Крутилин Александр Александрович, канд. техн. наук, доцент
403343, Волгоградская область, г. Михайловка, ул. Мичурина, 21
Aleksandr A. Krutilin, PhD, A/Professor
21, Michurin Str., 403343, Mikhailovka, Volgograd Region
Крапчетова Татьяна Владимировна, инженер-аналитик
403342, Волгоградская область, г. Михайловка, ул. Индустриальная, 2
Tatyana V. Krapchetova, Analytical Engineer
2, Industrialnaya Str., 403342, Mikhailovka, Volgograd Region
Инькова Надежда Александровна, ст. преподаватель
403343, Волгоградская область, г. Михайловка, ул. Мичурина, 21
Nadezhda A. Inkova, Senior Lecturer
21, Michurin Str., 403343, Mikhailovka, Volgograd Region
Пахомова Олеся Константиновна, ст. преподаватель
403343, Волгоградская область, г. Михайловка, ул. Мичурина, 21
Olesya K. Pakhomova, Senior Lecturer
21, Michurin Str., 403343, Mikhailovka, Volgograd Region
Глиноземистый цемент представляет собой быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество с содержанием в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция. Производство глиноземистого цемента способом плавления получило более широкое распространение. Плавление шихты, состоящей из бокситов и известняков, осуществляется при температуре 1500–1600 °С, что влечёт за собой колоссальный расход энергоресурса и, соответственно, рост себестоимости получаемого продукта. В настоящей статье приведены исследования возможности снижения температуры плавления, а также расходов на основной дорогостоящий компонент смеси – боксид – путём замены его алюмосодержащими отходами.
Актуальность. Ввиду высокой стоимости бокситов экономически более целесообразно взамен их использовать алюминосодержащие отходы различных производств.
Цель исследования – выявить, как изменяется вещественный состав двухкомпонентных сырьевых смесей для получения глиноземистого клинкера в зависимости от содержания Al2O3 в исходных алюминатных отходах. Определить оптимальную температуру обжига глиноземистого клинкера на алюминосодержащих отходах. Изучить прочностные характеристики полученного глиноземистого цемента, а также влияние ввода известняка на основной показатель качества.
Методы. Для определения химического состава исследуемых алюминатных отходов (шлам и порошок), приготовленных сырьевых смесей на их основе и полученных клинкеров в лабораторных условиях были использованы спектрофотометрические методы анализа и пламенной фотометрии согласно ГОСТ 5382–2019. Рентгенофазовый анализ отходов и клинкера определялся методом порошковой дифракции на дифрактометре ARL X'TRA. Физико-механические испытания полученных клинкеров проводились согласно ГОСТ 30744–2001 с использование полифракционного песка.
Результаты. Лабораторные исследования показали, что алюминатные отходы (шлам и порошок), состоящие из алюмосодержащих минералов гиббсита и бемита, пригодны в сочетании с известняком для получения глиноземистого клинкера. В зависимости от исходного содержания Al2O3 доля их в сырьевой смеси может колебаться от 60 до 75 %.
Выводы. Оптимальной температурой обжига глиноземистого клинкера в зависимости от состава является 1350–1400 ℃, минералогический состав клинкеров состоит на 85–90 % из алюминатов кальция. Прочность глиноземистых цементов, определенная в малых образцах в тесте нормальной густоты состава 1:0, показала в возрасте 2 сут высокую прочность, равную 33,7–40,6 МПа. Введение в цемент в качестве добавкинаполнителя 5 % кристаллического известняка ускоряет начальную скорость твердения и позволяет за счет дополнительного образования 3CaO·Al2O3·CaCO3·11H2O повысить прочность в 2 сут с 33,7 до 53,2 МПа.
Alumina cement is a rapidly hardening hydraulic binder containing low-basic calcium aluminates in the final product. The alumina cement production by melting is widespread. Melting of the mixture consisting of bauxite and limestone is carried out in the temperature range of 1500 to 1600 °C, which entails enormous energy consumption and, accordingly, the higher cost of resulting products. The paper studies the possibility of reducing the melting point as well as the cost of the main mixture component bauxite via its replacement by aluminum-containing waste.
Purpose: Suggest the dependence between the mixture composition and the Al2O3 content in the initial aluminum waste; determine the best annealing temperature for alumina clinker; study strength properties of the resulting alumina cement and the effect of introduced limestone on the main quality index.
Methodology: The chemical composition of the aluminum waste (sludge and powder), raw mixtures, and resulting clinker are detected in laboratory conditions using spectrophotometry and flame photometry methods in accordance with the state standard. X-ray phase analysis of waste and clinker is based on the powder diffraction method and conducted on the Thermo Scientific ARL X'TRA Powder Diffractometer. Physical and mechanical tests are carried out in accordance with the state standard poly-fraction sand.
Research findings: Laboratory studies show that aluminum waste (sludge and powder), consisting of gibbsite and boehmite in combination with limestone, is suitable for the production of alumina clinker. Depending on the initial Al2O3 content, their content in the raw mixture ranges from 60 to 75 %.
Value: Depending on the composition, the fest annealing temperature for alumina clinker, is 1350 to 1400 ℃; the mineralogical composition of clinkers consists of 85–90 % calcium aluminates. Alumina cement strength determined in small test samples having normal density and the ratio 1:0, is high after 2 days and ranges from 33.7 to 40.6 MPa. The addition of 5 % crystalline limestone into cement accelerates the initial rate of hardening and improves the strength from 33.7 to 53.2 MPa after 2 days due to the additional formation of 3CaO·Al2O3·CaCO3·11H2O.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.