СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА/4.Современные строительные материалы

Сулейменов А.Т., Рустембекова Г.А., Азимова Н.Б.

Южно-Казахстанский Государственный университет им. М.Ауезова,

г. Шымкент

Шлакопортландцемент на основе активизированного фосфорного шлака

В связи с ростом выпуска шлакопортландцемента в Казахстане возникла необходимость замены доменных гранулированных шлаков на шлаки, образующие при производстве желтого фосфора. Ежегодный выход шлаков при получении фосфора составляет 1 млн.т.

Опытно-промышленными испытаниями установлена возможность использования фосфорных шлаков в качестве активных добавок для производства шлакопортландцемента различного назначения. Выявлены некоторые физические свойства гранулированных фосфорных шлаков, имеющих важное практическое значение с точки зрения технологических особенностей их применения.

При электротермическом способе на одну тонну фосфора получается 10 тонн огненно-жидких шлаков.

В шлаке основными по количеству компонентами являются окись кальция и кремнезем: их сумма достигает 95% при соотношении СаО:SiO₂=0,8-1,2.

Электротермофосфорные шлаки отличаются от доменных низким содержанием Al₂O₃ и MgO, высоким соотношением CaO/SiO₂ =1-1,2, а также наличием P₂O₅ и F (таблица 1). Химический состав шлаков зависит от состава фосфорной руды и технологии получения фосфора.

НИИ Цементом была проведена статистическая обработка данных о химическом составе электротермофосфорных шлаков заводов (1040 проб), которая показала высокую стабильность химического состава. В почасовых пробах электротермофосфорного шлака, отобранных на заводах, а также в усредненных партиях шлака, среднее значение P₂O₅ не превышало 2%, отклонение в пробах составляло 2,65%.

Анализ результатов статистической обработки показал достаточную однородность шлаков, что является одним из важнейших факторов, обуславливающих возможность их применения в производстве цемента.

В ЮКГУ им.М.Ауезова разработана технология переработки фосфорного шлака, включающую введение пыли электрофильтров в расплав фосфорного шлака.

Таблица 1. Химический состав фосфорных шлаков.

Наименование	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	P2O5	SiO2	F	S
Электротермо-фосфорные шлаки	2,6	0,20	44,33	4,26	0,65	0,23	41,20	2,10	-
Доменные шлаки	5-9	0,3-0,6	45-50	2-6	-	-	30-40	-	1,8-2,9

Особенности химического состава и свойства фосфорных шлаков не позволяют механически переносить на них опыт переработки доменных шлаков в производстве цемента.

Вяжущие свойства шлаков в большей степени определяются составом и структурой стекловидной фазы. Поскольку основной по количеству фазой электротермофосфорных шлаков является псевдоволластонитового состава, его свойства и структура должны оказывать решающее влияние на свойства шлаков. Способность к взаимодействию с водой и проявление ими вяжущих свойств свидетельствуют о высокой прочности его структуры. Однако стекло электротермофосфорных шлаков отличается от чистого псевдоволластонитового стекла наличием P₂O_5, F, Al₂O₃ и MgO, которые вызывают в нем определенную структурную перестройку.

Химические, петрографические и рентгенографические анализы проб фосфорных гранулированных шлаков показали, что кальциевый силикат шлаков представлен, в основном, волластонитовым стеклом различной степени кристаллизации. Более низкая основность электротермофосфорного шлака приводит к увеличению размеров кремнекислородных мотивов, что снижает их гидравлическую активность.

Исследованиями было установлено, что гидравлическая активность модифицированных электротермофосфорных шлаков возрастает при введении в шлак окислов щелочных металлов. Анализ пыли электрофильтров выявил ее щелочной характер.

Выявлены различия в составе и физико-химические свойствах пыли, уловленной различными полями электрофильтров. Полученные данные свидетельствуют о том, что в первом поле электрофильтра улавливается 60-63%, во втором 23-25%, в третьем 11-17% общего количества пыли. Удельный вес пыли снижается от первого к третьему полю электрофильтра и составляет 2,62-2,88%, 2,50-2,285%, 2,49-2,82% г/см³ соответственно. Результаты свидетельствуют о том, что пыль, уловленная электрофильтрами, обладает большей удельной поверхностью, значение которой увеличивается от первого к третьему полю.

Химический анализ пыли, уловленной электрофильтрами и другими аспирационными устройствами цементных заводов, показал, что количество SiO_2, CaO, Fe₂O_3, Al₂O₃ уменьшается, а количество P₂O₅ и SO₃ в пыли увеличивается по мере удаления от места ее отбора с полей электрофильтра независимо от вида сырья, состава и способов приготовления сырьевой смеси, типа и размера печей и других факторов.

В лабораторных условиях были проведены исследования гидравлических свойств % активизированного фосфорного шлака. Для исследования брали 70% цемента и 30% тонкомолотого шлака. На основании опытных данных при изучении гидравлической активности модифицированных электро-термофосфорных шлаков можно сделать выводы, что активность шлаков растет при введении в него наиболее щелочной пыли из третьего поля электрофильтров цементного завода (г.Шымкент). Введение в шлаки пыли из третьего поля электрофильтров Шымкентского цементного завода (от 3 до5%) в большей степени активизирует термофосфорные шлаки, нежели введение других щелочных добавок (таблица 2).

Таблица 2. Влияние пыли электрофильтров на прочность активизированного шлака

Количество добавки	Прочность образцов на сжатие, МПа
	3 сут.	7 сут.	28 сут.
1% пыли первого поля	76	14,0	37
2% пыли первого поля	12	28,8	40
5% пыли второго поля	11	29,2	45
3% пыли третьего поля	14,5	30,4	52
5% пыли третьего поля	9,6	14,7	53

В промышленных условиях было получено вяжущее на основе фосфорных шлаков, активированных пылью электрофильтров. В расплавленный шлак при температуре 1450-1600⁰С перед грануляцией вводили пыль 2 и 3 полей электрофильтров. Химический состав активированного шлака представлен в таблице 3.

Таблица 3. Химический состав шлаков

Вид материала	Содержание окислов, %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	Na2O	K2O	ппп	∑
Пыль электрофильтров цементного завода, (г.Шымкент)	7,73	2,64	2,55	45,12	3,6	10,08	2,6	8,2	17,28	99
Активизированный шлак	40,3	1,79	0,48	53,42	1,74	-	-	-	-	-

Из активизироварованного шлака на цементном заводе (г.Шымкент) был получен шлакопортландцемент. Физико-механические свойства шлако-портландцемента приведены в таблице 4.

Таблица 4. Физико-механические свойства шлакопортландцемента

Шлакопортландцемент				Удельная поверхность, см^2/г	Сроки схватывания, ч-мин		Предел прочности образцов, МПа
							При изгибе			При сжатии
клинкер	шлак	Активизированный шлак	Гипс		Начало	Конец	3 сут	7 сут	28 сут	3 сут	7 сут	28 сут
55	40		5	2930	4-05	6-25	3,2	4,15	5,87	19,8	27,8	36
55		40	5	2950	3-55	6-05	3,4	4,30	6,22	20,2	28,7	48

Как видно из данных таблицы, активизированные фосфорные шлаки предлагаемого состава характеризуются значительной гидравлической активностью и пригодны для применения в цементной промышленности взамен привозного доменного шлака металлургического завода (г.Караганда). Установлена возможность его использования в качестве добавки при помоле клинкера в количестве 40%.

Таким образом, использование активизированных электротермо-фосфорных шлаков в производстве шлакопортландцемента позволяет существенным образом улучшить технико-экономические показатели завода. Использование фосфорных шлаков в производстве шлакопортландцемента –одно из средств повышения технико-экономической эффективности производства и качества шлакопортландцемента, освобождения других отраслей от накапливающихся попутных продуктов, комплексного использования полезных ископаемых и создания на этой основе малобезотходной технологии.

Выводы

1. Использование высокощелочной пыли и фосфорных шлаков для получения вяжущих веществ значительно расширяет сырьевую базу.

2. Шлакопортландцементы, полученные в производственных условиях на цементном заводе (г.Шымкент) с содержанием до 40% активизированного фосфорного шлака, могут применяться как бездобавочные портландцемента для строительства наземных сооружений.

3. Исследование физических и физико-механических свойств шлакопортландцементов показало, что на основе активизированного шлака можно получить шлакопортландцемент М 500.

Литература:

1. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Портландцементный клинкер. – М., Стройиздат, 1967.-304с.

2. Пащенко А.А., Сербии В.П. Вяжущие материалы.- Киев: Высшая школа, 1986.-440с.