Способ получения цементного клинкера

.В. Клочков,кики Ю.П.Лукош ин Неоднородние сырьевых У 12, с. 12 и др. отовл Я ЦЕМЕНТНОГО(54) СПОСОБ ПКЛИНКЕРА Изобр енности муществ линкера повышенной ктивности до 55-60 тносится к промышльных материалов,п роизводству цемент ен равлическо рЕстрои нно к МПа за счет дос еского состояни нижении расхода тигнутого кристалсиликатных фаз пртоплива на 2 Ж. кер изо ства ного кли Целью ние каче лива. В заввышетоптения являетсяснижение расход природы карбона симо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР НИЕ ИЗОБР(56) Полищук Э,Р,ность сырья и пригсмесей. - Цемент, 1985 ного компонента уменьшение объема элементарной ячейки СаСОз от 367,1000Оэдо 366,5090 А закономерно изменяет условия спекания сырьевых смесей в зоне декарбонизации и смещает фронт реакций диссоциации карбоната кальция в более высокотемпературную область. Такие изменения позволяют целенаправленно вести компоновку смесей и воздействовать на область твердо- фазовых реакций белитообразования и дальнейший жидкофазный синтез кристаллов алита в присутствии расплава, дно обеспечивает условия получения(57) Изобретение относится к промьппленности строительных материалов,преимущественно к производству цементного клинкера. Целью изобретения является повышение качества и снижениерасхода топлива. В способе полученияцементного клинкера, заключающемся вприготовлении сырьевой смеси и ее обжиге, при приготовлении смеси используют карбонатный компонент с изменением объема элементаоной ячейки кристаллической структуры СаСОз, не превышающим 0,1 А. Активность клинкерасоставляет 57,2-60,5 МПа, расход топлива 983. 2 табл. При этом рентгеноструктурными и промышленными исследованиями выявлено что если в сырьевой смеси одинакового химико-минералогического состава используют карбонатные компоненты с изменением объема элементарной ячейки кристаллической структуры СаСОз,юзпревышающим 0,1 А, то на печах наблюдается изменение режима спекания, выраженное в уменьшении длины эоны высокотемпературных реакций, что снижает стабильность режима обжига и требует периодического увеличения расхода топлива для поддержания условий формирования клинкера высокого ка чества.Следовательно, предлагаемый способ получения цементного клинкера, учитывающий объем элементарной ячейки кристаллической структуры СаСО, изменение которого поддерживается в преОэделах не более 0,1 А , позволяет стабилизировать физико-химические свойства смеси и режим обжига на уровне, обеспечивающем получение клинкера по вышенной гидравлической активностипри экономичном использовании топлива.Способ получения цементного клинкера повьшенной гидравлической активности разработан в лабораторных усло виях на различных вариантах сырьевых смесей при изменении карбонатных компонентов и испытан в промышленных условиях.В производстве клинкера используют 20 известняки, представленные четырьмя главными разновидностями: темными и светлыми мелкокристаллическими, светлыми частично мраморизованными и извест яками карста. По колебаниям хи мического состава данные разновидности известняков практически не различаются.По методике рентгеноструктурногоанализа для всех разновидностей известняков определены кристаллографические параметры а и с, по которым рассчитывают объем элементарной ячейкикристаллической структуры СаСО. Вкачестве внутреннего эталона при рентгеновской съемке используют чистый35металлический кремний. Параметр аопределяют по дифрактометрическомумаксимуму 4 10 и 300, Параметр с определяют по максимумам 3.0.12 и 0.0.12.40Точность определения параметра ао осоставляет +0,0005 А с+0,0002 А.Объем элементарной ячейки структурыСаСО рассчитывают по формуле Ча с здп 60Рентгеновским методом установлено,что изменение объема элементарнойячейки СаСО характерно для карбонатных пород даже одного вида месторождения и зависит от специфики микро 50примесного состава и генетическихособенностей формирования структурыкальцита. При последовательном переходе известняков от закарстЬванныхили частично мраморизованных к светлым и темным мелкокристаллическим, разновидностям наблюдается снижениеобъема элементарной ячейки СаСО ото367,0854 до 366,5091 А,В табл. 1 представлены пределы колебаний параметров и объема структуры СаСОэ по каждому из видов известняков,Из данных табл. 1 следует, что изменение объема элементарной ячейки кристаллической структуры СаСОэ характерно для каждого из видов известняков и при последовательном переходе от темных мелкокристаллических к известнякам карста фиксируется увеличение объема элементарной ячейки СаСОЗ от 366,5091 до 367,0854 А . При этом внутри каждой разновидности извес.тняков наблюдаются свои изменения объема ячейки кристаллической структуры СаСОд. Например, внутри светлых мелкокристаллических известняков объем элементарной ячейки СаСОз изменяется от 366 6881 до 366,7244 А и составит 0,1 А. При переходе к известнякам карста объем элементарной ячейки кристаллической структурыа СаСО увеличивается до 367,0854 А и увеличиваются колебания его объема до 0,2-0,3При переходе от частично закарсто ванных известняков к светлым и темныммелкокристаллическим известнякам и при разных остальных характеристиках смесей зафиксированное снижение объема элементарной ячейки СаСО приводит к повышению стабильности режима обжига, выраженному в равномерности продвижения слоя материала вдоль печи и последовательному повышению гидравлической активности клинкера от 51 до 60 МПа.Для выяснения предела влияния разновидностей известняков на режим обжига и качество клинкера готовят смеси с преимущественным использованием одного вида известняка и последовательном добавлением известняков другой кристаллической структуры при постоянных значениях параметров КН=0,92+0,01, п=2,0+0,1, р=1,2+0,1 и тонкости помола по остатку на сите У О, 23,07. В кажцой из смесей определяют экспериментальную энергию активации (Ед)СаСО по известному способу. Обжиг смесей осуществляют на печах 4,5 х 170 м.Поскольку на заводе используют преимущественно темные и светлые известняки, смеси 1-2 готовят с применением темных мелкокристаллических известняков, в которых объем элементарной ячейки СаСОэ изменяется от 366,600 до 366,650 А", что составляет для каждой смеси изменение объема элементарной ячейки в пределах5 0,01 и 0,05 А . Смесь 3 готовят с применением темных мелкокристаллических извесотняков с объемом ячейки 366,600 А с добавлением светлых и частично закарстованных известняков 10 с объемом ячейки 366,6880 и 366,7261 А до изменения объема элементарнойо ячейки СаСО не более 0,1 А . Смеси, 4-5 составляют с применением темныхо(объем ячейки 366,60000 А )и добавле-" 15 нием мраморизованных и частично закарстованных известняков с объемом ячейки 366,8620 и 367,0854 А до изменения объема элементарной ячейки кристаллической сотруктуры СаСО не 20 более 0,2 и 0,3 А . Смеси 4-5 по изменению объема элементарной ячейки СаСОэ находятся за пределами предлагаемого способа. Смесь 6 готовят по известному способу с применением темных, 25 светлых и закарстованных известняков. При этом при стремлении к снижению значения экспериментальной энергии активации менее 43,2 ккал/моль стабилизировать колебания объема элементарной ячейки СаСОз в смеси 6 менеео0,2 А не удается.При составлении смесей установлено, что при работе по обычной технологической схеме или по известному35 способу с применением темных и светлых известняков и добавлением мраморизованных и частично закарстованных изменение объема элементарной ячейки кристаллической структуры СаСО в 40 пределах не более 0,1 А обеспечивается количеством известняков, которое может изменяться от 50 до 15 мас.7 по каждой из разновидности.Результаты испытаний приведены в табл. 2.По результатам испытаний установлены допустимые пределы изменения объема кристаллической структуры карбонатного компонента в сырьевых смесях. Изменение объема элементарной ячейки кристаллической структуры СаСОз не более 0,1 А (примеры 1-3)омаксимально обеспечивает тепловую55 стабилизацию режима обжига и положение зоны спекания, что позволяет получить клинкер с гидравлической активностью 57-60,5 МПа при пониженном расходе топлива. Из данных табл. 2 видно, что применение в сырьевых смесях известняков как в чистом виде, так и при их совместном использовании характеризуется произвольным изменением экспериментальной энергии активации (Еа) от 42,4 до 49,4 ккал/моль и гидравлической активности клинкера от 52,5 до 60,5 МПа. При этом при колебании гидравлической активности клинкера от 52,5 до 60,1 МПа (примеры 2 и 5) возможно минимальное изменение экспериментальной энергии активации ст 43,2 до 43,5 ккал/моль, что не позволяет осуществить оптимизацию технологических параметров, направленных на повышение активности клинкера и снижение расхода топлива. Полученные клинкера по известному способу (смесь 6) с экспериментальной энергией активации Е = 43,2 ккал/моль не превышают по гидравлической активности 54,2 МПа и требуют по сравнению с предлагаемым способом увеличения расхода топлива на 17.Применение в сырьевых смесях известняков с изменением объема элементарной ячейки кристаллическойаструктуры СаСО свыше 0,1 А , находящимся за пределами предлагаемого способа (пример 4-5), также ухудшают условия обжига и приводит к ухудшению подготовки материала в зоне декарбонизации и уменьшению длины зоны спекания. Такие изменения в режиме работы печи требуют периодического увеличения расхода топлива и снижают гидравлическую активность клинкера от 60 до 52 МПа.Таким образом, предлагаемый способ получения цементного клинкера, предусматривающий стабилизацию в смеси карбонатного компонента с колебаниями объема элементарной ячейки кристаллической структуры СаСО, не преовышающем 0,1 А , позволяет повысить однородность приготовления смеси и улучшить ее спекаемость, обеспечивающую повышение гидравлической активности клинкера на 5-8 МПа при сни. жении расхода топлова на его обжигдо 2 Е. ФормулаСпособ получения цементного клинкера, включающий приготовление смеси из карбонатного и глинистого компонентов заданного химико-минералоизобретения1530594 гического состава, ее обжиг, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения качества клинкера и сиижения смеси используют карбонатный компонент с изменением объема элементарной ячейки кристаллической структуры СаСО, не превышающим О,1 А.Та блица 1 ния расхода топлива, для приготовле 5 Объем Карбонатныйкомпонент Смесь араметры структуры СаСО, А элементарной ячейкио СаСО 9, А 366,5091 366;7052 366,6881 366,7244 366,7263 366,8620 4,9834 4,9848 4,9842 4,9852 4,9853 4,9859 Темный Светлый 366,7285 367,0854 17,0267 17,0380 4, 9850 4,9878 Т а блица 2 Гидравлическая акРасход Предел колебаний объема ячейки СаСО,Смесь кспери- ентальтопли ва, 7 тивност ная энергия активации (Еа) СаСОз, ккал/моль клинкерачерез28 сут,МПа 0,0 0,0 1(изве- стная Составитель А. Кулабу Техред М, Ходанич ваКорректор И.,Муск гулич едакт Заказ 7860/25 Тираж 591 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5