МАРГАНЕЦСОДЕРЖАЩИЙ КЛИНКЕР ГЛИНОЗЕМИСТОГО ЦЕМЕНТА Российский патент 2013 года по МПК C04B7/32 

Изобретение относится к области производства и применения глиноземистого цемента.

Известен глиноземистый цемент, содержащий моноалюминат кальция CaOAl₂O₃(CA), маенит 12CaO7Al₂O₃(C₁₂A₇) и примеси, получаемый спеканием клинкера во вращающейся печи (Авт. св. №512189, опубл. 21.06.76).

Известно вяжущее, содержащее однокальциевый диалюминат СА₂ и хромсодержащий гексаалюминат кальция (Авт. св. №563378, опубл. 20.07.77), получаемый алюминотермическим способом.

Известен глиноземистый цемент, получаемый путем доменной плавки шихты, обеспечивающей получение в составе глиноземистого цемента моноалюмината кальция, геленита, двенадцатикальциевого семиалюмината кальция и оксида бора (Авт. св. 498339, опуб. 1976 г.).

Наиболее близким аналогом является глиноземистый цемент, содержащий СА, С₁₂A₇ и геленит C₂AS, получаемый плавкой в доменной печи шихты из известняка, боксита и кокса (Кузнецова Т.В., Талабер Й. Глиноземистый цемент. М., 1989, с.84-96).

Недостатком известных глиноземистых цементов является высокая твердость клинкера, низкая его размалываемость, что сопровождается большим расходом электроэнергии для получения требуемой прочности цемента.

Задачей заявленного изобретения является повышение размолоспособности клинкера, снижение энергозатрат на его помол и достижение высокой прочности во все сроки твердения.

Поставленная цель достигается тем, что глиноземистый цемент содержит моноалюминат кальция - СА, маенит - C₁₂A₇, геленит - C₂AS и дополнительно алюмоманганат кальция 4CaОAl₂O₃Mn₂O₃ при следующем соотношении минералов (%):

Моноалюминат кальция - 57-77

Маенит - 1-15

Геленит - 1-30

Алюмоманганат - 1-8

Для получения марганецсодержащего глиноземистого цемента готовят шихту, состоящую из боксита, железосодержащей металлической стружки, кокса и марганцовистого известняка с содержанием 6-15% марганца. В процессе плавления указанной шихты наличие в известняке марганца способствует снижению температуры плавления, вязкости расплава и формированию наряду с алюминатами кальция тройного соединения CaОAl₂O₃Mn₂O₃.

Анализ свойств расплава и процесса образования минералов в системе CaO-Al₂O₃-Mn₂O₃ позволил установить высокую каталитическую способность ионов марганца, обусловленную их кислотно-основными свойствами. В присутствии ионов марганца снижается вязкость расплава, что обусловливает ускорение процессов растворения ионов кальция и алюминия и образование алюминатов кальция, а также кальциевого алюмомарганцевого соединения CaОAl₂O₃Mn₂O₃.

Наличие небольшого количества ионов марганца (1%) способствуют образованию твердых растворов с алюминатами кальция, а свыше этого количества образуется самостоятельное соединение CaОAl₂O₃Mn₂O₃.

Клинкер, содержащий марганецсодержащий минерал при указанном соотношении его минералов, отличается от обычного клинкера для глиноземистого цемента микрохрупкостью, что соответственно оказывает влияние на его размалываемость.

Ниже приведены примеры исполнения изобретения.

Пример

Шихту, состоящую из боксита, известняка с содержанием 6-15% марганца, кокса и металлической стружки, содержащих в том числе железо и медь, расплавляли при температуре 1500°С и сливали первоначально расплав чугуна, а затем - клинкерный (шлаковый) расплав. После охлаждения клинкерного расплава клинкер содержал, мас.%: моноалюминат кальция - СА 60, маенит - C₁₂A₇ 10, геленит - C₂AS 23 и алюмоманганат кальция - CaОAl₂O₃Mn₂O₃ 7. Помол цемента осуществляли в лабораторной мельнице, например, до удельной поверхности 3500 см²/г. Размалываемость клинкера определяли по методике Гипроцемента.

Согласно этой методике размалываемость материала характеризуется функциональной зависимостью тонкости измельчения от величины удельного расхода энергии, затрачиваемой на процесс помола. Степень измельчения оценивается либо процентным содержанием остатка на сите №008, либо величиной удельной поверхности. Измельчение производили в лабораторной мельнице, загруженной мелющими телами общей массой 55 кг. Количество загружаемого материала составляло 10 кг. После определенного времени помола (10, 30, 60 и 120 минут) отбирали пробу, определяли остаток на сите №008 и величину удельной поверхности. Производительность мельницы вычисляли по зависимости от удельного расхода энергии.

Для сравнения использовали обычный глиноземистый клинкер. Результаты определения размалываемости клинкера по заявленному изобретению и известного приведены в табл.1. Для получения обычного глиноземистого цемента с удельной поверхностью 3500 см²/г требуется расход электроэнергии в количестве 56 кВт·ч/т, в то время как для заявленного марганецсодержащего глиноземистого цемента той же удельной поверхности затрата электроэнергии составляет 45 кВт·ч/т.

Таблица 1 Размалываемость глиноземистых цементов Наименование материала Время помола, мин Остаток на сите, % S_уд, см²/г Э_уд, кВт·ч/т R₀₂ R₀₈ Обычный глинозем. цемент 10 67.5 82.3 600 5.0 то же 30 23.0 54.5 1000 14.0 ″ 60 5.6 20.0 1500 32.7 ″ 90 1.5 6.0 2500 40.6 ″ 120 0.5 3.6 3500 56.0 Марганецсодерж. цемент 10 60 75 1000 4.7 то же 30 6.7 36.7 1800 11.7 ″ 60 0.5 8.8 2600 25.5 ″ 90 0.5 7.0 3100 28.0 ″ 120 0.4 6.0 3500 45.0

Как видно из табл.1, размалываемость марганецсодержащего глиноземистого цемента значительно выше размалываемости известного глиноземистого цемента.

Одновременно повышается прочность цементного камня. В табл.2 приведены результаты испытаний заявленного глиноземистого цемента в сравнении с обычным глиноземистым цементом.

Таблица 2 Прочность цементного камня при сжатии, МПа Наименование цемента Удельная поверхность, см²/г Время твердения в сутках 1 3 7 Глиноземистый цемент 2500 25 32 45 то же 3500 27 35 48 марганецсодержащий цемент 2600 32 40 52 то же 3500 36 47 57

Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает повышение размалываемости клинкера глиноземистого цемента на 19,6-38,0%, снижению расхода электроэнергии с 56 до 45 кДж·ч/т и повышение прочности цемента на 15-34%.

Изобретение относится к области производства глиноземистого цемента. Технический результат - повышение размалываемости клинкера и снижение расхода электроэнергии на помол. Молотый клинкер - глиноземистый цемент содержит, мас.%: моноалюминат кальция - 57-77, маенит - 1-15, геленит - 1-30, алюмоманганат кальция - 1-8, 1 пр., 2 табл.

Глиноземистый цемент, включающий моноалюминат кальция СA, маенит C₁₂A₇, геленит C₂AS, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюмоманганат кальция 4СаОАl₂О₃Мn₂O_з при следующем соотношении минералов, мас. (%):
Моноалюминат кальция 57-77 Маенит 1-15 Геленит 1-30 Алюмоманганат кальция 1-8