Введение к работе
Актуальность темы. Введение в портландские цементные сырьевые смеси в небольших количествах различных неорганических химических соединений позволяет решать комплекс важных для цементной промышленности задач: интенсифицировать процессы производства, снижать топливно-энергетические затраты при производстве цемента и повышать его гидратационную активность, заменять применяемые многими цементыми заводами железосодержащие корректирующие компоненты и минерализаторы, дефицитность которых растет с каждым годом. При этом, одновременно решаются вопросы экологии, так как модифицирующие добавки, как правило, содержатся в составе отходов и техногенных материалов различных отраслей промышленности. Это является особо актуальным, учитывая экономические трудности, переживаемые в настоящее время в стране.
Изучению влияния как отдельных модифицирующих элементов, так и некоторых комплексных добавок на процессы клинкерообразования и свойства вяжущих веществ посвящено большое количество работ как российских, так и зарубежных ученых, однако в реальных условиях производства из-за дефицитности или дороговизны известных компонентов заводам приходится применять новые комплексные добавки, действие которых на кинетику минералообразования и строительно-технические свойства цементов в настоящее время не изучено. Так, например, группа цементных заводов Урала (Нижне-Тагильский, Невьян-ский, Сухоложский, Новотроицкий и другие), использующие для корректировки цементной сырьевой смеси песок и применяющие в качестве минерализующей добавки поставляемый с Дальнего Востока и Бурятии плавиковый шпат, вынуждены, вследствие удорожания минерализатора, отказаться от его использования. В то же время многие предприятия Урала, находящиеся в непосредственной близости от указанных цементных заводов, выбрасывают а отвалы в больших количествах отходы (отходы процесса регенерации отработанных травильных смесей, применяющихся при электрохимической обработке изделий из титана и его сплавов, титановые шламы и др.), віслючагощие в свой состав кроме традиционных для цементного производства ионов, также такие модифицирующие элементы, как ТІ, F, CI, S, Mo, Ni, Sn и другие.
Количество выбрасываемых в отвалы отходов растет с каждым годом, существенно загрязняя окружающую среду. В то же время, как следует из химического состава отходов, последние с успехом могут
ззменить применяемый данными цементными заводами в качестве минерализатора плавиковый шпат. Вследствие сказанного выше/решение проблемы использования указанных отходов в цементной промышленности имеет большое народнохозяйственное значение.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематикой института МИКХиС: темы N 1/Э6Д-53, N 7/2.1.2.6 и 7/96-53, распоряжение N 49 от 11.03.96 г. Государственного Комитета РФ по высшему образованию.
Цель работы : исследование влияния отходов, содержащих титан - фтор (хлор) - сульфатный комплексный модификатор, на процессы кпинкерообразования и свойства цемента, и на основе полученных данных разработать составы и энергосберегающую технологию модифицированных цементов с улучшенными строительно - техническими свойствами.
Задачи исследований:
- изучение свойств клинкерного расплава, модифицированного отходами процесса регенерации отработанных травильных смесей, применяющихся при электрохимической обработке изделий из титана и егосплавов;
исследование распределения входящих в отходы микропримесей по основным минералам портландского клинкера;
изучение процессов минерало- и кпинкерообразования в модифицированных цементных сырьевых смесях;
синтез модифицированных кликеров и цементов и исследование процессов гидратации полученных вяжущих;
изучение строительно-технических свойств модифицированных цементов;
разработка технологических параметров получения цемента, модифицированного отходами, образующимися при электрохимической обработке изделий из титана и его сплавов.
Научная новизна работы состоит в том, что выявлено комплексное влияние ионов Ті, F, S, CI, Mo,. N1, Sn на свойства клинкерного расплава, процессы минерало - и кпинкерообразования, размоло-способность и гидратационную активность клинкеров и цементов, модифицированных отходами, образующимися при электрохимической обработке изделий из титана и его сплавов. Показано, что присутствие в цементной сырьевой смеси содержащегося в отходах комплекса микро--
месей приводит к существенному снижению вязкости клинкерного расплава и незначительно уменьшает его поверхностное натяжение, что интенсифицирует процессы жидкофазового спекания клинкера, улучшает era гранулометрический состав и повышает гидратационную активность модифицированного цемента. Установлено, что вводимый комплекс микропримесей снижает температуру диссоциации карбоната кальция и появления клинкерного расплава, ускоряя превращение оС-кварца в кристобалит, и, оптимизируя свойства клинкерной жидкой фазы, значительно интенсифицирует минералообразование как на стадии твердофазовых реакций, так и с участием расплава.
Выявлено распределение каждого из входящих в комплексный модификатор ионов в основных клинкерных минералах. Показано, что ионы ТІ, N1, Sir, Na на 84-98% концентрируются в промежуточной фазе модифицированных клинкеров. Мо и сульфат-ион распределяются примерно в равных концентрациях в силикатах кальция (43-50%) и в промежуточной фазе (50-57%), а галоген-ионы на 10-24% распределяются в силикатах кальция, а остальное - в промежуточной фазе, образуя модифицированный галогенами майенит.
.Установлено, что при оптимальном содержании в клинкере комплексной добавки C3S переходит из моноклинной модификации в ромбоэдрическую. Это наряду с обогащением алюмоферритоа кальция Al2Oj и появлением в клинкере CtiA^'CaFz или Ct-iAr'CaCli приводит к увеличению гидратационной активности опытного цемента.
Выявлены закономерности процессов, протекающих при гидратации модифицированных цементов. Показано, что увеличение прочности модифицированных цементов объясняется повышенной степенью гидратации модифицированных микропримесями алита, ортосиликата кальция, алюмоферритной фазы и майенита.
Новизна работы подтверждена авторским свидетельством на изобретение.
'; '. Практическая значимость работы. Выполненные исследования позволили разработать составы и энергосберегающую технологию производства модифицированного цемента на основе отходов промышленности с улучшенными строительно-техническими свойствами. Внедрение разработанной технологии только на Нижнє -Тагильском цементном заводе позволит получить экономический эффект более 807 млн.руб. вгоб
за счет снижения расхода топлива и электроэнергии при обжиге и
помоле клинкера и повышения качества цемента. Кроме того, внедрение
разработанной технологии на других цементных заводах, находящихся в
непосредственной близости от предприятий, на которых образуются ис
следуемые отходы, даст возможность получить значительно больший
экономический эффект, улучшить экологическую обстановку в Уральском
регионе РФ, сократить затраты на содержание и хранение указанных от
ходов, уменьшить радиус перевозок сырьевых материалов в цементной
промышленности. Разработаны нормативные документы на
производство цементов, модифицированных отходами, образующимися при электрохимической обработке изделий из титана и его сплавов.
Апробация работы. Основные положения работы доложены на 4 Международном семинаре по цементу и вяжущим материалам (Индия, Дели, 1994г.); на 3 Международном симпозиуме "Реконструкция Санкт-Петербург-2005" (Санкт-Петербург, 1994г.); на XXXI научной конференции факультета физико-математических наук, секция химии, посвященной 35-летию Российского университета Дружбы Народов (Москва, 1995г.); на XXI научно-технической и научно-методической конференции "Наука и высшее образование 96" (Москва, 1996 г.) и наЫеждународном (IX Всесоюзном) совещании по химии и технологии цементов (Москва, 1996г.).
Публикации, Основные результаты выполненных исследований изложены в 4 публикациях. По материалам работы получено авторское свидетельство на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на 213 страницах машинописного текста, включая 21 таблицу, 38 рисунков и приложения на 43 страницах.
