RU2619406C2 - Method for complex processing of red and nepheline sludges - Google Patents
Method for complex processing of red and nepheline sludges Download PDFInfo
- Publication number
- RU2619406C2 RU2619406C2 RU2014153074A RU2014153074A RU2619406C2 RU 2619406 C2 RU2619406 C2 RU 2619406C2 RU 2014153074 A RU2014153074 A RU 2014153074A RU 2014153074 A RU2014153074 A RU 2014153074A RU 2619406 C2 RU2619406 C2 RU 2619406C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sludge
- slag
- cement
- nepheline
- processing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к технологии безотходной переработки красных и нефелиновых (белитовых) шламов с получением товарных продуктов в виде сплавов железа, цементов, а также аморфного диоксида кремния.The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to the technology of waste-free processing of red and nepheline (belite) sludges to produce marketable products in the form of alloys of iron, cements, and also amorphous silicon dioxide.
Из уровня техники известна технология переработки красного шлама с использованием добавки из нефелинового шлама. Согласно способу красный и нефелиновый шламы и известняк измельчают, смешивают и подвергают смесь обжигу с получением цементного клинкера (см. авторское свидетельство СССР 281231, 1970 г.). Недостатком указанной технологии является низкое качество получаемого клинкера.The prior art technology for processing red mud using additives from nepheline sludge. According to the method, red and nepheline sludge and limestone are crushed, mixed and the mixture is fired to obtain cement clinker (see USSR copyright certificate 281231, 1970). The disadvantage of this technology is the low quality of the resulting clinker.
Из уровня техники известен способ переработки красного шлама, включающий смешивание шлама с отходами производства извести, сушку полученной шихты и восстановительную плавку шихты в топливокислородной печи в присутствии катализатора в виде чугунной стружки, а также высокоуглеродистого материала в виде графита с обеспечением получения чугуна (Патент RU 2479648, 20.04.2013). Недостатком данной технологии является низкое качество получаемого чугуна, низкая производительность процесса и высокие энергозатраты.The prior art method of processing red mud, including mixing sludge with waste products of lime, drying the resulting mixture and reducing smelting of the mixture in a fuel-oxygen furnace in the presence of a catalyst in the form of cast iron chips, as well as high-carbon material in the form of graphite to ensure the production of cast iron (Patent RU 2479648 04/20/2013). The disadvantage of this technology is the low quality of cast iron, low process productivity and high energy consumption.
Из уровня техники известны технологии использования литейного шлака, полученного после переработки красного шлама для получения цементной смеси (см., например, патент RU 2179590, 20.02.2002).The prior art technology for the use of foundry slag obtained after processing red mud to obtain a cement mixture (see, for example, patent RU 2179590, 02.20.2002).
Из уровня техники известен способ переработки нефелинового шлама, включающий выщелачивание нефелинового шлама, его фильтрацию с отделением содово-силикатного раствора и обжиг полученного клинкера для получения цементной смеси (см. авторское свидетельство СССР 381628, 1973 г.).The prior art method of processing nepheline sludge, including leaching of nepheline sludge, filtering it with separation of soda-silicate solution and firing the clinker obtained to obtain a cement mixture (see USSR author's certificate 381628, 1973).
Однако в известных технологиях содержание SiO2 в литейном шлаке (или нефелиновом шламе) значительно превышает 10% и не нейтрализуется повышенным содержанием Al2O3. Смеси, полученные из указанных компонентов, обладают низкими вяжущими свойствами, то есть практически нейтральны, и могут использоваться только как минеральная добавка в объеме 10-30%, при этом класс получаемого из них цемента понижается.However, in known technologies, the content of SiO 2 in the foundry slag (or nepheline sludge) significantly exceeds 10% and is not neutralized by the increased content of Al 2 O 3 . The mixtures obtained from these components have low astringent properties, that is, are practically neutral, and can only be used as a mineral additive in the amount of 10-30%, while the class of cement obtained from them decreases.
Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков аналогов и создание технологии 100%-ной совместной переработки красного и нефелиного шлама.The objective of the claimed invention is to eliminate the disadvantages of analogues and the creation of technology for 100% joint processing of red and nepheline sludge.
Технический результат изобретения заключается в повышении качества получаемых при совместной переработке продуктов: сплава на основе железа и цементной смеси (в частности, в повышении вяжущих свойств), упрощении технологии, увеличении производительности процесса и снижении энергетических затрат.The technical result of the invention is to improve the quality of products obtained by co-processing: an alloy based on iron and cement mixture (in particular, to increase the binding properties), simplifying the technology, increasing the productivity of the process and reducing energy costs.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ комплексной переработки красного и нефелинового шламов включает следующие этапы:The specified technical result is achieved due to the fact that the method of complex processing of red and nepheline sludge includes the following steps:
(а) обработку красного шлама, при которой осуществляют:(a) processing of red mud, which carry out:
- смешивание шлама с известью,- mixing sludge with lime,
- плавку шихты в дуговой печи в присутствии катализатора в виде чугуна или стали с обеспечением восстановления оксидов железа и получения сплава на основе железа,- melting the mixture in an arc furnace in the presence of a catalyst in the form of cast iron or steel, ensuring the reduction of iron oxides and obtaining an alloy based on iron,
- слив литейного шлака и его грануляцию, - drainage of foundry slag and its granulation,
- обескремнивание шлака путем промывки содовым раствором,- desiliconization of slag by washing with soda solution,
- фильтрацию шлака с отделением содово-силикатного раствора;- slag filtration with separation of soda-silicate solution;
(б) обработку нефелинового шлама, при которой осуществляют:(b) processing of nepheline sludge, in which carry out:
- обескремнивание нефелинового шлама путем выщелачивания содовым раствором,- desiliconization of nepheline sludge by leaching with soda solution,
- фильтрацию кека с отделением содово-силикатного раствора,- filtering cake with separation of soda-silicate solution,
- обжиг полученной однокомпонентной шихты;- firing the obtained one-component mixture;
(в) получение смеси для цемента, при котором осуществляют смешивание литейного шлака, полученного из красного шлама, и клинкера, полученного из нефелинового шлама, с функциональными компонентами цемента.(C) obtaining a mixture for cement, which carry out the mixing of foundry slag obtained from red mud, and clinker obtained from nepheline sludge, with functional components of cement.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных вариантах реализации способа за счет того, что:In addition, the specified technical result is achieved in private variants of the method due to the fact that:
- на этапе а) после грануляции шлака улавливают корольки железного сплава из гранулятора и направляют их на операцию плавки шихты;- at stage a) after granulation of the slag, the kings of the iron alloy are captured from the granulator and sent to the charge melting operation;
- раствор кальцинированной соды и кремниевой кислоты, полученный после обескремнивания литейного шлака на этапе (а) и обескремнивания нефелинового шлама на этапе (б), подвергают карбонизации с получением аморфного диоксида кремния, при этом полученный обескремненный раствор кальцинированной соды используют как оборотный;- a solution of soda ash and silicic acid obtained after desalination of casting slag in step (a) and desilination of nepheline sludge in step (b) is subjected to carbonization to produce amorphous silicon dioxide, while the resulting desilted solution of calcined soda is used as reverse;
- в качестве функционального компонента цемента используют гипс;- gypsum is used as a functional component of cement;
- в смесь дополнительно вводят порошковый наномодификатор в виде аморфного диоксида кремния, полученный после карбонизации;- powder nanomodifier in the form of amorphous silica obtained after carbonization is additionally introduced into the mixture;
- в смесь дополнительно вводят порошковый наномодификатор в виде высокодисперсного аморфного гидроксида алюминия.- the powder nanomodifier is additionally introduced into the mixture in the form of highly dispersed amorphous aluminum hydroxide.
В отличие от известных аналогов в заявленном изобретении осуществляется совместное использование литейного шлака от переработки красных шламов и клинкера из нефелинового шлама для получения цементов высокого качества.In contrast to the known analogues in the claimed invention is the joint use of foundry slag from the processing of red mud and clinker from nepheline sludge to produce high quality cements.
Используемые приемы по обработке красного шлама с целью получения сплава на основе железа (подготовка шлама, операции восстановительной плавки) позволяют значительно повысить качество получаемого сплава. Применяемые операции обработки литейного шлака (грануляция, обескремнивание), а также нефелинового шлама (обескремнивание, фильтрация) позволяют получить цементную смесь с высокой вяжущей способностью. Кроме того, в смесь могут вводится порошковые модификаторы (нанодобавки) для получения строительных и специальных цементов низкой водопроводности.The methods used for processing red mud with the aim of producing an alloy based on iron (slurry preparation, smelting reduction operations) can significantly improve the quality of the resulting alloy. The casting slag processing operations used (granulation, desiliconization), as well as nepheline sludge (desiliconization, filtration) make it possible to obtain a cement mixture with a high astringency. In addition, powder modifiers (nano-additives) can be added to the mixture to produce building and special cements with low water conductivity.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
1. Обработка красного шлама1. Treatment of red mud
Слежалые куски исходного красного шлама подвергают дроблению (при необходимости).Caked chunks of the original red mud are crushed (if necessary).
Затем в шлам добавляют известь в количестве 7-10% от массы шлама. Это необходимо с целью нейтрализации Na2O путем связывания NaOH.Then lime is added to the sludge in an amount of 7-10% by weight of the sludge. This is necessary in order to neutralize Na 2 O by binding NaOH.
Полученную шихту подогревают уходящими дымовыми газами до температуры 600-800°C с целью удаления поверхностной и гидратной влаги (сушки) и частичного насыщения углеродом.The resulting mixture is heated with flue gases to a temperature of 600-800 ° C in order to remove surface and hydrated moisture (drying) and partial saturation with carbon.
После этого полученную шихту подвергают восстановительной плавке в дуговой печи. Для устойчивой и качественной работы рекомендуется использовать печь с плавильной ванной, имеющей переклазовую футеровку, например, марки ППД-93 с массовой долей оксида магния не менее 93%. Это позволит полностью исключить вредоносное воздействие на футеровку Na2O.After that, the resulting mixture is subjected to reduction smelting in an arc furnace. For stable and high-quality work, it is recommended to use a furnace with a melting bath having a cross lining, for example, PPD-93 grade with a mass fraction of magnesium oxide of at least 93%. This will completely eliminate the harmful effects on the lining of Na 2 O.
Для осуществления плавки в ванну печи сначала закладывают катализатор, в качестве которого служит, например, высокоуглеродистая чугунная стружка. Масса загружаемого катализатора составляет примерно 30% от содержания Fe2O3 в шихте. В зависимости от содержания С в стружке (катализаторе) и количества Fe2O в шламе возможна добавка в катализатор высокоуглеродистого материала в виде стружки от отходов графитовых электродов с расчетом суммарного содержания C и Si 3,0-4,0%. В качестве катализатора можно также использовать стальную стружку и окалину, при этом необходимо увеличить добавку углерода в виде графитовой стружки для достижения в шихте указанного содержания C и Si. Шихта должна быть низкокремнистая из расчета содержания в сплаве C и Si 3,0-4,0%;To carry out melting, a catalyst is first laid in the furnace bath, for example, high-carbon pig-iron shavings. The mass of the loaded catalyst is approximately 30% of the content of Fe 2 O 3 in the mixture. Depending on the C content in the chips (catalyst) and the amount of Fe 2 O in the sludge, it is possible to add to the catalyst a high-carbon material in the form of chips from waste graphite electrodes with the calculation of the total C and Si content of 3.0-4.0%. As a catalyst, you can also use steel chips and scale, while it is necessary to increase the carbon addition in the form of graphite chips to achieve the specified content of C and Si in the charge. The mixture should be low silicon based on the content in the alloy C and Si of 3.0-4.0%;
После загрузки катализатора в ванну печи по частям загружается шихта.After loading the catalyst into the furnace bath, the charge is loaded in parts.
Сначала подают 30-35% шихтового материала в виде смеси красного шлама и извести и проводят расплавление загрузки под шлакообразующим материалом-флюсом в количестве 0,1-0,5% от массы шихты при температуре 1500-1580°C в течение 3-8 минут.First, 30-35% of the charge material is fed in the form of a mixture of red mud and lime, and the charge is melted under the slag-forming flux material in an amount of 0.1-0.5% by weight of the charge at a temperature of 1500-1580 ° C for 3-8 minutes .
Затем подается вторая порция шихты в объеме 30-35%, вводится флюс и происходит плавка в течение 3-8 минут при той же температуре. В завершении подается последняя треть шихты и операция повторяется до получения сплава на основе железа с содержанием C и Si 3,0-4,0 мас. %. Расплав металла сливают в литейный ковш и подают на участок разлива, в частности на центробежно-литьевую машину.Then a second portion of the charge is supplied in a volume of 30-35%, flux is introduced and melting occurs for 3-8 minutes at the same temperature. In conclusion, the last third of the charge is fed and the operation is repeated until an iron-based alloy with a content of C and Si of 3.0-4.0 wt. % The molten metal is poured into the casting ladle and fed to the spill site, in particular to a centrifugal injection machine.
Литейный шлак (1) скачивают и направляют в гранулятор, где он остывает и гранулируется. Затем посредством магнитов от шлака отделяют основную массу металла, который возвращают в литейное производство. После этого шлак подвергают дроблению в конусной вибрационной дробилке, где он дробится до размера 3 мм (начальный размер примерно 50 мм) и поступает на грохоты, где отделяются плоские частицы металла и возвращаются в цех литья, а минеральная часть поступает в электростатический сепаратор, где окончательно происходит разделение металлического порошка и минеральной части.Foundry slag (1) is downloaded and sent to a granulator, where it cools and granulates. Then, by means of magnets, the bulk of the metal is separated from the slag, which is returned to the foundry. After that, the slag is crushed in a cone vibratory crusher, where it is crushed to a size of 3 mm (initial size of approximately 50 mm) and fed to screens, where flat metal particles are separated and returned to the casting shop, and the mineral part enters the electrostatic separator, where it is finally there is a separation of the metal powder and the mineral part.
Минеральную часть подвергают обескремниванию выщелачиванием (2), которое проводится с использованием 15%-ного раствора кальцинированной соды (3), после чего продукт фильтруют (4) и сушат. В итоге минеральная часть (однокомпонентная шихта (5)) приобретает начальные вяжущие свойства.The mineral part is subjected to desiliconization by leaching (2), which is carried out using a 15% solution of soda ash (3), after which the product is filtered (4) and dried. As a result, the mineral part (one-component mixture (5)) acquires initial astringent properties.
Оставшийся после фильтрации раствор кальцинированной соды и кремниевой кислоты (содово-силикатный раствор (6)) поступает в карбонизатор, где посредством карбонизации CO2 (7) (уходящие газы кальциевой печи и плавильных печей) происходит выделение аморфного диоксида кремния (тонкодисперсный кремнезем (11)), который выделяется из раствора путем фильтрации (8) и промывки (10), а обескремненный раствор кальцинированной соды нейтрализуют (9) и используют как оборотный (см. чертеж).Remaining after filtering a solution of soda ash and silica (soda-silicate solution (6)) enters the carbonation, wherein by carbonizing CO 2 (7) (exhaust gases calcium furnaces and smelters) is released amorphous silica (fine silica (11) ), which is separated from the solution by filtration (8) and washing (10), and the desilted solution of soda ash is neutralized (9) and used as reverse (see drawing).
Полученный литейный шлак поступает в бункер цементного производства.The resulting foundry slag enters the cement bin.
2. Обработка нефелинового шлама2. Treatment of nepheline sludge
Обработка нефелинового шлама (1) осуществляется аналогично обработке минеральной части литейного шлака от красного шлама и основана на содовом выщелачивании (2) шламовых отвалов и последующей фильтрации (4) с отделением от получаемой однокомпонентной шихты (5) содово-силикатного раствора (6) (см. чертеж).The processing of nepheline sludge (1) is carried out similarly to the processing of the mineral part of foundry slag from red mud and is based on soda leaching (2) of sludge dumps and subsequent filtration (4) with separation of soda-silicate solution (6) from the obtained single-component charge (5) (cm) .Drawing).
Усредненный химический состав отвального нефелинового шлама представлен оксидами CaO=56-58%; SiO2=29-31%; Al2O3=2,8-3,0%; Fe2O3=3,0-3,2%; R2O=1,0-1,2%; п.п.п.=2,5-4,0%. В качестве основной фазы в шламе присутствует двухкальциевый силикат (Ca2SiO2) в количестве 85-90%.The average chemical composition of dump nepheline sludge is represented by oxides CaO = 56-58%; SiO 2 = 29-31%; Al 2 O 3 = 2.8-3.0%; Fe 2 O 3 = 3.0-3.2%; R 2 O = 1.0-1.2%; pp = 2.5-4.0%. As the main phase in the sludge there is dicalcium silicate (Ca 2 SiO 2 ) in an amount of 85-90%.
Перед выщелачиванием нефелиновый шлам, при необходимости, подвергают дроблению. Выщелачивание (2) осуществляют 15%-ным содовым раствором (3), в результате которого происходит химическое извлечение двуокиси кремния из двухкальциевого силиката (обескремнивание нефелинового шлама). Под термином «обескремнивание» в данном случае следует понимать извлечение двуокиси кремния из твердой фазы - двухкальциевого силиката, входящего в состав нефелинового шлама, при его гидрохимической переработке методом выщелачивания по реакции:Before leaching, nepheline sludge, if necessary, is crushed. Leaching (2) is carried out with a 15% soda solution (3), which results in the chemical extraction of silicon dioxide from dicalcium silicate (desiliconization of nepheline sludge). The term "desiliconization" in this case should be understood to be the extraction of silicon dioxide from the solid phase - dicalcium silicate, which is part of nepheline sludge, during its hydrochemical processing by leaching by reaction:
Ca2SiO4+2Na2CO3+H2O↔2CaCO3+Na2SiO3+2NaOHCa 2 SiO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O↔2CaCO 3 + Na 2 SiO 3 + 2NaOH
При этом необходимо разложение лишь такого количества 2CaO⋅SiO2 и накопление такого количества CaCO3, которое обеспечило бы повышение основности смеси, требуемой для синтеза трехкальциевого силиката. Образующийся по реакции карбонат кальция нерастворим и вместе с исходным безводным двухкальциевым силикатом, а также частично образующимся гидросиликатом кальция составляет твердую фазу, которая отделяется от жидкой фазы после завершения реакции. Таким образом, твердая фаза после обескремнивания представляет собой смесь:Moreover, it is necessary to decompose only such an amount of 2CaO⋅SiO 2 and the accumulation of such an amount of CaCO 3 , which would ensure an increase in the basicity of the mixture required for the synthesis of tricalcium silicate. The calcium carbonate formed by the reaction is insoluble and, together with the initial anhydrous dicalcium silicate, as well as partially formed calcium hydrosilicate, forms a solid phase, which is separated from the liquid phase after the completion of the reaction. Thus, the solid phase after desiliconization is a mixture of:
а) исходного непрореагировавшего нефелинового (белитового) шлама;a) the initial unreacted nepheline (belite) sludge;
б) карбоната кальция, образовавшегося при «обескремнивании» и выщелачивании;b) calcium carbonate formed during "desiliconization" and leaching;
в) гидросиликатов кальция - частично исходных, частично вновь образовавшихся.c) calcium hydrosilicates - partially initial, partially newly formed.
При заданной степени завершенности реакции (получение необходимого значения КН) твердая фаза представляет собой готовую однокомпонентную шихту для производства портландцементного клинкера.For a given degree of completion of the reaction (obtaining the necessary KN value), the solid phase is a ready-made one-component mixture for the production of Portland cement clinker.
Такая сырьевая смесь является однокомпонентной и не требует дошихтовки известняком для получения заданных значений коэффициента насыщения (КН). Специфические особенности такой смеси: пониженное по сравнению с традиционной шихтой значение силикатного модуля и наличие тонкодисперсного карбоната кальция, определяющие высокую реакционную способность такой шихты при получении из нее портландцементного клинкера.Such a raw material mixture is one-component and does not require limestone mixing to obtain specified values of the saturation coefficient (KH). The specific features of such a mixture are: the silicate module value reduced in comparison with a traditional charge and the presence of finely dispersed calcium carbonate, which determine the high reactivity of such a mixture upon receipt of Portland cement clinker from it.
Состав синтезируемых из однокомпонентной шихты клинкеров характеризуется от клинкеров чисто белитовых до клинкеров с высоким содержанием алита (68,5% при КН=0,93).The composition of clinkers synthesized from a single-component batch is characterized from pure belite clinkers to high alite clinkers (68.5% at KN = 0.93).
Жидкая фаза (фильтрат) в этом случае представляет собой содово-щелочной силикатный раствор, содержащий Na2CO3, NaOH и Na2SiO3.The liquid phase (filtrate) in this case is a soda-alkaline silicate solution containing Na 2 CO 3 , NaOH and Na 2 SiO 3 .
Далее осуществляют регенерацию содового раствора с попутным получением технических продуктов на основе активной двуокиси кремния SiO2 методом карбонизации по схеме:Next, the soda solution is regenerated with the associated production of technical products based on active silicon dioxide SiO 2 by carbonization according to the scheme:
с последующим отделением кремневой кислоты фильтрацией и возвратом содового раствора на выщелачивание нефелинового шлама. В качестве источника CO2 используют уходящие печные газы. При этом SiO2 выпадает в виде нанодисперсных аморфных хлопьев. Полученная отфильтрованная «белая сажа» (диоксид кремния или тонкодисперсный кремнезем (11)) сушится и используется как товарный продукт или как нанодобавка при производстве спеццементов.followed by separation of silicic acid by filtration and the return of soda solution to leach nepheline sludge. As a source of CO 2 , flue gases are used. In this case, SiO 2 precipitates in the form of nanodispersed amorphous flakes. The resulting filtered “white soot” (silicon dioxide or finely divided silica (11)) is dried and used as a commercial product or as a nanoadditive in the production of special cements.
Химический состав выщелоченного содовым раствором нефелинового шлама находится в пределах SiO2 - 17,5-20,0%; CaO - 50-51%; Al2O3 - 2,60-2,65%; Fe2O3 - 2,45-2,70%. Фазовая характеристика нефелинового шлама после выщелачивания представлена: Ca2SiO4 - 45-50%; CaCO3 - 30-35%; фаза C-S-H - гидросиликатами кальция (10-15%).The chemical composition leached with soda solution of nepheline sludge is in the range of SiO 2 - 17.5-20.0%; CaO - 50-51%; Al 2 O 3 - 2.60-2.65%; Fe 2 O 3 - 2.45-2.70%. The phase characteristics of nepheline sludge after leaching are presented: Ca 2 SiO 4 - 45-50%; CaCO 3 - 30-35%; CSH phase - calcium hydrosilicates (10-15%).
Продуктом карбонизации содово-силикатных растворов является высокодисперсный кремнезем, характеризующийся удельной поверхностью до 300 м2/г, а также содовый раствор, возвращаемый в технологический процесс для гидрохимической переработки нефелинового шлама.The product of carbonization of soda-silicate solutions is highly dispersed silica, characterized by a specific surface area of up to 300 m 2 / g, as well as a soda solution returned to the process for the hydrochemical processing of nepheline sludge.
Полученный обескремненный нефелиновый шлам (однокомпонентная шихта) подвергают обжигу.The obtained siliceous nepheline sludge (single-component charge) is fired.
То есть в результате обработки нефелинового шлама образуется однокомпонентная шихта, пригодная для получения стандартного портландцементного клинкера и не требующая дошихтовки известняком, как это происходит по традиционной технологии.That is, as a result of processing nepheline sludge, a single-component batch is formed, suitable for producing a standard Portland cement clinker and not requiring limestone dressing, as is done by traditional technology.
В качестве побочного продукта в этом процессе образуется высокодисперсный кремнезем (белая сажа), востребованный во многих отраслях промышленности. Используемый для выщелачивания содовый раствор является оборотным и возвращается в голову процесса. Процесс является комплексным и отвальный шлам утилизируется на 100% (безотходно).As a by-product in this process, highly dispersed silica (white soot) is formed, which is in demand in many industries. The soda solution used for leaching is recycled and returned to the process head. The process is complex and the waste sludge is 100% utilized (non-waste).
3. Получение цементной смеси.3. Obtaining a cement mixture.
Обескремненный литейный шлак, полученный из красного шлама, и клинкер, полученный из нефелинового шлама, смешивают с функциональными компонентами цемента для получения цементной смеси, например с гипсом (гипсовым камнем), в количестве 2-5%, которым регулируется скорость схватывания. При этом содержание литейного шлака и клинкера в смеси может варьироваться в широких пределах в зависимости от марки цемента, которую необходимо получить. Полученную смесь подвергают размолу, при этом в процессе помола или после размола могут дополнительно вводится наномодификаторы в количестве 1-5 мас. % для придания цементной смеси определенных свойств. В качестве наномодификаторов могут применяться:Silicon-free foundry slag obtained from red mud and clinker obtained from nepheline mud are mixed with the functional components of cement to obtain a cement mixture, for example, gypsum (gypsum stone), in an amount of 2-5%, which controls the setting speed. At the same time, the content of foundry slag and clinker in the mixture can vary within wide limits, depending on the type of cement to be obtained. The resulting mixture is subjected to grinding, while during grinding or after grinding, nanomodifiers in an amount of 1-5 wt. % to give the cement mixture certain properties. As nanomodifiers can be used:
- аморфный диоксид кремния, полученный после обескремнивания и карбонизации при переработке литейного шлака от красного шлама и нефелинового шлама для увеличения прочности,- amorphous silicon dioxide obtained after desiliconization and carbonization during processing of foundry slag from red mud and nepheline sludge to increase strength,
- высокодисперсный аморфный гидроксид алюминия (АмГА), повышающий жаростойкость и т.д.- finely dispersed amorphous aluminum hydroxide (AmGA), increasing heat resistance, etc.
В результате получают смесь для цемента (спеццемента) с низкой водопотребностью (ЦНВ).The result is a mixture for cement (special cement) with low water demand (CNV).
Пример реализации способаAn example implementation of the method
Усредненный химический состав отвального нефелинового шлама представлен оксидами CaO=56-58%; SiO2=29-31%; Al2O3=2,8-3,0%; Fe2O3=3,0-3,2%; R2O=1,0-1,2%; п.п.п.=2,5-4,0%. В качестве основной фазы в шламе присутствует двухкальциевый силикат (Ca2SiO2) в количестве 85-90%.The average chemical composition of dump nepheline sludge is represented by oxides CaO = 56-58%; SiO 2 = 29-31%; Al 2 O 3 = 2.8-3.0%; Fe 2 O 3 = 3.0-3.2%; R 2 O = 1.0-1.2%; pp = 2.5-4.0%. As the main phase in the sludge, dicalcium silicate (Ca 2 SiO 2 ) is present in an amount of 85-90%.
Красный и нефелиновый шлам подготавливали по технологии, описанной выше.Red and nepheline sludge was prepared according to the technology described above.
Химический состав выщелоченного содовым раствором нефелинового шлама находится в пределах SiO2=17,5-20,0%; CaO=50-51%; Al2O3=2,60-2,65%; Fe2O3=2,45-2,70%. Фазовая характеристика нефелинового шлама после выщелачивания представлена: Ca2SiO4 - 45-50%; CaCO3 - 30-35%; фаза C-S-H - гидросиликатами кальция (10-15%).The chemical composition leached with soda solution of nepheline sludge is in the range of SiO 2 = 17.5-20.0%; CaO = 50-51%; Al 2 O 3 = 2.60-2.65%; Fe 2 O 3 = 2.45-2.70%. The phase characteristics of nepheline sludge after leaching are presented: Ca 2 SiO 4 - 45-50%; CaCO 3 - 30-35%; CSH phase - calcium hydrosilicates (10-15%).
Нефелиновый шлам после гидрохимической переработки (выщелачивания) по химическому составу представляет собой сырьевую смесь для получения портландцементного клинкера. Такая сырьевая смесь является однокомпонентной и не требует дошихтовки известняком для получения заданных значений коэффициента насыщения (КН).The nepheline sludge after hydrochemical processing (leaching) in terms of chemical composition is a raw material mixture to produce Portland cement clinker. Such a raw material mixture is one-component and does not require limestone mixing to obtain specified values of the saturation coefficient (KH).
Химический состав литейного шлака до выщелачивания: Al2O3=23-30%; Fe2O3=7-15%; SiO2=23-25%; CaO=35%; Na2O=1,5-2,5%; SO3=0,1-0,2%; TiO2=3-3,5%.The chemical composition of the cast slag before leaching: Al 2 O 3 = 23-30%; Fe 2 O 3 = 7-15%; SiO 2 = 23-25%; CaO = 35%; Na 2 O = 1.5-2.5%; SO 3 = 0.1-0.2%; TiO 2 = 3-3.5%.
Химический состав шлака после выщелачивания: Al2O3=21,4-27,0%; Fe2O3=5,7-12,3%; SiO2=13,8%; CaO=31,8%. Фазовая характеристика шлака после выщелачивания представлена: Ca2SiO4=35,0-45,0%; CaCo=25,0-30,0%.The chemical composition of the slag after leaching: Al 2 O 3 = 21.4-27.0%; Fe 2 O 3 = 5.7-12.3%; SiO 2 = 13.8%; CaO = 31.8%. The phase characteristics of the slag after leaching are presented: Ca 2 SiO 4 = 35.0-45.0%; CaCo = 25.0-30.0%.
Некоторое превышение оксида кремния 13,8% (норма <10%) нейтрализуется превышением Al2O3=20-25%, на 1% SiO2 нейтрализует 1,7% Al2O3.A certain excess of silicon oxide of 13.8% (norm <10%) is neutralized by an excess of Al 2 O 3 = 20-25%, by 1% SiO 2 it neutralizes 1.7% Al 2 O 3 .
Состав литейного шлака (мас. %):The composition of the foundry slag (wt.%):
До обескремнивания:Before desiliconization:
Al2O3 23-30Al 2 O 3 23-30
Fe2O3 7-15Fe 2 O 3 7-15
SiO2 23-25SiO 2 23-25
CaO ~ 35CaO ~ 35
TiO2 3-3,5TiO 2 3-3.5
Na2O 1,5-2,5Na 2 O 1.5-2.5
SO3 0,1-0,2SO 3 0.1-0.2
После обескремнивания раствором кальцинированной соды:After desalination, with a solution of soda ash:
Al2O3 22,4-27,0Al 2 O 3 22.4-27.0
Fe2O3 5,7-12,3Fe 2 O 3 5.7-12.3
SiO2~13,8SiO 2 ~ 13.8
CaO~31,8CaO ~ 31.8
TiO2 3-3,5TiO 2 3-3.5
Na2O 0,5-1,01Na 2 O 0.5-1.01
SO3 0,05SO 3 0,05
Далее готовили несколько вариантов цементных смесей.Next, several versions of cement mixtures were prepared.
1. Клинкер и шлак смешивали в соотношении по массе 90:10, в смесь добавляли 2-3% гипса и подвергали размолу. В результате получали цемент марки 800.1. Clinker and slag were mixed in a ratio by weight of 90:10, 2-3% of gypsum was added to the mixture and subjected to grinding. The result was cement grade 800.
2. Клинкер и шлак смешивали в соотношении по массе 50:50, в смесь добавляли 2-3% гипса и подвергали размолу. В результате получали цемент марки 700.2. Clinker and slag were mixed in a ratio by weight of 50:50, 2-3% of gypsum was added to the mixture and subjected to grinding. The result was cement grade 700.
3. Клинкер и шлак смешивали в соотношении по массе 40:60, в смесь добавляли 2-3% гипса и подвергали размолу. В результате получали цемент марки 650.3. Clinker and slag were mixed in a ratio by weight of 40:60, 2-3% gypsum was added to the mixture and subjected to grinding. The result was cement grade 650.
4. Клинкер и шлак смешивали в соотношении по массе 20:80 и в смесь добавляли 2-3% гипса с получением цемента марки 400. После этого смесь подвергали размолу и вводили 3 мас. % наномодификатора в виде аморфного диоксида кремния. В результате получали цемент марки 900.4. Clinker and slag were mixed in a ratio by weight of 20:80 and 2-3% gypsum was added to the mixture to obtain cement of grade 400. After that, the mixture was milled and 3 wt. % nanomodifier in the form of amorphous silicon dioxide. As a result, 900 grade cement was obtained.
Таким образом, предлагаемый способ имеет ряд преимуществ по сравнению с известными технологиями.Thus, the proposed method has several advantages compared with known technologies.
Способ позволяет получать наноцемент на основе литейных обескремненных шлаков с латентными гидравлическими свойствами классов по прочности 42,5-82,5 (марок 500-900).The method allows to obtain nanocement based on foundry siliceous slags with latent hydraulic properties of strength classes 42.5-82.5 (grades 500-900).
Получаемый цемент не содержит вредных компонентов - фосфатов, тиосульфатов, сульфитов, замедляющих его взаимодействие с водой и твердение, препятствуя изготовлению наноцемента малоклинкерных составов.The resulting cement does not contain harmful components - phosphates, thiosulfates, sulfites, slowing down its interaction with water and hardening, hindering the manufacture of nanocement of low-clinker compositions.
Цемент является сульфатостойким независимо от минералогического состава нефелинового портландцементного клинкера, с использованием которого он изготовлен, в том числе от содержания в нем алюминатов. Поэтому более пассивные по сравнению с клинкерными алюминаты в составе литейных шлаков не могут влиять понижающим образом на сульфатостойкость изготовленного с их использованием наноцемента и препятствовать его эффективному применению в гидротехническом строительстве, в том числе морских портов, платформ и т.п., оборонных и подземных сооружений.Cement is sulfate-resistant regardless of the mineralogical composition of the nepheline Portland cement clinker with which it is made, including the content of aluminates in it. Therefore, aluminates in casting slag, which are more passive than clinker, cannot cast a lowering effect on the sulfate resistance of nanocement made with their use and impede its effective use in hydraulic engineering, including seaports, platforms, etc., defense and underground structures .
Получаемые цементы характеризуются общестроительным и специальным назначением, по своим техническим свойствам по крайней мере не уступая портландцементу тех же классов (марок) при использовании в общестроительных областях, но существенно превосходя портландцемент в специальных областях, требующих повышенной стойкости по отношению к коррозионн-оактивным агентам внешней среды.The resulting cements are characterized by general construction and special purposes, in terms of their technical properties, at least not inferior to Portland cement of the same classes (grades) when used in general construction areas, but significantly superior to Portland cement in special areas requiring increased resistance to corrosive environmental agents .
Предлагаемая технология является одной из немногих возможных в настоящее время способов применения литейных шлаков в промышленном комплексе в качестве составляющей высокоэффективного цемента общестроительного и специального назначения и надежной технологической основой рассматриваемого инвестиционного проекта.The proposed technology is one of the few currently possible ways of using foundry slag in the industrial complex as a component of highly effective cement for general construction and special purposes and a reliable technological basis for the investment project under consideration.
При этом возможно добавление в полученный тонкомолотый клинкер нефелиновых шламов до 80% тонкомолотых литейных шлаков красных шламов и получать цементы марочностью не ниже М400.In this case, it is possible to add up to 80% of the finely ground foundry slag of red sludge to the obtained finely ground clinker of nepheline sludge and produce cements with a grade of at least M400.
Еще больший эффект можно получить, если при совместном помоле клинкера и шлаков добавлять активирующие добавки, в качестве которых наиболее рентабельно применять высокодисперсный кремнезем («белая сажа») и высокодисперсный аморфный гидроксид алюминия (АмГА). При этом получаются так называемые «наноцементы», или цементы низкой водопотребности (ЦНВ). Такие цементы могут содержать от 20 до 60% литейных шлаков при марочности от М600 до М800 при добавлении активирующих добавок около 1% от массы цемента (некоторых до 3-5%). Некоторые основные добавки используются в производстве спеццементов ЦНВ из нефелинового клинкера и литейных шлаков красных шламов.An even greater effect can be obtained if activating additives are added when grinding clinker and slags together, which are most cost-effective to use highly dispersed silica (“white soot”) and highly dispersed amorphous aluminum hydroxide (AmGA). This produces the so-called "nanocements", or cements of low water demand (CNV). Such cements may contain from 20 to 60% of foundry slag with grades from M600 to M800 with the addition of activating additives about 1% by weight of cement (some up to 3-5%). Some of the main additives are used in the production of special cement of central nervous system from nepheline clinker and foundry slag of red mud.
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014153074A RU2619406C2 (en) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | Method for complex processing of red and nepheline sludges |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014153074A RU2619406C2 (en) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | Method for complex processing of red and nepheline sludges |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014153074A RU2014153074A (en) | 2016-07-20 |
RU2619406C2 true RU2619406C2 (en) | 2017-05-15 |
Family
ID=56413224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014153074A RU2619406C2 (en) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | Method for complex processing of red and nepheline sludges |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2619406C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2819963C1 (en) * | 2023-09-25 | 2024-05-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of processing alkaline aluminosilicate material |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU281231A1 (en) * | Пикалевский Глиноземный Комбинат | RAW MIXTURE FOR GETTING CEMENT CLINKER | ||
SU381628A1 (en) * | 1970-10-26 | 1973-05-22 | Пикалевский Глиноземный Комбинат | METHOD FOR OBTAINING A PORTLAND-CEMENT CLINKER BASED ON NEFELINE SLUDGE |
CN102344983A (en) * | 2011-09-04 | 2012-02-08 | 胡长春 | Device for preparing hot molten iron and byproducts by using red mud |
CN102344982A (en) * | 2011-09-04 | 2012-02-08 | 胡长春 | Process for preparing hot molten iron and byproducts by utilizing red mud |
RU2479648C1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-04-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" | Red sludge pyrometallurgical processing method |
-
2014
- 2014-12-26 RU RU2014153074A patent/RU2619406C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU281231A1 (en) * | Пикалевский Глиноземный Комбинат | RAW MIXTURE FOR GETTING CEMENT CLINKER | ||
SU381628A1 (en) * | 1970-10-26 | 1973-05-22 | Пикалевский Глиноземный Комбинат | METHOD FOR OBTAINING A PORTLAND-CEMENT CLINKER BASED ON NEFELINE SLUDGE |
CN102344983A (en) * | 2011-09-04 | 2012-02-08 | 胡长春 | Device for preparing hot molten iron and byproducts by using red mud |
CN102344982A (en) * | 2011-09-04 | 2012-02-08 | 胡长春 | Process for preparing hot molten iron and byproducts by utilizing red mud |
RU2479648C1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-04-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" | Red sludge pyrometallurgical processing method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Н. А. АНДРЕЕВА. Химия цемента и вяжущих веществ. Учебное пособие. СПбГАСУ, СПб., 2011, с. 41, 52. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2819963C1 (en) * | 2023-09-25 | 2024-05-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of processing alkaline aluminosilicate material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014153074A (en) | 2016-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jiang et al. | Characteristics of steel slags and their use in cement and concrete—A review | |
CZ281875B6 (en) | Process for producing cement from metallurgical slags | |
JP6585747B2 (en) | Titanium-containing aggregate, production method thereof and use thereof | |
CN107759176A (en) | The solid waste comprehensive utilization of slag powders makes building material | |
CN109095795A (en) | A kind of method of resource utilization copper smelter slag | |
CN107382107A (en) | A kind of method for preparing sulphoaluminate cement clinker using magnesium slag, manganese slag | |
RU2278834C2 (en) | Method of oxidative treatment of the slag wastes of the steel work, ld oxide scale produced by this method and the material produced with its utilization | |
Ryu et al. | Utilization of steelmaking slag in cement clinker production: A review | |
WO2020206832A1 (en) | Method for extracting iron from high-iron red mud and directly cementing | |
JP3659076B2 (en) | Method for producing calcium aluminate | |
RU2619406C2 (en) | Method for complex processing of red and nepheline sludges | |
Chiang et al. | Iron and steel slags | |
JP3554389B2 (en) | Manufacturing method of cement clinker | |
WO2014175294A1 (en) | Improved-fluidity cement clinker | |
TWI740176B (en) | Manufacturing method of cement modifier and functional cement material containing the cement modifier | |
JP2007204282A (en) | Method of producing hydraulic lime | |
RU2699090C1 (en) | Method of producing high-alumina cement | |
JP3338851B2 (en) | Method for producing clinker from electric furnace slag | |
KR101179189B1 (en) | Preparation method for C12A7 mineral using rotary kiln | |
JP3525081B2 (en) | Method for producing alumina cement | |
JPH0483744A (en) | Production of portland cement using electric furnace slag as raw material | |
JP5008296B2 (en) | Hydraulic composition and hydrated solidified body | |
KR101153887B1 (en) | Preparation method for alkaline calciumferrite flux for steelmaking | |
RU2705483C1 (en) | Method for briquetting iron-containing wastes in form of scale | |
RU2716661C1 (en) | Hybrid cement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161227 |