Способ получения цемента из металлургических шлаков

 

В способе получения цемента из металлургических шлаков, при котором жидкие шлаки из восстановительных и сталеплавильных процессов, как, например, доменные и конверторные шлаки, перемешиваются друг с другом и смешиваются с известью, поступают таким образом, что на первой стадии охлаждения при температурах свыше 1000^oC, предпочтительно свыше 1200^oC, охлаждение осуществляется медленнее, чем на второй последующей стадии охлаждения, и что полученный застывший продукт гранулируется и/или перемалывается, чтобы непосредственно получить цемент с улучшенными гидравлическими свойствами, в частности с повышенной окончательной прочностью. 12 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способу получения цемента из металлургических шлаков, в частности получения цементного клинкера и специальных связующих изделий с высоким содержанием αʹ- -белита и высокой окончательной прочностью из металлургических шлаков.

Из заявки [1] известен способ получения цемента из металлургических шлаков, включающий смешение жидких шлаков восстановительных процессов и сталеплавильных процессов, например доменного и конверторного шлаков, охлаждение, гранулирование, измельчение. Согласно этому известному техническому решению, гранулят можно размалывать с добавлением гипса и получать цемент.

В частности, этот известный способ, из которого исходит настоящее изобретение, использует при этом скрытую теплоту расплава, так как отходы металлургического производства могут использоваться в надлежащей смеси в расплавленной форме, например в виде доменного шлака и шлака сталеплавильных заводов совместно с доменным сыпучим шламом и другими добавками.

Целью изобретения является создание способа упомянутого вначале типа, при котором при термическом использовании скрытой теплоты обычно протекающих на металлургическом заводе процессов можно получать цемент или специальное связующее вещество с улучшенными гидравлическими свойствами.

Указанная задача решается тем, что при способе получения цемента из металлургических шлаков, включающий смешение жидких шлаков восстановительных процессов и сталеплавильных процессов, например доменного и конверторного шлаков, охлаждение, гранулирование, измельчение, согласно изобретению, охлаждение на первой стадии при температуре свыше 1000^oC осуществляют медленнее, чем на второй последующей стадии, а полученный застывший продукт - литейный клинкер гранулируют и/или перемалывают.

Желательно жидкие шлаки дополнительно смешивать с известью.

Охлаждение на первой стадии при температуре свыше 1200^oC предпочтительно осуществлять медленнее, чем на второй последующей стадии.

Целесообразно дополнительно вводить хлориды и/или хлорсодержащие отходы.

Расплав путем проведения экзотермической реакции с CaO доводят до температуры свыше 1700^oC.

Предпочтительно вязкость расплава понижать путем добавления CaF₂.

Смешение жидких шлаков осуществляют при следующем соотношении (вес.%): расплав доменного шлака - 30-80, расплав конверторного шлака - 20-70.

Охлаждение на первой стадии осуществляют на воздухе с использованием рабочего колеса центробежного вентилятора.

Охлаждение на второй последующей стадии осуществляют с помощью водяного пара и/или воды.

Целесообразно также литейный клинкер подавать в вихревой слой или в каскад вихревого слоя с помощью охлаждающего воздуха с его расходом 1,5-3,5 нм³ на 1 кг клинкера в течение 15-40 мин и охлаждать при застывании в виде гранул с диаметром менее 4 мм.

Кроме того, литейный клинкер подают в течение 25-30 мин.

Литейный клинкер охлаждают при застывании в виде гранул диаметром около 2,5 мм.

Охлаждающий воздух, отводимый при температуре от 900 до 1100^oC, используют в качестве предварительно нагретого дутьевого воздуха.

Ниже способ в соответствии с изобретением более подробно поясняется с помощью примера выполнения.

30 т доменного шлака в расплавленном жидком состоянии смешивали с 20 т шлака из Линц-Донавиц-процесса, причем путем добавления CaO/CaCO₃ была достигнута температура около 1800^oC. После интенсивного перемешивания расплав направляется с помощью рабочего колеса центробежного вентилятора и охлаждаются на воздухе в течение 30 мин, вследствие чего это привело к образованию желаемых кристаллических структур. После этого первого охлаждения охлаждение было продолжено с помощью водяного пара. Результаты анализа цемента были следующими, мас.%: Al₂O₃ - 5,51 MgO - 1,15 SiO₂ - 21,9 CaO - 65,7 Fe₂O₃ - 3,0 Mn₂O₃ - 0,12 SO₃ - 0,14 P₂O₅ - 0,49 K₂O - 0,60
Na₂O - 0,72
Для другого примера выполнения (получение бредигитового клинкера) смешивали 15 т нагретого до температуры 1600^oC шлака из Линц-Донавиц-процесса с 8 т нагретого до температуры 1500^oC доменного шлака, чтобы без добавления извести получить специальное связующее вещество. При этом температура смеси повышалась примерно до 1900^oC. Актуальный химический анализ дал следующие результаты (мас.%);
SiO₂ - 22,1
Al₂O₃ - 5,5
Fe₂O₃ - 15,2
CaO - 43,7
MgO - 5,8
SO₃ - 1,1
K₂O - 0,17
Na₂O - 0,05
TiO₂ - 0,38
Mn₂O₃ - 4,5
P₂O₅ - 0,59.

Полуколичественный минералогический анализ дал следующие фазы:
примерно 10% вюстит (FeO),
примерно 50% бредигит ( αʹ- -белит)
остаток аморфный (стекло).

Оказалось, что для получения бредигитного клинкера оптимальными являются приведенные выше соотношения компонентов смеси. В любом случае содержание Fe₂O₃ должно было составлять свыше 10 мас.%, так как это стабилизирует метастабильный αʹ- -белит (бредигит). Именно бредигит является той формой белита, которая в чистой форме стабильна только до 1450^oC, однако ниже этой температуры является нестабильной и легко разлагается. Удалось обнаружить, что относительно высокое содержание Fe₂O₃ стабилизирует бредигитовую фазу. Аналогично действует также P₂O₅. Бредигит с точки зрения технологии получения цемента представляет собой наиболее ценную белитовую форму.

Формула изобретения

1. Способ получения цемента из металлургических шлаков, включающий смешение жидких шлаков восстановительных процессов и сталеплавильных процессов, например доменного и конверторного шлаков, охлаждение, гранулирование, измельчение, отличающийся тем, что охлаждение на первой стадии при температуре свыше 1000^oС осуществляют медленнее, чем на второй последующей стадии, а полученный застывший продукт - литейный клинкер гранулируют и/или перемалывают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкие шлаки дополнительно смешивают с известью.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение на первой стадии при температуре свыше 1200^oС осуществляют медленнее, чем на второй последующей стадии.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что дополнительно вводят хлориды и/или хлорсодержащие отходы.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что расплав путем проведения экзотермической реакции с СаО доводят до температуры свыше 1700^oС.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что вязкость расплава понижают путем добавления CaF₂.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что смешение жидких шлаков осуществляют при следующем соотношении, мас.%: расплав доменного шлака 30 - 80, расплав конверторного шлака 20 - 70.

8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что охлаждение на первой стадии осуществляют на воздухе с использованием рабочего колеса центробежного вентилятора.

9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что охлаждение на второй последующей стадии осуществляют с помощью водяного пара и/или воды.

10. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что литейный клинкер подают в вихревой слой или в каскад вихревого слоя с помощью охлаждающего воздуха с его расходом 1,5 - 3,5 нм³ на 1 кг клинкера в течение 15 - 40 мин и охлаждают при застывании в виде гранул с диаметром менее 4 мм.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что литейный клинкер подают в течение 25 - 30 мин.

12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что литейный клинкер охлаждают при застывании в виде гранул диаметром около 2,5 мм.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что охлаждающий воздух, отводимый при температуре 900^oС - 1100^oС, используют в качестве предварительно нагретого дутьевого воздуха.