Аренда офисов в Мурманске

 

Главная Шлакопортландцемент на основе шлаков комбината «Печенганикель»
Шлакопортландцемент на основе шлаков комбината «Печенганикель» Печать E-mail

При изготовлении ШПЦ из доменного шлака применяется схема совместного помола клинкера, гранулированного шлака и гипса в открытом или замкнутом цикле


ГУРЕВИЧ Б. И., канд. техн. наук, старший научный сотрудник,

ТЮКАВКИНА В. В., канд. техн. наук, научный сотрудник;

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН

Основным вяжущим материалом, обеспечивающим прогресс в строительстве, служит портландцемент, для производства которого на Кольском полуострове отсутствует кондиционное сырье. Для обеспечения области цементом его приходится завозить с заводов, расположенных на расстоянии более 1000 км. Организация цементного производства в Мурманской области возможна при комплексной переработке сырья и на основе отходов промышленности, например, при переработке нефелина на глинозем,содо-продукты и цемент или апатита на фосфорные удобрения, серную кислоту и цемент.

Вариант, требующий наименьших капиталовложений, - получение шлакопортландцемента (ШПЦ) на основе привозного клинкера и гранулированных медно-никелевых шлаков, запасы которых на 01.01.06 г. составили около 30 млн. м3. На протяжении ряда лет КНЦ РАН ставится вопрос об организации производства цемента в области, однако эти предложения, к сожалению, пока не претворены в жизнь. По инициативе отдела технологии строительных материалов (ОТСМ) ИХТРЭМС КНЦ РАН на основании проведенных исследований в начале семидесятых годов прошлого века рассматривались варианты строительства помольной установки по производству ШПЦ производительностью 700-750 тыс. тонн в год на шлаках комбината «Печенганикель», привозном клинкере и гипсе. Институтом «Гипроцемент» была выполнена предпроектная проработка и технико-экономическое обоснование строительства завода на территории комбинатов «Печенганикель» или «Североникель», либо станции Причальная около Мурманска. 

В связи с приближающимся оживлением строительной отрасли в регионе и резким увеличением объемов потребности в цементе с учетом задач, обозначенных «Стратегией развития строительного комплекса Мурманской области до 2015 года», исследования по технологии получения шлакопортландцемента на основе медно-никелевых шлаков в настоящее время продолжены. Ниже приведены основные результаты исследований в области технологии получения шлакопортландцемента. Отличительной особенностью разработанного ШПЦ является его повышенная сульфатостойкость, обусловленная составом медно-никелевых шлаков (содержание оксида кальция не превышает 5 мас.%).


Обычно ШПЦ, производимый промышленностью, содержит доменный шлак, который по химическому и минеральному составам отличается от шлака комбината «Печенганикель»


Обычно ШПЦ, производимый промышленностью, содержит доменный шлак, который по химическому и минеральному составам отличается от шлака комбината «Печенганикель». При изготовлении ШПЦ из доменного шлака применяется схема совместного помола клинкера, гранулированного шлака и гипса в открытом или замкнутом цикле. Преимущество раздельного помола заключаются в том, что каждый компонент может быть доведен до оптимального гранулометрического состава, обеспечивающего максимальные гидравлические свойства.

Этот способ наиболее пригоден при помоле компонентов с различной степенью размалываемости.

Для того чтобы выбрать наиболее рациональную схему изготовления ШПЦ из гранулированного шлака медно-никелевого производства, была определена размалываемость смесей следующего состава, мас.%: 47.5 шлака, 47.5 клинкера и 5 гипса, а также 95 клинкера и 5 гипса.

Установлено, что смесь, содержащая шлак, размалывается труднее, чем смесь с портландцементным клинкером. Исходя из различной величины размалываемости, предпочтителен раздельный помол компонентов.

Расход электроэнергии на помол при получении шлакопортландцемента по схемам совместного и раздельного помола очень близок. Для выбора оптимальной схемы помола были приготовлены цементы с удельной поверхностью 400 м2/кг, совместным помолом и смешением предварительно размолотых компонентов до той же удельной поверхности.

В ранние сроки твердения (7 суток) прочность цемента, полученного совместным помолом компонентов в лабораторной мельнице, при сжатии на 48% выше, чем у ШПЦ, полученного раздельным помолом. С течением времени прочности этих цементов выравниваются. При помоле в полупромышленной мельнице наблюдается аналогичная зависимость, однако абсолютные значения прочности выше, а разница между прочностями цементов значительная только в 3-суточном возрасте (23-27%), к 28 суткам прочности практически выравниваются. Таким образом, для получения ШПЦ пригодны схемы как совместного, так и раздельного помола, однако первая предпочтительнее.

Для изготовления рядового ШПЦ достаточно производить его помол до удельной поверхности 300 - 350 м2/кг. При этом расход электроэнергии на помол ШПЦ составит на шлаках комбината «Печенганикель» 59 кВтч/т, для шлаков комбината «Североникель» - 69 кВтч/т.

Результаты испытаний показывают, что практически нет разницы между цементами, полученными на гранулированных шлаках комбинатов «Печенганикель», «Североникель» и Норильского горнометаллургического комбината [1-3]. Партия ШПЦ, изготовленная на опытном заводе «Гипроцемент», состояла из 42-47 мас.% шлака комбината «Печенганикель», 5 мас.% гипса и 48-53 мас.% клинкера. Контроль за дозировкой шлаков наиболее удобно вести по изменению суммарного количества Fe2O3, так как его содержание в шлаке составляет 34.74 мас.%, а в клинкере - только 4.14 мас.%. Дозировку материалов производили так, чтобы содержание Fe2O3 в смеси было 17-18 мас.%.

Опытная партия быстротвердеющего ШПЦ марки 400, изготовленная на опытном заводе Гипроцемента в количестве 20 т, характеризовалась следующими показателями: удельная поверхность - 400±20 м2/кг, остаток на сите «008» - 1.70+0.20 мас.%, содержание SO3 - 2.58±0.37 мас.%, Fe2O3 - 17.69±0.79 мас.%. Нормальная густота цементного теста - 24.5%; сроки схватывания, час-мин: начало - 2-50, конец - 4-25.

Прочность при сжатии цемента к 3 суткам твердения в воде составляла 26.5 МПа, а к 28 дням достигала 41.9 МПа, при изгибе - 4.0 и 5.65 МПа соответственно, что отвечает требованиям, предъявляемым ГОСТ 10178-85.

Особое внимание было обращено на изучение коррозионной стойкости (КС) ШПЦ в синтетической морской воде, в растворах 5% Na2SO4 5% MgSO4 и 0.2% CaSO4.

В образцах из ШПЦ в течение 3-х месяцев не обнаружили признаков разрушения, хотя прочность их равна или несколько ниже, чем при твердении в пресной воде. Испытания показали, что во всех указанных средах ШПЦ служит значительно лучше, чем портландцемент из того же клинкера. Особенно хорошо стоит ШПЦ в растворах гипса и Na2SO4. Если коэффициент стойкости ШПЦ для испытуемых сред находится в пределах 0.59-1.40, то у портландцемента он снижается до 0.27-1.11 (таблица 1).

Таблица 1. Прочность и коррозионная стойкость цементов при твердении в агрессивных средах 

Среда Прочность при сжатии, МПа Прочность при сжатии, МПа Прочность при изгибе, МПа Прочность при изгибе, МПа КС при сжатии КС при сжатии КС при изгибе КС при изгибе
  ШПЦ ПЦ ШПЦ ПЦ ШПЦ ПЦ ШПЦ ПЦ
Пресная вода 28.3 32.3 6.3 7.8 1 1 1 1
Морская вода 16.8 16.8 7.6 7.9 0.59 0. 52 1.20 1.01
5% р-р Na2S04 32.8 33.2 8.7 8.7 1.16 1.03 1.38 1.11
5%р-р MgS04 20.0 16.4 4.2 2.1 0.71 1.03 0.66 0.27
0.2%p-p CaSO4 31.4 16.4 8.8 2.1 1.11 0.54 1.40 0.74

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2. Характеристика производственных бетонных смесей и прочность бетона на шлаках комбината «Печенганикель»

Расход материалов на  1 м3 бетона, кг Осадка конуса, см Прочность бетона через... сут   МПа  
          После   пропарки   нормальное   твердение
цемент песок цемент вода   0,6 7 28 90 7 28 90
354 1005 957 100 0 22,9 26,2 35,2 35,2 27,2 380 405
360 880 1178* 122 4 13,8 14,5 23,5 23,5 16,4 235 242
560 845 997 165 5 18,8 26,9 32,2 32,2 23,6 285 306

 

 

 

 

Примечание 4178 - гравий

Повышенная стойкость ШПЦ по отношению к корродирующим сульфатным средам объясняется тем, что в составе шлака нет минералов, способных реагировать с сульфатами с увеличением объема. ШПЦ твердеет при пониженной температуре (4°С) по тем же законам, что портландцемент из того же клинкера. Сцепление арматуры с бетоном на ШПЦ, выраженное в отношении величины сопротивления скольжения к пределу прочности при сжатии, выше нижнего допустимого предела (0.19). С течением времени сила сцепления арматуры с бетоном возрастает. Небольшая коррозия арматуры замечена в пропаренных образцах, испытанных через 2 и 28 суток после пропаривания, в остальных образцах коррозии не обнаружено. Арматура в образцах нормального твердения как в первые сроки испытании, так и в последующие, вплоть до 360 суток, коррозии не подвергалась.

Прочности бетона в 7- и 28-дневном возрасте у образцов после пропаривания и нормального хранения приблизительно одинаковы (таблица 2). Это дает возможность изготовлять крупноразмерные изделия без термообработки.

Расход быстротвердеющего ШПЦ марки 400 на 1 м3 жесткого бетона марки 200 на 40-60 кг меньше, чем расход цемента, предусмотренный нормами, принятыми в Мурманской области. Изделия, изготовленные на исследуемом ШПЦ, применены на строительных объектах трестов «Апатитстрой» и «Ковдорстрой». Кроме общестроительного назначения, ШПЦ с успехом может применяться при строительстве баковаккумуляторов тепла на АЭС и тепловых электростанциях [4]. Цементы, применяемые для самотвердеющей закладки выработанных пространств на рудниках, являются фактически ШПЦ с повышенным содержанием шлака от 60 до 90 мас.%. Эти цементы твердеют во влажных и обводненных условиях рудника, где температура круглогодично не превышает +4°С. Это низкомарочные цементы, обеспечивающие прочность при сжатии жидкотекучего мелкозернистого бетона через 28 суток 0.5-0.76 МПа и увеличивающие ее к 90 суткам до 1.3-11.0 МПа.

В настоящее время на комбинате «Печенганикель» работает закладочный комплекс производительностью 80 м3/ч самотвердеющей бетонной закладки.

Таким образом, ШПЦ на шлаках медно-никелевых предприятий можно использовать для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, твердеющих в воде, во влажных и гидротермальных условиях, работающих в агрессивных средах при повышенных или пониженных температурах.

Литература:

1. Гуревич Б.И. Вяжущие вещества из техногенного сырья Кольского полуострова. -Апатиты: изд. КНЦ РАН, 1996. - 179 с.

2. Портландцементный клинкер из карбонатитов и белитовых шламов / Б. И. Гуревич, В.Н. Макаров, В. В. Тюкавкина и др. // Тез.докл.междунар.конф. "Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций". — Ч.1.— Белгород, 1993. - С.12-13.

3. Гранулированный шлак никелевого производства - добавка к вяжущим веществам / Б.И. Гуревич, Н.Г. Добрынина,
Э.О. Штернбек, П.В. Чалый, И.М. Бун // Строительные и технические материалы из минерального и техногенного сырья Кольского полуострова. - Я; Наука, 1979. - С.36-42.

4. Бетоны из вторичного сырья / Б.И. Гуревич, В.Н. Макаров, Г.В. Серегин и др. - Апатиты: изд. КНЦ РАН, 1997. - 162 с.

ЖУРНАЛ "СЕВЕР СТРОИТЕЛЬНЫЙ" 1 КВАРТАЛ 2007 Г.

Еще статьи на тему "шлак":

Комплексная переработка отвальных шлаков комбината «Печенганикель»

Определение возможности использования отходов переработки отвальных шлаков

Использование золошлаковой смеси Апатитской ТЭС в ячеистых бетонах


busy
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Язык сайта:

English Danish Finnish Norwegian Russian Swedish

Популярное на сайте

Ваш IP адрес:

54.158.55.5

Последние комментарии

При использовании материалов - активная ссылка на сайт https://helion-ltd.ru/ обязательна
All Rights Reserved 2008 - 2017 https://helion-ltd.ru/

@Mail.ru Яндекс.Метрика
Designed by Helion LTD