CC BY
29
УЕБТЫНС
мвви
УДК 666.971
Д.И. Черных, Е.М. Чернышов, Д.В. Орешкин*
ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАСУ», *ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ОЦЕНКА КОМКУЕМОСТИ КАРБОНАТКАЛЬЦИЕВЫХ ОТХОДОВ ПРИ ОБОСНОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ ИХ ГРАНУЛИРОВАНИЯ В ИСКУССТВЕННЫЙ ГРАВИЙ
Приведено обоснование оптимальных значений дисперсностей карбонаткальциевых отходов, обеспечивающих достижение необходимой скорости окомкования, выхода гранул.
Проведена оценка комкуемости, определены коэффициент комкуемости, коэффициент выхода гранул для техногенного карбоната кальция различных дисперсностей.
Установлено, что карбонаткальциевые отходы окомковываются с коэффициентом комкуемости близким или равным 100 % при дисперсностях 400...600 м2/кг. При этом лучшей комкуемостью в диапазоне дисперсностей 400.600 м2/кг обладают отходы дисперсности 500 м2/кг.
Ключевые слова: комкуемость, влагоемкость, капиллярные силы, выход гранул, дисперсность, карбонат кальция.
В технологии получения искусственного заполнителя способом окомкования важнейшим свойством исходного сырья является его способность укрупняться, агломерироваться, окомковываться под действием внешних сил. В этой связи для определения пригодности сырья к получению заполнителя проводилась оценка комкуемости — основного свойства (критерия), характеризующего способность зерен мелкодисперсного порошка взаимодействовать друг с другом с образованием комочков, а в последующем гранул, которые являются конечной формой готового продукта — искусственного заполнителя.
В ранних работах, посвященных исследованиям процесса комкуемости желез-норудных материалов, было предложено оценивать склонность к окомкованию по крупности дисперсного материала и величине его удельной поверхности. Основной недостаток этих предложений заключался в оценке комкуемости дисперсного материала по свойствам только твердой фазы комкуемой шихты без учета взаимосвязи явлений, протекающих в шихте в процессе окомкования.
В.М. Витюгиным [1—3] была разработана методика оценки комкуемости, основанная на учете водно-физических свойств дисперсных материалов. В качестве критериев этих свойств были использованы максимальная молекулярная (ММВ) и максимальная капиллярная (МКВ) влагоемкости. При этом за показатель комкуемости К принимали отношение.
—ММВ—. (1)
К МКВ-ММВ
В качестве методики определения характеристических влагоемкостей были использованы зависимости изменения плотности свободно уложенной дисперсной системы различной степени удельной площади поверхности от содержания воды [4, 5]. Экстремальные точки: точка минимума определяла ММВ, а точка максимума — МКВ (рис. 1, 2).
Числитель выражения [1] представляет собой количественное выражение способности дисперсного материала удерживать капиллярно-неподвижную пленочную воду, обусловливающую прочность сырого окатыша, а знаменатель — количество капиллярно-подвижной воды, определяющей скорость окомкования. Численное значение показателя относительной комкуемости может изменяться от 0 до 1.
ВЕСТНИК
11/2012
Рис. 1. Изменение плотности свободноуложенной дисперсной системы (наполнитель -карбонаткальциевые отходы/цемент марки ЦЕМ 42,5 Н I) в зависимости от содержания воды
Рис. 2. Изменение плотности свободноуложенной дисперсной системы (наполнитель — карбонаткальциевые отходы) в зависимости от содержания воды
Показатели результатов определения величин характеристической влагоемко сти и коэффициентов комкуемости карбонаткальциевых отходов различной удельной площади поверхности и цемента марки ЦЕМ 42,5 Н I приведены в табл. 2.
Табл. 2. Величины характеристической влагоемкости и коэффициентов комкуемостей карбонаткальциевых отходов различной дисперсности и цемента
Карбонаткальциевые отходы дисперсности £ , см2/г ММВ МКВ К к
800 4 32 0,14
2500 6 32 0,23
3000 6 28 0,27
4000 8 28 0,40
5000 8 20 0,67
6000 8 22 0,57
Цемент марки ЦЕМ 42,5 Н I £уд = 2500 см2/г 6 32 0,23
VESTNIK
JVIGSU
Из табл. 2 следует, что техногенные отходы, отобранные с линии или из отвалов, не комкуются, средней комкуемостью обладают отходы дисперсностью 4000...5000 см2/г, но наилучшей комкуемостью обладают отходы с удельной площадью поверхности ~5000 см2/г. При этом дальнейший помол с целью улучшения ком-куемости не является необходимым.
Графически зависимость между дисперсностью карбонаткальциевых отходов и относительным коэффициентом комкуемости отражена на рис. 3.
Рис. 3. Зависимость коэффициента комкуемости от дисперсности материала
Очевидно, что материал может обладать хорошей комкуемостью и при невысоких значениях удельной площади поверхности. В частности, в качестве оптимальной степени измельчения гранулируемых сырьевых смесей М. Пападакис и Ж. Бомбле рекомендуют 2400...4700 см2/г [6].
Для оценки достоверности коэффициента комкуемости применительно к карбо-наткальциевым отходам были окомкованы шихты дисперсностью 800 (с технологической линии), 2500, 3000, 4000, 5000, 6000 см2/г. При этом расход влаги принимался одинаковым — 15 % — как обеспечивающий стабильный процесс окомкования [7]. Несмотря на то, что, к примеру, для карбонаткальциевых отходов дисперсности 2500 см2/г такая влажность является лишь половинной, обеспечивающей максимум капиллярных сил, здесь можно привести следующие объяснения:
1) при динамических усилиях на тарели гранулятора плотность окатышей, соответствующая плотности рыхлоуложенной увлажненной дисперсной системы при максимуме капиллярных сил, наступает при более раннем водотвердом отношении [8];
2) работа при более высоких расходах влаги не представляется возможной, так как шихта налипает и размазывается по стенкам тарели гранулятора [9].
Косвенным критерием комкуемости шихты выступал выход гранул Вг [10] — численное отношение окомкованных гранул QГ к неокомкованной шихте (2НШ:
в = Q
^НШ
(2)
Полученная зависимость графически показана на рис. 4.
Выводы. Технологически обосновано применять при получении искусственного заполнителя карбонаткальциевые отходы дисперсностью не ниже 4000 см2/г. При этом процесс окомкования будет протекать с достаточно высокой скоростью, количество неокомкованной шихты будет минимальным, а прочность гранул будет достаточна для транспортирования.
ВЕСТНИК
11/2012
Рис. 4. Зависимость выхода гранул от дисперсности карбонаткальциевых отходов
Примечание. Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП « Научно-педагогические кадры инновационной России », проект 14.B37.21.0170.
Подготовлено по результатам исследований, поддержанных РФФИ (проект 08-08-99039).
Библиографический список
1. Витюгин В.М., Богма А.С. Оценки комкуемости мелкозернистых материалов // Изв. вузов. Черная металлургия. 1969. № 4. С. 18—22.
2. Витюгин В.М. Исследования процесса гранулирования окатыванием с учетом свойств ком -куемости дисперсий : автореф. дисс. ... д-ра техн. наук. Томск, 1975. 42 с.
3. Витюгин В.М. К теории окомкования влажных дисперсных материалов. Томск : Известия ТПИ. 1975. Т. 272. С. 127.
4. Шмитько Е.И., Верлина Н.А., Смотров В.И. Управление структурой бетона через влаж-ностный фактор // Строительные материалы Оборудование технологии XXI. 2005. № 11. С. 14—16.
5. Верлина Н.А. Влияние влажностного фактора на процесс структурообразования цементных систем // Материалы 55—56-й научно-технической конференций : краткое содерж. докл. Воронеж, 2001. С. 33—35.
6. Papadakis M., Bobmbled J.P. Rev. mater. constr. Et. Trav. Publics. 1961. № 49, pp. 289—299.
7. Чернышов Е.М., Потамошнева Н.Д., Черных Д.И. Получение искусственного гравия с использованием карбонаткальциевых отходов производства нитроаммофоски // Научные исследования наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии : сб. докл. Междунар. науч.-практич. конф. Ч. 2. Белгород : Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007. С. 304—307.
8. Коротич В.И. Теоретические основы окомкования железорудных материалов. М. : Металлургия, 1966. С. 138.
9. Классен П.В., Гришаев И.Г. Основы техники гранулирования. М. : Химия, 1982. С. 188.
10. Тимашев В.В., Сулименко Л.М., Альбац Б.С. Агломерация порошкообразных силикатных материалов. М. : Стройиздат, 1978. С. 51.
Поступила в редакцию в октябре 2012 г.
Об авторе: Черных Дмитрий Иванович — инженер I категории, Академический научно-творческий центр «Архстройнаука» (АНТЦ «Архстройнаука»), ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет» (ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАСУ»), г. Воронеж, ул. 20-летия октября, д. 84, dmitry17s@mail.ru;
Чернышов Евгений Михайлович — доктор технических наук, профессор, академик РААСН, Председатель президиума Центрального РО РААСН, профессор кафедры материаловедения и технологии строительных материалов, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет» (ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАСУ»), г. Воронеж, ул. 20-летия октября, д. 84, 8(473)258-99-67, chem.@vgasu.vrn.ru;
vestnik
MGSU
Орешкин Дмитрий Владимирович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных материалов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(499)83-32-29, dmitrii_oreshkin@mail.ru.
Для цитирования: ЧерныхД.И., ЧернышовЕ.М., ОрешкинД.В. Оценка комкуемости кар-бонаткальциевых отходов при обосновании технологии их гранулирования в искусственный гравий // Вестник МГСУ 2012. № 11. С. 177—182.
D.I. Chernykh, E.M. Chernyshov, D.V. Oreshkin
EVALUATION OF THE LUMP-FORMING CAPACITY OF CALCIUM CARBONATE WASTES WITHIN THE FRAMEWORK OF DEMONSTRATION OF FEASIBILITY OF TECHNOLOGY OF THEIR GRANULATION INTO ARTIFICIAL GRAVEL
The objective of this research project is to substantiate the optimal values of disperse calcium carbonate waste materials, to ensure their granulation into artificial stone, and to substantiate the output rate efficiency.
In the course of the research, the authors assessed the lump-forming rate demonstrated by calcium carbonate waste materials and cement grade CEM I 42,5 N on the basis of their molecular and capillary moisture capacity. The assessment methodology that defines the threshold of the lump-forming capacity, as well as the coefficient of output of man-made gravel for different dispersions of calcium carbonate waste materials have been identified. Data reliability is based on the mapping of the nature of dependences between the coefficient of lump-forming and the coefficient of gravel output on specific surface areas.
The authors have identified that calcium carbonate waste materials have a lump-forming factor that is close or equal to 100%, if its dispersibility is equal to 400—600 m2/kg. In this case, the highest lump-forming rate is accompanied by the waste fineness of 500 m2/kg.
Key words: lump-forming, moisture content, capillary forces, output of grains, dispersibility, calcium carbonate.
References
1. Vityugin V.M., Bogma A.S. Otsenki komkuemosti melkozernistykh materialov [Assessments of the Lump-forming Capacity of Fine-grained Materials]. Izv. vuzov. Chernaya metallurgiya. [Bulletin of Institutions of Higher Education. Ferrous Metallurgy]. 1969, no. 4, pp. 18—22.
2. Vityugin V. M. Issledovaniya protsessa granulirovaniya okatyvaniem s uchetom svoystvkomkuemosti dispersiy [Research into the Process of Granulation through Pelletizing with Account for the Lump-forming Properties of Dispersions]. Tomsk, 1975, 42 p.
3. Vityugin V.M. K teorii okomkovaniya vlazhnykh dispersnykh materialov [On the Theory of Lump-forming of Moist Disperse Materials]. Izvestiya TPI [News of Tomsk Polytechnic Institute]. Tomsk, 1975, vol. 272, p. 127.
4. Shmit'ko E.I., Verlina N.A., Smotrov V.I. Upravlenie strukturoy betona cherez vlazhnostnyy faktor [Concrete Structure Management by Means of Humidity Factor]. Stroitel'nye materialy. Oborudovanie tekhnologiiXXI. [Construction Materials, Machinery and Technologies of the XXIst Century]. 2005, no. 11, pp. 14—16.
5. Verlina N.A. Vliyanie vlazhnostnogo faktora na protsess strukturoobrazovaniya tsementnykh sistem [Influence of the Humidity Factor on the Structurization of Cement Systems]. Abstracts of reports of the 55—56th scientific and technical conference. Voronezh, 2001, pp. 33—35.
6. Papadakis M., Bobmbled J.P. "Rev. mater. constr. et. Trav. Publics". 1961, no. 49, pp. 289—299.
7. Chernyshov E.M., Potamoshneva N.D., Chernykh D.I. Poluchenie iskusstvennogo graviya s ispol'zovaniem karbonatkal'tsievykh otkhodov proizvodstva nitroammofoski [Recovery of Artificial Gravel Using Calcium Carbonate Wastes of NPK Production]. Nauchnye issledovaniya nanosistemy i resursos-beregayushchie tekhnologii vstroyindustrii [Scientific Research of the Nanosystem and Resource-saving Technologies in the Construction Industry]. Collected reports of the International Scientific and Practical Conference, Part 2. Belgorod, BGTU im. V.G. Shukhova publ., 2007, pp. 304—307.
8. Korotich V.I. Teoreticheskie osnovy okomkovaniya zhelezorudnykh materialov [Theoretical Fundamentals of Lump-forming of Iron Ore]. Metallurgiya Publ., 1966, p. 138.
9. Klassen P.V., Grishaev I.G. Osnovy tekhniki granulirovaniya [Fundamentals of the Granulation Process]. Moscow, Khimiya Publ., 1982, p. 188.
вестник 11/2012
10. Timashev V.V., Sulimenko L.M., al>bats B.S. Aglomeratsiya poroshkoobraznykh silikatnykh ma-terialov [Agglomeration of Powdered Silicate Materials]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1978, p. 51.
About the author: Chernykh Dmitry Ivanovich — Ist Category Engineer, Arkhstroynauka Centre of Scientific Research and Creativity, Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering (Voronezhskiy GASU), 84 20-letiya oktyabrya st., Voronezh, 394006, Russian Federation; dmitry17s@mail.ru;
Chernyshov Evgeniy Mikhaylovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Member of the Russian Academy of Architectural and Construction Sciences (RAACS), Chairman of Presidium of Central Regional Section of RAACS, Professor, Department of Material Science and Technology of Construction Materials, Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering (Voronezhskiy GASU), 84 20-letiya oktyabrya st., Voronezh, 394006, Russian Federation; chem.@vgasu.vrn.ru; +7 (473) 258-99-67;
Oreshkin Dmitriy Vladimirovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Construction Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; dmitrii_oreshkin@mail.ru; +7 (499) 83-32-29.
For citation: Chernykh D.I., Chernyshov E.M., Oreshkin D.V. Otsenka komkuemosti karbonatkal'tsievykh otkhodov pri obosnovanii tekhnologii ikh granulirovaniya v iskusstvennyy graviy [Evaluation of the Lump-Forming Capacity of Calcium Carbonate Wastes within the Framework of Demonstration of Feasibility of Technology of Their Granulation into Artificial Gravel]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 11, pp. 177—182.
