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
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.
