CC BY
33ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Ломаченко Д. В., канд. техн. наук, ст. преп., Шаповалов Н. А., д-р техн. наук, проф.
Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА С ПОМОЩЬЮ МОДИФИКАТОРОВ ПОМОЛА
dsubwayl@yandex.ru
В данной статье рассматривается возможность повышение энергоэффективности производства цемента за счет снижения времени помола цемента, путем введение модификаторов помола в цементную мельницу. Изучение кинетических параметров процесса измельчения показало, что использование модификаторов помола позволяет улучшить гранулометрические свойства цемента и добиться снижения времени помола.
Ключевые слова: цемент, энергоэффективность, помол цемента, удельная поверхность
Производство строительных материалов и цемента в частности является трудо- и энергозатратным производством, что безусловно находит отражение в себестоимости конечного продукта [1]. Процесс помола цементного клинкера является довольно затратным, доказательством чего может служить тот факт, что затраты на электроэнергию в среднем составляют около 10-11%, а на ряде предприятий достигают 15% от общих затрат при производстве цемента [2-4].
В работе оценивалась влияние добавок на процессы измельчения клинкера Староосколь-ского цементного завода. В качестве интенси-фикатора помола использовалась добавка на основе отхода резорцина, изготовленная в БГТУ им. Шухова (в дальнейшем ДР-3) [5-6] и добавка на основе триэтаноламина (в дальнейшем ТЭА).
Помол материалов проводился в шаровых трубных мельницах в условиях БГТУ им. В.Г. Шухова, с контролем удельной поверхности через определенные промежутки времени, которая служила оценкой степени измельчения материала. Измерение удельной поверхности осуществлялось с помощью метода воздухопроницаемости. Количество добавки, вводимой при помоле, составляло для ДР-3 0,02 и 0,04:% для ТЭА 0,1 и 0,15 %. Кинетические кривые измельчения клинкера ЗАО «Осколцемент» представлены на рис. 1.
Из данных рис. 1 видно, что в первые двадцать минут измельчения следует основное увеличение удельной поверхности, а в дальнейшем темп увеличения удельной поверхности снижается для всех измельчаемых образцов. При этом отмечается значительная интенсификация процесса измельчения при введении добавок. При этом введение добавки ДР-3 позволяет в боль-
шей степени интенсифицировать процесс помола.
Использование добавки ДР-3 в количестве 0,02 и 0,04% позволяет добиться увеличения удельной поверхности цемента на 12 и 19% после 20 минут помола, и на 16 и 23% соответственно после 40 минут измельчения. Для добавки на основе триэтаноламина данные значения составляют 5 и 7% после 20 минут измельчения и 6 и 10% после 40 минут. После 20 минут измельчения цемента с добавкой на основе отхода производства резорцина 0,02% достигается значение удельной поверхности ~ 280 м2/кг, в то время как для бездобавочного цемента данная величина удельной поверхности достигается в промежуток измельчения с 30 по 40 минуты, а для добавки на основе триэтаноламина с 20 по 30 минуты, что может говорить о большей эффективности использования добавки на основе отхода производства резорцина.
Важным критерием оценки эффективности используемой добавки, может быть ее влияние на степень интенсификации процесса измельчения цемента во времени, а также влияние на коэффициент торможения процесса измельчения. Данная характеристика может быть косвенно оценена при расчете изменения удельной поверхности после 20 минут измельчения.
Увеличение удельной поверхности при измельчении цемента с 20-й по 40-ю минуту помола представлено в табл. 1.
Увеличение количества интенсификатора и для цемента с ДР-3, и для цемента с ТЭА, приводит к увеличению удельной поверхности и степени измельчения. При этом увеличение удельной поверхности для цементов измельченных с ДР-3 с 20 по 40 минуту помола составляет
50,3 и 57,8 м2/кг для 0,02 и 0,04% добавки соответственно. Максимальное значение данного показателя для цемента с ТЭА составляет 48,8 %
несмотря на то, что количество используемои добавки превышает количество ДР-3 более чем втрое (0,15%).
Таблица 1
Цемент ДSУд, м2/кг ДSуд, %
Бездобавочный цемент 37,8 15,28
Цемент с 0,02% ДР-3 50,3 17,88
Цемент с 0,04% ДР-3 57,8 19,64
Цемент с 0,1% ТЭА 41,3 15,87
Цемент с 0,15% ТЭА 48,8 18,49
Анализ результатов измельчения с 20-и по 40-ю минуту помола показал, что увеличение удельноИ поверхности цемента, измельченного с добавкои ДР-3 в количестве 0,02% составляет 50,3 м2/кг., а для цемента с 0,04% ДР-3 57,8 м2/кг. Эти значения выше аналогичных для цементов, измельченных с добавкои на основе триэтаноламина в количестве 0,1% и 0,15%. Максимальное значение данного показателя для цемента с ТЭА составляет 48,8 м2/кг, несмотря на тот факт, что количество используемой добавки ТЭА превышает количество ДР-3 более чем втрое (0,15%).
Для описания кинетики процессов измельчения авторы [7] предлагают использовать уравнение переноса используя соотношение времени измельчения t и значений удельноИ по-
верхности Sуд, поскольку скорость процесса измельчения контролируется переносом энергии мелющих тел на частицы размалываемого материала, а также коэффициентом к. С течением времени скорость измельчения падает, что объясняется уменьшением числа дефектных частиц, вторичным агрегированием и другими процессами:
+ кГ,
Величиниа (Г^)0 - является обратной по отношению к начальной скорости процесса измельчения. Это отрезок, отсекаемый на оси ординат при 1=0, в координатах Далее, находя величину, обратную (^)0, получаем начальную скорость измельчения и0 (табл. 2)
[7].
Начальная скорость измельчения цементов с добавками
Таблица 2
Цемент (1^)0 Скорость измельченя, и0
Бездобавочный цемент 13,5 0,074
Цемент с 0,02% ДР-3 10,6 0,094
Цемент с 0,04% ДР-3 8,73 0,115
Цемент с 0,1% ТЭА 12,25 0,082
Цемент с 0,15% ТЭА 11,4 0,088
Таким образом, рассчитанная скорость ментом, измельченным с добавкой на основе
измельчения цемента с добавкой ДР-3, состав- триэатноламина.
ляет большую величину по сравнению с це-
Таблица3
Сокращение времени помола при измельчении цемента до удельной поверхности 300-320 м2/кг
Цемент Время помола до удельной поверхности, мин Сокращение времени помола, %
Бездобавочный цемент 43 -
Цемент с 0,02% ДР-3 33 23,2
Цемент с 0,04% ДР-3 31 27,9
Цемент с 0,1% ТЭА 40 6,9
Цемент с 0,15% ТЭА 37 13,95
Снижение времени измельчения до удельной поверхности 300-330 м2/кг может свидетельствовать о повышении энергоэффективности процесса измельчения цемента. В табл. 3 представлены данные по оценке снижения времени помола до удельной поверхности 300-320 м /кг.
Указанные значения позволяют сделать вывод о том, что введние интенсификаторов помола ТЭА и ДР-3 позволяют сократить время помола измельчения. Сокращение времени измельчения приводит к снижению расхода электроэнергии при измельчении, что в свою очередь может приводить к повышению эффектив-
ности производства. При этом оптимальные значения для ДР-3 составляют 0,04 мас. %, а для ТЭА 0,15 мас. %
Таким образом, добавка ДР-3 на основе отхода производства позволяет значительно интенсифицировать процесс измельчения цемента. Предлагаемая добавка обладает большей эффективностью по сравнению с широко используемой добавкой на основе триэтаноламина. В частности использование добавки ДР-3 приводит к большему увеличению удельной поверхности при равном времени измельчения с добавкой на основе триэтаноламина. Помимо этого, рассчитанная по кинетическим кривым скорость измельчения цемента с добавкой ДР-3 значительно выше по сравнению с аналогичными скоростями измельчения для цементов без добавки и цементов с ТЭА. Указанные факторы позволяют сократить время измельчения с добавкой ДР-3, что в свою очередь приводит к снижению расхода электроэнергии в процессе получения цемента и снижению издержек при его производстве.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Борисов И.Н., Мануйлов В.Е. Энерго- и ресурсосбережение в производстве цемента при комплексном использовании техногенных материалов // ALITinform: Цемент. Бетон. Сухие смеси. 2009. №6. С. 50-58
2. . Энерго- и ресурсосбережение при использовании техногенных материалов в технологии цемента / В.К. Классен, И.А. Шилова, Е.В. Текучева, В.В. Степанов// Строительные материалы. 2007. №8. С. 18-19.
3. Рахимбаев Ш.М., Аниканова Т.В. Некоторые вопросы снижения энерго- и материалоемкости, повышения качества строительных материалов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2007 №1. С. 23-25.
4. Шаповалов Н.А., Ломаченко Д.В. Получение композиционных цементов с использованием интенсифицирующей добавки // Фундаментальные исследования. 2013. №4-1. С. 71-74.
5. Ломаченко Д.В, Кудеярова Н.П., Лома-ченко В. А. Диспергация цементного клинкера при помоле с новой органической добавкой // Строительные материалы. 2009. №7. С. 62-63.
6. Ломаченко Д.В., Кудеярова Н.П. Влияние поверхностно-активных свойств добавок на размолоспособность портландцементного клинкера // Строительные материалы. 2010. №8. С. 58-59.
7. Рахимбаев Ш.М., Яшуркаева Л.И., Мосьпан В. И. Отходы обогащения железных руд КМА - сырье для производства цемента: монография. Белгород: изд-во БГТУ. 2012. 164 с.
