ВЛИЯНИЕ СОСТАВА БЕЛИТОВОЙ ФАЗЫ НА ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ КЛИНКЕРА И АКТИВНОСТЬ ЦЕМЕНТА В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ СЕРЫ

Получение клинкера и цемента относится к энергоемким производствам, поэтому основной задачей промышленности строительных материалов является снижение топливно-энергетических и сырьевых ресурсов с сохранением качества продукции. Высокая материалоемкость цементного производства обуславливает стремление полностью использовать отходы других производств. Но при использовании отходов, а также в природном цементном сырье можно ожидать неизбежного повышения концентрации в цементных смесях различных примесных элементов. Попадая в клинкер эти элементы, могут влиять на реакции клинкерообразования, свойства продукта или на то и на другое. Влияние примесных компонентов может быть полезным или вредным. Положительное влияние проявляется в ускорении реакций клинкерообразования; в понижении температуры, при которой эти реакции происходят; в увеличении реакционной способности продукта, что ведет к более быстрому развитию прочности. Вредное влияние примесей приводит к уменьшения содержания алита; к улетучиванию определенных компонентов в печи с последующим образованием колец и других отложений.

Некоторые элементы оказывают полезное воздействие при их малых концентрациях и вредное при больших. Оксид серы может носить отрицательный характер и при небольших концентрациях, так как он способен накапливаться в печи, из-за внешней и внутренней циркуляции. Сера может попадать в обжигаемый материал не только с сырьем, но и при использовании в качестве топлива высокосернистого мазута и угля.

Ранее проведенные исследования показали, что с увеличением концентрации серы в клинкере до 7,5 % содержание алита непрерывно снижается, и это происходит в большей степени не через расплав, а через белитовую фазу. Поэтому необходимо изучить влияние состава белитовой фазы на процессы образования клинкера в условиях повышенной концентрации серы и установить механизм этого влияния.

Для изучения этой проблемы был синтезирован белит и введена добавка серы в виде CaSO₄. Компоненты – C₂S, CaSO₄·2H₂O смешивали, брикетировали в таблетки диаметром 3 см, h = 4,5 см при давлении 400 кгс/см² и подвергали обжигу при температуре Т = 1200 ºС при изотермической выдержки 40 минут в силитовой печи. Полученный продукт обжига проверялся на наличие CaO свободный, который составил 5 % и РФА.

Результаты РФА (рис.1) показали наличие пиков β-C₂S d, Ǻ (2.793; 2.618); силикосульфата d, Ǻ (2.849; 2.578; 4.450); CaO d, Ǻ (2.411; 1.702).

Дальнейшие исследования были направлены на разрушение комплекса.

В качестве нейтрализующих добавок были выбраны добавка MgO 10 %, NaOH 10 % и 5 %. Серосодержащий C₂S смешивали с добавками нейтрализаторами, брикетировали в таблетки диаметром 3 см, h = 4,5 см и подвергали обжигу при температуре Т = 1200 ˚С, при изотермической выдержки 30 минут в силитовой печи. Полученные продукты обжига подвергались РФА. Получили следующие результаты: повышенное содержание серы с добавкой MgO 10 % (рис.2) не уменьшило содержание комплекса, пик d, Ǻ (2.849), т.е. добавка MgO не оказала ожидаемого действия и в дальнейшем не использовалась. Добавка NaOH 10 % (рис.3) уменьшила содержание комплекса, также результаты РФА показали наличие пика сульфата натрия , пик d, Ǻ (2,659), свидетельствующего о том, что произошло разрушение силикосульфата.

С добавкой NaOH 5 % (рис.4) наличие пика сульфата натрия н обнаружено, но уменьшилось содержание комплекса 2C₂S·CaSO₄.

Дальнейшие исследования проводились с добавкой NaOH 10 %. Далее был синтезирован клинкерный расплав и введен в него серосодержащий C₂S без добавки и с добавкой нейтрализатором. Данные РФА (рис.6 показали в бездобавочном клинкере наличие пиков CaSO₄ d, Ǻ (3.513); CaO d , Ǻ (1.702). С добавкой-нейтрализатором (рис.5) были выявлены пики алита, d, Ǻ (3.058; 1.768) и уменьшилось содержание CaO.

Дальнейшие опыты проводились со шламом ЗАО “ Белгородский цемент”. Но ожидаемых результатов пока не было получено, т.е. в белгородском шламе с добавкой серы и NaOH алит не образовался. Сейчас пробуем различные варианты по нейтрализации серы на белгородском шламе.