Способ получения цемента

 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к производству тампонажного цемента. Способ получения цемента состоит в смешивании и измельчении портландцементного клинкера, гипса и минеральной добавки - кремнеземистой осадочной породы, например трепела и опоки. Новым в способе является то, что перед смешиванием компонентов 75-85 % кремнеземистой осадочной породы нагревают до температуры 200-300^oC, в частности, во вращающейся печи. Кроме того, перед смешиванием возможно введение углеродсодержащего компонента при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцементный клинкер 43-52; гипс 5-7; кремнеземистая осадочная порода 45-50; углеродсодержащий компонент 1-2. При таком ведении технологического процесса обеспечивается снижение плотности цементного раствора, увеличение водоцементного отношения и увеличение прочности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству тампонажных цементов, облегченных для умеренных температур в соответствии с ГОСТ 1581-91.

Известны способы получения цементов [1-3] Наиболее близким к предлагаемому можно считать способ получения цемента тампонажного [3] Этот способ заключается в смешивании и измельчении портландцементного клинкера, гипса и минеральной добавки, в частности в виде кремнеземистой осадочной породы опоки.

Недостатком этого способа является повышенная плотность цементного раствора, низкое водоцементное отношение и недостаточная прочность образцов из него в виду низкой концентрации брендстедовских и льюисовских кислотных центров на поверхности минералов гидратных фаз.

Изобретение направлено на получение тампонажного цемента, предназначенного для обеспечения большой высоты подъема тампонажного цементного раствора в околотрубном пространстве скважин.

Технический результат, который может быть получен от использования изобретения, состоит в понижении плотности цементного раствора, повышении водоцементного отношения и повышении прочности образцов цементного раствора.

Для достижения технического результата перед смешиванием компонентов кремнеземистую осадочную породу в количестве 75-85 от общего ее количества нагревают до температуры 200-300^oC.

При этом активная минеральная добавка, каковой является кремнеземистая осадочная порода, частично теряя химически связанную воду, приобретает дополнительную энергию активации на поверхности гидратных фаз, получаемых при затворении водой измельченной смеси портландцементного клинкера, гипса и минеральной добавки, что понижает плотность, повышает водоцементное отношение, а также прочность образцов цементного раствора.

Было установлено, что при введении нагретой кремнеземистой осадочной породы менее 75 от общего количества образуется недостаточно активных центров для получения указанных свойств.

При содержании нагретой добавки более 85 ввиду высокой концентрации активных кислотных центров снижается время схватывания цементного раствора.

При уменьшении температуры нагрева кремнеземистой осадочной породы менее 200^oC не образуется достаточного количества активных кислотных центров, что не может обеспечить снижение плотности, повышение водоцементного отношения и прочности образцов цементного раствора.

При увеличении температуры нагрева выше 300^oC образуется высокая концентрация активных кислотных центров, но снижает время схватывания цементного раствора.

Нагрев указанной кремнеземистой осадочной породы может производиться в различных агрегатах, например в муфельной печи, туннельной печи.

Однако наиболее предпочтительным является нагрев во вращающейся печи, поскольку противоток движения материала навстречу факелу и перемешивание материала в печи позволяет с высокой точностью выдержать параметры нагрева минеральной добавки для получения цементного раствора с заданными свойствами. При этом требуется менее тщательная подготовка материала по гранулометрическому составу, чем для муфельной и туннельной печей.

Дополнительным отличием предложенного способа является то, что перед смешиванием в композицию дополнительно вводят углеродсодержащий компонент при следующем соотношении компонентов, мас.

Портландцементный клинкер 43-52 Гипс 5-7 Кремнеземистая осадочная порода 45-60 Углеродсодержащий компонент 1-2 Углеродсодержащий компонент нейтрализует излишние кислотные центры, введенные нагретой кремнеземистой осадочной породой, и способствует повышению водоцементного отношения и сроков схватывания цементного раствора. Кроме того, углеродсодержащий компонент является интенсификатором помола цемента. Введение его менее 1 приводит к уменьшению сроков схватывания и налипанию частиц цемента на мелющие тела.

При содержании углеродсодержащего компонента более 2 увеличивается водоотделение цементного раствора.

Предлагаемый способ получения цемента заключается в следующем.

Для получения цемента берут портландцементный клинкер ТОО "Алит" (г. Сухой Лог), соответствующий ГОСТ 1581-91 п. 1.3.1. гипс Ергачинского месторождения, соответствующий ГОСТ 4013-82, минеральную добавку в виде кремнеземистой осадочной породы, в частности трепел и опока Сухоложского месторождения (в смеси содержание трепела 40-70 мас. опоки 30-60 мас.) и углеродсодержащий компонент, который является вскрышной породой Алтынайского месторождения антрацитовых углей и содержит, мас.

Легколетучие 450^oC 6,0 Труднолетучие 950^oC 1,7 SiO₂ 57,90 Al₂O₃ 23,22 Fe₂O₃ 3,42
CaO 3,07
Потери при прокаливании 0,13
Для получения цемента по известному способу указанные портландцементный клинкер с кремнеземистой осадочной породой и гипсом измельчали в трубной мельнице в течений 30 мин до остатка на сите 008 15
Для получения цемента по предлагаемому способу перед смешиванием 75-85 кремнеземистой осадочной породы от общего ее количества нагревали во вращающейся печи до температуры 200-300^oC. Размеры кремнеземистой осадочной породы 0-100 мм. Затем смешивали портландцементный клинкер с нагретой кремнеземистой осадочной породой (75-85) и добавляли просушенную до влажности 15 кремнеземистую осадочную породу (15-25), а углеродсодержащую добавку вводили в гипс. Размеры углеродсодержащей добавки составляли 1-100 мм. Все компоненты поступали в трубную мельницу открытого цикла помола, где они измельчались в течении 30 мин до остатка на сите 008 15-18
Составы шихт для получения цемента приведены в таблице: состав 1 по известному способу, состав 2 с нагретой кремнеземистой осадочной породой без углеродсодержащей добавки, составы 3-4 с нагретой кремнеземистой осадочной породой и углеродсодержащим компонентом.

В таблице приведены показатели цементного раствора. Растекаемость, плотность, водоотделение, время загустевания и сроки схватывания определялись по ГОСТ 267998-85 "Цементы тампонажные. Методы испытаний".

Предел прочности при изгибе определялся по ГОСТ 267998.2-85 "Цементы тампонажные. Методы испытаний".

Как видно из таблицы, плотность цементного раствора по предлагаемому способу ниже плотности по известному способу на 10-13 водоцементное отношение выше на 5-10 а предел прочности при изгибе образцов выше на 30-75

Формула изобретения

1. Способ получения цемента путем смешивания и измельчения портландцементного клинкера, гипса и минеральной добавки в виде кремнеземистой осадочной породы, отличающийся тем, что перед смешиванием и измельчением компонентов 75 85% кремнеземистой осадочной породы нагревают до 200 - 300^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед смешиванием дополнительно вводят углеродсодержащий компонент при следующем соотношении компонентов, мас.

Портландцементный клинкер 43 52
Гипс 5 7
Кремнеземистая осадочная порода 45 50
Углеродсодержащий компонент 1 2з

РИСУНКИ

Рисунок 1