||
| Вапняк (43,67%) | 1,24 | 0,49 | 0,48 | 22,35 | 0,69 | – | 18,42 | 43,67 |
| Боксит (56,33 % | 38,84 | 5,58 | 4,63 | – | – | 0,62 | 6,66 | 56,33 |
| Сировинна суміш | 40,08 | 6,07 | 5,11 | 22,35 | 0,69 | 0,62 | 25,08 | 100,00 |
| Клінкер | 53,50 | 8,10 | 6,82 | 29,83 | 0,92 | 0,83 | – | 100,00 |
Крім цього, працівники промисловості дотримуються вимог технологічних карт про допустимий вміст SiO2, ТіО2, MgO та оптимальний коефіцієнт якості бокситу, який дорівнює 5¸7, а також підбирають такі умови технологічного процесу, які забезпечують високу якість глиноземного цементу.
ЗАДАЧІ ДЛЯ ПРАКТИКИ
Хімічний склад основних сировинних матеріалів для виконання розрахунків наведений у таблиці 1.5 додатка 12.
1. Розрахувати двокомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,8.
2. Розрахувати двокомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,84.
3. Розрахувати двокомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,85.
4. Розрахувати двокомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,79.
5. Розрахувати двокомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,9.
6. Розрахувати трикомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,85; n = 2,2.
7. Розрахувати трикомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,83; n = 2,4.
8. Розрахувати трикомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,81; n = 2,3.
9. Розрахувати трикомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,88; n = 2,2.
10. Розрахувати трикомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,9; n = 2,4.
11. Розрахувати трикомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,81; n = 2,4.
12. Розрахувати трикомпонентну сировинну суміш для отримання портландцементного клінкеру з урахуванням КН = 0,79; n = 2,4.
13. Розрахувати сировинну суміш для отримання клінкеру глиноземного цементу на основі технічного глинозему і крейди.
14. Розрахувати сировинну суміш для отримання клінкеру глиноземного цементу на основі бокситу з Італії та вапняку.
15. Розрахувати сировинну суміш для отримання клінкеру глиноземного цементу на основі бокситу з США та вапняку.
16. Розрахувати сировинну суміш для отримання клінкеру глиноземного цементу на основі бокситу з Німеччини та крейди.
