Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований по получению минеральных вяжущих из отходов 9
1.1. Использование вторичных ресурсов и местных материалов в строительстве 9
1.2. Вяжущие вещества на основе местного сырья 13
1.3. Требования к качеству сырья для минеральных вяжущих веществ 16
1.4. Клинкер, его химический и минералогический состав 19
1.5. Процессы, протекающие при обжиге клинкерного сырья 27
1.6. Структура цементного камня 33
1.7. Постановка задачи исследования 35
Выводы по главе 1 36
Глава 2. Материалы и методы исследований
2.1. Характеристика материалов, принятых для исследований 37
2.1.1. Дефекат 37
2.1.2. Глинистое сырье 39
2.1.3. Пиритные огарки 39
2.1.4. Портландцемент 40
2.1.5. Песок речной 40
2.1.6. Вода 40
2.2. Методы испытания минерального вяжущего 41
2.2.1. Определение тонины помола 41
2.2.2. Определение нормальной густоты цементного теста 42
2.2.3. Определение сроков схватывания цементного теста и марки минерального вяжущего 43
2.2.4. Физико-химические методы исследования 44
2.3. Методы'математического планирования и обработки результатов исследований 45
Выводы по главе 2 48
Глава 3. Разработка состава минерального вяжущего на основе дефеката 49
3.1. Исследование процессов происходящих при обжиге дефеката без добавок и с добавками 49
3.2. Рентгенофазовый анализ продуктов твердения вяжущего 56
3.3.Влияние компонентов состава на прочность вяжущего на основе дефеката 58
3.4. Химический состав и характеристика клинкера на основе дефеката 65
3.5. Оптимизация состава шихты 71
3.6. Изучение микроструктуры процессов твердения минерального вяжущего из дефеката 75
3.7. Изучение свойств минерального вяжущего 79
Выводы по главе 3 85
Глава 4. Исследование технологических процессов получения минерального вяжущего на основе дефеката и строительных изделий с его применением 86
4.1. Влияние режима обжига на прочность затвердевшего вяжущего 86
4.2.Влияние длительности перемешивания смеси на свойство вяжущего 91
4.3. Структурно-механические свойства смеси микротвердость продуктов твердения 93
4.4. Оптимизация технических режимов с использованием математического планирования эксперимента 95
4.5. Свойства золошлакобетонов с использованием вяжущего на основе дефеката 98
Выводы по главе 4 100
Глава 5. Опытно-производственное внедрение и экономическая эффективность применения минерального вяжущего из дефеката 101
5.1. Разработка технологической схемы изготовления минерального вяжущего 101
5.2.Опытно-производственное внедрение 104
5.3. Экономическая эффективность производства изделий на основе дефеката 113
Выводы по главе 5 117
Общие выводы по работе 118
Литература 120
Приложения 129
- Использование вторичных ресурсов и местных материалов в строительстве
- Исследование процессов происходящих при обжиге дефеката без добавок и с добавками
- Влияние режима обжига на прочность затвердевшего вяжущего
- Разработка технологической схемы изготовления минерального вяжущего
Введение к работе
Актуальность темы. Актуальным для повышения мощностей
предприятий строительного комплекса может стать рациональное
использование отходов производства и местных сырьевых ресурсов, что
является экономически целесообразным и технически оправданным. Важным
компонентом этого направления исследований является экологическая
составляющая, так как при этом может быть достигнут эффект за счет
очистки территории от вредных отходов производства и высвобождения
земель для других мероприятий, например, для сельскохозяйственных работ
или застройки. Следует отметить также и тот факт, что при дефиците
минеральных вяжущих веществ, являющихся важным компонентом для
производства бетонных изделий и общестроительных работ, расширение
номенклатуры строительных материалов может быть весьма
перспективным.
При очистке сахарных сиропов используется гашеная известь, которая в результате технологических операций насыщается большим количеством органических и минеральных компонентов, после чего сбрасывается в отвалы. Необходимость в эффективном использовании этой технологической извести (дефеката) представляет собой не только техническую, но важную научную задачу, так как отвалы с дефекатом, содержащим органоминеральные включения, занимают обширные территории и загрязняют окружающую среду.
Работа выполнялась по программе 01.87.0.001.003
Минсельхозпрода Российской Федерации, тема XIV "Разработать методы повышения долговечности и эффективности работы строительных конструкций сельскохозяйственных зданий и сооружений" и по программе 5.02 "Экология, охрана окружающей Среды .Сибири".
Цель работы - изыскать возможность получения на основе органоминеральных известковых отходов сахарного производства (дефеката)
строительных материалов и изучить их свойства, структуру и особенности с целью рационального применения этого отхода.
Задачи исследовании. Изучить свойства известковых отходов сахарного производства (дефеката) как крупнотоннажного отхода - сырья для получения минерального вяжущего.
Установить закономерности влияния различных минеральных добавок на качество вяжущего на основе дефеката и оптимизировать его состав.
Изучить свойства нового вяжущего вещества и определить основные его характеристики.
Разработать технологию производства минерального вяжущего на основе дефеката и осуществить опытно-производственное внедрение результатов исследований.
Разработать составы золошлакобетонов с использованием минерального вяжущего на основе дефеката и определить сферы его рационального применения.
Выработать, согласовать и утвердить технологический регламент и нормативную документацию по рациональному использованию известковых отходов сахарного производства.
Научная новизиа работы состоит в том, что в ней установлено следующее:
1.Известковый отход сахарного производства (дефекат), содержащий более 60 мас.% СаО и до 10 мае.% Si02, при добавлении глинистого сырья и огарков, после высокотемпературного обжига проявляет вяжущие свойства. Это обусловлено образованием клинкерных минералов (алита, белита, трехкальциевого алюмината) и формированием упорядоченной структуры материала.
2. Оптимальное содержание глинистого сырья в составе шихты вяжущего материала на основе известковых отходов сахарного производства составляет 9-14 мас.%. Оптимальное содержание огарков равно 5-9 мас.%. При этом активность вяжущего материала составляет 20 МПа. Он
может быть эффективно использован при изготовлении строительных растворов и стеновых изделий, соответствующих легким бетонам с прочностью при сжатии от 5 до 10 МПа.
Оптимальная температура обжига шихты на основе известковых отходов сахарного .производства составляет 1275 - 1325С. При этом обеспечивается формирование клинкерных минералов требуемого состава Условия их формирования улучшаются при введении в состав шихты 7 -10% угольной (коксовой) пыли.
Вследствие наличия в известковых отходах сахарного производства (дефекате) большого количества органических соединений необходимо исключить интенсивное образование карбидов при их термической обработке. Это достигается предварительной термической обработкой шихты при температуре 400 С в течение 2-4 часов в процессе ее термической обработки.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
1. Предложен состав минерального вяжущего материала на основе
известковых отходов сахарного производства (дефеката), обладающий
активностью 20 МПа.
2. Предложена технологическая схема производства вяжущих
материалов на основе дефеката и глины с добавлением пиритных огарков,
обеспечивающая вяжущие свойства обжигаемой массы при ускоренном
режиме обжига.
Изготовлены опытные партии минерального вяжущего на основе дефеката с использованием промышленных печей ЗАО «Бийский сахарный завод». Они применены при получении золошлакоблоков на предприятии ООО «Фотон» (Новосибирская область). Полученные изделия переданы строительным организациям.
Разработаны технологический регламент и Технические условия ВТУ 6-83-97, согласованные и утвержденные Минсельхозпродом Российской Федерации. Подготовлены предложения по проектированию
технологической линии для опытно-производственного выпуска строительных материалов и изделий с использованием дефеката.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены:
на Всероссийских, Международных и межвузовских научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах (Челябинск, Одесса, Новосибирск, Москва, Бийск, Красноярск) 1991 -2003 г.г.
на научных конференциях преподавателей и сотрудников Новосибирского государственного аграрного университета, Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (1990 - 2003 г.г.);
на областных научно-технических советах и практических конференциях по экологии, использованию отходов в строительстве, развитию материально-технической базы строительного комплекса Западной Сибири в 1990-2003 годах.
Публикация. Основное содержание работы опубликовано в 14 работах, включая патент Российской Федерации.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 148 наименований, приложений. Основная часть диссертации изложена на 128 страницах машинописного текста, включая 20 таблиц и 27 рисунков.
На защиту выносятся следующие вопросы:
теоретически обоснованная и экспериментально подтвержденная возможность получения строительных изделий на основе вяжущих веществ, полученных из дефеката;
результаты исследования влияния отдельных минеральных добавок на образование клинкерных минералов, формирование их структуры и физико-механические свойства;
- данные о влиянии рецептурно-технологических параметров на
продолжительность обжига клинкера и формирование оптимальной
структуры вяжущего на основе дефеката;
комплекс полученных данных о назначении оптимального количества добавок в составе .вяжущего для получения высоких и стабильных показателей прочности при минимальных временных затратах на обжиг и гидротермальную обработки;
закономерности влияния рецептурно-технологических параметров на характеристики структурных превращений гидратных новообразований и их кристаллизацию;
данные по влиянию стабильных гидратных новообразований на эксплуатационные свойства материалов с использованием вяжущих свойств продуктов, полученных из дефеката;
результаты опытно-производственной проверки и рекомендации. по эффективному использованию дефеката для изготовления шлакобетона и применению его в качестве стенового материала.
Использование вторичных ресурсов и местных материалов в строительстве
Современное строительство во многих случаях базируется на применении местных строительных материалов и вторичных сырьевых ресурсов, что экономически целесообразно и является наиболее рациональным направлением развития собственной базы. Наибольшее применение при возведении и ремонте зданий нашли материалы из глин, песка, гравия, древесины, продуктов и отходов сельскохозяйственного производства, зол и шлаков, а также отходов промышленности [1-4].
Разнообразие отходов производства и местных материалов предопределило большое число технологических приемов по подготовке, переработке и использованию этих ресурсов в строительстве. При этом учитываются следующие основные вопросы: район образования отходов или месторождения строительных материалов, вид, объем и качественные показатели сырьевых материалов, доступность их извлечения, состояние транспортных коммуникаций и их протяженность, наличие погрузочно-разгрузочных и прочих устройств и приспособлений для первичной обработки, обогащения или фракционирования материалов, обеспеченность энергоресурсами: электроэнергией, теплом, сжатым воздухом, водой и т.п. Такое обилие факторов обусловливает задачу по упрощению определения эффективности использования вторичных ресурсов и местного сырья в строительстве. С этой целью на основе литературных данных проведена классификация всех отходов и местного сырья ро трем группам: минеральные, органоминеральные (комбинированные); органические [1 - 4].
К первой группе отнесены: отходы переработки каменных материалов в виде пиленого камня, отсева, минеральной муки; вскрышные горные породы; тонкодисперсные материалы (хвосты) горнообогатительных комбинатов; золы и шлаки предприятий энергетики; отходы металлургической промышленности, асбестоцементного производства; керамический бой, стеклобой.
В группу комбинированного сырья включены отходы угледобычи и углеобогащения, химического производства, побочные продукты предприятий пищевой промышленности, строительной индустрии; растворы и воды, содержащие химические продукты; прочие материалы и отходы других отраслей промышленности.
К органическим отнесены отходы деревообработки, сельскохозяйственного производства, резинотехнической промышленности, полимерное вторичное сырье, макулатура и текстильные вторичные материалы. Сформулированы десять направлений использования отходов и местного сырья [2,3]: 1. восполнение дефицита строительных материалов; 2. замена части материала отходами; 3. получение новых материалов и изделий; 4. повышение качества выпускаемых материалов и конструкций; 5. создание безотходной технологии производства; 6. расширение сферы использования отходов; 7. повышение стойкости и долговечности; 8. снижение энергозатрат; 9. снижение транспортных расходов; 10. охрана окружающей среды.
Важным аспектом реализации этих направлений является выбор тех или иных способов переработки или технологии производства материалов, изделий и конструкций на основе или с применением местного сырья и отходов. В этом вопросе также проведена систематизация с выделением технологических направлений [2-8]: 1. прямое использование без дополнительных технологических операций; 2. механическая подготовка материалов (дробление, фракционирование, измельчение и т.д.); 3. термическая обработка (сушка, прогрев, обжиг); 4. агрегатирование (грануляция, брикетирование и т.п.); 5. смешивание с другими отходами; 6. промывка, нейтрализация и связывание вредных веществ; 7. пропаривание и автоклавная обработка; 8. химическая переработка; 9. модификация полимерами и другими веществами; 10.защита и консервация.
В зависимости от направления использования сырья на предприятиях строительного комплекса принимается тот или иной набор технологических операций, позволяющий получить материал или изделие с требуемыми свойствами. При этом наиболее рациональными областями использования отходов можно считать следующие: заполнители для бетонов и растворов; минеральные вяжущие вещества; минеральные добавки; органические добавки и компоненты; стеновые керамические изделия; искусственные пористые заполнители; теплоизоляционные материалы; плитные, щитовые и прочие элементы; защитные покрытия; модифицированные материалы, изделия и конструкции [3-9].
Важным вопросом оценки целесообразности использования отходов являются показатели экономической эффективности, которые могут быть получены при использовании вторичного сырья и местных материалов в строительстве: 1. снижение себестоимости материалов путем их замены; 2. уменьшение расхода дефицитных материалов (цемент, сталь, древесина и др.); 3. улучшение качества материалов (прочность, водостойкость, морозостойкость и др.); 4. расширение номенклатуры строительных материалов и изделий, а также прогрессивных способов переработки отходов; 5. упрощение- технологии производства или снижение времени на отдельных операциях; 6. снижение трудовых затрат; 7. уменьшение энергетических затрат; 8. уменьшение транспортных расходов; 9. социально-экономический эффект от снижения отрицательного воздействия отходов на окружающую среду.
Для регионального строительства имеет большое значение использование и изготовление местных строительных материалов, не требующее наличия развитой индустриальной базы, больших капитальных затрат и транспортных расходов, но позволяющее получать долговечные строительные материалы хорошего качества. Одним из резервов получения таких материалов является использование минеральных отходов: золошлаковых смесей, отходов производства асбестоцемента, камнедробления и камнепереработки, дефеката — известкового отхода сахарного производства [10-15].
Так как стоимость материалов в строительстве в ряде случаев превышает 50% общей стоимости строительно-монтажных работ, то каждый процент снижения стоимости строительных материалов ведет к значительной экономии [16 - 19].
Исследование процессов происходящих при обжиге дефеката без добавок и с добавками
Дифференциальный термический и рентгенофазовый анализы позволили оценить качественный состав известковых отходов и выяснить изменения в шихте в процессе обжига. Эти исследования были проведены в лаборатории физико-химических методов исследований НПО «СибГЕО» и аналитической физико-химической лаборатории Института химии твердого тела СО РАН. При этом готовились различные серии проб минерального вяжущего вещества на основе дефеката, отбираемых на различных переделах его подготовки и производства: исходные сырьевые компоненты, а также их смеси в процессе перемешивания, сушки, обжига, охлаждения, помола и твердения после затворе-ния водой. Кроме того, особое внимание было уделено вопросам технологической обработки изделий на новом минеральном вяжущем, что также оказывает существенное влияние на эксплуатационные показатели и долговечность бетонных и растворных конгломератов. На рис. 3.1 приведены термограммы исходного сырья для производства минерального вяжущего из дефеката.
Термические кривые характеризуются эндотермическим эффектом при ПО С, связанным с удалением гигроскопической и адсорбционной воды . Следующий за этим достаточно большой экзотермический эффект, скорее всего, вызван удалением органических примесей из состава дефеката. Эндотермический эффект при 330-370С отвечает обезвоживанию и кристаллизации аморфных гидратных соединений в карбонатных отходах сахарного производства.
На рис.3.2» представлены кривые ДТА составов дефеката с глинистым сырьем и огарками, из которых можно сделать следующие выводы. Введение глинистого сырья в состав шихты обеспечивает появление алюмосиликатов, силикатов и алюминатов кальция, что отражается на температурной кривой ДТА в виде смещения пиков экзо- и эндотермических эффектов в зону повышенных температур. Кроме того, наблюдается выравнивание эндотермического эффекта в области 350 С за счет связывания части известкового сырья в алюминат кальция Следует отметить смещение экзотермического эффекта с 515-590 С в высокую температурную область с пиком при 665 С, а также эндотермического эффекта разложения карбоната кальция в зону повышенных температур (около 770 С ). Эти факты свидетельствуют о положительном влиянии глинистого сырья на свойства продуктов обжига дефеката как минерального вяжущего вещества.
Введение огарков в состав шихты также положительно сказывается на изменении структуры минерального вяжущего вещества, что выражается смещением соответствующих эндо- и экзоэффектов в зоны повышенных температур. Так, отмечено наличие эндотермического эффекта при разложении карбоната кальция в области 780 С, что почти на сто пятьдесят — сто семьдесят градусов выше, чем температура аналогичного процесса для чистого дефеката.
Кроме того, рассматривая на термограммах кривые потери массы (ТГ) и дифференциальные кривые потери веса. (ДТГ), можно сделать вывод о повышении термостабильности составов с минеральными добавками по сравнению с чистым известковым отходом. Однако эти составы не обладают выраженными гидравлическими свойствами, по этому следующим этапом исследований явились композиции дефеката совместно с глинистым сырьем и огарками, а также с минерализатором - гипсовым камнем.
На рисунке 3.3 приведены кривые ДТА клинкерных составов на основе дефеката с глинистым сырьем и огарками, из которых следует, что совместное введение этих добавок оказывает положительный эффект, отмеченный ранее при раздельном введении глинистого сырья и огарков в известковый отход сахарного производства. Анализируя полученные кривые и сопоставляя их с кривыми ДТА для бинарных составов, можно сделать следующие выводы.
Введение комплексной добавки глинистого сырья и огарков позволяет не только приблизить к оптимуму химический и минеральный состав клинкера, но и обеспечить термостабильность оптимального состава, что подтверждается повышением температуры экстремумов кривых ДТА. Еще более ощутимый положительный эффект отмечен при введении коксовой пыли в состав шихты. Наглядной иллюстрацией этого является переход эндотермического эффекта, вызванного интенсивным разложением карбоната кальция, с температуры 770 - 780 С в область температуры 805 — 820 С, а также смещение других температурных эффектов соответственно в зоны повышенных температур. Указанные положительные проявления от вводимых добавок подтверждены проведением рентгенофазового анализа, подтвердившего изменения минерального состава клинкерных материалов в ходе введения добавок. Так от минерала акерманита (карточка 35 - 592) для чистого дефеката отмечен постепенный переход и изоморфное замещение на гардистонит (карточка 35 - 745) при введении глинистого сырья или огарков.
Влияние режима обжига на прочность затвердевшего вяжущего
При обработке данных получены кривые зависимости прочности бетонов из минерального вяжущего на основе дефеката от температуры обжига (рис. 4.1 - 4.2), из которых отчетливо видно, что температурный режим до 1000С не дает требуемых показателей прочности 20 МПа. Оптимальной температурой обжига для данных составов является 1275 -1325С.
Обжиг при температуре выше 1325 С приводит к резкому снижению прочности цемента вследствие оплавления компонентов шихты и образования стекловидной фазы. Дальнейшее повышение температуры до 1400С значительно ухудшает физико-механические показатели минерального вяжущего, снижая предел прочности при сжатии до 5 - 7 МПа. Таким образом, уровень температуры обжига клинкера для приведенных выше составов не должен превышать 1315С ±10С. Снижение температуры обжига не приводит к спеканию компонентов в полном объеме и не создает благоприятных условий для формирования клинкерных минералов требуемого фазового состава.
Важным фактором обеспечения качественного фазового состава минерального вяжущего является продолжительность обжига при определенных оптимальных температурных режимах. Изучение свойств затвердевшего вяжущего от длительности процесса обжига при различных температурах подтвердило ранее сделанные выводы по определению оптимума температуры, предел которого находится в интервале от 1275 до 1325 С. На рис. 4.3 представлены кривые зависимости прочности затвердевшего цемента на основе отходов сахарного производства от продолжительности обжига для различных составов, при оптимальной температуре 1315 С. Как видно из данных графиков, оптимум находится в температурном интервале 1315 С ± 10С в течение 3-5 минут, что обеспечивает получение достаточно прочного клинкерного черепка с плотной спекшейся структурой.
Сложной технологической задачей является определение температурных режимов прогрева шихты при относительно низких температурах (300 -600 С), что, в конечном счете, сказывается на последующих свойствах клинкера (плотность, прочность, цвет, способность к дроблению и т.д.), а также и приготовленного из него вяжущего. Проведенные в этом направлении исследования выявили следующие закономерности. При постепенном подъеме температуры до 1325С без выдержки при температуре 350 - 450С наблюдается карбидообразование, что способствует получению неоднородной структуры клинкера и приводит к резкому снижению качественных показателей минерального вяжущего вещества. Прогрев при температуре 400 ± 10С в течение менее двух часов несколько снижает влияние этого отрицательного фактора, но полностью его не устраняет. Только выдержка при данной температуре в течение более двух часов приводит к изменению и улучшению структуры, о чем свидетельствует изменение цвета клинкера от серо-коричневого до темно-серого и резкое повышение плотности с сопровождающимся увеличением прочности вяжущего вещества. Таким образом, продолжительность выдержки клинкера при температуре 400 С должна быть не менее двух и не более четырех часов. Однако для более четкого определения времени выдержки и значения температурных интервалов необходимы дополнительные исследования, учитывающие различия составов исходных компонентов шихты.
Важнейшим параметром при получении качественного клинкера является продолжительность обжига при оптимальной температуре (рис. 4.3). Из графика отчетливо видно, что время прогрева, особенно при температуре 1325С, резко ограничено и существенно влияет на характеристики затвердевшего минерального вяжущего, о чем свидетельствует падение прочности на всех кривых. Для большинства составов критическое время обжига при пике температурного режима составляет 3-5 минут. При более длительном процессе обжига наблюдается оплавление массы и образование стекловидной фазы со снижением прочностных показателей до минимальных отметок, вплоть до полного отсутствия вяжущих свойств.
Не менее важным вопросом формирования и получения клинкерного вяжущего является технологический процесс на всех этапах формирования обжигаемой смеси. Поэтому было проведено исследование влияния длительности подготовки и перемепшвания смеси обжигаемой композиции на вид и свойства вяжущего вещества. Установлено (рис. 4.4), что для получения стабильных показателей минерального вяжущего на основе дефеката продолжительность перемешивания сырьевой массы должна составлять не менее трех-четырех минут. Увеличение времени смешивания компонентов не приводит к улучшению качественных характеристик и прочности минерального вяжущего и изделий на его основе.
Требует дополнительного исследования и уточнения вопрос о влиянии содержания влаги (воды) на прочность минерального вяжущего на основе дефеката, а также необходимости проведения предварительной подсушки и выдерживания отформованных гранул в течение определенного времени до обжига. Данное положение вызвано тем, что при резком попадании гранул в зону повышенных температур, последние могут растрескиваться из-за парообразования и температурных перепадов в массиве гранул. Кроме того, на качество минерального вяжущего вещества существенное влияние оказывает длительность воздействия влаги на гранулы при гранулировании по мокрому способу. По нашим данным при выдерживании отформованных гранул в течение не менее 0,2 часа и не более 0,5 часа достигаются благоприятные условия для последующего обжига минерального вяжущего вещества на основе известковых отходов сахарного производства.
Разработка технологической схемы изготовления минерального вяжущего
Для опытно-производственного внедрения минеральных вяжущих на основе дефеката была разработана технологическая схема, которая соответствовала рецептурно-технологическои оптимизации производства вяжущего из известковых отходов. Основными компонентами нового минерального вяжущего являются: - дефекат -60-70%; - глинистое сырье - 9 - 14 %; - огарки - 5 - 9 %; - коксовая пыль — 7 - 10 %; - гипсовый камень - 8 - 10 %.
С учетом расхода каждого составляющего и особенностей их структуры была составлена схема последовательности операций по получению минерального вяжущего (рис. 5.1).
Как следует из этой схемы, все компоненты шихты предварительно подвергаются рыхлению и измельчению в целях обеспечения нормального процесса дозировки и перемешивания составляющих. После тщательного перемешивания сырьевой массы в течение 3-5 минут шихта поступает в гранулятор для преобразования в гранулы различных размеров от 10-20 мм до 50-60 мм.
В дальнейшем гранулы поступают в трубную печь для обжига. На первом этапе прохождения гранул в печи осуществляется их подсушка, что приводит к уплотнению и упрочнению массы, с одной стороны, при снижении плотности и прочности в результате испарения избыточной влаги, с
другой стороны. Этот процесс осуществляется при температуре от 200 до 400С. Далее гранулы подвергаются высокотемпературному обжигу, в результате чего происходит целый ряд физико-химических процессов взаимодействия компонентов исходного сырья между собой. При повышении температуры до 800 и более градусов происходит декарбонизация извести, а при температурах выше 1000-1200 градусов начинается интенсивное взаимодействие кремнезема с известью.
Отличительной особенностью получения минерального вяжущего на основе дефеката является введение в состав шихты коксовой пыли, что обеспечивает повышение температуры обжига до 1325С при которой компоненты шихты частично расплавляются, образуя единую монолитную структуру, интенсивный разогрев гранул изнутри за счет вводимой коксовой пыли и экзотермических реакций способствует не только снижению энергетических затрат на обжиг клинкера, но и формирует достаточно плотный массив обоженного камневидного тела. Недостатком данного процесса является склонность расплавленной массы к стеклообразованию, поэтому в технологической схеме предусмотрен процесс резкого охлаждения клинкера воздушным потоком, особенно в интервале температур от 1050 до 900С.
Указанная выше технологическая схема была рекомендована для реализации на предприятиях по производству минеральных вяжущих - ЗАО «Бийский сахарный завод» и ПО «Алтайсахарпром».
По результатам выполненных исследований при участии автора были разработаны Временные технические условия ВТУ-6-83-97 «Вяжущее на основе дефеката сахарного производства», утвержденные Министерством сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации.
На основе разработанной технологической схемы и выбранных оптимальных режимов с учетом возможностей оборудования существующего цеха на ЗАО «Бийский сахарный завод» в соответствии с договором на передачу научно-технической продукций по использованию отходов производства для изготовления минеральных вяжущих на основе дефеката при непосредственном участии автора был осуществлен выпуск партии минерального вяжущего в количестве 31,7 тонны.
Произведенное вяжущее удовлетворяло требованиям технических условий ВТУ-6-83-97 «Вяжущее на основе дефеката сахарного производства», утвержденным Министерством сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации, и по заключению заводской лаборатории ЗАО «Бийский сахарный завод» соответствовало по своим основным свойствам низкомарочному цементу марки М200 (20МПа).
На рисунках 5.2-5.7 представлены фрагменты оборудования, используемого при получении клинкера на производственных площадях ЗАО «Бийский сахарный завод». Показаны: зона загрузки исходного сырья в бункер дробилки, дозирующее устройство минеральных добавок для глинистого сырья и огарков, общий вид трубной печи, пункт контроля и отбора проб расплавленной шихты, клинкер после охлаждения и готовое минеральное вяжущее на основе дефеката.
Указанная партия минерального вяжущего была отправлена на 000 «Фотон» в цех шлакоблоков для изготовления изделий по предлагаемой авторами технологической схеме, которая приведена на рис. 5.8. Как следует из этой схемы, технологическими особенностями производства золошлакоблоков является предварительная подготовка компонентов исходного сырья и их совместное перемешивание с минеральным вяжущим на стадии приготовления золошлакобетонной смеси. После тщательного перемешивания сухая смесь совмещается с водой, и осуществляется процесс формования изделий. Принятая в этом случае гидротермальная обработка может быть опущена в случае производства изделий в теплый период года.
На представленных рисунках отражены основные этапы получения минерального вяжущего от подготовки исходного сырья до помола спекшихся гранул. Процесс производства минерального вяжущего из дефеката, в основном,- может быть приведен к схеме изготовления традиционного портландцемента с использованием существующего оборудования цементных заводов. Была также разработана технологическая схема получения минерального вяжущего с учетом использования существующих известеобжигательных печей сахарных заводов. Однако в этом случае вместо угольной пыли должна использоваться коксовая пыль, что обеспечивает повышение температуры обжига и полное спекание гранул минерального вяжущего. Важным моментом в этом случае должен быть учет состояния футеровки печи ввиду превышения температурных режимов (температура 1275 - 1325 С) по сравнению со стандартными для обжига известняка (900 - П00С), что достигается некоторой рекбнСт укіщМ печёи и установлением соответствующих контролирующих устройств.
