Исследование возможности использования алюминатных отходов алюминиевых сплавов для получения глиноземистого цемента (СФ ВолГТУ, АО «Себряковцемент», г. Михайловка)

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.

1. Телеупов Р.Ж. Достоинства и недостатки глиноземистого цемента // Роль инноваций в трансформации современной науки. Ч. 2 : сб. статей Международной научнопрактической конференции / отв. ред. А.А. Сукиасян. Уфа : АЭТЕРНА, 2016. С. 32–34.

2. Кузнецова Т.В. Глиноземистый цемент // ALITinform: Цемент. Бетон. Сухие смеси. 2008. № 2. С. 8–24.

3. Мартынова А.А., Батракова Г.М., Поник А.Н. Возможность применения алюмосодержащих отходов в качестве сырьевого компонента для изготовления глиноземистого и высокоглиноземистого цемента // Экология промышленного производства. 2019. № 4 (108). С. 2–5.

4. Черняева Ю.А., Огурцова Ю.Н., Колбасин И.С. Особенности свойств и области применения глиноземистых цементов // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2018. № 10. С. 149–153.

5. Эваис Э.М., Ахмед Й.М.З., Халил Н.М., Амин М.С., Баракат М.А. Использование алюминиевого шлама и алюминиевого шлака (окалины) для изготовления глиноземистого цемента // Огнеупоры и техническая керамика. 2010. № 11–12. С. 61–69.

6. Ястреб В.В. Перспективы использования глиноземистого цемента // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород, 2017. С. 565–569.

7. Гусев Б.В., Кузнецова Т.В., Самченко С.В. Свойства глиноземистых цементов при различных режимах кристаллизации расплава // ХХ Менделеевский съезд по общей и прикладной химии : тезисы докладов. В 5 томах. Екатеринбург : Уральское отделение Российской академии наук, 2016. С. 150.

8. Данилова Н.В. Влияние гидроалюминатной добавки на свойства глиноземистого цемента // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород, 2019. С. 2396–2400.

9. Данилова Н.В., Кривобородов Ю.Р. Свойства глиноземистого цемента при введении в его состав гидроалюминатной добавки // Успехи в химии и химической технологии. 2019. Т. 33. № 4 (214). С. 60–62.

10. Джанкулаев А.А. Глиноземистый цемент, свойства и применение // Вопросы науки и образования. 2021. № 11 (136). С. 18–20.

11. Дроздов О.И. Особенности гидратации глиноземистого цемента и добавки для его модификации // Международный студенческий строительный форум – 2018 (К 165-летию со дня рождения В.Г. Шухова) : сб. докладов. В 2 томах. Белгород : Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2018. С. 250–253.

12. Иващенко С.С., Пермигин Н.П., Горшкова И.В., Иващенко С.И. Модифицированный глиноземистый цемент // Тенденции формирования науки нового времени : сб. статей Международной научно-практической конференции. В 4 частях / отв. ред. А.А. Сукиасян. Уфа : Башкирский государственный университет, 2014. С. 120–123.

13. Исаева Т.С. Влияние добавок на свойства глиноземистого цемента : специальность 05.17.11 «Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. Москва, 2008. 17 с.

14. Исаева Т.С. Влияние добавок на свойства глиноземистого цемента : специальность 05.17.11 «Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. Москва, 2008. 167 с.