Энергоэффективная технология известково-глинитного цемента и стеновых камней на основе отходов угледобычи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат наук Рязанов Антон Александрович

• Рязанов Антон Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Рязанов Антон Александрович

СОДЕРЖАНИЕ стр. ВВЕДЕНИЕ

1 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ БЕСКЛИНКЕРНЫХ ИЗВЕСТЬСОДЕРЖАЩИХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ. РЕЗЕРВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ

1.1 Известково-пуццолановые вяжущие

1.2 Гидравлические вяжущие низкотемпературного обжига из природных и искусственных смесей

1.3 Отходы углеобогащения и карбонатные отсевы как альтернатива глине и карьерному известняку при получении известково-глинитного цемента

1.4 Горелая шахтная порода как активный заполнитель

1.5 Преимущества совместного обжига компонентов при получении известково-глинитного цемента

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Сырьевые материалы

2.1.1 Отходы углеобогащения

2.1.2 Горелая шахтная порода

2.1.3 Карбонатная порода

2.1.4 Добавки

2.2 Методы исследований

2.2.1 Методика получения известково-глинитного цемента

2.2.2 Исследование физико-механических и строительно-технических свойств вяжущего

2.2.3 Исследование физико-механических свойств растворов и бетонов

2.2.4 Микроструктурные исследования вяжущих и цементного

камня

3 ТЕХНОЛОГИЯ И СВОЙСТВА ИЗВЕСТКОВО-ГЛИНИТНОГО ЦЕМЕНТА

3.1 Особенности процесса диссоциации карбоната кальция в присутствии отходов углеобогащения

3.2 Термодинамика твердофазовых реакций, протекающих при обжиге шихты, содержащей отходы углеобогащения

3.3 Определение граничных соотношений сырьевых компонентов в шихте и параметров обжига

3.4 Расчет сырьевых составов с учетом теплотворной способности отходов углеобогащения. Оценка энергетической эффективности процесса обжига топливосодержащей шихты

3.5 Оптимизация состава сырьевой шихты и режима обжига методом математического планирования эксперимента

3.6 Исследование основных свойств известково-глинитных цементов оптимальных составов

3.6.1 Влияние тонкости помола на прочность вяжущего

3.6.2 Влияние добавок на физико-механические свойства вяжущего

3.6.3 Кинетика твердения вяжущего

3.6.4 Исследование минералогического состава отходов углеобогащения, вяжущего и цементного камня

4 МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ ПРЕССОВАННЫЕ БЕТОНЫ НА ИЗВЕСТКОВО-ГЛИНИТНОМ ЦЕМЕНТЕ И ГОРЕЛОПОРОДНОМ ОТСЕВЕ

4.1 Деформативные свойства формовочных смесей

4.2 Прочность сырца

4.2.1 Сопротивление выпрессовыванию

4.3 Прочность при сжатии прессованных бетонов

4.4 Плотность, водопоглощение, водостойкость

4.5 Влияние добавок электролитов на основные свойства прессованных

бетонов на ИГЦ

5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ИЗВЕСТКОВО-ГЛИНИТНОГО ЦЕМЕНТА И ПРЕССОВАННЫХ СТЕНОВЫХ КАМНЕЙ С ЕГО ПРИМЕНЕНИЕМ. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ АПРОБАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЕСТКОВО-ГЛИНИТНОГО ЦЕМЕНТА

5.1 Технологическая схема производства известково-глинитного цемента

5.1.1 Теоретические основы технологии и схема совмещенного способа

производства известково-глинитного цемента

5.2 Технологическая схема производства прессованных стеновых камней

5.3 Производственная апробация технологии известково-глинитного цемента

5.4 Расчет технико-экономической эффективности производства

известково-глинитного цемента

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЕ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А Технологический регламент производства низкообжигового известково-глинитного цемента на основе отходов

углеобогащения

Приложение Б Низкообжиговый известково-глинитный цемент на основе отходов углеобогащения. Технические условия

(Проект)

Приложение В Акт о выпуске опытно-промышленной партии

вяжущих (Проект)

Приложение Г Свидетельство о государственной регистрации

программы для ЭВМ № 2019667776 «Программа расчета

коэффициента энергетической эффективности»

Приложение Д Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019667694 «Программа расчета теплового баланса»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Энергоэффективная технология известково-глинитного цемента и стеновых камней на основе отходов угледобычи»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Промышленность строительных материалов относится к энерго- и ресурсоемким отраслям. Поэтому проблема снижения расхода материальных и энергетических ресурсов является традиционной для отрасли и не теряет своей актуальности в настоящее время. Остроту проблемы можно уменьшить путем увеличения использования в производстве обжиговых строительных материалов промышленных отходов, содержащих топливную составляющую. Это позволит экономить природные материальные ресурсы, уменьшить расход дорогостоящего технологического топлива и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду в районах массового скопления отходов.

Среди широкого спектра техногенных отходов особое место занимают отходы угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий. В Российской Федерации ежегодный выход отходов углеобогащения приблизительно составляет 10 млн.т, а их суммарные запасы, находящиеся в отвалах оцениваются в 1300 млн.т [1, 2]. В центральном Донбассе запасы угольных шламов и илов составляют более 190 млн. т. Сухие отходы обогащения антрацита превышают 490 млн. т. Кроме того, отходы углеобогащения каменных углей, ежегодно поступающие в отвалы - составляют более 2 млн. т у.т. в год; бурых углей, которые сейчас не используются в энергетике - свыше 1,5 млн. т у.т. в год [3, 4]. На территории Донбасса расположено свыше 1000 породных отвалов, которые занимают ценные угодья и ухудшают экологическую ситуацию в регионе [5].

Указанные отходы содержат в своем составе по разным данным от 5 до 20 % угля и выше. Терриконы и отвалы, в которых складированы углеотходы, занимают значительные площади земель и представляют собой источник экологической опасности для окружающей среды [5, 6].

С другой стороны, Россия и страны СНГ обладают значительными запасами

карбонатного сырья - известняков и доломитов, которые используют для получения кальциевой извести, каустического и металлургического доломита, портландцемента. В технологическом процессе, как правило, используются фракции крупнее 5 мм, а фракции меньше указанного размера транспортируются в отвалы, в которых накопились миллионы тонн отходов [1].

Комплексное использование угольных и карбонатных отходов при производстве строительных материалов может обеспечить сокращение расходов на разведку новых месторождений минерального сырья, сохранение истощающихся минеральных ресурсов в недрах, так как запасов, накопившихся в отвалах, достаточно чтобы удовлетворить потребности на многие десятилетия, улучшение условий труда, так как техногенные месторождения расположены на поверхности Земли в отличие от всё более обычных глубокозалегающих месторождений полезных ископаемых, снижение себестоимости производства стройматериалов, освобождение занимаемых отвалами земель и ликвидацию источников загрязнения окружающей среды, улучшая тем самым экологическую обстановку вокруг действующих предприятий [7, 8, 9, 10, 11].

Исходя из этого, а также учитывая, что отходы углеобогащения и карбонатный отсев являются наиболее усредненным и стабильным по составу материалом, в первую очередь необходимо разрабатывать способы их эффективной утилизации [12, 13, 14, 15].

Известные технологии получения вяжущих материалов, как наиболее потребляемого продукта, и в первую очередь, портландцемента, с присущей ей строгой регламентацией химико-минералогического состава шихты и клинкера, не позволяют в больших объемах утилизировать бросовое топливосодержащее сырье, каковым являются отходы обогащения углей, и энергетический эффект от их применения на фоне большой энергоемкости процесса обжига является не столь существенным [16, 17, 18, 19, 20, 21, 22].

В виду исчерпаемости природных энергоносителей, практический интерес представляют разработки энергосберегающих технологий, позволяющих реализовать комплексную крупнотоннажную утилизацию карбонатных и угольных отходов с

получением широкого спектра местных строительных материалов, в первую очередь бесклинкерных низкообжиговых гидравлических вяжущих, бетонов и изделий на их основе, с применением фракционированного заполнителя из горелых шахтных пород. Ключевым вопросом реализации концепции комплексного использования отходов угольной отрасли является разработка материалоемкого (по отходам) и энергоэффективного способа получения местного гидравлического вяжущего, как наиболее потребляемого продукта и основного компонента для производства целого спектра эффективных местных строительных материалов и изделий. В настоящей работе разработан новый способ получения гидравлического вяжущего - известково-глинитного цемента (ИГЦ) на основе следующих принципиальных положений:

- двухфункционального использования отходов в качестве топливного и сырьевого компонента;

- получения известкового составляющего (СаОсв) в процессе совместного обжига известняка с отходами углеобогащения при максимально возможной энергетической сбалансированности процесса декарбонизации за счет реализации теплотворных свойств топливных включений, содержащихся в отходах.

Степень разработанности проблемы. Основное направление научных исследований, проводимых в области минеральных гидравлических вяжущих низкотемпературного обжига - разработка и исследование свойств гидравлической извести и романцемента из искусственных сырьевых смесей на основе природного глинистого сырья и карбонатных пород, с последующей его модификацией минеральными и химическими добавками для достижения показателей среднемарочных цементов. Наиболее значимые результаты получены Р.З. Рахимовым, Р.Р. Сагдиевым, Н.С. Шелеховым из КГАСУ, которыми разработаны и исследованы составы модифицированных гидравлических вяжущих на основе романцемента и гидравлической извести марок «100», «200» и «300». В тоже время замена природных составляющих сырьевой шихты крупнотоннажными топливосодержащими отходами обогащения углей (ОУ) и карбонатными отсевами с одновременным смещением модуля основности сырьевой смеси с 1,7-4,5 до 0,2-0,7 характерного для известково-глинитного

цемента, теоретически позволяет выйти на качественно новый - существенно более низкий показатель энергоемкости вяжущего и выхода СО2 при обжиге.

Цель работы: Разработать энергетически эффективный способ получения известково-глинитного цемента из отсева известняков и гравитационных отходов углеобогащения и получение на его основе мелкозернистых прессованных бетонов для изготовления мелкоштучных стеновых камней с использованием фракционированного заполнителя из горелой шахтной породы.

Задачи исследования:

1. Разработать энергетически эффективные составы сырьевой шихты для получения известково-глинитного цемента из карбонатного отсева и гравитационных отходов углеобогащения.

2. Разработать методику количественной оценки энергетической эффективности сырьевых смесей и расчета количественного состава шихты исходя из условия обеспечения энергетического баланса установившегося теплового процесса.

3. Исследовать влияние параметров обжига, соотношения сырьевых компонентов в шихте, добавок и прочих технологических факторов на физико-механические свойства известково-глинитного цемента.

4. Исследовать влияние состава и технологических параметров на физико-механические свойства мелкозернистых прессованных бетонов на основе известково-глинитного цемента и заполнителя из горелой шахтной породы.

5. Разработать ТУ, осуществить опытно-промышленную апробацию и дать технико-экономическую оценку предложенному способу производства известково-глинитного цемента.

Научная новизна:

- впервые доказана возможность получения гидравлического вяжущего -известково-глинитного цемента посредством обжига при 900-1100 °С двухкомпонентной шихты, состоящей из карбонатного отсева (25-50 %) и отходов гравитационного обогащения каменных углей (50-75 %), экспериментально установлены зависимости физико-механических свойств вяжущего от влияющих

технологических факторов, изучены процессы его гидратации и структурообразования цементного камня;

- с использованием методов термодинамического анализа выявлены особенности химизма процессов протекающих в органосодержащей двухкомпонентной шихте. Установлено, что при взаимодействии СаСОз с углеродом температура начала процесса диссоциации карбоната кальция снижается почти на 100 К.

- разработана методика количественной оценки энергетической эффективности сырьевых органо-минеральных смесей и процесса их обжига по значениям коэффициентов термобаланса Кь и энергетической эффективности Ке, которая учитывает теплотворные свойства отходов углеобогащения. Установлены количественные параметры сырьевых составов, которые обеспечивают тепловой баланс процесса обжига за счет реализации теплотворных свойств углеродистых включений, содержащихся в отходах углеобогащения.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- теоретически обоснована целесообразность совместного низкотемпературного обжига карбонатной породы (известнякового отсева) и гравитационных отходов углеобогащения для получения известково-глинитного цемента марок «150», «200», а также его среднемарочных модификаций;

- методами термодинамического анализа процесса диссоциации карбоната кальция в присутствии углерода и химических реакций в системе А12Оз^Ю2-2Н20-СаС03-С выявлено положительное влияние органической составляющей отходов ОУ на снижение температуры диссоциации карбонатного компонента шихты и твердофазовых реакций образования первичных клинкерных минералов;

- разработана методика оценки энергетической эффективности сырьевых смесей и расчета состава шихты, учитывающая теплотворные свойства отходов углеобогащения;

- разработаны программы автоматизированного расчета коэффициента энергетической эффективности и теплового баланса процесса обжига органо-минеральной сырьевой шихты для оптимизации ее состава по критерию

достижения теплового баланса за счет энергопотенциала углеродистых включений;

- разработаны составы прессованных мелкозернистых горелопородных бетонов на основе известково-глинитного цемента и его модификаций для мелкоштучных стеновых камней;

- предложен совмещенный способ производства известково-карбонатного спека и портландцементного клинкера в рамках объединенного теплового процесса. Снижение энергоемкости клинкера при этом составляет 20-40 %, а выход диоксида углерода в пересчете на конечный смешанный продукт сокращается на 22-60 %, по сравнению с традиционным способом.

- разработаны технические условия и регламент производства низкообжигового известково-глинитного цемента на основе отходов углеобогащения.

Методология и методы исследования. Методологической основой исследования являются современные положения теории и практики строительных материалов в области структурообразования, общепринятых физико-механических и физико-химических методов оценки свойств материалов. Проведение экспериментальных исследований осуществлялось с применением стандартных методов, приведенных в ГОСТ.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований влияния параметров обжига и содержания сырьевых компонентов на состав и свойства известково-глинитного цемента;

- результаты исследования влияния модифицирующих добавок на технические показатели известково-глинитного цемента;

- составы и свойства прессованных бетонов на известково-глинитном цементе и его модификациях;

- совмещенный способ производства известково-глинитного спека и портландцементного клинкера.

Достоверность результатов и обоснованность выводов обеспечиваются достаточным объемом воспроизводимых экспериментальных данных,

полученных современными методами исследований, и их взаимной корреляцией, использованием статистических методов обработки экспериментальных данных. Выводы и данные лабораторных исследований подтверждены положительными результатами испытаний вяжущего, полученного в производственных условиях.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на вузовских, международных научно-технических и научно-практических конференциях: Международных научно-технических конференциях «Проблемы строительного комплекса России» (г.Уфа в 2016, 2017, 2018 г.г.); Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (г.Уфа в 2015, 2017 г.г.); Международной научно-технической конференции посвященной к 105-летию со дня рождения А.Ф. Полака (г.Уфа, 2017 г.); на 10-й международной конференции «Нанотехнологии в строительстве» (АРЕ, г. Хургада, 2018 г.); Международной научно-технической конференции АзАСУ (г. Баку, 2018 г.); на 67-й и 69-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа в 2016, 2018 г.г.); VI Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инженерной механики» (г. Одесса, 2019); IV-й Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в архитектуре и дизайне» (г. Харьков, 2020).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 статей, из них 6 статей в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, 2 статьи в изданиях, входящих в наукометрическую базу Scopus и WoS. Получено 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ №2019667776 «Программа расчета коэффициента энергетической эффективности» и №2019667694 «Программа расчета теплового баланса»

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов, списка использованных источников из 178 наименований. Работа составляет 223 страницы машинописного текста, включая 75 таблиц, 61 рисунок и 5 приложений.

1 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ БЕСКЛИНКЕРНЫХ ИЗВЕСТЬСОДЕРЖАЩИХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ. РЕЗЕРВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ

1.1 Известково-пуццолановые вяжущие

Практическое применение извести в строительстве в качестве вяжущего насчитывает около 8 тыс. лет. В основном воздушную либо гидратную известь использовали для приготовления кладочных и штукатурных растворов, а примерно 7,5 тыс. лет назад ее начинают применять и для изготовления бетонов

[23]. Многочисленные артефакты свидетельствуют о широком распространении известьсодержащих растворов и бетонов в Античную эпоху. При этом в период расцвета Римской империи с I века до н.э. по II век появляются и находят широкое распространение смешанные гидравлические вяжущие на основе извести и активной минеральной добавки - пуццоланы, известные как «римский цемент»

[24]. Наиболее выдающимся сооружением той эпохи является сохранившийся практически в неизменном виде Пантеон в Риме с монолитным куполом диаметром 43,3 м из легкого бетона на римском цементе с заполнителем из вулканической пемзы [25].

Первое письменное упоминание рецептуры римского цемента принадлежит Витрувию [26]. Однако несколько ранее Плиний Старший обнаружил способность известкового раствора с добавкой вулканического пепла к гидравлическому твердению в морской воде. Витрувий рекомендовал соотношение извести и пуццоланы 1:2 для подводного и 1:3 для сухопутного строительства, в то время как Плиний Старший предложил соотношение 1:4 [27]. Римские морские сооружения, сохранившиеся до нашего времени, были построены из бетона, включающего гидравлическую известь, вулканический пепел и заполнитель [28]. Высокая долговечность римского бетона в морской воде, объясняется особым

строением цементирующей матрицы, формировавшейся в течении длительного времени [29], а также поглощением ионов С1 или SO42 из морской воды, с включением последних в стабильные кристаллические фазы [30]. Упрочнению древнеримского цементного камня могла способствовать и кольматация порового пространства тоберморитом и цеолитом [31]. Срок службы римских морских сооружений примерно на два порядка больше, чем у современных аналогичных сооружений, возведенных с применением портландцемента [27].

Характеристики древнеримского бетона всестороннее изучались многими исследователями [32-36]. Использование новейших методов физико-химических исследований дало более углубленное понимание его сложной структуры [37-39].

В современной трактовке к известково-пуццолановым вяжущим (ИПВ) относятся гидравлические вяжущие, получаемые в результате совместного помола активной гидравлической добавки с известью (воздушной, гидратной или гидравлической). Допускается смешение высушенных и раздельно измельченных ингредиентов. При этом содержание свободного оксида кальция в вяжущем должно находиться в пределах 10-30 % по массе. Для ускорения схватывания и твердения допускается добавка гипса в количестве до 5 % по массе. Следует отметить, что совместный помол является предпочтительным, т.к. дает лучшие результаты по сравнению с раздельным помолом исходных компонентов [40].

В качестве активных гидравлических добавок применяют горные породы вулканического происхождения (трасс, пепел, пемза и др.), или осадочного происхождения (трепел, опока, диатомит). Кроме добавок природного происхождения могут быть использованы побочные продукты производства, включающие активный кремнезем (металлургические и топливные шлаки, золы-уноса теплоэлектростанций, горелые шахтные породы и др.) или искусственно полученные в результате обжига глин (глиниты, цемянки, метакаолин).

Процесс твердения ИПВ после затворения водой основан на взаимодействии гидроксида кальция с активным кремнеземом пуццолановой добавки с образованием гидросиликатов кальция вида СБИ (В) и С2БИ2 (В). В процессе твердения ИПВ в нормальных условиях образуются гидросиликаты

кальция вида (О^^^СаО^Ю^ДН^ (СSH (B)). При тепловлажностной обработке и повышенном содержании известкового компонента в ИПВ вероятным является образование гидросиликатов кальция вида (1,5-2) СаО•SiO2•(1-2,5)Н2O (С2SH2 (В)). Возможным также является образование 2СаО•Al2Oз•SiO2•8Н2O - гидрогеленита [41].

При уменьшении концентрации Са(ОН)2 в растворе при твердении вяжущего С2SH2 (В) разлагается с образованием СSH (Б) и СаО. Оксид кальция вступает в реакцию с непрореагировавшим кремнеземом с образованием гидросиликата кальция.

Некоторые пуццоланы, наряду с активным кремнеземом, содержат активный глинозем, при взаимодействии которого с Са(ОН)2 образуются гидроалюминаты вида xCaO•Al2O3•nH2O [40, 42].

При водном твердении прочность ИПВ нарастает в течение длительного времени. При твердении на воздухе нарастание прочности относительно быстро прекращается. Возможен сброс прочности при длительном хранении в воздушно-сухих условиях, особенно при низком содержании оксида кальция в ИПВ.

Воздухостойкость ИПВ можно повысить увеличением содержания в них извести (не менее 60 % по массе) или добавкой портландцемента (10-15 % по массе). Воздухостойкость повышается также добавками гипса, ангидрита, Са02, Na2SO4 (1-5 % по массе), применением гидравлической извести взамен воздушной. Характерной особенностью ИПВ является замедленное твердение в нормальных и воздушно-сухих условиях. Значительному ускорению процесса твердения способствует тепловлажностная обработка при атмосферном давлении или запаривание в автоклаве. Образующиеся при автоклавной обработке кристаллогидраты обладают более высокой воздухостойкостью. Ускорителями схватывания и твердения для ИПВ являются гипсовый камень и полуводный гипс, портландцемент, хлористый кальций, сульфат натрия и др. добавки [40-42].

В настоящее время в Российской Федерации отсутствует ГОСТ, регламентирующий требования к известково-пуццолановым вяжущим. Последним действующим стандартом являлся ГОСТ 2544-76 [43], согласно

которого вяжущие по прочности при сжатии стандартных образцов из пластичных песчаных растворов через 28 суток делились на четыре марки: «50», «100», «150» и «200». При этом образцы должны храниться 7 суток во влажной среде и 21 сутки в воде. Более ранний ГОСТ 2544-44 [44] регламентировал деление известково-пуццолановых цементов на три марки: «50», «100» и «150». По ГОСТ 2544-44 [44] предел прочности при сжатии определялся для образцов, изготовленных из цементно-песчаного раствора жесткой консистенции с применением трамбования. При этом через 7 суток твердения над водой прочность при сжатии должна быть не ниже 20, 40 и 70 кгс/см2, а при растяжении 4, 6 и 8 кгс/см2 для марок «50», «100» и «150» соответственно. С учетом понижающего коэффициента (приблизительно 0,5) при переходе от прочности при сжатии трамбованных образцов по ГОСТ 2544-44 из жестких смесей к прочности вибрированных образцов из пластичных растворов по ГОСТ 2544-76 [43] имеем приведенные марки известково-пуццоланового цемента, соответствующие маркам «25», «50» и «75» по ГОСТ 2544-76.

Характерной особенностью ИПВ является высокая водопотребность по сравнению с портландцементом. Это объясняется повышенной водопотребностью извести и высокой водоудерживающей способностью пуццолановых добавок. Так, для ИПВ с добавками осадочного происхождения В/Ц находится в пределах 0,5-0,7. При использовании пуццолан вулканического происхождения В/Ц составляет 0,3-0,4, в то время как для портландцемента В/Ц=0,25-0,30. Водоцементное отношение несколько снижается для ИПВ на топливных золах за счет остеклованности частиц летучей золы и уменьшения необходимого количества влаги на смачивание их поверхности.

К настоящему времени сложился определенный стереотип относительно ограниченных возможностей практического использования ИПВ. Так, считается, что они предназначены для применения в кладочных растворах и в составе низкомарочных бетонов для устройства фундаментов и подводных опор, либо заглубленных частей неответственных зданий и сооружений, находящихся во влажных и обводненных грунтах, а также подверженных воздействию

сульфатных вод. Для наземных зданий и сооружений, находящихся в условиях сухого климата, применение ИПВ нецелесообразно в виду их невысокой воздухостойкости. Также не рекомендуется использовать ИПВ при пониженных температурах, поскольку это отрицательно сказывается на и без того замедленной кинетике твердения вяжущего. Кроме этого, бетоны и растворы на ИПВ характеризуются невысокой морозостойкостью, что ограничивает их применение в климатических условиях с частыми температурными переходами через 0 °С. Однако результаты последних высокотехнологичных исследований микроструктуры и свойств искусственного камня из древнеримского цемента раскрывают уникальную способность известково-пуццолановых композиций к самоупрочнению и сохранению эксплуатационных свойств на протяжении неимоверно длительного периода, исчисляемого двумя тысячелетиями [45-47].

Полученные новые данные существенно расширяют представления о возможностях применения ИПВ, поскольку в новой концепции они являются основой для получения целого спектра, так называемых гибридных цементов, объединяющих свойства известьсодержащих и других клинкерных и бесклинкерных вяжущих с высоким конкурентным потенциалом [48-52]. Подобная концепция гибридных вяжущих может служить основополагающей при разработке других, не менее эффективных композиционных цементов с более низкой энергоемкостью производства, высокими эксплуатационными характеристиками и экологичностью производства.

1.2 Гидравлические вяжущие низкотемпературного обжига из природных и искусственных смесей

К наиболее раннему опыту получения вяжущих низкотемпературного обжига (ВНТО) справедливо отнести производство гидравлической извести. Достаточно давно было замечено, что при наличии в карбонатной породе тонкодисперсных глинистых примесей, кварцевых включений, оксидов железа (более 6 % по массе) получаемая после обжига известь приобретала выраженные в той или иной степени гидравлические свойства [53].

Авторство на изобретение гидравлической извести принадлежит Джону

Смитону (1793 г.), которым была установлена возможность ее получения из мергелистых известняков с повышенным содержанием глинистых примесей. Раствор на основе гидравлической извести и пуццолановой добавки Смитон использовал при строительстве Эддистонского маяка. В 1796 г. в Англии Джеймсом Паркером был запатентован способ производства близкого к гидравлической извести вяжущего, способного твердеть в воде без предварительного гашения. В последствии запатентованный продукт в промышленном производстве получил название романцемента и широко применялся в европейских странах, а также в России, пока не был вытеснен портландцементом [54].

Однако до этого момента предпринимались попытки улучшения свойств и технологии производства гидравлической извести и романцемента, направленные на получение более стабильного и высокомарочного продукта за счет применения искусственных сырьевых смесей из карбонатной породы и глинистого компонента взамен мергелистых или запесоченных известняков.

Первые опыты по получению гидравлической извести из искусственных смесей известняков с глинами были проведены в начале XIX в. во Франции Луи Жозефом Вика. Им было предложено классифицировать гидравлическую известь в зависимости от значения соотношения суммарного содержания кремнезема и глинозема к оксиду кальция [55]. В современной трактовке предложенная классификация по значению основного (ОМ) или гидравлического модуля является главным критерием качественной оценки гидравлических свойств минеральных вяжущих:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рязанов Антон Александрович, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2018 году». М.: Минприроды России; НПП «Кадастр», 2019. 844 с.

2. Таразанов И.Г. Итоги работы угольной промышленности России за январь - декабрь 2017 года. Ежемесячный научно-технический и производственно-экономический журнал Уголь. 2018. - №3. - С. 58-72.

3. Ефимов В.И., Никулин И.Б., Рыбак В.Л. Использование отходов углеобогащения и оптимизация ресурсов по экологическому фактору // Известия ТулГУ. Вып. 1 - Тула, 2014. - С. 85-95.

4. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года // Министерство энергетики Российской Федерации. 13.11.2009.

5. Н.И.Дунаевская. К вопросу о комплексном использовании шламов, сухих отходов углеобогащения, высокозольного и бурого угля в энергетике.// Институт угольных энерготехнологий Национальной академии наук Украины. Доклад на совещании у Президента НАН Украины.- 22.02.12 , Электронный ресурс: http://esco-ecosys.narod.ru/2012-5.

6. Брагина П.С. Самовозгорание угольных отвалов в Кемеровской области // Вестник Кузбасской государственной педагогической академии. - №4(29) - Новокузнецк, 2013. - С. 57-64.

7. Болдырев А.С., Люсов А.Н., Алехин Ю.А. Использование отходов в промышленности строительных материалов - М., Знание, 1983 - 61 с.

8. Панишев Н.В., Бигеев В.А., Галиулина Е.С. Перспективы утилизации хвостов углеобогащения и твердых отходов тепловых электростанций // Теория и технология металлургического производства. -№2 (17) - Магнитогорск, 2015. - С. 69-76.

9. Панова В.Ф., Панов С.А. Отходы углеобогащения как сырье для получения строительных материалов // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. - №2(12) -Новокузнецк, 2015. - С. 71-72.

10. Семенов Л.В. Экономия топливно-сырьевых ресурсов на основе использования в промышленности углесодержащих отходов. ЦНИЭИуголь. Обогащение и брикетирование угля. Обзорная информация, М., 1987 - 47 с.

11. Сергеев A.M. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности - К., Будiвельник, 1984 - 120 с.

12. Рязанов А.А., Антоненко А.О., Рязанова В.А. Исследование свойств сырьевых смесей для получения прессованных бетонов из горелой шахтной породы // Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: Материалы Международной научно-технической конференции. (Памяти В.Х. Хамаева) - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2017.- Вып. 11. С. 315-319.

13. Сверчков И.П. Перспективы использования отходов углеобогащения // Материалы научно-практической конференции «Неделя науки СПбПУ» ч. 2, СПб: изд. Политехнического университета, 2015. С 206208.

14. Сверчков И.П. Хвосты углеобогащения как источник сырья для энергогенерирующих предприятий // Сборник трудов XXII Международного симпозиума им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» - Томск: ред. ТПУ, 2018, с. 848 - 850.

15. Свечникова Н.Ю. Комплексное использование отходов углеобогащения ОАО ЦОФ "Беловская" / Н.Ю Свечникова, Н.С. Коновницына, Е.А. Игуменшева, О.Г. Кухаренко // Молодой ученый -2016. - № 23(127). - С.89-91.

16. Дворкин Л.И., Пашков И.А. Строительные материалы из промышленных отходов. К.: Высшая школа, 1980. 84-88с.

17. Равич Б.М., Окладников П., Лыгач В.Н. Комплексное использование сырья и отходов - М., Химия, 1988 - 288 с.

18. Элинзон М.П., Васильков С.Г. Топливосодержащие отходы промышленности в производстве строительных материалов,-М.: Стройиздат,1980. -221 с.

19. Алехин Ю.А. Использование промышленных отходов в производстве строительных материалов // Строительные материалы. 1982. №2. с.5-10.

20. Бернштейн В.Л., Дегтярь Е.В., Криумен В.Н., Деменко В.В. Теоретические аспекты использования техногенных материалов в составе портландцементной сырьевой смеси. // Цемент инновация. - 1998. - № 1. - с. 4-8.

21. Здоров А.И. Внедрение энергосберегающих технологий на цементных заводах в Украине. // Цемент. - 1993. -№3 с. 11-12.

22. Каминский А.Д. Повышение производительности вращающихся печей путем ввода в сырьевую смесь топливосодержащих добавок. // Цемент.- 1971.- №5.- с.1-2.

23. Yamrozy Z. Beton i jego technologie / Z. Yamrozy - Warsawa: Krakow; PWN.2000. 485 p.

24. Рахимов Р.З. Строительство и минеральные вяжущие прошлого, настоящего и будущего / Р.З. Рахимов, Н.Р. Рахимова // Строительные материалы. -2013. -№5,- с. 57-59.

25. ^omas Edmund. From the Pantheon of the Gods to the Pantheon of Rome // Pantheons; Transformations of a Monumental Idea / Richard Wrigley; Matthew Craske. - Aldershot: Ashgate, 2004. - P. 17. - ISBN 978-0-7546-0808-0.

26. Витрувий. Десять книг об архитектуре. / Пер. Ф.А.Петровского. Т. 1. М., Изд-во Всес. Академии архитектуры. (Серия «Классики теории архитектуры»), - 1936. - 331 с.

27. Angel Palomo. Hybridbinders: A journey from the past to a sustainable future (Opus Caementicium Futurum) // 15th International Congress on the

Chemistry of Cement (ICCC 2015), September 16-20, 2019 in Prague, Czech Repablic - Book of Abstracts - P.9.

28. C.J. Brandon, R.L. Hohlfelder, M.D. Jackson, J.P. Oleson. Building for Eternity: The History and Technology of Roman Concrete Engineering in the Sea Oxbow Books, Oxford (2014) Google Scholar.

29. M.D. Jackson, J. Moon, E. Gotti, R. Taylor, S.R. Chae, M. Kunz, A.H. Emwas, C. Meral, P. Guttmann, P. Levitz, H.R. Wenk, P.J.M. Monteiro. Material and elastic properties of Al-tobermorite in ancient roman seawater concrete J. Am. Ceram. Soc., 96 (8) (2013), pp. 2598-2606, 10.1111/jace.12407 Cross Ref View Record in Scopus Google Scholar.

30. M.D. Jackson, G. Vola, D. Vsiansky, J.P. Oleson, B. Scheetz, C. Brandon, R. Hohlfelder. Cement microstructures and durability in ancient roman seawater concretes J. Valek, C. Groot, J. Hughes (Eds.), Historic Mortars. Characteristics and Tests, Springer-RILEM, Berlin (2012), pp. 49-76 Cross Ref View Record in Scopus Google Scholar.

31. M.D. Jackson, S.R. Mulcahy, H. Chen, Y. Li, Q. Li, P. Cappelletti, H.R. Wenk. Phillipsite and Al-tobermorite mineral cements produced through low-temperature water-rock reactions in Roman marine concrete Am. Mineral., 102 (7) (2017), pp. 1435-1450, 10.2138/am-2017-5993CCBY Cross Ref View Record in Scopus Google Scholar.

32. M.E. Blake, E.B. Van Deman. Ancient Roman Construction in Italy From the Prehistoric Period to Augustus Smithsonian Institution, Washington DC (1947) Google Scholar.

33. W.L. MacDonald. The Architecture of the Roman Empire: An Introductory Study Rev. Ed. Yale University Press, New Haven and London (1982) Google Scholar.

34. H.O. Lamprecht. Opus Caementitium. Bautechnik der Römer (5th edn), Beton-Verlag, Düsseldorf (1996) Google Scholar.

35. J. DeLaine. Building the Eternal City: the construction industry of imperial Rome J.C.N. Coulston, H. Dodge (Eds.), Ancient Rome: The

Archaeology of the Eternal City, Oxford University Committee for Archaeology, Oxford (2000), pp. 119-141 Cross Ref View Record in Scopus Google Scholar.

36. L.C. Lancaster, Concrete Vaulted Construction in Imperial Rome: Innovations in Context. Cambridge: Cambridge University Press Google Scholar L.C. Lancaster The process of building the Colosseum Journal of Roman Archaeology, 18 (2005), pp. 57-82 View Record in Scopus Google Scholar.

37. M.D. Jackson, J. Moon, E. Gotti, R. Taylor, S.R. Chae, M. Kunz, A.H. Emwas, C. Meral, P. Guttmann, P. Levitz, H.R. Wenk, P.J.M. Monteiro. Material and elastic properties of Al-tobermorite in ancient roman seawater concrete J. Am. Ceram. Soc., 96 (8) (2013), pp. 2598-2606, 10.1111/jace.12407 Cross Ref View Record in Scopus Google Scholar.

38. S. Beauchemin, B. Fournier, J. Duchesne, Evaluation of the concrete prisms test method for assessing the potential alkali-aggregate reactivity of recycled concrete aggregates, Cem. Concr. Res. 104 (2018) 25-36, https://doi.org/ 10.1016/j. cemconres.2017.10.008.

39. E. D'Ambrosio, F. Marra, A. Cavallo, M. Gaeta, G. Ventura. Provenance materials for Vitruvius' harenae fossiciae and pulvis puteolanis: geochemical signature and historical-archaeological implications J. Archaeol. Sci. Rep., 2 (2015), pp. 186-203, 10.1016/j.jasrep.2015.01.012 Article Download PDF View Record in Scopus Google Scholar.

40. Бутт Ю.М. Химическая технология вяжущих веществ / Ю.М. Бутт, М.М. Сычев, В.В. Тимашев - М.: Высшая школа. - 1976. - 450 с.

41. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Стройиздат, 1986. - С. 376-384.

42. Химия цементов. Под редакцией Х.Ф.У. Тейлора - М.: Издательство литературы по строительству, 1969. - С.358-360.

43. ГОСТ 2544-76 «Вяжущие известьсодержащие гидравлические».

44. ГОСТ 2544-44 «Цементы: известково-шлаковый, известково-пуццолановый, известково-зольный».

45. M.D. Jackson, S.R. Chae, S.R. Mulcahy, C. Meral, R. Taylor, P. Li, A.-H. Emwas, J. Moon, S. Yoon, G. Vola, H.R. Wenk, P.J.M. Monteiro. Unlocking the secrets of Al-tobermorite in Roman seawater concrete Am. Mineral., 98 (10) (2013), pp. 1669-1687, 10.2138/am.2013.4484 Cross Ref View Record in Scopus Google Scholar.

46. M.D. Jackson, E.N. Landis, P.F. Brune, M. Vitti, H. Chen, Q. Li, M. Kunz, H.R. Wenk, P.J.M. Monteiro, A.R. Ingraffea. Mechanical resilience and cementitious processes in Imperial Roman architectural mortar. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 111 (52) (2014), pp. 18484-18489, 10.1073/pnas.1417456111 Cross Ref View Record in Scopus Google Scholar.

47. L. Randazzo, M. Ricca, S. Ruffolo, M. Aquino, B.D. de Petriaggi, F. Enei, M.F. La Russa. An Integrated Analytical Approach to Define the Compositional and Textural Features of Mortars Used in the Underwater Archaeological Site of Castrum Novum (Santa Marinella, Rome, Italy) Minerals, 9 (2019), p. 268, 10.3390/min9050268 Cross Ref Google Scholar. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 111 (52) (2014), pp. 18484-18489, 10.1073/pnas.1417456111 Cross Ref View Record in Scopus Google Scholar.

48. Рахимов Р.З. XV Международный конгресс по химии цемента (ICCC-2019) / Р.З. Рахимов, Н.Р. Рахимова // Строительные материалы. 2019.-№12.- С.58-61.

49. A. Palomo, P. Monteiro, P. Martauz, V. Bilek, A. Fernandez-Jimenez. Hybrid binders: A journey from the past to a sustainable future (opus caementicium futurum). Cem. Concr. Res., 124 (2019). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105829.

50. Халиуллин М.И. Влияние молотого известняка на свойства композиционного гипсового вяжущего с применением термоактивированной глины в качестве пуццоланового компонента / М.А.Халиуллин, И.И.Файзрахманов // Известия КГАСУ. - 2018 - №3(45) - С.203-209.

51. Ермилова Е.Ю. Исследование влияния комплексных добавок на основе карбонатных пород и термоактивированной полиминеральной глины

на состав продуктов гидратации композиционного цементного камня / Е.Ю.Ермилова, З.А.Камалова, Р.З.Рахимов, Р.И.Гуляев // Известия КГ АСУ. -2017 - №1(39) - С.198-205.

52. Шелихов Н.С. Модификация гидравлических вяжущих низкотемпературного обжига / Н.С. Шелихов, Д.А. Зарезнов, Р.Р. Сагдиев // Известия КГАСУ. 2016.- №4(38) - С.409-415.

53. Ли Ф.М. Химия цемента и бетона. - Москва: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1961. - 646 с.

54. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные минеральные вяжущие материалы. - Москва: Инфра-Инженерия, 2011. - 544 с.

55. Пащенко, А.А. Вяжущие материалы / А.А. Пащенко, В.П. Сербин, Е.А. Старчевская. - Киев: Вища школа. - 1985. - 440 с.

56. ГОСТ 79-2018 «Известь строительная. Технические условия».

57. Бутт Ю.М. Технология цемента и других вяжущих. - Москва: Государственное издательство литературы по строительным материалам. -1956. - 348 с.

58. Барбане И. Исследование химического и минералогического состава романцемента, синтезированного из латвийской глины и доломита/ И. Барбане, И.Витыня, Л. Линдыня // Строительные материалы, - 2013. -№1. - с. 40-43.

59. Бесцементные бетонные смеси на горелой породе: Обзорная информация ЦНТИ - Караганда, 1988.

60. Блюмен Л.М. Образование и свойства известково-белитового вяжущего/ Л.М. Блюмен, Ю.М. Бутт, Х.С. Воробьев, А. А. Крупин // Строительные материалы. -1965. - №8. - с. 29-31.

61. Рахимов, Р.З. Строительство и минеральные вяжущие прошлого, настоящего и будущего / Р.З. Рахимов, Н.Р. Рахимова // Строительные материалы. -2013. -№5,- с. 57-59.

62. Сагдиев P.P. Бесклинкерные гидравлические вяжущие на основе карбонатно-глинистого сырья с повышенным содержанием карбоната магния / P.P. Сагдиев, Н.С. Шелихов // Известия КГАСУ. - 2012. - № 2. - с. 194-200.

63. Шелихов Н.С. Бесклинкерные гидравлические вяжущие на основе карбонатно-глинистого сырья Татарстана / Н.С. Шелихов, JI.T. Ахмитова // Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии. Материалы XV академических чтений РАААСН -Международной научно-технической конференции. Казань: КГАСУ. -2010. - Т.1. - с. 169-173.

64. Ширин-Заде И.Н. Низкообжиговые глинодоломитовые композиции на основе сырья месторождений Азербайджана// Техника и технология силикатов. - 2008-№ 2. -с. 19-21.

65. Рахимов Р.З. Экология, научные достижения и инновации в производстве строительных материалов на основе и с применением техногенного сырья/ Р.З. Рахимов, У.Х. Магдеев, В.Н. Ярмаковский// Строительные материалы. - 2009. - №12. - с. 2-5.

66. Сагдиев P.P. Влияние технологических условий получения и добавок на свойства композиционного карбонатно-глинистого вяжущего / P.P.Сагдиев, Н.С. Шелихов, Р.З. Рахимов, О.В. Стоянов // Вестник Казанского технологического университета, - 2013. - т.16. - №5. - С. 110113.

67. Сагдиев P.P. Исследование влияния добавок ускорителей твердения на свойства бесклинкерных гидравлических вяжущих на основе карбонатно-глинистого сырья / P.P.Сагдиев, Н.С.Шелихов / Тезисы докладов «65 Всероссийской научной конференции по проблемам архитектуры и строительства».- Казань. - 2013. - с.6. г. - Москва. - С. 135137.

68. Сагдиев P.P. Модификация бесклинкерных гидравлических вяжущих из местного минерального сырья / P.P. Сагдиев, Н.С. Шелихов //

Материалы II международной научно-практической конференции «Фундаментальная наука и технологии - перспективные разработки». -2013.

69. Сагдиев P.P. Оптимизация состава и режима обжига бесклинкерных гидравлических вяжущих / Р.Р. Сагдиев, Н.С. Шелихов / Тезисы докладов «64 Всероссийской научной конференции по проблемам архитектуры и строительства». Казань. - 2012,- с.6.

70. Сагдиев P.P. Оптимизация технологии бесклинкерных гидравлических вяжущих на основе карбонатно-глинистого сырья / P.P. Сагдиев, Н.С. Шелихов / Сборник научных трудов «Института строительства и архитектуры МГСУ (Выпуск 4)». - М. - МГСУ. - 2012, -С.62-66.

71. А.с. 1700909 СССР С О4 В 2/10 / Волженский А.В., Чистов Ю.Д., Рязанов А.Н. и др. Способ получения гидравлической извести.

72. Рязанов А.Н., Чистов Ю.Д., Карпова Т.А. Малотопливная технология местного вяжущего на основе зол ТЭС и отходов углеобогащения // «Строительные материалы», Москва, 1994.

73. Вторичные материальные ресурсы угольной промышленности (образование и использование): (Справочник). - М.: Экономика, 1984. - 92 с.

74. Авдохин В.М. Основы обогащения полезных ископаемых. Том 1. Обогатительные процессы. - М.: Горная книга, 2006. - 417 с.

75. Техника и технология обогащения углей. Справочное руководство. Под ред. В.А. Чантурия, А.Р. Молявко. Изд. 3 -е, перераб. и доп. М.: Наука, 1995. - 622 с.

76. ГОСТ Р 57011- 2016 «Отходы добычи и обогащения углей. Классификация».

77. Горлов Е.Г., Сафиев О.Г., Серегин А.И. Физико-химические свойства угольных шламов и их переработка // Химия твердого топлива. 2008. №1. С. 54-57.

78. Усольцева И.О., Передерин Ю.В., Крайденко Р.И. Обогащение углей: современное состояние технологий // Ползуновский вестник. - №3 - Барнаул, 2017. - С. 131-136.

79. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. ИТС 37-2017 Добыча и обогащение угля. 01.06.2018. [Электронный ресурс]: http://docs.cntd.ru/document/556173717.

80. Качество и состав отвальных пород углеобогатительных фабрик Донецкого бассейна / Якунин В.П., Бубнов А.П., Скляр П.Т. // Обогащение и брикетирование угля. - 1970. - №1. -С. 29-32.

81. Коновалова Т.А. Применение флокулянтов для повышения экологической безопасности водно-шламовых схем углеобогатительных фабрик / Т.А. Коновалова, Г.Б. Векслер, А.А. Лавриненко, Г.Ю. Гольберг // Известия московского государственного технического университета. -№1(19) - М., 2014. - С. 5-10.

82. Воробьев Е.А. Сокирка С.А., Сухарь Е.А. Влияние породных отвалов на окружающую среду // Материалы VI международной конференции по открытой и подводной добыче полезных ископаемых. -Варна, 2010. - С. 83-88.

83. Якунин В.П., Агроскин А.А. Использование отходов обогащения углей. - М.: Недра, 1978. - 167 с.

84. Русьянова Н.Д. Углехимия. М.: Наука, 2003. - 317 с.

85. Ганопольский Ф.И. О минеральном составе сопутствующих пород углей Донбасса // Уголь Украины. - 1985. - №3. - С. 44-45.

86. Лебедев В.В., Рубан В.А., Шпирт МЛ. Комплексное использование углей, М., Недра, 1980 - 239 с.

87. Шпирт М.Я. Рациональное использование отходов добычи и обогащения углей / М.Я. Шпирт, В.А. Рубан - М., Недра, 1990 - 223 с.

88. Шпирт М.Я., Рубан В.А., Иткин Ю.В. Рациональное использование отходов добычи и обогащения углей. - М.: Недра, 1990. - 224 с.

89. Шпирт М. Я., Артемьев В. Б., Силютин С. А. Использование твердых отходов добычи и переработки углей. М: «Горное дело», 2013. -432 с.

90. Блинов Е.А. Топливо и теория горения // Учебное пособие, Изд -во СЗТУ, СПб. - 2007. - 120 с.

91. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Карбонатные породы. Утверждены распоряжением МПР России от 05.06.2007 г. № 37.

92. ОСТ 21-27-76 Породы карбонатные для производства строительной извести. Технические условия.

93. ТУ 5743-060-00196368-97 Известняк и известняк флюсовый.

94. Рязанов А.Н. Получение цемента из отходов доломита / А.Н.Рязанов, В.И.Винниченко, С.В.Щеблыкин, Н.И.Телятникова // Экология и промышленность. - 2013 - С.111-114.

95. Мазуров Д.Я. Теплотехническое оборудование заводов вяжущих материалов. 2-е изд. перераб. - М.; Стройиздат, 1982. - 288 с.

96. Книгина Г.И. Строительные материалы из горелых пород Кузбасса. - Кемерово, 1957.-112с.

97. Книгина Г.И. Строительные материалы из горелых пород. М.: Изд. литературы по строительству, 1966. - 208с.

98. Гублер Л.С. Использование горелых пород в строительстве // Керамика. - 1939.-№3.

99. Крамарев Б.Н. Бетониты и бетонитовая крепь. - М.: Металлургиздат, 1944.

100. Панов Б.С., Проскурня Ю.А., Мельников В.С., Гречановская Е.Е. Неоминерализация горящих угольных отвалов Донбасса//Минералогический журнал, 2000, № 4, т.22. С.37-46.

101. Соколов В.И. Опыт применения заменителей при креплении горных выработок в шахтах комбината Донбассуголь // Вестник Донбасса. -Донецк: Обл. издательство, 1945 - т.1.

102. Григорьев Г.В. Об использовании горелых пород шахтных терриконов в качестве строительного материала. М.: Углетехиздат, 1949.

103. Волженский A.B., Гольденберг Л.Б., Воевода Г.Ф. Влияние несгоревшего топлива на морозостойкость песчаных бетонов с добавкой золы // Бетон и железобетон. - 1977. - №2 5. - С.29-30.

104. Дибров Г.Д., Сергеев А.М. О критериях нормирования содержания несгоревших углеродистых частиц в золах ТЭС при производстве строительных материалов // Энергетическое строительство - 1981. - №2 7. - С.52-55.

105. Спирин Ю.Л., Алехин Ю.А. Характеристика отходов теплоэнергетики и угольной промышленности. // ВНИИЭСМ.- 1984.- Сер.11, Вып.2,- с.4-12.

106. Спирин Ю.Л., Алехин Ю.А., Глушнев СВ. Использование зол, шлаков ТЭС и отходов угледобычи и углепереработки в производстве строительных материалов - М, ВНИИЭСМ, 1984 - (Сер. 11. Использование отходов, попутных продуктов в производстве строительных материалов. Охрана окружающей среды: Обзор информации: Вып. 2).

107. Фалевич Б.В. Балочный настил из армированного бетона с горелыми породами //Жилищно-коммунальное хозяйство, 1953.-№2.

108. Гонтарюк М.Н. Производство пустотелых стеновых камней из горелых шахтных пород по методу пробуждения// Строительная промышленность. 1941.-№4.

109. Левитес Е.Б. Комплексное использование доменного шлака и горелой шахтной породы в строительстве // Сб. Строительные материалы из шлаков и вопросы технологии бетона. Харьков, 1959.

110. Шифрин М.П., Роклин Р.М., Эпштейн Л.В. Пути использования горелых пород // Уголь. - 1954.-№1.

111. Болозович И.М., Бернштейн С.А. Использование пород шахтных террикоников для производства цемента и крепежных блоков. - М.: Углетехиздат, 1951.

112. Островский М.В., Шлифлинг Я.М. Растворы и армированные изделия из горелых пород// Бюллетень строительной техники. - М.: Госстройиздат, 1946.

113. Стеновые камни на основе горелых пород террикоников: Информ. ЦНТИ. - Владивосток, 1991.

114. Щербань Н.Г. Опыт использования углеотходов на предприятиях Донецкого ОПОСМ // Строительные материалы. - 1986.- .№12.

115. Винниченко В.И. Применение отходов углеобогащения при обжиге цементного клинкера. // Научный вестник строительства. - Харьков, 1998. - с.212-214.

116. Шелихов Н.С. Низкообжиговые гидравлические вяжущие. Проблемы и решения / Н.С. Шелихов, P.P.Сагдиев, Р.З. Рахимов, О.В.Стоянов // Вестник Казанского технологического университета. -2014. -т.17. -№2. -С.59-65.

117. Шелихов Н.С. Романцемент низкотемпературного обжига / Н.С. Шелихов, P.P. Сагдиев, Р.З. Рахимов, О.В. Стоянов // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - т.16. - №19. - С.62-66.

118. Шелихов Н.С. Технологические аспекты получения низкомарочных гидравлических вяжущих с позиции энерго - и ресурсосбережения / Н.С. Шелихов, Р.З. Рахимов, О.Л. Сенюшкина // Восьмые академические чтения РААСН. Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения. Самара. - 2004,-с.592-595.

119. Ширин-Заде°И.Н. Структура глинодоломитовых композиционных материалов // Строительные материалы. - 2010. - № 3. - с.33-34.

120. Воробьев Х.С., Мазуров Д.Я. Теплотехнические расчеты цементных печей и аппаратов. - М.: Высшая школа, 1992.- с.272-398.

121. Перегудов В.В., Роговой М.И. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей. - Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1983. - 416 с.

122. Будников П.П. Реакции в смесях твердых веществ / П.П. Будников, К.Н. Гистлинг. -М.: Стройиздат. -1971. -486 с.

123. Гетерогенные химические реакции. / Под ред. Павлюченко М.М., Продана Е.А.- Минск.: Наука и техника, 1970.- 208с.

124. Тейлор Х.Ф.У. Химия цементов /Х.Ф.У. Тейлор. -М.: Стройиздат. - 1971,- 530 с.

125. Hughes D.C. Roman cements - Belite cements calcined at low temperature / D.C. Hughes, D. Jaglin, R. Kozlowski, D Mucha. // Cement.Concreet. - 2009. -№ 39 - p. 77-89.

126. Tislova R. Porosity and specific surface area of Roman cement pastes/ R. Tislova, A. Kozlowska, R. Kozlowski , D. Hughes// Cement and Concrete Research. - 2009 - №39. -p. 950-956.

127. Рязанов. А.А., Латыпов В.М. Эколого-экономические аспекты использования топливосодержащих отходов в технологии вяжущих //67-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ, Сборник материалов конференции, Книга 2.- УГНТУ,-Уфа 2016.-с.294-295.

128. Рязанов. А.А., Рязанов А.Н., Галиев А.Б., Антоненко А.О. Теоретическое обоснование и энергетическая эффективность использования топливосодержащих отходов в технологии низкообжиговых цементов // «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук»: Материалы международн. научно-технич. Конференции. - Уфа, 2015,-Вып.9.-с.127-130.

129. ПНД Ф 12.1:2:2.2:2.3.2-03 «Отбор проб почв, грунтов, осадков биологических очистных сооружений, шламов промышленных сточных вод, донных отложений искусственно созданных водоемов, прудов -накопителей и гидротехнических сооружений».

130. Типовые программы и методики лабораторных испытаний нерудных полезных ископаемых при производстве геологоразведочных работ /Составитель Бухмастов В.М./. - Свердловск, 1988.-243-247с.

131. ГОСТ 32021-2012 «Заполнители и наполнители из плотных горных пород для производства сухих строительных смесей. Технические условия».

132. ГОСТ 125-2018 «Вяжущие гипсовые. Технические условия».

133. ГОСТ 6318-77 «Натрий сернокислый технический».

134. ГОСТ 450-77 «Кальций хлористый технический. Технические условия».

135. ГОСТ 6139-2003 «Песок для испытаний цемента. Технические условия».

136. ГОСТ 30744-2001 «Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка».

137. ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».

138. Попов Л.Н. Лабораторный контроль строительных материалов и изделий. - М.: Стройиздат,1986. - 349с.

139. Громозова И.К., Бахтина Е.А., Волкова С.С. и др. Особенности рентгеноспектрального анализа цементной сырьевой смеси на основе углеотходов // Цемент. - 1991.- №9-10.- с.65-70.

140. Уманский Я. С. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия / Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков, А.Н. Иванов, Л.Н. Расторгуев - М.: Металлургия. - 1982. - 632 с.

141. Пилоян Г.О., Вальяшихина Е.П. Термический анализ минералов из группы каолинита и галлуазита. - В кн.: Термоаналитические исследования в современной минералогии. М., Наука, 1970, с. 131-206.

142. Бабушкин В.И., Матвеев Г.М., Мчедлов-Петросян О.П. Термодинамика силикатов/ Под ред. О.П. Мчедлова-Петросяна. - 4-е изд. перераб. - М.: Стройиздат, 1986.-408 с.

143. Гаркави M.C. Термодинамический анализ структурных превращений в вяжущих системах. Магнитогорск. - 2005. - 247 с.

144. Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.П. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. -М.: Химия. 1968.

145. Кузнецова Т.В. Тандилова К.Б., Кавсадзе Ц.Э. и др. Отходы углеобогащения в производстве цемента. // Цемент. - 1989.- №12.- с.15-16.

146. Лугинина И.Г., Ибатулина Л.Х. и др. Применение отходов угледобычи для производства цемента. - Цемент, 1983, №11, с.6.

147. Влияние паров воды на процесс декарбонизации. // ВНИИЭСМ.-сер.1., вып.5.- 1983.- с.9-12.

148. Рыжик А.Б. Александров А.В. Горение твердого топлива в декарбонизаторах вращающихся печей // Цемент.- 1981.- №9-10.- с.22-27.

149. Рыжик А.Б., Александров А.В. Воспламеняемость и токсичность печных газов при обжиге цементных сырьевых смесей с топливосодержащими добавками // Цемент. - 1991.-№5-6.-С. 84-86.

150. Торопов, Н.А. О вяжущих свойствах различных модификаций двухкальциевого силиката / Н.А. Торопов, Н.Ф. Федоров // Журнал прикладной химии. 1962. - №12. - с. 2585-2588.

151. Шелихов Н.С. Влияние температуры и длительности обжига сырья на состав гидравлической извести и романцемента / Н.С. Шелихов, P.P. Сагдиев, Р.З. Рахимов, О.В. Стоянов // Вестник Казанского технологического университета. -2014. -т.17 №2. -с.69-73.

152. Рязанов А.А., Латыпов В.М., Рязанов А.Н., Рязанова В.А. Влияние условий обжига, состава шихты и добавок на свойства известково-глинитного цемента из отходов углеобогащения // Градостроительство и архитектура (URBAN CON-STRUCTION AND ARCHI-TECTURE). Научно-технический журнал, Т.8, №4, 2018. Самара. -С.50-55.

153. Рязанов А.А., Яппаров Т.И., Рязанов А.Н., Рязанова В.А. Термодинамический анализ диссоциации карбонатной породы в составе

углеродсодержащей шихты // Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: Материалы Международной научно-технической конференции. (Памяти В.Х. Хамаева) - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2018.- Вып. 12. -С. 437 - 440.

154. Riazanov A A, Vinnichenko V I and Riazanov A N 2019 Influence of Organic Matters on the Calcium Carbonate Decarbonization Process Materials Science Forum Vol. 968 pp 35-43.

155. Рязанов А.А., Винниченко В.И., Рязанов А.Н. Термодинамика реакций, протекающих при обжиге топливосодержащей шихты состоящей из карбонатного компонента и отходов углеобогащения // Строительные материалы. - 2019. - № 12. - С.68-73.

156. Рязанов А.А., Рахимов Р.З., Винниченко В.И., Рязанов А.Н., Шагигалин Г.Ю., Недосеко И.В. Особенности диссоциации карбоната кальция в составе органоминеральной смеси // Строительные материалы. -2020. - № 3. - С. 54.

157. Рязанов А.А., Латыпов В.М., Рязанов А.Н., Рязанова В.А. Оптимизация состава сырьевой шихты низкотемпературного цемента на основе топливосодержащих отходов углеобогащения // Градостроительство и архитектура (URBAN CON-STRUCTION AND ARCHI-TECTURE). Научно-технический журнал (из перечня ВАК), Т.8, №3, 2018. Самара. - С.68-72.

158. ГОСТ 147-2013 «Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и расчет низшей теплоты сгорания».

159. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019667776 «Программа расчета коэффициента энергетической эффективности». Авторы: Рязанов А.А., Пудовкин А.Н., Рязанов А.Н., Недосеко И.В., Рязанова В.А. Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 26.11.2019.

160. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019667776 «Программа расчета теплового баланса». Авторы:

Рязанов А.А., Пудовкин А.Н., Рязанов А.Н., Салов А.С., Бикташева А.Р. Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 26.11.2019.

161. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - 279с.

162. Ферронская A.B., Стамбулко В.И. Лабораторный практикум по курсу "Технология бетонных и железобетонных изделий": Учебн.пособие для вузов по спец. "Пр-во строит.изделий и конструкций". - М.: Высш.шк., 1988. - С.73-92.

163. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. -М.: Мир, 1974. - 957 с.

164. Рамачандран В. Добавки в бетон. Справочное пособие / В. Рамачандран,- М.: Стройиздат. - 1988. -575 с.

165. Сватовская, Л.Б. Активированное твердение цементов / Л.Б. Сватовская. - Л.: Стройиздат. - 1983. - 160 с.

166. Юнг В.Н. Поверхностно-активные добавки и электролиты в бетонах / В.Н. Юнг, Б.Д. Тринкер. - М.:Госстройиздат. - 1960. - 164 с.

167. Демьянова B.C. Активация процессов твердения известково-кремнистой смеси цементом и добавками ускорителями / В.С.Демьянова, В.И. Калашников, В.Н. Вернигорова, Н.М. Дубошина // Известия высших учебных заведений. Строительство. -1998. - №1. - с. 35-37.

168. Изотов B.C. Оптимизация состава смешанного вяжущего и особенности процессов его твердения / B.C. Изотов // Цемент и его применение. - 2001. -№6. -с. 25-26.

169. Чулкова И.Л. Влияние добавки сульфата натрия на состав жидкой фазы в процессе гидратации клинкерных минералов алита и белита / И.Л. Чулкова, Л.Н. Адеева, Г.И. Бердов // Известия вузов. Строительство. - 2008. - № 11 - с. 14-19.

170. Шелихов Н.С. Гидравлическая известь и романцемент из минерального сырья Татарстана / Н.С. Шелихов, Р.З. Рахимов // Строительный вестник Татарстана. -2002. - №2. - с.48-53.

171. A.N. Riazanov, V.I. Vinnichenko, I.V. Nedoseko, V.A. Riazanova, A.A. Riazanov. Structure and Properties of Lime-Ash Cement and its Modification. // 10th International Conference on "Nano-Technology in Construction" Hurgada, Egypt 13-17 April, 2018. - Paper code (1117).

172. Шахова Л.Д. Исследование продуктов гидратации композиционных вяжущих / Л.Д. Шахова Д.Е. Кучеров // Известия вузов. Строительство. - 2010. - №5. - с. 16-21.

173. Шахова Л.Д. Микроструктура композиционных вяжущих / Л.Д. Шахова, Д.Е. Кучеров // Цемент и его применение. - 2010. - №5. - с. 108 -110.

174. Ларионова З.М., Виноградов Б.Н. Петрография цементов и бетонов. - М.: Стройиздат, 1974. - 248 с.

175. Князева А.В., Чайковская Т.Г. Повышение качества цемента при использовании отходов углеобогащения на Одесском цементном заводе. В кн.: Пути использования вторичных ресурсов для производства строительных материалов и изделий. Тез. докл. Чимкент, 1986. - С. 528-529.

176. Крапля А.Ф., Уполовников А.Б., Цванг А.С. и др. Применение углеотходов и повышение качества клинкера. // Цемент. - 1989.- №12.- с.12-13.

177. Применение топливосодержащих отходов в отрасли / Ю.В. Никифоров, М.В. Коугия // Цемент. - 1989. - №2. - С. 9-10.

178. Рязанов А.А., Рязанов А.Н., Рахимов Р.З., Винниченко В.И., Рахимова Н.Р., Недосеко И.В. Энергоэффективная совмещенная технология композиционных вяжущих // Строительные материалы. - 2019. - № 12. -С.62-68.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВНТО - вяжущее низкотемпературного обжига;

ГОФ - групповая обогатительная фабрика;

ЦОФ - центральная обогатительная фабрика;

ОУ - отходы углеобогащения;

ИГ - известь гидравлическая;

ИПВ - известково-пуццолановое вяжущее;

ИГЦ - известково-глинитный цемент;

ИГЦМ - известково-глинитный цемент модифицированный;

ПЦ - портландцемент;

ТВО - тепловлажностная обработка;

НУ - нормальные условия;

п.п.п. - потери при прокаливании;

РК - расплыв конуса;

И - известь;

Ц - цемент (вяжущее в сухой смеси или растворе);

П - песок;

В - вода;

ДТА - дериватографический анализ;

ИКС - инфракрасная спектроскопия;

РФА - рентгенофазовый анализ.

ПРИЛОЖЕНИЯ

МИНИС ГЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАГТИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕ1П1ЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

\ НИВЕРСИТЕТ»

Утверждаю: ПроГегм»ржг11ИР УГ НТУ tt*- Р.А.Исмаков «Л* Л'~ 2018 г.

1

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ ПРОИЗВОДСТВА НИЗКООБЖИГОВОГО ИЗВЕС ГКОВО-Г ТИНИТНОГО ЦЕМЕНТА НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ У1 ЛЕОБОГАЩЕНИЯ (ПРОЕКТ)

РАЗРАБОТАН:

Заведующий кафедрой «Строительные конструкции», профессор, к.т.н. А.Н.Рязанов профессор, д.т.н. В.М.Латыпов аспирант Л.А.Рязанов

Уфа-2018 г.

Настоящий регламент разработан на производство местного гидравлического вяжущего низкообжигового известково-глинитного цемента на основе гравитационных отходов углеобогащения и карбонатного сырья, а также и его разновидностей с использованием модифицирующих химических добавок и портландцемента, либо портландцементного клинкера, вводимых при помоле в сухом виде, либо в раствор.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВА

1.1. Место производства

Производство гидравлического вяжущего - низко обжигового известково-глинитного цемента на основе гравитационных отходов обогащения каменных углей и карбонатного сырья, а также его разновидностей с использованием модифицирующих химических добавок и портландцемента, либо портландцементного клинкера, вводимых при помоле в сухом виде, осуществляется на базе производств по выпуску кальциевой молотой извести, имеющих обжиговое оборудование на базе вращающейся печи и помольный участок. Допускается размещение производства на базе завода керамзитового гравия при соответствующей модернизации технологической линии.

1.2. Способ производства

1.2.1. Производство гидравлического низкообжигового известково-глинитного цемента на основе отходов углеобогащения осуществляется на технологическом оборудовании предприятий по производству молотой кальциевой извести или керамзитового гравия с обжигом сырьевой шихты во вращающихся печах с последующим помолом совместно с минеральными или химическими добавками в т.ч. с добавкой портландцемента или портландцементного клинкера либо без добавок, упаковкой и складированием.

1.2.2. Вещественный состав низкообжигового известково-глинитного цемента и его модификаций должен соответствовать указанному в табл. 1.1.

Таблица 1.1

№ п.п. Компонент Содержание, % Технические характеристики

Наименование Ед.изм. Кол-во

1 2 3 4 5 6

1 Известково- 70-100 -прочность на МПа 10-30

глинитный сжатие через 28 сут

цемент твердения в НУ.

-тонкость помола см2/г 2500-3000

-нормальная густота

цементного теста % 28-39

-сроки схватывания мин 360-430

-равномерность

изменения обьема - +

-срок хранения сут 45

1 2 3 4 5 6

2 Ускоритель твердения 3-5 Формиат кальция -плотность -водородный показатель (рН) г/см3 1,15 7-7,2

3 Пластификатор 1,2-1,5 Глениум -плотность г/см3 0,4

4 Портландцемент 10-30 ЦЕМ1 -класс прочности -прочность на сжатие через 28 сут в Н.У. МПа 22,5Н 22,5-42,5

Примечание: Н.У. - нормальные условия твердения по ГОСТ

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗГОТОВЛЯЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

2Л. Низкообжиговый известково-глинитный цемент на основе отходов углеобогащения и его модификации должны производиться в соответствии с требованиями ТУ и настоящего регламента.

2.2. Низкообжиговый известково-глинитный цемент на основе отходов углеобогащения и его модификации предназначены для изготовления строительных растворов, сухих строительных смесей, бетонов и изделий на их основе.

2.3. Низкообжиговый известково-глинитный цемент на основе отходов углеобогащения и его модификации выпускаются четырех марок 100, 150, 200 и 300. Основные технические показатели низкообжигового известково-глинитного цемента на основе отходов углеобогащения и его модификаций должны соответствовать значениям, указанным в таблице 2.1.

Таблица 2.1

№ п.п. Наименование показателя ■начение для марок

100 150 200 300

1 2 3 4 5 6

1 Прочность через 28 сут твердения в Н.У., МПа не менее: -при изгибе -при сжатии 10 15 20 30

2 Тонкость помола, остаток на сите 008, % не более 15 10

1 2 3 4 5 6

3 Содержание свободного М^О, % не более 25

4 Равномерность изменения обьема выдерживает

5 Сроки схватывания:

-начало не ранее, мин 35

-конец не позднее, мин 430

6 Нормальная густота цементного теста,% 32 30 28 26

7 Коэффициент размягчения 0,95-0,97

8 Цвет светло-коричневы й серый

3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСХОДНОГО СЫРЬЯ

3.1. Для производства низкообжигового известково-глинитного цемента используется гравитационные отходы обогащения каменных углей и карбонатные породы в виде щебня или отсевов удовлетворяющие требованиям настоящего регламента. Технологический регламент предусматривает использование щебня карбонатных пород фракций 5-10, 1020 мм или смесь фракций 5-20 мм.

Гравитационные отходы углеобогащения предпочтительно применять фракциями соответствующими фракционному составу карбонатного компонента или приближенного к нему.

Для производства вяжущего применяют карбонатное сырье, требования к которому содержатся в табл. 3.1.

Таблица 3.1

№ п.п. Компоненты карбонатной породы Содержание, % по массе

1 СаСОз, не более 72

2 1^С03, не более 45

3 Глинистые примеси (БЮг+АЬОз, РегОз), не более 20

Химический состав гравитационных отходов обогащения каменных углей используемых в качестве кремнеземистого компонента сырьевой шихты содержится в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Содержание, % по массе п.п.п., %

Э^Ог АЬ03 Бе^Оз СаО К20 Ыа20 вОз

52-58 20-28 8-15 0,7-0,3 1,5-3,2 1,8-3,5 и-2,2 0,5-3,0 14-33

Минералогический состав отходов углеобогащения пригодных для использования приведен в таблице 3.3.

Таблица 3.3

№ п.п. Тип минералов Содержание, % по массе

1 Органическое вещество угля 7,0-33,2

2 Глинистые минералы 42,0-81,0

3 Пирит 1,0-13,0

4 Кварц 1,0-20,5

5 Карбонатные минералы 1,0-11,0

4. СОСТАВ СЫРЬЕВОЙ ШИХТЫ

4.1. Сырьевая шихта для получения низкообжигового известково-глинитного цемента представляет собой двухкомпонентную механическую смесь карбонатной породы, преимущественно известняка и гравитационных отходов обогащения каменных углей с фракционным составом указанном в п. 3.1 настоящего технологического регламента.

4.2. Рекомендуемые соотношения сырьевых компонентов в шихте при которых обеспечивается получение гидравлического вяжущего с указанными в п. 2.3 свойствами содержаться в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Содержание компонентов в шихте, % по массе

Карбонатная порода Отходы углеобогащения

25-50 50-75

4.3. Отходы углеобогащения содержат в своем составе угольные частицы (см. п.1, табл. 3.3), которые придают им выраженные теплотворные свойства. Для экономии технологического топлива на обжиг шихты, или, при соответствующей калорийности отходов, полностью исключить его использование при установившемся тепловом процессе, рекомендуется соотношение компонентов в шихте устанавливать с учетом значения коэффициента энергоэффективности 1С, по формуле 4.1.

= ^ (4.1)

где (¿"^р - удельная энергоемкость процесса обжига шихты кДж/кг (формула 4.2);

С^0 - теплотворная способность ОУ, кДж/кг;

ШдД - удельное содержание ОУ в шихте, кг. (££= [(т,

СаСОЗ + Щ2§дМ£.СОЗ + Ш^д-0у + §п[ х? ЭЙ

)], кДж/кг (4.2)

5. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

5.1. Доставка сырьевых компонентов на предприятие осуществляется: автомобильным транспортом карбонатной породы из карьера; автомобильным либо железнодорожным транспортом отходов углеобогащения из отвала углеобогатительного предприятия. Карбонатное сырье разгружается на сырьевой площадке, или на закрытом сырьевом складе.

Отходы углеобогащения с автомобильной рампы разгружаются непосредственно в накопительный бункер, откуда ленточным дозатором подаются на пластинчатый питатель вращающейся печи одновременно с известняковым щебнем.

Кусковой известняк с места складирования поступает в щековую дробилку, а затем элеватором подается в накопительный бункер.

Из накопительного бункера известняковый щебень ленточным дозатором подается на пластинчатый питатель вращающейся печи одновременно с отходами углеобогащения.

Отдозированные компоненты пластинчатым питателем подаются во вращающуюся печь ПВ 2,5x40 где происходит их перемешивание и обжиг.

В процессе обжига сырьевая шихта последовательно проходит следующие характерные температурные зоны:

- зону сушки с температурой нагрева материала до 400°С. Длина зоны сушки доЮм;

- зону подогрева и начала диссоциации карбонатного компонента и глинистого вещества отходов углеобогащения с температурой материала 600-700пС. В этой зоне начинается интенсивное горение угольных включений, содержащихся в отходах углеобогащения. Длина зоны до 20 м;

- зону обжига и полной диссоциации карбонатного компонента шихты с температурой материала до 1100°С. В этой зоне протекает твердофазная реакция образования белита. Длина зоны 5-7 м;

- зону охлаждения обожженной шихты (агломерата) до 500-600°С. Длина зоны 2-3 м.

Время нахождения матеиала в печи задается угловой скоростью ее вращения.

Регулирование режима обжига производится путем изменения подачи технологического топлива и воздуха во внутрипечное пространство.

Контроль температуры производят по установленной максимальной температуре обжига.

После возгорания угольных остатков, содержащихся в отходах углеобогащения подачу технологического топлива плавно уменьшают, а температуру обжига регулируют изменением подачи воздуха в печь до постоянной установленной температуры обжига.

При обжиге сырьевой шихты необходимо контролировать показания приборов теплового контроля и не допускать их отклонения от регламентируемых технологической картой параметров.

где §д сасоз - удельный расход тепла на диссоциацию MgCCb - 1314,6 кДж/кг;

§л сасоз удельный расход тепла на диссоциацию СаС03 - 1779,4 кДж/кг; §дг.оу удельный расход тепла на дегидратацию глинистого вещества в отходах углеобогащения - 460,5 кДж/кг;

Ш], т2, т3 ■ удельное содержание СаС03, MgC03 и глинистой части ОУ в сырьевой смеси соответственно;

gm - теплота затрачиваемая на нагрев сырьевой шихты:

&=тш-Сш-Т (4.3)

ту - масса сырьевой шихты, кг

Ст средняя удельная теплоемкость сырьевой шихты при заданной температуре обжига Т (°С), кДж/кг °С;

О удельная теплота выделяемая при образовании искусственных минералов: 6-2Ca0Si02 +Са0АЬ03 + 2Ca0Fe203 + Mg0Al203 = 419 кДж/кг;

gr - теплосодержание смеси газов равное сумме теплосодержаний составляющих смесь газообразных продуктов реакций декарбонизации:

8г = (т1СОз С соз + т2СОз С№ o)t (4.4)

где t - температура продуктов сгорания, °С, mico2, т2С02, - удельный выход С02, соответственно СаС03, MgC03, м3/кг, Ссоз, Crf20, - массовая теплоемкость продуктов сгорания, кДж/кг °С.

Удельное содержание отходов в шихте при К0 = 1 (условие обеспечения самообжига шихты)

< = S *г (4.5)

Содержание отходов в 1 т шихты

УД.Ш ЮООО^ . .

т0 = (у ■ КГ (4-6)

Содержание отходов в 1 т цемента

ш'п — —-—\ кг (4.7)

где, Кв - коэффициент выхода вяжущего (0,7-08) Требуемый расход натурального топлива на обжиг 1т шихты (при Кэ < 1)составит:

100ОО™

вш =--к (1 _ КэХ кг (4 8)

где - теплотворная способность используемого вида топлива,

кДж/кг

В пересчете на 1т вяжущего расход натурального топлива составит:

= iop, кг (49)

Вращающаяся печь должна быть оснащена следующими контрольно-измерительными приборами для:

- измерения и учета расхода технологического топлива;

- измерения температуры отходящих газов;

- измерения разряжения газов в пылеосадительной камере;

- измерения разряжения газов перед дымососом;

- измерения разряжения на головке печи;

- измерения температуры обжигаемого материала;

- измерение давления газа;

- измерение расхода газа;

- измерения давления воздуха от центробежного вентилятора;

- измерение скорости вращения печи.

Обожженная шихта после обжига с холодного конца печи через разгрузочную течку пластинчатым конвейером подается в холодильное устройство, где охлаждается до температуры 50-60°С.

После холодильного устройства обожженное сырье подается на помол в двухкамерную шаровую мельницу. Первая камера мельницы загружается шарами, а вторая камера цильпебсом.

При изготовлении модифицированных версий известково-глинитного цемента одновременно с обожженной шихтой в мельницу в сухом виде подают минеральные и химические добавки, в т.ч. портландцемент или портландцементный клинкер. Для этого над мельницами дополнительно устанавливают расходные бункеры добавок с дозирующими устройствами непрерывного действия.

Помол производят до установленного значения удельной поверхности (п.1, табл. 1.1. и п. 2, табл. 2.1).

Полученный после помола продукт - низкообжиговый известково-глинитный цемент на основе отходов углеобогащения или его модификации, герметично упаковывается в полиэтиленовые мешки и доставляется на склад готовой продукции.

Технологическая схема производства низкообжигово известково-глинигною цемента на основе отходов углеобогащении и ею

модификаций

6. КАРТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 6.1. Подготовка, транспортирование и дозировка сырья

Таблица 6.1

Характеристика оборудования Перерабатывае- Контролируемые параметры

Наименование, тип, Значе- мый Наиме- Ед. Номи- Откло-

изготовитель, ние материал нование изм. нал нения

технические данные

1 2 3 4 5 6 7

Мостовой Щебень Круп- мм 5-20

грейферный кран ПТО г.Комсомольск известняковый, ность щебня. ±10

на Амуре отходы Круп- мм 5-10

грузоподьемность,т 5 ОУ ность

емкость ковша, м 1,6 отходов

Автосамосвал Щебень

КрАЗ-256Б, извест-

з-д а/с г.Кременчуг няковый,

грузоподъемность,т 12 отходы ОУ

Элеватор ЛГ-400 Щебень Скорость

ОГШО г.Караганда извест- подачи м3/ч 25

емкость ковша, л 8 няковый, материа-

эл.двигатель, кВт 13 отходы ла

число оборотов в ОУ

мин. 970

редуктор Ц2У-160-31

Бункер запаса Щебень

емкость, м3 60 известняковый

Приемный бункер емкость, м3 80 Отходы ОУ

Питатель дисковый Щебень Скорость

ДЛ-12, ЗГШО извест- подачи м3/ч 25

г.Днепр няковый, материа-

производительность, м3/ч 25 отходы ОУ ла

диаметр диска, мм 1250

эл.двигатель, кВт 4

редуктор Ц2У-160-31

1 2 3 4 5 6 7

Конвейер ленточный Щебень Скорость

тип 6550-80 извест- подачи м3/ч 25

длина, м няковый, материа-

ширина, мм 25 отходы ла

эл.двигатель, кВт 650 ОУ

редуктор РМ-250-31 4

6.2. Обжиг сырьевой шихты, получение известково-глинитного цемента

Таблица 6.2

Характеристика оборудования Перерабатывае- Контролируемые параметры

Наименование, тип, Значе- мый Наиме- Ед. Номи- Откло-