ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОМОЛА ЦЕМЕНТА
ДОБАВКАМИ Новомосковск»
, к. т.н., , д. т.н.
Белгородский государственный технологический университет
им.
, нач. отдела технического сопровождения продукции нестроительной химии
Новомосковск»
Помол клинкера в шаровой трубной мельнице – один из энергоёмких процессов в производстве портландцемента. Энергопотребление при помоле цемента в шаровых трубных мельницах составляет около 35-50 кВт×ч/т кл. Таким образом, снижение расхода электроэнергии на помол цемента является приоритетной тенденцией, направленной не только на снижение себестоимости продукции, но и улучшение ее качества.
Количество электроэнергии, затрачиваемой на помол цемента, зависит от величины размалываемости клинкера. При помоле клинкера с повышенной размалываемостью, как правило, наблюдается повышение производительности цементных мельниц и увеличение прочностных характеристик цемента за счет возрастания доли мелких фракций. Одним из способов регулирования величины размалываемости является использование при помоле цементов поверхностно-активных веществ [1]. Поэтому цель данной работы – изучение возможности увеличения производительности цементных мельниц, как минимум, при сохранении качества получаемого цемента, с использованием интенсификаторов помола серии «Литопласт И» (производитель Новомосковск»).
|
Рис. 1. Формула полиметиленнафталинсульфоната |
Интенсификаторы помола серии «Литопласт И» относятся к ПАВ и представляют новейшие синтетические добавки на основе модифицированных полиметиленнафталинсульфонатов. В результате модификации полиметиленнафталинсульфоната (рис. 1) получают соединения различной степени полимеризации (n=7-25) и концевыми радикалами. В зависимости от степени полимеризации изменяется поверхностная активность добавки по отношению к границам раздела фаз: жидкость–твердое (ж/т), жидкость–газ (ж/г). Высокомолекулярные фракции полиметиленнафталинсульфоната проявляют поверхностную активность на границе ж/т, а низкомолекулярные – на границе ж/г [2]. Это позволяет в зависимости от поставленных задач в широких пределах изменять свойства добавки.
Влияние ПАВ на скорость измельчения клинкера изучали на пяти интенсификаторах помола серии «Литопласт И», произведенных Новомосковск». Интенсификаторы помола обозначены индексами от 1И до 5И. Исследование проводили на заводском рядовом клинкере цементный завод», г. Топки.
Введение ПАВ при помоле увеличивает скорость набора удельной поверхности цемента (Sуд) за счет эффекта Ребиндера, заключающегося в адсорбционном понижении прочности твердых тел. Адсорбция в рассматриваемых условиях – процесс, определяющий влияние добавки на скорость измельчения. Действующие соединения интенсификаторов помола 1И...5И отличаются только концевыми радикалами, степень полимеризации части, состоящей из радикалов метиленнафталинсульфоната, остается постоянной. Поэтому можно утверждать, что добавки будут в разной степени адсорбироваться на поверхности твердого тела и соответственно влиять на скорость набора удельной поверхности.
Таблица 1 Влияние интенсификаторов помола Новомосковск» на изменение удельной поверхности (м2/кг) при измельчении клинкера цементный завод» в мельнице объемом 1л. | ||||||
Шифр добавки | Количество добавки, % | Время помола, мин | ||||
10 | 20 | 25 | 30 | 35 | ||
- | 0 | 162,4 | 210,4 | 287,1 | - | - |
1И | 0,02 | 165 | 264,2 | 325 | - | - |
0,05 | 165,3 | 231 | 283 | - | - | |
0,1 | 154,9 | 180 | 192 | 270 | 320,6 | |
2И | 0,02 | 137,3 | 171,9 | 203,1 | - | - |
0,05 | 161,4 | 211,3 | 280,3 | - | - | |
3И | 0,02 | 161,5 | 260,8 | 302,9 | - | - |
0,05 | 163,3 | 242,3 | 296,3 | - | - | |
4И | 0,02 | 161,5 | 257 | 302,7 | - | - |
0,05 | 156,2 | 247,5 | 296,4 | - | - | |
5И | 0,02 | 153,4 | 242,6 | 291,6 | - | - |
0,05 | 159,1 | 247,5 | 302,7 | - | - |
Для определения наиболее эффективной добавки, увеличивающей скорость набора Sуд при помоле клинкера, и ее оптимальной концентрации провели предварительные экспериментальные помолы заводского клинкера в шаровой мельнице объемом 1 л. Измельчаемый в мельнице клинкер имел одинаковый гранулометрический состав: -1,25+0,315 мм – 64,5%; -0,315 мм – 34,5%; что достигали дроблением заводского клинкера в металлической ступке. К клинкеру в мельницу добавляли 4% гипса. Измельчаемая масса материала составляла 100 г. Количество вводимых интенсификаторов помола рассчитывали на сухое вещество. Пробы материала для определения характеристик отбирали через равные промежутки времени и затем возвращали в мельницу и продолжали помол. Удельную поверхность определяли поверхностемером ПМЦ-500.
Из 5 изученных интенсификаторов помола наибольшее увеличение скорости набора Sуд при помоле клинкера цементный завод» происходит при введение 0,020% добавки 1И (табл.1).
Выводы, полученные по данным экспериментов в мельнице объемом 1 л (табл.1) подтверждены исследованием скорости измельчения в мельнице размером Æ0,5´0,28 м (табл. 2). Шаровая загрузка мельницы соответствует разработанной Гипроцементом [3]. Для исследования выбрали 3 состава с наилучшими показателями по скорости набора удельной поверхности при помоле (табл. 1). Объем измельчаемого материала в каждом эксперименте составлял 7 л, а его фракционный состав представлен: -5+2,5 мм – 60%; -2,5 мм – 40%. Клинкер необходимого гранулометрического состава получали его многократным дроблением в лабораторной щековой дробилке. Содержание гипса в цементе составляло 4%.
Таблица 2 Влияние интенсификаторов помола Новомосковск» на скорость набора удельной поверхности при измельчении клинкера цементный завод» в мельнице Æ0,5´0,28м | ||||||
Шифр добавки | Количество добавки, % | Время помола, мин | ||||
10 | 20 | 25 | 30 | 35 | ||
- | 0 | 149,8 | 226,9 | 260,6 | 308,6 | - |
1И | 0,02 | 150 | 246,6 | 275 | 325,6 | - |
3И | 0,02 | 116,3 | 239,5 | - | 300 | - |
4И | 0,02 | 109,7 | 232,4 | - | 308,2 | - |
|
Рис. 2. Изотермы адсорбции интенсификаторов помола Новомосковск» на поверхности цемента (Sуд= 308,6 м2/кг) |
Концентрация добавки 1И, при которой достигается максимальный эффект при помоле, приблизительный и обусловлен условиями эксперимента. Увеличение скорости измельчения с добавкой 1И можно объяснить понижением поверхностного натяжения на границе «поверхность клинкера–воздух» за счет ее адсорбции на поверхности зерен клинкера. Поэтому концентрация добавки, при котором достижение максимального эффекта при помоле, будет совпадать с концентрацией, при которой происходит насыщение адсорбционного монослоя. Добавки однотипны по химическому составу и относятся к одному классу химических соединений. Поэтому их эффективность можно определить по максимальной величине адсорбции самой добавки. Чем больше емкость адсорбционного монослоя добавки, тем ниже поверхностное натяжение на границе «поверхность клинкера-воздух», и тем легче такой клинкер будет размалываться. По изотерме адсорбции добавок 1И..5И на поверхности измельченного клинкера наибольшая величина емкости адсорбционного монослоя наблюдается у интенсификатора И1 и составляет 4,5-5´10-4 г/г цемента (рис.2). Насыщение адсорбционного монослоя достигается при концентрации добавки 0,025–0,030%. Таким образом, данные изотермы адсорбции подтверждают, что добавка И1 наиболее эффективна из изученных при помоле клинкера цементный завод» и уточнена концентрация, при которой достигается максимальный эффект при помоле.
|
Рис. 3. Влияние интенсификаторов помола серии «Литопласт И» на прочностные характеристики цемента ЦЕМ II/A-Ш32,5Б портландцемент» |
По данным табл. 1 и 2 можно ожидать, что при условии использования цементный завод» интенсификатора помола Новомосковск» Литопласт 1И производительность мельниц возрастет на 5 -13 %.
Утверждение о возможности увеличения производительности мельниц при использовании рассматриваемых добавок подтверждается промышленным испытанием, проведенного сотрудниками Новомосковск» на портландцемент». Во время испытания оценивалась производительность мельницы Æ4,0´13,5м при выпуске цемента ЦЕМ II/A-Ш32,5Б без использования ПАВ и с использованием интенсификаторов помола серии «Литопласт И». Добавки вводили непосредственно на клинкер, поступающий в мельницу в количестве 0,020-0,035%.
Использование интенсификаторов помола «Литопласт 1И», «Литопласт 2И», «Литопласт 3И» увеличивает производительность мельниц с 72 т/ч до 85 т/ч (увеличение на 18%) при сохранении удельной поверхности цемента 330±10 м2/кг. Введение ПАВ при помоле позволило достичь повышения прочности при сжатии цемента, как в начальные сроки, так и в возрасте 28 сут. (рис. 3). Увеличения нормальной густоты цементного теста экспериментальных цементов не наблюдалось из-за пластифицирующего эффекта добавок. Использование изучаемых интенсификаторов улучшает текучесть цементного порошка, что облегчает тарирования его в мешки и снижает расход электроэнергии на транспортировку. В отдельных случаях возможно снижение водоотделения цемента (табл. 3).
Таблица 3
Влияние Литопласт 1И на водоотделение цементов, полученных из клинкера цементный завод» в мельнице Æ0,5´0,28м
Характеристика | Состав цемента | |||
Клинкер + 4%гипс | Клинкер+ 4% гипс + 0,02% Литопласт 1И | Клинкер + 20% шлак + 4%гипс | Клинкер + 20% шлак + 4%гипс + 0,020% Литопласт 1И | |
Водоотделение,% | 30,4 | 15,2 | 31,6 | 27,6 |
Следует отметить существенный момент. Добавку обычно распыляют на поверхность клинкера непосредственно перед загрузкой в мельницу. При этом температура клинкера может достигать t=150-170oC и некоторые классы добавок при таких температурах могут разлагаться, потеряв поверхностную активность. Модифицированные полиметиленнафталинсульфонаты получают в интервале температур 100-167oC. Это говорит о том, что добавки не разлагаются при температурах материала в мельнице и вероятно могут быть устойчивы при температуре 150-170oC не теряя поверхностную активность.
Таким образом, спектр интенсификаторов «Литопласт И» позволяет индивидуально подобрать интенсификатор помола для каждого завода с целью увеличения производительности мельниц. При использовании ПАВ получается цемент с повышенными прочностными характеристиками.
Список литературы
1. Фролов, коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: Учебник для вузов / . – 3-е изд., Перепеч. с изд. 1989г. – М.: «Альянс» – 2004. – С. 115-118.
2. Вовк, А. И. О качестве нафталинформальдегидных суперпластификаторов // Технологии бетонов – 2008. – №3. – С. 8-9.
3. Крыхтин работы мельниц / , . – Новосибирск: ВО «Наука» Сибирская издательская фирма. – 1993. – 240 с.
