CC BY
25ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Ломаченко Д. В., канд. техн. наук, ст. преп., Шаповалов Н. А., д-р техн. наук, проф., Яшуркаева Л. И., канд. техн. наук, доц.
Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ СУШКИ НА СТЕПЕНЬ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ШЛАКА КАК АКТИВНОЙ МИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКИ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ЦЕМЕНТА
В работе рассматривается влияние различных режимов сушки доменного гранулированного шлака на процесс его измельчения и получения композиционных цементов. Установлены закономерности сушки шлака и его свойствами к измельчению, а именно что некоторое увеличение температуры сушки наряду с использованием интенсифицирующих добавок может оказывать положительное влияние на процессы помола как шлака, так и композиционных цементов на его основе.
Ключевые слова: композиционный цемент, шлак, помол цемента._
Использование активных минеральных добавок позволяет решать несколько важных задач в современной промышленности строительных материалов. Введение активных минеральных добавок при измельчении цемента позволяет снизить себестоимость готового продукта и наряду с этим способствует улучшению экологической ситуации. Одной из наиболее распространенных активных минеральных добавок является доменный гранулированный шлак [1-3].
На заводах по производству цемента, где в качестве активной минеральной добавки используется доменный гранулированный шлак, который перед подачей подвергается сушке. Его сушка производится в сушильных агрегатов различного типа, однако преимущественно в сушилках кипящего слоя и барабанных сушилках. В барабанных сушилках процесс сушилках процесс сушки длится сравнительно долго 30-40 минут, однако температура сушки при этом является сравнительно небольшой при использовании воздуха сушильного агента (110-200 °С). В случае если необходимо повысить температуру сушки, то в качестве сушильного агента применяют продукты сгорания топлива или отходящие газы для достижения подходящей температуры. Использование сушилок кипящего слоя позволяет сократить время сушки шлака до нескольких минут.
В работе проводилась оценка влияния режимов сушки шлаков ОАО «Азовсталь» с последующим их измельчением вместе с порт-ландцементным клинкером ЗАО «Белгородский цемент» в количестве 20, 30 и 40% соответственно.
Первоначально материал подвергался сушке в барабанной сушилке: с температурами 100, 120 и 500 °С.
После чего высушенный материал подавался в лабораторную шаровую мельницу, где подвергался измельчению при постоянном времени. Результаты исследований представлены в табл. 1.
Таблица 1
Влияние температуры сушки на степень
измельчения шлака ОАО «Азовсталь»,
Температура, °С 100 150 500
Удельная поверхность, м2/кг 2586 2647 2842
Из таблицы видно, что режим сушки может оказывать некоторое влияние на процессы измельчения материала, поскольку данные по степени измельчения отличаются. Так, шлак, высушенный при температуре 500 °С, размалывается легче по сравнению с образцами шлака, высушенными при более низких температурах. При этом увеличение удельной поверхности шлака высушенного при более высокой температуре составляет около 10% для образца шлака ОАО «Азовсталь», что не позволяет говорить о значительной эффективности такого метода сушки.
В дальнейшем образцы шлака, высушенные при разных температурах, подвергали измельчению с использованием двух добавок, которые широко используются в качестве интенсифика-торов помола ЛСТ и С-3 [4]. Добавка С-3 вводилась в количестве 0,06, а ЛСТ 0,1%, поскольку некоторые исследования показывают, что данные количества являются оптимальными для введения добавок-интенсификаторов [5-6].
Таблица 2 Влияние температуры сушки шлака на степень измельчения шлака с добавкой
Температура, °С Удельная поверхность, м2/кг
Добавка С-3 Добавка ЛСТ
100 271,2 261,2
150 284,7 279,1
500 311,7 292,7
Как видно из таблицы использование добавок позволяет интенсифицировать процесс помола всех образцов шлака. При этом использование С-3 представляется более эффективным, поскольку увеличение удельной поверхности шлака, высушенного при разных температурах, колеблется в пределах 7-20% по сравнению с измельченным образцом шлака. Для ЛСТ данные значения составляют 4-8%. При этом следует отметить значительное увеличение способности к измельчению при использовании добавки С-3 со шлаком, который был подвергнут сушке при температуре 500 °С. Данные значения могут быть объяснены тем, что повышение температуры сушки до 500 °С и более может вызывать образование зародышей кристаллов, что в дальнейшем может приводить к появлению микродефектов в стекловидных частицах шлака. Кроме этого при увеличении степени кристаллизации вторичное агрегирование уменьшается из-за снижения поверхностной энергии. Измеренные методом наименьшего давления пузырька воз-
духа значения поверхностного натяжения, позволяют говорить о том, что добавка С-3 в большей степени снижает поверхностное натяжение, и следовательно является более поверхностно-активной по сравнению с ЛСТ. Рассчитанные значения поверхностного натяжения на границе раздела раствор-газ, позволили рассчитать по уравнению Юнга работу смачивания(^м), величина которой характеризует поверхностную активность на границе раздела раствор-твердое тело [7]. Значения поверхностной активности на разных границах раздела фаз представлены на рис.2.
Использование добавки С-3 и повышенной температуры сушки позволяет добиться синер-гетического эффекта. Повышение температуры сушки способствует увеличению микродефектов, а введение добавки, обладающей значительной поверхностной активностью приводит к увеличению расклинивающему действию в микротрещинах и микродефектах структуры шлака. При этом добавка обладая высокопроникающей способностью, препятствует слипанию частиц, что также приводит к значительной интенсификации процесса помола шлака.
Далее при использовании добавки С-3, был проведен помол цемента с добавкой шлака, высушенного при температурах 100, 150 и 500, в количестве 20% от массы цемента исходя из ГОСТ 10178-85(табл.3).
Таблица 3
Размолоспособность цемента с добавкой шлака, высушенного при разных температурах
т, Количество добавки С-3, % Количество добавки ЛСТ, %
Остаток на сите 008, Удельная Остаток на сите 008, Удельная
% поверхность, м2/кг % поверхность, м2/кг
100 89,1 2712,6 88,3 2611,1
150 89,6 2847,9 88,9 2791,3
500 90,2 3118,7 89,3 2927,6
Из данных таблицы следует что использование добавки С-3, а также увеличение температуры шлака позволяет добиться, значительного увеличения размолоспособности цемента с добавкой шлака, так как помимо шлака, использование добавки позволяет интенсифицировать
процесс помола цемента, который является более легкоразмалываемым материалом по сравнению со шлаком. Далее при постоянном во-доцементном соотношении и удельной поверх-
ности равной 300-320 м /кг цементы были испытаны на прочность в возрасте 28 суток (табл. 4).
Таблица 4
Прочность на сжатие цементов, МПа, с добавкой шлака высушенного при разных
т, Цемент без добавки-интенсификатора Цемент с С-3 Цемент с ЛСТ
100 40,0 42,6 41,3
150 42,3 45,9 44,6
500 43,1 48,3 46,2
Использование режима сушки при более высокой температуре позволяет добиться увеличения прочности цемента на 7-9%, а использо-
вание добавки С-3, увеличивает суммарную прочность цемента более чем на 20%. При этом увеличение температуры сушки шлака на 50 °С
(от 100 до 150 °С) также позволяет увеличить прочность цемента с активной минеральной добавкой на 12%.
Таким образом, использование различных режимов сушки доменного гранулированного шлака ОАО «Азовсталь» позволяет оказывать влияние как на повышение размолоспособности материала, так и на физико-механические свойства получаемых композиционных цементов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Классен В.К., Борисов И.Н., Мануйлов В.Е. Техногенные материалы в производстве цемента / Международный журнал экспериментального образования. 2010. № 10. С. 80-81
2. Рахимбаев Ш.М. О перспективах повышения качества и экономических показателей строительных материалов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2008. №7. С. 16-17.
3. Классен В.К. Энерго-ресурсосбережение в производстве цемента // Современные наукоемкие технологии. 2004. №1. С. 31.
4. Измельчение цемента с добавками на основе отходов производства органического синтеза / Д.В. Ломаченко, Н.А. Шаповалов, Л.И. Яшуркаева, А. А. Гребенюк // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. №1. С. 118120.
5. Шаповалов Н.А., Ломаченко Д.В. Получение композиционных цементов с использованием интенсифицирующей добавки // Фундаментальные исследования. 2013. №4-1. С. 71-74.
6. Рахимбаев Ш.М., Яшуркаева Л.И., Мосьпан В. И. Отходы обогащения железных руд КМА - сырье для производства цемента: монография. Белгород: изд-во БГТУ. 2012. 164 с.
7. Ломаченко Д.В, Кудеярова Н.П.. Влияние поверхностно-активных свойств добавок на размолоспособность портландцементного клинкера // Строительные материалы. 2010. №8. С. 58-59.
