СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА Российский патент 1999 года по МПК C04B7/42 

Изобретение относится к технологии портландцементного клинкера, в частности к производству портландцементного клинкера из нефелинового (белитового) шлама при комплексной переработке нефелинов.

Известны сырьевые смеси для производства клинкера из нефелинового шлама, включающие нефелиновый шлам и карбонатный компонент [1, 2, 3]. Составы сырьевых смесей, мас.%: 1) белитовый шлам 60-80, карбонатные породы 20-40; 2) нефелиновый шлам 5-59, карбонатный компонент 41-95.

Недостатком известных сырьевых смесей (аналогов) является их затрудненный обжиг, связанный с относительно низким содержанием жидкой фазы (минералов плавней). Затрудненный обжиг проявляется в плохой гранулируемости клинкера (образование очень мелких гранул клинкера и его "пыление"), недостаточно образуется обмазка (гарнисаж) в зоне спекания вращающейся печи, обжиг ведется при повышенной температуре, следствием чего является низкая стойкость футеровки и повышенный расход топлива.

Известна сырьевая смесь (прототип), включающая нефелиновый шлам, известняк и корректирующие добавки (4, стр. 36-50]. Состав сырьевой смеси, мас.%: известняк 45-55; нефелиновый шлам 40-50; боксит 4-6; огарки 1,5-3.

В прототипе за счет введения корректирующих добавок (боксита и огарков) достигается улучшение фазового состава клинкера (снижение силикатного модуля и повышение глиноземного модуля), вследствие чего стойкость футеровки по сравнению с аналогом несколько повышается, в среднем с 30 суток до 45 суток, что недостаточно. В принципе, основные недостатки аналогов в прототипе сохраняются (затрудненный обжиг, низкое содержание жидкой фазы, пыление, низкая стойкость футеровки и др.).

Целью настоящего изобретения является совершенствование процесса спекания клинкера, обеспечивающее лучшее формирование гранул клинкера (уменьшение пыления), образование обмазки (гарнисажа), повышение стойкости футеровки, снижение расхода топлива, упрощение управления процессом.

Поставленная цель достигается присутствием в сырьевой смеси комплексного минерализатора обжига: сульфо-карбоалюминатного минерализатора с соотношением сульфат кальция : карбоалюминат кальция = 1:1-2) при следующем содержании компонентов сырьевой смеси, мас.%:
нефелиновый шлам - 34-53
известняк - 34 -60
корректирующие добавки - 4-8
комплексный сульфо-карбоалюминатный минерализатор - 2,0-5,0
При обжиге предлагаемой сырьевой смеси происходит взаимодействие сульфатного и карбоалюминатного компонентов комплексного минерализатора с образованием низкоосновных сульфоалюминатов кальция. Основой такого взаимодействия является чрезвычайно высокая активность карбоалюминатного компонента 4CaO • Al₂O₃ • nCO₂ • 11H₂O (n=0,2-1,0) комплексного минерализатора с размером частиц 5-10 мкм, связанная с условиями его гидрохимического синтеза. Последующая реакция сульфалюминатов с сырьевой смесью приводит к появлению низкоплавких эвтектик и микрорасплавов, количество жидкой фазы при спекании увеличивается, что и является основой для улучшения условий жидкофазного спекания клинкера и достижения поставленных в изобретении целей.

Присутствие комплексного минерализатора в сырьевой смеси обеспечивается следующим образом:
- сульфатный компонент комплексного минерализатора в виде продукта, содержащего сульфат кальция, например, фосфогипса или природного гипса, вводится в состав сырьевой смеси при совместном размоле нефелинового шлама и известняка;
- карбоалюминатный компонент комплексного минерализатора вводится вместе с нефелиновым шламом как продукт специальной гидрохимической переработки нефелинового шлама при определенных технологических параметрах, обеспечивающих образование карбоалюминатного компонента.

Пример N 1.

Нефелиновый шлам, образовавшийся при выщелачивании спека, обрабатывают щелочно-алюминатным раствором с содержанием Na₂O_k = 20 г/л; Al₂O₃ = 20 г/л; XO₂ = 3 г/л; в течение 30 мин. Суспензию сгущают и промывают в системе противоточной промывки до остаточного содержания Na₂O = 1,5% (в твердой фазе). Химический состав полученного продукта, в %: CaO = 58,0; SiO₂ = 30,3; Al₂O₃ - 2,6; Na₂O = 1,5; Fe₂O₃ = 2,5; п.п.п. = 3,2. Полученный продукт, представляющий собой нефелиновый шлам, модифицированный карбоалюминатным компонентом, размалывают совместно с известняком и сульфатным компонентом комплексного минерализатора (фосфогипсом) в соотношении, мас.%: нефелинового шлама 53,0, известняка 34,0, корректирующих добавок (боксита) 8,0 комплексного сульфатно-карбоалюминатного минерализатора 5,0.

Пример N 2
Нефелиновый шлам после выщелачивания обрабатывают щелочно-алюминатным раствором Na₂O = 40 г/л; Al₂O₃ = 40 г/л; CO₂ = 5,5 г/л в течение 30 мин. Суспензию сгущают и промывают до остаточного содержания в твердой фазе Na₂O = 2,0%. Химический состав полученного продукта, мас.%: CaO 56,9; SiO₂ 31,5; Al₂O₃ 3,2; Na₂O 1,8; Fe₂O₃ 2,8; п.п.п. = 2,6. Полученный продукт (модифицированный карбоалюминатом нефелиновый шлам) размалывают совместно с известняком и фосфогипсом при обеспечении соотношения: известняка 42,0%, нефелинового шлама 48%, комплексного минерализатора 4%, корректирующих добавок 6%.

Пример N 3
Пример N 3 аналогичен примеру N 2: состав щелочно-алюминатного раствора: Na₂O 48 г/л; Al₂O₃ 48 г/л; CO₂ 7 г/л, состав полученного продукта, мас.%: CaO 58,1; SiO₂ 29,9; Al₂O₃ 3,5; Na₂O 2,1, п.п.п. = 2,8. Соотношения компонентов приведены в таблице.

Пример N 4
Синтезированный заранее из щелочеалюминатного раствора карбоалюмината кальция состава, мас.%: CaO 42,5; Al₂O₃ 17,2; CO₂ 6,2: H₂O 33,3 размалывается совместно с известняком нефелиновым шламом из шламоотвала (CaO 57,1; SiO₂ 28,0; Al₂O₃ 2,3; Na₂O 1,4, п.п.п. = 3,9) и фосфогипсом в соотношениях, приведенных в таблице.

Пример N 5
То же, что пример 1, но добавка сульфатно-карбоалюминатного минерализатора 6%.

Пример N 6
То же, что пример 4, но добавка сульфатно-карбоалюминатного минерализатора 1%.

Результаты обжига сырьевых смесей предлагаемых составов приведены в таблице.

Осуществление заявленного способа позволит достигнуть следующих положительных результатов:
Технический эффект -
1) повышение стойкости футеровки в 4 раза и более (с 45 суток до 180 и более);
2) снижение расхода топлива на 1%.

Экологический эффект - уменьшение пылегазовыбросов. Экономический эффект - 500 тыс. долл. США в год.

Предлагаемая сырьевая смесь прошла крупные промышленные испытания в ОАО "Пикалевское объединение "Глинозем", ожидаемые результаты полностью подтвердились.

1. Авторское свидетельство СССР, 301057, C 04 B, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР, 303855, C 04 B, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР, 808412, C 04 B, 1976.

4. Шморгуненко Н. С., Корнеев В.И. Комплексная переработка и использование отвальных шлаков глиноземного производства., М., 1982, с. 36 - 50.

Сырьевая смесь относится к производству портандцементного клинкера из нефелиновых шламов при комплексной переработке нефелинов. Сырьевая смесь содержит, мас.%: нефелиновый шлам 34-53, известняк 34-60, корректирующие добавки 4-8, комплексный сульфатно-карбоалюминатный минерализатор, с соотношением сульфат кальция : карбоалюминат кальция 1:1-1,2, 2-5. Решаемая техническая задача: повышение стойкости футеровки, снижение расхода топлива и уменьшение пылегазовыбросов при производстве портландцемента. 1 табл.

Сырьевая смесь для производства портландцементного клинкера при комплексной переработке нефелинов, включающая нефелиновый шлам, известняк и корректирующие добавки, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит комплексный сульфатно-карбоалюминатный минерализатор с соотношением сульфат кальция/карбоалюминат кальция 1 : 1 - 1,2 при следующем содержании компонентов, мас.%:
Нефелиновый шлам - 34 - 53
Известняк - 34 - 60
Корректирующие добавки - 4 - 8
Комплексный сульфатно-карбоалюминатный минерализатор - 2 - 5