Рассмотрим технологический процесс производства глиноземистого цемента способом спекания подробнее.

Введение

Цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для изготовления бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют его на крупных механизированных и автоматизированных заводах.

Глиноземистый цемент – быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината кальция.

Внешние параметры глиноземистого цемента – это тонкий порошок серо-зеленого, коричневого или черного цвета.

Основными потребителями глиноземистого цемента являются предприятия топливно-энергетического комплекса, черной и цветной металлургии, строительных комплексов оборонного значения.

Номенклатура продукции

ГОСТ 11052 – 74 - Настоящий стандарт распространяется на гипсоглиноземистый расширяющейся цемент, представляющий собой смесь тонко измельченных высокоглиноземистых доменных шлаков и природного двуводного гипса.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент предназначен для изготовления расширяющихся, безусадочных, водонепроницаемых бетонов и растворов, применяемых при замоноличивании стыков конструкций и заделке раковин в бетоне, для гидроизоляции стыков сборной обделки тоннелей при водопритоке через швы, для зачеканки раструбов стыковых соединений труб, рассчитанных на рабочее давление до 10 ати (1 МПа), создаваемое в трубе через 24 ч после замоноличивания, при строительстве перемычек в емкостях для хранения топлива и других аналогичных целей.

Начало схватывания должно наступить не ранее 10 мин, а конец - не позднее 4 ч от начала затворения.

Допускается для замедления сроков схватывания введение до 1% специальных добавок от массы цемента, не ухудшающих его свойств, в тех случаях, когда по соглашению между заводом-изготовителем и потребителем могут быть приняты другие сроки схватывания, а также до 1 % от массы цемента специальных добавок для облегчения процесса помола.

Тонкость помола должна быть такой, чтобы при просеивании цемента сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТ 3584-73 проходило не менее 90% массы пробы.

Глиноземистый цемент характеризуется пониженной способностью к деформации в связи с крупнокристаллической структурой формирующегося цементного камня.

Основные свойства глиноземистого цемента:

· Быстрое нарастание прочности в раннем возрасте;

· При твердении бетона на глиноземистом цементе выделяется большое количество тепла, что позволяет использовать эти бетоны при отрицательных температурах до -10 градусов без подогрева

· Глиноземистый цемент имеет повышенную плотность цементного камня,что определяет большую устойчивость бетона против всех видов агрессивных жидкостей и газов по сравнению с бетоном на ПЦ;

· Глиноземистый цемент по сравнению с ПЦ является более огнестойким и термически устойчивым материалом.

Глиноземистый цемент по прочности (ГОСТ 969—77) разделяют на марки 400, 500 и 600.

Свойства глиноземистого цемента

Плотность глиноземистого цемента в рыхлом состоянии - 850 -1100 кг/м3

Истинная плотность глиноземистого цемента 3100 — 3300 кг/м3

в уплотненном — 1600—1800 кг/м3

Водопотребность глиноземистого цемента при получении теста нормальной густоты 24—28 %

Начало схватывания теста должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее 10 ч. Обычно же начало и конец схватывания наступают соответственно через 1 — 1,5 и 4—6 ч. При необходимости замедлить схватывание применяют хлористые натрий и кальций, буру и др. Ускоряют схватывание введением небольших добавок извести, портландцемента и др.

Цемент при твердении образцов в воде в течение 28 суток должен меняться в объеме равномерно.

Бетоны на глиноземистом цементе более морозостойки, чем на обыкновенном портландцементе, что обусловливается в большей мере повышенной плотностью цементного камня.

Характеристика сырьевых материалов

Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и чистые известняки.

Чистые известняки

Чистый известняк состоит только из кальцита (редко с небольшим содержанием другой формы карбоната кальция – арагонита).

Бокситы

Бокситы — алюминиевая руда, состоящая из гидроксидов алюминия, оксидов железа и кремния, сырье для получения глинозема и глиноземосодержащих огнеупоров. Содержание глинозема в промышленных бокситах колеблется от 40% до 60% и выше. Используется также в качестве флюса в черной металлургии.

Основной химический компонент боксита - глинозем (Al2O3) (28 - 80%). Постоянная составная часть - окись железа (FeзOз). Наиболее вредная примесь - кремнезем (SiO2).

Из других примесей встречаются: двуокись титана (TiO2), окись кальция (CaO), окись магния (MgO), окись марганца (MnO), пятиокись фосфора(P2O5) и др.

Физические свойства:
а) цвет: красный различного оттенка (от розового до темно-красного) и серый (от зеленовато-серого до темно-серого, почти черного),
б) твердость наиболее плотных разновидностей по минералогической шкале до 6,
в) плотность: в зависимости от содержания окиси железа колеблется в пределах 2900-3500 кг/м3,
г) степень прозрачности: непрозрачен.

В зависимости от природы породообразующего минерала выделяются 3 группы бокситов:
1. моногидратные, содержащие глинозем в одноводной форме (диаспор, бемит),
2. тригидратные, содержащие глинозем в трехводной форме (гиббсит),
3. смешанные, в которых сочетаются обе формы.

Технологическая часть

Описание технологического процесса и его схема

Глиноземистый цемент получается двумя способами: плавлением или спеканием соответствующих сырьевых смесей. Выбор того или другого способа зависит в основном от химического состава боксита и тапа применяемого теплового агрегата. Например, при использовании богатого железом боксита не может быть применен метод спекания вследствие близости температур спекания и плавления шихты, что неизбежно приведет к расплавлению части материала в печи и расстройству ее работы.

Из одного и той же сырьевой смеси при разных способах производства получают глиноземистые цементы различного минерального состава.

Производство глиноземистого цемента способом плавления получило более широкое распространение, чем производство его по способу спекания. Обусловлено это присутствием в большинстве бокситов окиси железа и других легкоплавких примесей, приближающих температуру плавления шихты к температуре ее спекания и тем самым затрудняющих практическое осуществление процесса спекания. При производстве цемента способом плавления исключается необходимость в очень тонком помоле сырьевых компонентов и создаются условия для удаления из его состава части железа и кремнезема в виде чугуна и ферросилиция.
Сущность способа спекания заключается в получении твердых алюминатов путем их спекания при высоких (~ 1300 °С) температурах и в последующем выщелачивании полученного спека.

Рассмотрим технологический процесс производства глиноземистого цемента способом спекания подробнее.

Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и чистые известняки.

Непригодны для обжига методом спекания бокситы с высоким содержанием окислов железа и кремнекислоты. В соответствии с требованиями к сухому способу производства необходима сушка боксита. Боксит и в состоянии естественной влажности, и даже с известняком, трудно измельчается.

Подготовка к спеканию. Боксит и известняк после дробления измельчают в мельницах в среде оборотного содового раствора с добавкой свежей соды Na2CO3, получая пульпу с влажностью 40%. Спекание ведут в отапливаемых трубчатых вращающихся печах диаметром до 5 и длиной до 185 м. Температура в печи повышается от 200—300 °С в месте подачи пульпы до ~ 1300 °С в разгрузочном конце у горелки. При нагреве оксид алюминия превращается в водорастворимый алюминат натрия:

Al2O3 + Na2,CO3 = Na2O • Al2O3 + СО,

а кремнезем связывается в малорастворимые силикаты: SiO2, + 2СаО = 2СаО • SiO2. С содой реагирует также Fе2O3 боксита, образуя Nа2O • Fe2O3. Эти химические соединения спекаются, образуя частично оплавленные куски - спек. После обжиговой печи спек охлаждают в холодильниках, дробят до крупности 6-8 мм и направляют на выщелачивание. Выщелачивание с целью получения глинозема ведут горячей водой проточным методом в аппаратах различной конструкции: диффузорах (цилиндрических сосудах, куда порциями загружают и выгружают спек), в конвейерных выщелачивателях и др. Наиболее совершенными являются трубчатые выщелачиватели непрерывного действия. Загружаемый через бункер в сосуд высотой 26 м спек благодаря непрерывной выгрузке секторными разгружателями движется вниз и промывается встречным потоком воды. В воде растворяется алюминат натрия, вода разлагает также феррит натрия Na2O • Fе2O3 и Fе2O3 выпадает в осадок. Продуктами выщелачивания являются алюминатныи раствор и красный шлам, содержащий Fе2O3, Al2О3, SiO2, СаО. В алюминатный раствор переходит немного кремнезема в виде гидросиликатов, в связи с чем раствор подвергают обескремниванию. Обескремнивание алюминатного раствора осуществляют в батарее автоклавов длительной (~ 2,5 ч) выдержкой при температуре 150-170 °С. В этих условиях вырастают кристаллы нерастворимого в воде соединения Na2O • Al2O3 • 2SiO2 • 2Н2O (иногда к раствору добавляют известь, в этом случае образуются кристаллы СаО • Al2O3 • 2SiO2 • 2Н2O). Из автоклавов выходит пульпа, состоящая из алюминатного раствора и осадка — белого шлама. Далее раствор отделяют от белого шлама путем сгущения и фильтрации. Белый шлам идет в шихту для спекания, а раствор направляют на карбонизацию. Карбонизацию проводят с целью выделения алюминия в осадок Al2O3 • 3Н2O (карбонизация заменяет декомпозицию в способе Байера). Карбонизацию осуществляют в сосудах цилиндрической или дилиндроконической формы объемом до 800 м3 пропусканием через раствор отходящих газов спекательных печей, содержащих 10-14% СO2. Газы перемешивают раствор, а СO2 разлагает алюминат натрия:

Na2O • Al2O3 + CO2 + 3Н20 = Al2O3 - 3H2O + Na2CO3

и гидроксид алюминия выпадает в осадок. Далее проводят те же технологические операции, что и в способе Байера: отделение Al2O3 • 3H2O от раствора и кальцинацию — обезвоживание гидроксида алюминия прокаливанием в трубчатых печах с получением глинозема Al2O3. Примерный расход материалов на получение 1т глинозема, т: боксита 3,2—3,6; известняка 1,35; извести 0,025; кальцинированной соды 0,19; условного топлива 1,1—1,2; электроэнергии ~ 800 кВт • т. Получение глинозема из нефелинов. Нефелиновый концентрат или руду и известняк после дробления размалывают в водной среде, получая пульпу для спекания. В связи с наличием в составе нефелина щелочей не требуется добавок в шихту соды. Спекание производят в отапливаемых трубчатых вращающихся печах диаметром 3-5 и длиной до 190 м; пульпу заливают в печь со стороны выхода газов, где температура равна 200-300 °С, а в разгрузочном конце онна достигает 1300 °С. В процессе нагрева нефелин взаимодействует с известняком:

(Na, K)20 • Al2O3 • 2SiO2 + 4CaCO3 = (Na, K)2O • Аl2О3 + 2(2СаО • SiO2) + 4СO2.

В результате этой реакции входящие в состав нефелина Na2O и К2O обеспечивают перевод глинозема в водорастворимые алюминаты, а СаО связывает кремнезем в малорастворимый двухкальциевый силикат. Получаемый спек охлаждают в холодильниках и дробят. Выщелачивание нефелинового спека с целью получения из него глинозема, совмещают с его размолом и проводят в шаровых или стержневых мельницах в среде горячей воды со щелочным раствором, получаемым после карбонизации. В процессе выщелачивания алюминаты растворяются в воде и остается известково-кремнистый шлам (называемый белитовым), который идет на производство цемента. Обескремнивание алюминатного раствора проходит в две стадии. Первую проводят в автоклавах в течение 1,5—2 ч при температуре 150—170 °С; при этом в осадок выпадают содержащие кремнезем алюмосиликаты, этот осадок (белый шлам) идет в шихту для спекания. Алюминатный раствор после первой стадии обескремнивания делят на две части. Одну часть далее подвергают карбонизации (так, как при переработке бокситов) с последующей декомпозицией, после чего получают в осадке гидрооксид алюмния и содощелочной раствор, идущий на выщелачивание спека. Вторую часть алюминатного раствора дополнительно обескремнивают в мешалках с добавкой извести при ~ 95 °С в течение 1,5—2 ч. При этом в осадок выпадает известково-силикатный шлам и обеспечивается глубокое обескремнивание алюминатного раствора. Затем этот раствор подвергают кальцинации, получая в осадке гидроксид алюминия и глубоко обескремненный содовый раствор, из которого далее в содовом цехе получают поташ (К2СO3) и кальцинированную соду (Na2CO3); глубокое обескремнивание необходимо для получения этих товарных продуктов. Кальцинация. Гидрооксид алюминия после обеих ветвей переработки алюминатного раствора подвергают промывке и фильтрации и затем направляют на кальцинацию (обезвоживание), которую проводят так же, как в производства глинозема по способу Байера, получая глинозем.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: