Шлам, сієніт белітовий шлам, бокситовий шлам

Основними напрямками застосування шламів - побічних продуктів отримання глинозему - є виготовлення безклінкерних в'яжучих, матеріалів на їх основі, отримання портландцементу і змішаних цементів. У промисловості особливо широко використовується сієніт (белітовий) шлам. Розширюється застосування бокситових шламів.

Шламові бесклінкерного і інші в'яжучі. Наявність в шламах мінералів, що володіють гідравлічної активністю (C2S, C2F і ін.), І їх гідратів зумовлює можливість отримання з них в'яжучих речовин при сушінні, подрібненні і введенні активизаторов.

З шламових в'яжучих найбільш досліджений сієніт цемент, запропонований П. І. Боженова при розробці технології повної комплексної переробки нефелінових концентратів.

Нефеліновий цемент є продуктом спільного помелу попередньо подрібнених нефелінового шламу (80-85%), вапна або іншого активізатора, наприклад портландцементу (15-20%) і гіпсу (4-7%). Початок схоплювання нефелінового цементу повинен наступати не раніше ніж через 45 хв, а кінець - не пізніше ніж через 6 годин після його замішування. Існують наступні марки цього цементу: М100, М150, М200 і М250.

Нефеліновий цемент виробляють шляхом висушування шламу до залишкової вологості 3-5% і подрібнення його спільно з вапном або клінкером і гіпсом до залишку на ситі № 02 менше 1%, а на ситі № 008 - менше 10%.

Максимальний ефект досягається при спільному введенні вапна-гідратного і двуводного гіпсу. При цьому вапно є основною активізує добавкою, вона підвищує пластичність в'яжучого, сприяє рівномірності зміни об'єму і збільшує водостійкість, а гіпс уповільнює терміни схоплювання і знижує водо-потреба. Підвищення активності нефелінового шламу добавками вапна і гіпсу пояснюється хімічною взаємодією їх з алюмосилікатом і алюмінатом натрію, що містяться в шламі. В результаті цих реакцій утворюються нерозчинні у воді гідроалюмінати, гидросульфоалюмінат кальцію та інші сполуки.

Нефеліновий цемент характеризується повільним наростанням міцності, малим тепловиділенням при гідратації і підвищеною стійкістю в агресивних водах. Гідротермальна обробка в кілька разів прискорює процес твердіння нефелінового цементу. Так, пропарювання збільшує міцність зразків в 1,5-2 рази, а автоклавної обробки - в 2,5-3 рази.

Нефеліновий цемент є ефективним в'язким для кладок і штукатурних розчинів, а також для бетонів нормального і особливо автоклавного твердіння. За пластичності і часу схоплювання розчини на нефелінового цементі близькі до вапняно-гіп-совим. У бетонах нормального твердіння сієніт цемент при витраті 250-300 кг / м3 забезпечує отримання класів В7,5-В15, в автоклавних - В25-В40. Особливостями бетонів на нефелінового цементі є низька екзотермії, що важливо враховувати при будівництві масивних споруд, високе зчеплення зі сталевими арматурами після автоклавної обробки, підвищена стійкість в мінералізованих водах.

При автоклавної обробці в бетони на нефелінового цементі ефективно вводити мелений пісок. Взаємодія Двухкальціевий силікату з кремнеземом забезпечує високу міцність виробів з таких бетонів.

Області застосування нефелінового цементу різноманітні. Він може застосовуватися як гідравлічна в'язка нарівні з портландцементом в гідротехнічному будівництві; для жаростійких бетонів; при закріпленні грунтів і тампонування свердловин; виробництві ливарних стрижнів і форм; для заміни вапна і виробництва силікатної цегли, ніздрюватих бетонів і ін.

Використання нефелінового цементу дає значний економічний ефект, так як приблизно на 36% зменшуються капітальні вкладення, на 42 - собівартість; на 26 - трудомісткість і на 56% - витрата палива в порівнянні з використанням в якості в'яжучого портландцементу.

Нефеліновий шлам у виробництві силікатної цегли і виробів з щільного силікатного бетону замінює вапно і може споживатися у великих кількостях, так як питома витрата шламу становить 900--1000 кг на 1 тис. Шт. цегли.

Аналіз досліджень показує, що на нефелінового цементі при витраті цементу 200-230 кг / м3 можна отримати конструктивно-теплоізоляційний керамзитобетон класу В3,5 крупнопористой структури з щільністю 1000-1200 кг / м3.

Газобетон на нефелінового цементі за основними фізико-механічними характеристиками не поступається газобетону на портландцементі.

На Київському експериментально-дослідному заводі НДІБМВ випущені дослідні партії цегли на основі попередньо гідратованого нефелінового шламу в суміші з вапном, кварцовим піском і т. Д. Отримані вироби відрізнялися від традиційних стінових матеріалів нижчою середньою щільністю (1200- 1400 кг / м3), водостійкістю відразу після пресування, що виключає необхідність подальшої обробки їх, міцністю відразу після пресування 5-10 МПа і морозостійкістю більше 15 циклів. Цегла контактного твердіння має білий колір, що дозволяє вводити фарбувальні пігменти і отримувати декоративні конструктивні елементи.

Перспективним напрямком використання нефелінових шламів є виготовлення сульфатно-нефелінових в'яжучих. Ці в'яжучі, розроблені Гіпроцемент, отримують при активації нефелінового шламу фосфогипсом, які пройшли термообробку при температурі 400 ° С і перетвореним в фосфоангідріт.

Близькими за складом і області застосування до нефелінового цементу є в'яжучі на основі бокситового, сульфатного та інших шламів металургійних виробництв. Зазвичай вони мають більш складний склад, проте загальним для них є переважання двох-кальцієвого силікату, а також наявність алюмінатів, феритів і інших мінералів. Якщо значна частина цих мінералів гидратирующие-вана, то для прояву в'яжучих властивостей шламів необхідна їх сушка при температурі 300-700 ° С. Для активізації цих в'яжучих доцільно також, як в сієніт цемент, вводити в якості добавок вапно і гіпс.

Нефеліновий портландцемент. Хімічний склад металургійних шламів дозволяє застосовувати їх як сировинні компоненти портландцементного клінкеру, а також як активну мінеральну добавку у виробництві портландцементу і змішаних цементів.

Для отримання на основі нефелінового шламу сировинної шихти типового для портландцементу хімічного складу вводять в масу чотири компоненти: близько 41% шламу, 53 - вапняку, 4,5 - бокситу і 1,5% піритових огірків. Встановлено, що дефіцитний боксит може бути замінений невеликими добавками речовин-минерализаторов, що прискорюють процеси клінкерообразованія: CaF2 - близько 0,5 або CaSO - 3% від маси шихти. При введенні минерализаторов сировинна шихта може складатися з двох компонентів: приблизно 50% нефелінового шламу і 50% вапняку.

Сировинну суміш при використанні нефелінового шламу отримують спільним мокрим подрібненням компонентів з подальшим коригуванням хімічного складу. Нефеліновий шлам повинен безперервно перемішуватися для запобігання можливості осідання твердої фази.

Шламові ртходи, на відміну від звичайного сировини для виробництва клінкеру, містять білить і інші гідравлічно активні мінерали. При їх застосуванні суміш, в значній мірі підготовлена, надходить у обертові печі і для завершення реакцій клінкерообразованія потрібно менше палива і часу, ніж при виробництві портландцементу на звичайному сировину.

У цементній промисловості накопичений промисловий досвід застосування нефелінового шламу як основного сировинного компонента портландцементного клінкеру. Комплексне виробництво глинозему, содопррдуктов і цементу (2.16) на основі нефелінового сировини організовано на Ачинском комбінаті, Волховському, Пикалев-ському заводах та інших підприємствах. При комплексній переробці нефелінів на 1 т глинозему отримують приблизно 10 т цементу.

Застосування нефелінового шламу в якості компонента цементної сировинної суміші замість традиційних видів сировини має певні переваги. Головне з них - підвищення продуктивності обертових печей внаслідок збільшення виходу клінкеру з 1 т сировинної суміші. Якщо для звичайної Портландцементний сировинної суміші витрата її на 1 т клінкеру - 1,55-1,60, а вихід клінкеру - 0,62-0,64 т, то для сировинної суміші на основі нефелінового шламу, витрата на 1 т продукту - 1 , 25-1,30 т, а вихід клінкеру з 1 т суміші - 0,75-0,80 т. Продуктивність печей підвищується на 22-28%.

Друге основна перевага - істотне зниження питомої витрати тепла на випал клінкеру за рахунок зменшення теплових витрат на карбонізацію вапняку (внаслідок зменшення частки вапняку в складі сировинної суміші), а також зниження вологості шламу на 7-8% без застосування розріджувачів. При використанні розріджувачів вологість шламу може бути зменшена до 24-26%. Загальне зниження питомої витрати тепла на 1 т клінкеру може скласти 25-32%.

Певні складнощі в технології використання нефелінового шламу у виробництві портландцементу створюють його специфічні особливості: схильність до зниження плинності, загустеванию і схоплюванню, а також підвищенню осаждаемость сировинних цементних шламів. Першу особливість нефелінового шламу пов'язують з гідратацією міститься в ньому Двухкальціевий силікату. Схильність сировинних шламів до осідання пояснюється підвищеною щільністю нефелінового шламу (3,0-3,1 г / см3), а також меншою водоудержі-вающей здатністю, ніж у глини. Для нейтралізації підвищеної осаждаемость шламу застосовують постійне механічне та пневматичне перемішування для забезпечення необхідної дисперсності шламу.

Нефеліновий і інші шлами в висушеному стані можуть використовуватися як активні мінеральні добавки і компоненти змішаних цементів. Для підвищення активності шламів ефективно збільшувати тонкість їх подрібнення до питомої поверхні близько 5000 см2Д. Заміна до 15% клінкеру в портландцементі нефеліновим шламом не призводить до істотного зниження міцності, а введення 30-70% шламу в цемент знижує його марочну міцність на 20-50%. При утриманні в цементі більше 15% шламу істотно прискорюються терміни його схоплювання.

Якщо сієніт шлам використовується в якості активної мінеральної добавки, то в ньому має бути не більше 2,5% лугів, в тому числі водорозчинних не більше 0,5%.

Бетони на змішаних нефелінових цементах у віці 180 діб досягають міцності бетонів на портландцементі, а в більш пізньому - можуть перевищити її. При цьому вони відрізняються більш високим співвідношенням між міцністю на розтягнення і на стиск. Змішані нефелінові цементи нізкотермічни і використовуються як в'яжучі для масивних бетонних споруд. При 50% -му вмісті Ьшама парниковий ефект твердіння знижується на 20-35%, а при 75% -му - на 40-50% у віці 1-7 діб.

Висока дисперсність в поєднанні з особливостями будови часток бокситового шламу попереджає розшарування суспензій, і це вигідно відрізняє червоний шлам від нефелінового.

Розроблено і випробувані способи виробництва глиняної цегли з використанням високожелезістого бокситового шламу, а також силікатної цегли з використанням в якості вапняного компонента малозалізистого бокситового шламу. Запропоновано також способи використання цих шламів при виробництві шлакокам'яні лиття, шлакового щебеню, а також місцевих в'яжучих для закладки гірничих виробок та ін.

Висушена бокситовий шлам може служити ефективним наповнювачем ізоляційних матеріалів, фарб, мастик, плиткових і рулонних матеріалів для покриттів підлог і ін.

Встановлено можливість заміни дефіцитних наповнювачів - крейди і тальку - у виробництві лінолеуму червоно-коричневого кольору, бокситових шламом. При етоц з рецептури виключається червоний залозистий пігмент, компоненти змішуються, пластифицируются в змішувачі і на вальцях.

Заміна шламом традиційних наповнювачів не погіршує фізико-механічних показників поливинилхлоридного лінолеуму, збільшує його зносостійкість і еластичність.

При використанні червоного шламу для отримання пігменту його обробляють на фільтр-пресі і піддають мокрому розмелу в кульовому млині.

Проведено дослідження щодо використання бокситових шламів як добавки при виготовленні керамічних виробів. Показано, що добавка 15-20% шламу дозволяє забезпечити якісну сушку виробів і знизити температуру випалу цегли.