Использование медеплавильного шлака в производстве цементов общестроительного назначения
Автор: Капустин Федор Леонидович, Афанасьева Марина Алексеевна
Рубрика: Строительные материалы и изделия
Статья в выпуске: 2 т.13, 2013 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты исследований по использованию гранулированного шлака медеплавильного производства в качестве вспомогательного компонента минеральной добавки при помоле цементов общестроительного назначения. Изучены состав, свойства и размалываемость медеплавильного шлака, влияние его на продолжительность помола, гранулометрический состав и физико-механические свойства общестроительных цементов.
Медеплавильный гранулированный шпак, минеральная добавка, вспомогательный компонент, цемент, помол, размалываемость, физико-механические свойства
Короткий адрес: https://sciup.org/147154352
IDR: 147154352 | УДК: 666.94
The use of copper slag in the production of cement of a general purpose
The results of research on the use of granulated slag of copper industry as an accessory part of mineral additive at grinding of cement of a general purpose are given in the article. The composition, properties and grindability of copper slag, its influence on grinding period, granulated composition and physical mechanical properties of standard cement are studied in the article.
Текст научной статьи Использование медеплавильного шлака в производстве цементов общестроительного назначения
На металлургических заводах при плавке медных концентратов в отражательных печах и водной грануляции шлакового расплава образуется медеплавильный гранулированный шлак (МГШ), который складируется в отвалах и загрязняет окружающую природную среду. В настоящее время МГШ в незначительном количестве используется на цементных заводах в качестве железосодержащего компонента сырьевой смеси портландце-ментного клинкера, а также для получения абразивного порошка.
Исследованиями ученых России, Казахстана, Польши и Индии показано, что МГШ можно использовать при помоле общестроительных цементов в качестве минеральной добавки в количестве от 10 до 30 % без существенного снижения активности цементов [1–3]. В соответствии с ГОСТ 31108-2003 в состав общестроительных цементов для улучшения технологии помола или физикомеханических свойств допускается введение вспомогательного компонента минеральной добавки в количестве до 5 %. Цель исследовательской работы – установить возможность использования МГШ в качестве вспомогательного компонента минеральной добавки при помоле цементов общестроительного назначения.
Для получения цементов использовали клинкер ЗАО «Невьянский цементник» (КН = 0,92, n = 2,07, p = 1,25) следующего минералогического состава, %: 60,8 С 3 S; 14,7 C 2 S; 7,4 C 3 A; 13,9 C 4 AF. При помоле цементов в качестве основной минеральной добавки применяли доменный гранулированный шлак (ДГШ) 2 сорта ОАО «Мечел», вспомогательного компонента - МГШ ОАО «Святогор», для регулирования схватывания цементов – гипсоангидривовый камень Ергачинского месторождения.
Исследованная проба МГШ имела черный цвет, влажность до 1,0 % и следующий зерновой состав, мас. %: более 5 мм – 1,0; 2,5–5 мм – 4,0; 1,25–2,5 мм – 11,3; 0,63–1,25 мм - 48,6; 0,16–0,63 мм – 32,5; менее 0,16 мм – 2,5. Истинная плотность шлака 3,52 г/см³, насыпная плотность – 1660 кг/м3, твердость по шкале Мооса 6–7, химический состав, мас. %: +4,06 ∆m прк ; 32,53 SiО 2 ; 4,93 А1 2 О 3 ; 43,56 FeО; 5,62 СаО; 1,65 MgO; 4,15 SО 3 ; 0,16 ТiО 2 ; 0,05 МnО. Фазовый состав представлен в основном стеклофазой, фаялитом и магнетитом.
Исследована размалываемость МГШ в сравнении с портландцементным клинкером, ДГШ и гипсоангидритовым камнем. Установлено, что медный шлак размалывается значительно труднее. Так, при тонкости помола 5 % продолжительность измельчения МГШ больше на 20 и 40 % по сравнению с доменным шлаком и клинкером, соответственно, и в 2,5 раза в сравнении с гипсовым камнем (рис. 1).
Подобраны 7 составов общестроительных цементов трех типов с добавкой МГШ в количестве 5 % в качестве вспомогательного компонента минеральной добавки вместо клинкера (табл. 1).
Помол цементов проводили в лабораторной шаровой мельнице до остатка на сите № 008 5,7– 6,7 %. Установлено, что добавка МГШ ускоряет помол портландцемента состава № 2 по сравнению с составом № 1 при равной дисперсности на 6,8 %, цемента состава № 5 по сравнению с составом № 3 – на 5,3 % (рис. 2). Использование ДГШ в качестве вспомогательного компонента (состав № 4) вместо МГШ ускоряет помол цемента на 6,4 %. Введение медного шлака в состав шлакопортландцемента сокращает продолжительность помола на 1,5 % при равной дисперсности вяжущих.
Рис. 1. Кинетика помола сырьевых материалов: 1 – медный гранулированный шлак;
2 – доменный гранулированный шлак; 3 – портландцементный клинкер; 4 – гипсоангидритовый камень
Таблица 1
Состав исследованных цементов
|
Номер состава |
Вид цементов |
Тип цементов |
Вещественный состав цемента, мас. % |
|||
|
клинкер |
ДГШ |
МГШ |
гипс |
|||
|
1 |
Портландцемент |
ЦЕМ I |
100 |
– |
– |
4 |
|
2 |
95 |
– |
5 |
4 |
||
|
3 |
Портландцемент с минеральными добавками |
ЦЕМ II/А-Ш |
85 |
15 |
– |
4 |
|
4 |
80 |
15+5 |
– |
4 |
||
|
5 |
80 |
15 |
5 |
4 |
||
|
6 |
Шлакопортланд-цемент |
ЦЕМ III/А |
60 |
40 |
– |
4 |
|
7 |
55 |
40 |
5 |
4 |
||
Таблица 2
Результаты физико-механических испытаний цементов
|
Номер состава |
Содержание SО3, мас. % |
Продолжительность помола, мин |
Содержание частиц фракции, мм, мас. % |
Т онкость помола, мас. % |
У дельная поверхность, м2⁄кг |
|||||
|
менее 5 |
5–30 |
30–50 |
50–80 |
80–100 |
более 100 |
|||||
|
1 |
2,31 |
200 |
20,0 |
49,2 |
14,0 |
10,4 |
2,9 |
3,5 |
6,42 |
337 |
|
2 |
2,59 |
190 |
20,5 |
49,4 |
13,8 |
10,1 |
2,8 |
3,4 |
6,14 |
359 |
|
3 |
2,48 |
200 |
20,8 |
47,6 |
15,1 |
10,7 |
2,7 |
3,1 |
5,68 |
368 |
|
4 |
2,52 |
188 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
5,76 |
343 |
|
5 |
2,68 |
190 |
21,2 |
47,0 |
14,6 |
10,5 |
3,3 |
3,4 |
6,66 |
344 |
|
6 |
2,63 |
200 |
19,1 |
44,6 |
17,1 |
12,9 |
3,2 |
3,1 |
6,26 |
325 |
|
7 |
2,82 |
200 |
19,8 |
45,2 |
16,9 |
12,2 |
3,1 |
2,8 |
5,74 |
350 |
Исследование гранулометрического состава цементов показало, что добавка МГШ изменяет их зерновой состав: снижает количество крупных частиц фракции 30–80 мкм и увеличивает содержание более мелких частиц размером менее 30 мкм, что повышает удельную поверхность цементов.
Добавка медного шла к а незначительно увелич и вает содержание SО3 в цементах (табл. 2). Все цементы удовлетворяют требова н иям ГОСТ 31108-2003 по началу схватывания (табл. 3). Прочность цементов определяли через 7 и 28 сут твердения образцов в воде, а также после пропаривания. Установлено, что добавка МГШ у меньшает
Капустин Ф.Л., Афанасьева М.А.
Рис. 2. Влияние вспомогательного компонента МГШ на кинетику помола цементов разных типов : номер кривой соответствует составу цемента по табл. 1
Таблица 3
Результаты испытаний портландцементов по ГОСТ 30744-2001
|
Номер состава |
НГ, мас. % |
Сроки схватывания, ч-мин |
Предел прочности, МПа, через, сут |
Тип и класс цемента |
||||
|
при изгибе |
при сжатии |
|||||||
|
начало |
конец |
7 |
28 |
7 |
28 |
|||
|
1 |
25,94 |
2-50 |
4-00 |
3,66 |
7,58 |
22,8 |
40,3 |
ЦЕМ I 32,5Н |
|
2 |
25,94 |
3-15 |
4-30 |
2,95 |
7,14 |
21,1 |
35,4 |
ЦЕМ I 32,5Н |
|
3 |
26,15 |
2-25 |
3-40 |
4,97 |
7,17 |
23,9 |
36,6 |
ЦЕМ II/А-Ш 32,5Н |
|
4 |
26,67 |
2-55 |
3-30 |
4,86 |
6,97 |
19,0 |
35,4 |
ЦЕМ II/А-Ш 32,5Н |
|
5 |
27,44 |
3-00 |
4-00 |
4,35 |
6,49 |
18,4 |
32,8 |
ЦЕМ II/А-Ш 32,5Н |
|
6 |
25,47 |
1-40 |
4-00 |
3,34 |
5,46 |
12,9 |
24,4 |
ЦЕМ III/А 22,5Н |
|
7 |
25,56 |
2-00 |
4-20 |
3,13 |
5,40 |
11,8 |
22,6 |
ЦЕМ III/А 22,5Н |
|
Требование ГОСТ 31108 |
– |
Не ранее 1–15 |
– |
– |
– |
≥ 16 |
32,5–52,5 |
32,5Н |
|
≥ 11 |
22,5–42,5 |
22,5Н |
||||||
прочность, как при нормальном твердении, так и после пропаривания, как при изгибе, так и при сжатии, что указывает на отсутствие гидравлической активности шлака, т. е. МГШ является наполнителем.
Добавка МГШ в ранние сроки твердения снижает предел прочности при сжатии цементов в меньшей степени, чем в поздние сроки. Так, прочность при сжатии портландцемента ЦЕМ I через 7 сут водного твердения уменьшается на 7,5 %, а через 28 сут - на 12,1 %, у портландцемента ЦЕМ II соответственно - на 23,0 и 10,4 %, шлако-портландцемента типа ЦЕМ III - на 8,5 и 7,4 %. Показано, что все цементы по прочностным характеристикам удовлетворяют требованиям ГОСТ 31108-2003 (см. табл. 3).
Таким образом, показана возможность применения гранулированного медного шлака ОАО
«Святогор» в качестве вспомогательного компонента минеральной добавки в составе портландцемента типа ЦЕМ I и шлакопортландцемента типа ЦЕМ III.
Список литературы Использование медеплавильного шлака в производстве цементов общестроительного назначения
- Классен, В.К. Техногенные материалы в производстве цемента/В.К. Классен, И.Н. Борисов, В.Е. Мануйлов. -Белгород: Изд-во БГТУ, 2008. -126 с.
- Пьячев, В.А. Использование шлаков цветной металлургии в производстве цемента. Обзорная информация/В.А. Пьячев. -М.: ВНИИЭСМ, 1985. -Вып. 1. -53 с.
- Derdacka, A. Zuzel pamiedsiowy Jako dodatek do cementu/A. Derdacka, E. Paluch, M. Gawlicki//Cement, Wapno, Gips. -1975. -№ 8-9. -P. 229-236.
