CC BY
41Кудеярова Н.П., канд. техн. наук. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Ломаченко Д.В., канд. техн. наук. «Крюгер Технолоджис», США
ОПТИМИЗАЦИЯ ПОМОЛА ДОМЕННОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО ШЛАКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕНСИФИКАТОРОВ ПОМОЛА
Kudeyarova@intbel.ru
При измельчении портландцемента широко распространенной добавкой являются шлаки. Шлаки доменного и электроплавильного производства отличаются по структуре и более высокой прочностью от портландцементного клинкера, что характеризует их более низкую размолоспособ-ность. Повысить тонкость помола портландцемента можно введением добавок-интенсификаторовразрушения твердых частиц.
В работе установлено, что добавка на основе отхода производства резорцина интенсифицирует процесс помола шлака и более эффективно по сравнению с используемыми добавками в цементной промышленности по причине снижением поверхностного натяжения на границе раздела фаз твердое тело - газ, а также структурой добавки, содержащей ароматические кольца в своем строении. Использование добавки позволит до 20% увеличить удельную поверхность портландцемента с добавкой шлака и повысить энергоэффективность цементного производства.
_Ключевые слова: гранулированный шлак, диспергаторы, интенсификация помола._
Введение. Шлак измельчается совместно с портландцементным клинкером при получении цемента с активными минеральными добавками или шлакового портландцемента. В качестве компонента для сухих строительных смесей и других композиционных вяжущих он вводится в предварительно измельченном состоянии. Шлаки доменного и электроплавильного производства отличаются по структуре и более высокой прочностью от портландцементного клинкера, что характеризует их более низкую размолоспо-собность. Исходя из этого вопрос измельчения шлаков, а также интенсификации данного процесса, как и процесса измельчения цемента в целом, является весьма актуальным.
Основная часть. В работе проведена оценка степени измельчения шлаков Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) и Новолипецкого металлургического комбината (НЛМК) с добавкой на основе резорцина. В частности, оценивалась интенсифицирующая способность добавки на основе лигносульфона-тов и добавка ДР-3 на основе отхода производства резорцина, которая достаточно хорошо интенсифицирует процесс помола портландцемен-
та и шлакопортландцемента [3,4]. Помол материала проводился в лабораторной шаровой мельнице с постоянным временем помола и использованием добавок различной концентрации: 0,02; 0,04; 0,09; 0,1; 0,12 мас. %.
Приведенные результаты исследования (табл. 1) свидетельствуют об интенсификации процесса измельчения шлаков с добавками. Анализ результатов позволяет сделать вывод о том, что использование добавки на основе отхода производства резорцина позволяет эффективнее интенсифицировать процесс помола гранулированного шлака ОЭМКа, по сравнению с добавкой ЛСТ на основе полиметиленнафталин сульфонатов (пробы 2...5). Использование указанных добавок в процессе помола со шлаком НЛМК показало примерно схожие результаты. При этом из исследуемых шлаков наибольшую эффективность к измельчению при введении двух добавок показал шлак НЛМК. При этом замена части добавки ЛСТ добавкой на основе отхода резорцина позволяет добиться синерге-тического эффекта и интенсифицировать процесс измельчения доменного гранулированного шлака.
Таблица 1
Эффективность измельчения доменного гранулированного шлака
№ пробы Вид добавки и ее количество, мас. % Удельная поверхность, м 2/кг
шлак ОЭМК шлак НЛМК
1 0 2814 2844
2 0,02 ДР-3 3110 3027
3 0,04 ДР-3 3410 3218
4 0,1 ЛСТ 2956 2917
5 0,12 ЛСТ 3012 3009
6 0,09 (0,02 ДР-3+0,07 ЛСТ) 3323 3331
7 0,12 (0,02 ДР-3+0.1 ЛСТ) 3359 3398
В дальнейшем в работе использовались образцы 1, 2, 4 и 6. Ситовой анализ является довольно важной характеристикой и позволяет сделать выводы о гранулометрическом составе изучаемого материала и тонкости измельчения. Рассев шлаков ОЭМКа и НЛМКа (эти образцы были выбраны как наиболее легко - и трудно измельчаемые) проводился на вибрационных ситах 008 и 02. Анализ рассева на ситах (табл. 2) подтверждает, что добавка на основе отхода резорцина обладает большей интенсифицирующей способностью - так, при ее использовании полный остаток на сите 008 составил 9,3 и 9,7 мас. % для образцов шлака ОЭМКа и шлака
НЛМКа соответственно. На сите 02 для обоих образцов остаток составил 1 и менее мас. %, в то время как для шлака НЛМКа с добавкой на основе полиметиленнафталин сульфонатов полный остаток на сите 008 составил 11,2 и на сите 02...1,3 мас. %. При этом при совместном введении добавок (образец № 6) достигаются сопоставимые и даже меньшие результаты с образцами шлаков, измельченными с добавкой на основе отхода производства резорцина. В этом случае доля крупных частиц (остаток на сите 02) меньше чем при использовании отдельных добавок.
Таблица 2
Результаты ситового анализа измельченных шлаков с добавками
№ пробы Вид добавки и ее количество, мас.% Остаток на ситах, мас. %, и номер сита
Шлак ОЭМКа Шлак НЛМКа
008 02 008 02
1 0 12.4 1.8 12.3 1.8
2 0,02 ДР-3 9.3 0.9 9.7 1.0
4 0,1 ЛСТ 10.9 1.2 11.2 1.3
6 0,09 (0,02 ДР-3+0,07 ЛСТ) 9.3 0.8 9.1 0.9
Согласно теории Ребиндера введение поверхностно-активных веществ способствует диспергации измельчаемых материалов. Одной из величин, характеризующих свойства ПАВ, является их поверхностная активность, и чем больше поверхностная активность, тем больше выражены свойства ПАВ. Применяемые в настоящее время в промышленности добавки-диспергаторы представляют собой, как правило, линейные анионоактивные ПАВ. Нами была предложена добавка, имеющая небольшую поверхностную активность, но циклическое строение. Добавка представляет щелочной водный раствор кубовых остатков производства резорцина. Проведенные исследования показали, что поверхностная активность добавки не всегда является определяющей величиной, которая характеризует степень диспергации частиц. При более низких значениях поверхностной активности может быть достигнут равный или пре-
вышающий эффект воздействия поверхностно-активных веществ на измельчение твердых тел. Интенсифицирующая способность добавки ДР-3 в процессе помола твердого тела обуславливается снижением поверхностного натяжения на границе раздела фаз твердое тело - газ, а также структурой добавки, содержащей ароматические кольца в своем строении [3]. Также было установлено, что адсорбция добавки ДР-3 на границе раздела раствор - твердое тело носит преимущественно химический характер и протекает на ионах Са2+ с максимальной величиной адсорбции.
Более точную характеристику степени помола того или иного компонента позволяет отразить гранулометрический метод анализа. В табл. 3 приведен гранулометрический состав шлака измельченного с выбранными добавками. Гранулометрический состав определен с помощью лазерного гранулометра М1его812ег.
Таблица 3
Количество частиц (в процентах), соответствующих заданным _значениям размеров частиц_
№ Вид добавки и ее количество, мас. % Количество частиц (мас. %) диаметром, мкм
0,99 4,92 10,9 24,4 54,3 121 269 600
1 0 3,5 7,6 14,0 19,8 27,1 21,4 5,9 0,7
2 0,02 ДР-3 3,8 8,4 16,2 18,9 25,3 21,6 5,2 0,6
4 0,1 ЛСТ 3,5 7,7 13,3 20,2 27,4 22,6 4,6 0,7
6 0,09 (0,02 ДР-3+0,07 ЛСТ) 3,9 8,3 14 20,6 24,5 22,7 5,2 0,6
Результаты исследования свидетельствуют, зорцина значительно интенсифицирует процесс что добавка на основе отхода производства ре помола доменного гранулированного шлака
ОАО ОЭМКа. Количество мелкой фракции (до 5 мкм) составляет для образца шлака, измельченного с добавкой на основе отхода резорцина на ~ 9 мас.% больше по сравнению с образцом шлака, измельченного с добавкой ЛСТ. При этом находит подтверждение тот факт, что замена части ЛСТ на добавку на основе отхода резорцина позволяет значительно увеличить эффективность помола и достичь сопоставимых результатов, полученных при помоле шлака с добавкой на основе резорцина (образец 6). Химический характер адсорбции добавки ДР-3 на активных центрах Са2+ обуславливает влияние связи Са-О на размолоспособность шлаковых фаз. Интенсификатор ДР-3, являясь анио-
нактивным, снижает поверхностное натяжение на границе раздела твердое тело-газ и наряду с ослаблением связи Са-О, оказывает большее влияние на разрыв связи ионов кальция с кремнекислородным тетраэдром в структуре силикатных шлаковых минералов, что объясняет большую эффективность влияния интенсифика-тора на их измельчение.
Оценка влияния измельчения шлака с добавками на эффективность помола двухкомпо-нентного вяжущего (портландцементный клинкер ОАО «Белгородский цемент»-75 %, шлак ОЭМКа-25 %) проводилось при постоянном времени измельчения в лабораторной шаровой мельнице (табл. 4).
Таблица 4
Результаты измельчения двухкомпонентного вяжущего
№ Количество интенсификатора (мас.%) и его тип Удельная поверхность, м2/кг Остаток на сите 008, мас. %
1 0 281,9 10,3
2 0,02 ДР-3 334,8 8,9
4 0,1 ЛСТ 318,6 9,8
6 0,09 (0,02 ДР-3+0,07 ЛСТ) 351,7 8,4
Характер влияния добавок при измельчении доменного гранулированного шлака корре-лируется с измельчением двухкомпонентного вяжущего цемент-шлак. При этом увеличение абсолютного прироста степени измельчения обуславливается тем фактом, что портландце-ментный клинкер является более легко размалываемым компонентом по сравнению с доменным гранулированным шлаком.
Выводы. Использование добавки на основе отхода резорцина позволяет интенсифицировать измельчение доменного гранулированного шлака и почти на 20 % увеличивает удельную поверхность портландцемента с использованием шлака. Частичная замена добавки ЛСТ добавкой ДР-3 позволит добиться синергетического эффекта, повысить производительность мельниц и улучшить энергоэффективность производства цемента.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Классен В.К., Борисов И.Н., Мануйлов В.Е. Техногенные материалы в производстве цемента // Международный журнал экспериментального образования. 2010. № 10. С 80-81.
2. Классен В.К. Энерго-ресурсосбережение в производстве цемента / Современные наукоемкие технологии. 2004. № 1. C. 31
3. Ломаченко Д.В., Кудеярова Н.П. Влияние поверхностно-активных свойств добавок на раз-молоспособность цементного клинкера / Строительные материалы. 2010. № 8. С. 58-64.
4. Шаповалов Н.А., Ломаченко Д.В. Получение композиционных цементов с использованием интенсифицирующей добавки / Фундаментальные исследования, 2013. № 4-1. С. 71-74.
Kudeyarova N. P., Lomachenko D.V.
THE OPTIMIZATION OF BLAST-FURNACE SLAG GRINDING PROCESS WITH INTENSIFIERS
Blace-furnace slag is one of the widely use component for composite binder and introduced in the system during portland cement grinding process. Blast-furnace and electric furnace slag have difference in structure and also have bigger strength compare to cement clinker, which can characterized their lower grinda-bility. Introduction of additives allow increasing grindability ofportland cement.
It was found that additive based on resorcinol waste production can intensify grinding process of blastfurnace slag and more efficient compare the other additives because it decrease surface tension on solid-gas interface, and also structure of additive which contain aromatic rings. Using of this addive allow increase specific surface of cement with blast-furnace slag addition up to 20% and optimize energy consuming during production process.
Key words: granular slag, dispersants, intensification of grinding.
