Минеральные компоненты для производства цемента

Сергей Лукошкин
Сергей Лукошкин Менеджер по навальным цементам, ЛафаржХолсим (Россия)
Опубликовано 20 апреля 2020, среда

Минеральные компоненты для производства цемента можно классифицировать следующим образом:

  • Инертные добавки-наполнители – не участвуют в процессе гидратации, вводятся для улучшения гранулометрического состава цемента, уплотнения его структуры (известняк)
  • Активные минеральные добавки – не обладают гидравлическими свойствами, но имеют пуццоланическую активность, т.е. взаимодействуют с гидроксидом кальция, который образуется в значительном количестве (15-20%) при гидратации основных клинкерных минералов, с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция гелевидной структуры, которые уплотняют и упрочняют структуру цементного камня (трепел, опока, микрокремнезем, кислая зола-уноса)
  • Добавки со скрытыми гидравлическими свойствами – потенциально обладают вяжущими свойствами, но необходим активатор (щелочной или сульфатный), инициирующий процесс гидратации (доменный гранулированный шлак, основная зола-уноса)
img-state1.jpg

Химический состав минеральных компонентов определяет их свойства. Чем больше оксида кальция и меньше оксида кремния содержит минеральный компонент, тем выше его гидравлическая активность. И наоборот, чем меньше оксида кальция и больше оксида кремния содержит минеральный компонент, тем выше его пуццоланическая активность. Ниже представлена диаграмма, в основании которой находятся три основных оксида (кальция, кремния и алюминия), которые определяют свойства активного минерального компонента.

Кислая зола-уноса

Кислая зола уноса широко используется для производства цемента в мировой практике. Однако, есть определенные требования к химическому составу и физико-механическим характеристикам зол, которые определяют эффективность их использования в качестве минерального компонента при производстве цемента. В соответствии с требованиями ГОСТ 31108-2016 потери при прокаливании золы-уноса не должны превышать 5%, чтобы соблюдалось требование по равномерности изменения объема цемента. Активность золы определяет ее удельная поверхность. Для производства цемента целесообразно использовать золы с удельной поверхностью не ниже 3500 см2/г, в противном случае зола будет иметь низкую активность, что негативно скажется на качестве цемента. В таблице ниже представлены характеристики зол-уноса трех основных российских производителей– Черепецкой, Рязанской и Рефтинской ГРЭС.

img-state2.jpg
Производитель ППП SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2Oэкв R80 R45 Блейн
  % % % % % % % % % см2/г
Черепецкая ГРЭС 11,9 54,8 22,1 4,5 1,4 2,5 1,3 9,6 19,4 3783
Рязанская ГРЭС 4,4 50,3 28,1 6,4 1,5 8,2 0,2 8.0 14,9 2524
Рефтинская ГРЭС 2.2 57.4 25.9 4.9 0.7 5.6 0,8 10.0 24.4 3157

Результаты показывают, что зола Черепецкой ГРЭС имеет высокую удельную поверхность, но потери при прокаливании превышают допустимую границу 5%. Поэтому данную золу, в соответствии с требованиями ГОСТ 31108-2016, нельзя использовать при производстве цемента. Потери при прокаливании зол Рязанской и Рефтинской ГРЭС соответствуют требованиям ГОСТ 31108-2016, но они имеют низкую удельную поверхность, поэтому при производстве цемента их использовать нецелесообразно. Для того, чтобы устранить вышеуказанные недостатки, необходимо проводить сепарацию зол, однако это требует дополнительных затрат и в России этого не делают. Также повысить удельную поверхность зол можно путем их дополнительного помола, однако это приведет к значительному увеличению удельной поверхности цемента и его водопотребности, что негативно скажется на прочности и долговечности бетонных изделий. Подводя итог вышеизложенному, можно сделать вывод, что в России нет зол-уноса пригодных для производства цемента по причине нестабильного химического состава и недостаточной активности.

Доменный гранулированный шлак

Доменный гранулированный шлак является наиболее широко распространенным материалом в мировой практике для производства цемента, поскольку обладает уникальным сочетанием ряда свойств:

  • Скрытая гидравлическая активность
  • Пуццоланическая активность
  • Стабильность химического состава
  • Пониженное тепловыделение при гидратации
  • Положительно влияет на прочность цемента в поздний период
img-state3.jpg

Активность шлаков определяется их химическим составом, содержанием стекловидной фазы и тонкостью помола. Наиболее важное значение имеет химический состав шлаков, к которому предъявляются определенные требования по содержанию основных оксидов, в частности кальция, кремния, магния и титана. Основность шлака определяется отношением количества основных оксидов (кальция и магния) к кислым (кремния, алюминия и железа). Чем выше основность шлаков, тем выше их гидравлическая активность. Но наибольшее влияние на гидравлическую активность шлаков оказывает оксид титана, содержание которого должно быть минимальным. В таблице ниже представлены характеристики шлаков, основных российских производителей.

Производитель SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2Oэкв TiO2 BFS_ amorph
  % % % % % % % %
Мечел 32.1 11.1 0.4 11.2 35.0 0.8 1.7 87.0
Северсталь 37.2 10.6 0.7 11.5 35.9 0.8 1.3 98.6
НЛМК 38.6 7.9 0.6 10.5 39.1 0.9 0.9 95.9
Тулачермет 43.0 5.3 0.5 5.2 43.7 0.5 0.2 98.1
Уральская сталь 40.7 5.8 0.5 4.1 44.9 1.1 0.2 96.8
Производитель Прочность при сжатии Блэйн Время размола

7 суток

28 суток    
    MПa MПa см2/г мин

1

Мечел 3.2 6.0 4840  

2

Северсталь 6.6 9.9 5117 200

3

НЛМК 7.8 11.8 4992 165

4

Тулачермет 7.7 14.4 5144 140

5

Уральская сталь 9.3 15.9 4547  

Химический состав шлаков определяет их гидравлическую активность, которая представлена в таблице ниже (испытания проводились по ГОСТ 30744 при водоцементном отношении равном 0.5).

Для выпуска цемента оптимальными по химическому составу являются шлаки производства Тулачермет и Уральская Сталь, поскольку они имеют высокое содержание оксида кальция при минимальном количестве оксида титана и, как следствие, высокую активность и лучшую размалываемость. Наименее пригодны для производства цемента шлаки Мечел и Северсталь, которые имеют высокое содержание оксида титана и низкую активность. Кроме того, шлак Мечел имеет низкое содержание аморфной фазы по причине отсутствия придоменной грануляции.

Известняк

Известняк является инертным минеральным компонентом, который также широко используется для производства цемента в мировой практике. Основная функция известняка состоит в оптимизации гранулометрического состава цемента, в уплотнении его структуры, снижении пустотности. Качество известняка оказывает большое влияние на качество цемента и может меняться в зависимости от сырьевой базы разных производителей. Чем выше содержание оксида кальция в известняке и меньше оксида магния и кремния, тем выше качество известняка. В таблице ниже представлены характеристики известняков заводов Ферзиково и Щурово, которые демонстрируют высокое качество известняка завода Ферзиково.

Завод SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2Oэкв
  % % % % % %
Ферзиково 2.1 0.7 0.8 0.7 52.7 0.1
Щурово 8.1 1.3 0.8 6.1 41.9 0.2
img-state4.jpg

Пуццоланы

Пуццоланы также используются при производстве цемента в качестве минерального компонента. Однако они распространены значительно меньше, чем зола, шлак и известняк, по причине повышенной водопотребности, которая негативно влияет на прочность и долговечность цемента.


Понравилась статья?

Сергей Лукошкин
Сергей Лукошкин Менеджер по навальным цементам, ЛафаржХолсим (Россия)
Комментарии 0
Ваше имя *
E-mail *
Телефон
Комментарий *
Спасибо за ваше комментарий!
Мы обязательно ответим вам в ближайшее время.

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, пользовательских данных (сведения о местоположении; тип и версия ОС; тип и версия Браузера; тип устройства и разрешение его экрана; источник откуда пришел на сайт пользователь; язык ОС и Браузера; какие страницы открывает и на какие кнопки нажимает пользователь; ip-адрес) в целях функционирования сайта, проведения статистических исследований и обзоров. Если вы не хотите, чтобы ваши данные обрабатывались, покиньте сайт.

成长视频在线观看免费-成长高清视频观看