RU2763949C1 - Способ регулировки и контроля кристаллической формы алита в портландцементном клинкере посредством реакции газа с твердым веществом - Google Patents
Способ регулировки и контроля кристаллической формы алита в портландцементном клинкере посредством реакции газа с твердым веществом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763949C1 RU2763949C1 RU2021105141A RU2021105141A RU2763949C1 RU 2763949 C1 RU2763949 C1 RU 2763949C1 RU 2021105141 A RU2021105141 A RU 2021105141A RU 2021105141 A RU2021105141 A RU 2021105141A RU 2763949 C1 RU2763949 C1 RU 2763949C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alite
- cement clinker
- portland cement
- reaction
- solid
- Prior art date
Links
- BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N dicalcium;oxocalcium;silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca]=O.[O-][Si]([O-])([O-])[O-] BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 61
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 239000004568 cement Substances 0.000 abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000004567 concrete Substances 0.000 abstract description 4
- 239000004566 building material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 239000004035 construction material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 20
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 14
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 11
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 10
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 239000013558 reference substance Substances 0.000 description 8
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012496 blank sample Substances 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910021534 tricalcium silicate Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 102100034013 Gamma-glutamyl phosphate reductase Human genes 0.000 description 2
- 101001133924 Homo sapiens Gamma-glutamyl phosphate reductase Proteins 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019976 tricalcium silicate Nutrition 0.000 description 2
- WKBPZYKAUNRMKP-UHFFFAOYSA-N 1-[2-(2,4-dichlorophenyl)pentyl]1,2,4-triazole Chemical compound C=1C=C(Cl)C=C(Cl)C=1C(CCC)CN1C=NC=N1 WKBPZYKAUNRMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003991 Rietveld refinement Methods 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052925 anhydrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical group [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N calcium;oxido(oxo)alumane Chemical compound [Ca+2].[O-][Al]=O.[O-][Al]=O XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009924 canning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000010795 gaseous waste Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 239000010977 jade Substances 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
- C04B7/48—Clinker treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
- C04B7/43—Heat treatment, e.g. precalcining, burning, melting; Cooling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
- C04B7/43—Heat treatment, e.g. precalcining, burning, melting; Cooling
- C04B7/44—Burning; Melting
- C04B7/4407—Treatment or selection of the fuel therefor, e.g. use of hazardous waste as secondary fuel ; Use of particular energy sources, e.g. waste hot gases from other processes
- C04B7/4415—Waste hot gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области строительных материалов и способу производства портландцементного клинкера, а конкретно к способу регулировки и контроля кристаллической формы алита в портландцементом клинкере посредством реакции газа с твердым веществом. Технический результат заключается в повышении механических и эксплуатационных свойств бетона и изделий из него, а также улучшении качества самого цемента, путем увеличения содержания алита. Способ регулировки и контроля кристаллической формы алита в портландцементном клинкере посредством реакции газа с твердым веществом включает следующие этапы: (1) размалывание портландцементного клинкера для получения из него твердого материала, при этом размер твердых частиц портландцементного клинкера не превышает 5 мм; (2) нагрев твердого материала портландцементного клинкера, полученного на этапе (1), до 600-1100ºС в смешанной газовой атмосфере SO2 и воздуха, и поддержание температуры для обеспечения реакции в течение 0,5-2 ч, при этом объемная доля SO2 составляет от 5 до 10%; и (3) охлаждение до комнатной температуры после завершения реакции. 3 з.п. ф-лы, 9 ил., 5 табл.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к области строительных материалов и способу производства портландцементного клинкера, а конкретно - к способу регулировки и контроля кристаллической формы алита в портландцементом клинкере посредством реакции газа с твердым веществом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С начала 21-го века в строительной промышленности наблюдается резкий прогресс с быстрым усовершенствованием отраслей в развивающихся странах, особенно в Китае. Пластичные материалы, такие как цементный бетон, ввиду того, что они получили широкое применение в гражданском строительстве, внесли значительный вклад в развитие, как в масштабе отдельных стран, так и во всемирном масштабе. В 2018-ом производство цемента в Китае достигло 2,21 миллиарда тон, составляя 56% общего мирового производства и занимая первое место в мире в течение многих лет. В настоящее время цемент, широко используемый в гражданском строительстве - портландцемент. Он может соответствовать потребностям некоторых областей гражданского строительства до некоторой степени, но он также обладает определенными недостатками при использовании, такими как высокая температура кальцинации клинкера, низкая начальная прочность и объемная усадка на последующем этапе гидратации цемента, что приводит к трещинам в затвердевшей структуре, тем самым негативно воздействуя на бетонное сооружение. При этом низкое общее качество цемента также негативно сказывается на сроке службы бетона, поэтому крайне необходимо улучшить качество цемента. Алит - это минерал, который в наибольшем количестве содержится в портландцементом клинкере и вносит наибольший вклад в его прочность, следовательно, одной из эффективных мер по повышению качества цемента является улучшение действия алита в клинкере, а увеличение содержания кристаллов M1, когда алит находится в форме минерала, является предпочтительным для улучшения прочности цементного камня образца до определенной степени.
Добыча и потребление угля в Китае являются самыми крупными в мире, а также Китая является одной из нескольких стран в мире, использующих уголь в качестве основного энергоресурса. 87% SO2 в атмосфере в Китае является результатом угольного отопления. Большой объем работ в области угольного отопления и другой хозяйственно-экономической деятельности привел к стремительному увеличению выбросов SO2 в атмосферу, а также кислотным отложениям в результате загрязнения SO2 в Китае. Так как цементная промышленность является одной из инфраструктурных отраслей, потребление в ней угля, идущего на отопление, всегда было высоким. Ввиду снижения качества угля за последние годы в цементной промышленности применялось большое количество низкокачественного угля с высоким содержанием серы. При этом некоторые предприятия по производству цемента используют нефтяной кокс вместо угля, что увеличивает показатель калорийности и неизбежно повышает концентрацию газообразного SO2 в печах для обжига цемента. В новых сушильных печах для поглощения SO2 в остаточном газе в байпасную систему и предварительный подогреватель обычно вводится Ca(OH)2. За несколько последних лет в Абердинском университете в Соединенном Королевстве обнаружили, что сульфоалюминат кальция-сульфосиликат кальция-белит могут вместе находиться в стабильном состоянии в смешанной газовой атмосфере SO2 и O2, что косвенно подтверждает, что SO2 и O2 в газовой атмосфере может легко переноситься в кальциево-алюминатную и силикатную фазы, а также соединяться с большей частью серы. При этом можно эффективно избежать образования свободной извести при распаде ангидрита и алюмината.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предназначено для обеспечения способа регулировки и контроля кристаллической формы алита в асбестоцементном клинкере посредством реакции газа с твердым веществом с целью решения вышеприведенных проблем, по которому преобразуется кристаллическая форма алита в клинкере с целью увеличения содержания алита M1 в клинкере, тем самым улучшая характеристики цементного клинкера.
Технические решения для достижения вышеприведенных целей настоящего изобретения:
Способ регулировки и контроля кристаллической формы алита в портландцементном клинкере посредством реакции газа с твердым веществом включает следующие этапы:
(1) размалывание портландцементного клинкера для получения из него твердого материала;
(2) нагрев твердого материала портландцементного клинкера, полученного на этапе (1), до 600-1100°C в смешанной газовой атмосфере SO2 и воздуха, и поддержание температуры для обеспечения реакции в течение 0,5-2 часов; и
(3) охлаждение до комнатной температуры после завершения реакции.
В частности, на этапе (1) размер твердой частицы портландцементного клинкера составляет не более 5 мм, а чем мельче является частица, тем лучше будет последующее спекание.
Предпочтительно, чтобы на этапе (2) в смешанной газовой атмосфере SO2 и воздуха объемная доля SO2 составляла 5-10%; и более предпочтительно - 7%. Слишком низкая концентрация SO2 влияет на эффективность реакции; слишком высокая концентрация SO2 может привести к образованию побочных продуктов, в тоже время, представляя определенную опасность. Когда реакция происходит при разной температуре, слишком низкая концентрация SO2 влияет на скорость реакции, в то время как высокая концентрация SO2 может легко привести к образованию других сульфатных фаз. После окончания реакции, помимо изменения пропорции кристаллической формы алита, другие сульфатные фазы, такие как K2SO4, CaSO4 и т.д. также могут появляться в клинкере.
Предпочтительно, чтобы на этапе (2) общий расход введенной газовой смеси SO2 и воздуха рассчитывался по массе материала, и на каждые 20 г материала осуществлялось введение 50-100 мл/мин смешанного газа; более предпочтительно 100 мл/мин.
В частности, на этапе (2) скорость нагрева составляет 5-10°C/мин.
В частности, на этапе (3) охлаждение осуществляется со скоростью 5-10°C/мин.
В качестве альтернативного варианта на этапе (3) помимо охлаждения осуществляется обжиг с целью снижения энергопотребления.
Положительные эффекты:
Согласно настоящему изобретению газовая смесь SO2 и воздуха подается в процессе высокотемпературного консервирования, и содержание алита M1 увеличивается под действием SO2 в газовой смеси и минерала в цементном клинкере, тем самым улучшая характеристики портландцементного клинкера. По сравнению с традиционным процессом регулировки и контроля кристаллической формы алита в портландцементном клинкере (CN 200910212646.5) в данном способе может поглощаться определенное количество газообразного SO2. Предлагается возможное решение для цементных заводов и других предприятий, на которых существует вероятность образования газообразных отходов, с повышенной скоростью преобразования алита M1 в кристаллической форме, регулируемой и контролируемой посредством реакции между газом и твердым веществом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение далее подробно описывается со ссылкой на прилагаемые чертежи и конкретные варианты осуществления, благодаря чему преимущества вышеприведенных и/или других аспектов будут более понятны.
ФИГ. 1 - диаграмма результата подгонки холостой пробы с помощью ПО Highscore Plus.
ФИГ. 2 - дифрактограмма алита в холостой пробе клинкера перед обработкой при 51,0-52,5°.
ФИГ. 3 - дифрактограмма алита в пробе A0 при 51,0-52,5° по варианту осуществления 1.
ФИГ. 4 - дифрактограмма алита в пробе A1 при 51,0-52,5° по варианту осуществления 1.
ФИГ. 5 - дифрактограмма алита в пробе B0 при 51,0-52,5° по варианту осуществления 2.
ФИГ. 6 - дифрактограмма алита в пробе B1 при 51,0-52,5° по варианту осуществления 2.
ФИГ. 7 - диаграмма, на которой отображается изменение тренда минерального содержания в каждой пробе, обрабатываемой при разной температуре по варианту осуществления 3.
ФИГ. 8 - дифрактограмма алита в пробе C0 при 51,0-52,5° в сравнительном примере.
ФИГ. 9 - дифрактограмма алита в пробе C1 при 51,0-52,5° в сравнительном примере.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение можно лучше понять по следующим вариантам осуществления.
В следующих вариантах осуществления портландцементый клинкер (холостая проба) приобретался на цементном заводе Zhonglian Cement в Цзясяне, провинция Хэнань, данные общего анализа которого приведены в таблице 1.
Количественный метод анализа содержания каждой минеральной фазы в цементном клинкере: выполнение рентгеновской порошковой дифрактометрии на каждом образце с помощью порошкового рентгеновского дифрактометра MiniFlex 60 от японской компании Rigaku, который обладает следующими параметрами: мишень из меди (CuKα, λ=0,154 нм), напряжение 40 кВ, ток 15 мА, диапазон сканирования 5-70° и скорость сканирования 5°/мин.
Таблица 1. Данные общего анализа портландцементного клинкера
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | TiO2 | CaO | MgO | SO3 | K2O | Na2O | MnO | P2O5 | |
| Холостой образец | 21,61 | 4,63 | 2,90 | 0,21 | 64,08 | 3,88 | 1,08 | 1,02 | 0,10 | 0,08 | 0,13 |
На данный момент популярным способом является выполнение подгонки полного спектра с помощью программного обеспечения, используя дифрактограмму для определения количества компонентов и содержания продуктов гидратации. К широко используемому программному обеспечению относятся: Highscore Plus, Topas, GSAS EXPGUI, GSAS П, Fullprof и Maude. Метод Ритвельда применяется для получения изображения образца, максимально близкого к образцу подгонки, чтобы содержание каждого кристалла рассчитывалось по изображению подгонки. ПО Highscore Plus используется в настоящем изобретении для выполнения количественного расчета, который включает конкретные этапы:
(1) получение изображений стандартного образца и пробы с использованием реперного вещества NIST, порошка α-Al2O3, с чистотой 99,02±1,11%;
(2) сопоставление всех кристаллических фаз, содержащихся в изображении образца с помощью ПО для определения количества, такого как JADE и Searchmartch;
(3) обнаружение карт CIF всех кристаллических фаз, при этом их кристаллические структуры перечислены в таблице 2;
(4) импорт изображения образца и карт CIF всех кристаллических фаз на ПО Highscore Plus для расчета подгонки;
(5) регулировка параметров каждой кристаллической фазы для подгонки соответствующего изображения, чтобы оно максимально соответствовало изображению образца, как показано на ФИГ. 1; и
(6) расчет содержание каждого кристалла с помощью значения коэффициента масштабирования каждой кристаллической фазы согласно изображению подгонки, при этом формулы расчета показаны в виде формул 1 и 2. Основные минеральные компоненты в образце рассчитываются по вышеприведенным этапам.
где, G - значение G реперного вещества;
SSi - значение коэффициента масштабирования реперного вещества;
SSi - значение плотности реперного вещества;
VSi - объем элементарной ячейки реперного вещества;
CSi - массовая доля реперного вещества;
μ* - массовый коэффициент ослабления реперного вещества.
где, Wα - массовая доля определенной кристаллической формы;
G - значение G реперного вещества;
Sα - значение коэффициента масштабирования определенной кристаллической формы;
ρα - плотность определенной кристаллической формы;
Vα - объем элементарной ячейки определенной кристаллической формы; и
μα - массовый коэффициент ослабления определенной кристаллической формы.
Таблица 2. Кристаллическая структура основных минеральных фаз в клинкере
| Фаза | Номер ICSD/PDF |
| Алит M3 Алит M1 C2S C3A C4AF |
94742 Нуарфонтейн 81096 1841 27112 |
Кристаллическую структуру алита M1 см. в работе M.-N. de Noirfontaine, M. Courtial, F. Dunstetter, G. Gasecki, M. Signes-Frehel, Tricalcium silicate Ca3SiO5 superstructure analysis: a route towards the structure of the M-1 polymorph, (М.-Н. Де Нуарфонтейн, Ф. Данстеттер, Г. Гасески, М. Зигес-Фрехель «Суперструктурный анализ трехкальциевого силиката Ca3SiO5: способ применения полиморфной формы M-1»), Z Kristallogr Cryst Mater. 227 (2) (2012).
Вариант осуществления 1
(1) Портландцементный клинкер размалывался на твердые частицы приблизительно по 5 мм для получения из него твердого материала.
(2) Три части твердого материала портландцементного клинкера, полученного на этапе (1), взвешивались (каждая часть равна 60 г), соответствующим образом помещались в платиновый тигель, а затем в трубчатую печь диаметром 60 мм. Смешанный газ SO2 и воздуха вводился при расходе 300 мл/мин, при этом объемная концентрация SO2 составляла 7 %. Далее температура увеличивалась со скоростью 5-10°C/мин, а когда значение доходило до 600°C, температура поддерживалась в течение 30 минут.
(3) После завершения реакции температура контролировалась программой и снижалась до комнатной со скоростью 5-10°C/мин. Для испытания забиралась и размалывалась проба A1.
В аналогичных условиях твердый материал портландцементного клинкера брался для нагрева без доступа к атмосфере для получения контрольного образца A0.
На ФИГ. 2 представлена дифрактограмма алита в холостой пробе клинкера перед обработкой при 51,0-52,5°.
На ФИГ. 3 представлена дифрактограмма алита в пробе A0 при 51,0-52,5°.
На ФИГ. 4 представлена дифрактограмма алита в пробе A1 при 51,0-52,5°.
На ФИГ. 2, 3 и 4 можно увидеть, что интенсивность характеристических пиков алита немного снизилась после обработки. Также в определенной степени можно прийти к выводу, что содержание алита в цементом клинкере немного снизилось после нагрева. Более того, в сравнении с ФИГ. 2 и 3 форма пиков на ФИГ. 4 ближе к одиночному типу пика алита M1. Для количественного выражения этого вывода проводился анализ результатов дифрактограммы в количественном соотношении.
Результаты расчета содержания минеральных фаз в клинкере показаны в таблице 3.
Таблица 3
| Проба | C2S | C3S | M1/(M1+M3) | ||
| M1 | M3 | M1+M3 | |||
| Холостой образец | 4,28 | 9,77 | 57,54 | 67,31 | 14,51% |
| A1 | 4,01 | 11,39 | 55,16 | 66,55 | 17,11% |
| A0 | 2,77 | 10,31 | 57,15 | 67,25 | 15,28% |
Из данных в таблице 3 можно увидеть, что после вторичного спекания портландцементного клинкера из цементного завода при 600°C часть алита преобразуется из типа M3 в тип M1, и количественное отношение алита M1 пробы, подверженной вторичному спеканию в атмосфере SO2 является повышенным, что указывает на то, что кристаллическая форма алита может регулироваться для получения типа M1 из типа M3 посредством реакции между газом и твердым веществом - клинкером и SO2.
Вариант осуществления 2
(1) Портландцементный клинкер размалывался на твердые частицы приблизительно по 5 мм для получения из него твердого материала.
(2) Три части твердого материала портландцементного клинкера, полученного на этапе (1), взвешивались (каждая часть равна 60 г), соответствующим образом помещались в платиновый тигель, а затем в трубчатую печь диаметром 60 мм. Смешанный газ SO2 и воздуха вводился при расходе 300 мл/мин, при этом объемная концентрация SO2 составляла 7%. Далее температура увеличивалась со скоростью 5-10°C/мин, а когда значение доходило до 800°C, температура поддерживалась в течение 30 минут.
(3) После завершения реакции температура контролировалась программой и снижалась до комнатной со скоростью 5-10°C/мин. Для испытания забиралась и размалывалась проба B1.
В аналогичных условиях твердый материал портландцементного клинкера брался для нагрева без доступа к атмосфере для получения контрольного образца B0.
На ФИГ. 5 представлена дифрактограмма алита в пробе B0 при 51,0-52,5°.
На ФИГ. 6 представлена дифрактограмма алита в пробе B1 при 51,0-52,5°.
По ФИГ. 2, 5 и 6 можно определить, что интенсивность характеристических пиков алита дополнительно снизилась после обработки. Также в определенной степени можно прийти к выводу, что содержание алита в цементом клинкере снизилось после нагрева. Более того, в сравнении с ФИГ. 2 и 5 форма пиков на ФИГ. 6 ближе к одиночному типу пика алита M1. Для количественного выражения этого вывода проводился анализ результатов дифрактограммы в количественном соотношении.
Результаты расчета содержания минеральных фаз в клинкере показаны в таблице 4.
Таблица 4
| Проба | C2S | C3S | M1/(M1+M3) | ||
| M1 | M3 | M1+M3 | |||
| Холостой образец | 4,28 | 9,77 | 57,54 | 67,31 | 14,51% |
| B1 | 5,14 | 18,27 | 46,00 | 64,26 | 28,42% |
| B0 | 4,63 | 16,06 | 51,24 | 67,27 | 23,87% |
Из таблицы 4 можно увидеть, что после вторичного спекания портландцементного клинкера из цементного завода при 800°C часть алита преобразуется из типа M3 в тип M1, и количественное отношение алита M1 пробы, подверженной вторичному спеканию в атмосфере является повышенным, что указывает на то, что кристаллическая форма алита может регулироваться для получения типа M1 из типа M3 посредством реакции между газом и твердым веществом - клинкером и SO2.
Вариант осуществления 3
Цементный клинкер выдерживался при температуре 750°C, 800°C, 850°C, 900°C, 950°C, 1000°C, 1050°C, 1100°C, 1150°C, и 1200°C в течение 30 минут соответственно по аналогичным этапам подготовки в варианте осуществления 1.
Полученные пробы подвергались рентгеновской порошковой дифрактометрии соответственно для получения дифрактограммы. Выполнялись количественные расчеты с помощью ПО Highscore Plus. Наконец, составлялась диаграмма, на которой отображается изменение тренда минерального содержания с температурой обработки согласно ФИГ. 7.
Как показано на ФИГ. 7, можно определить, что до значения 1100°C с увеличением температуры содержание алита M3 беспрерывно снижается, вместе с тем, содержание алита M1 и C2S увеличивается. Однако когда температура превышает 1100°C, содержание алита M1 достигает точки перегиба и начинает снижаться, в то время как содержание C2S постоянно растет.
Таким образом, в атмосфере SO2 обработка при температуре ниже 1100°C может частично преобразовать алит M3 в алит M1, но при этом часть алита может также распадаться и преобразовываться в C2S. Поэтому во избежание преобразования алита в C2S температура кристаллической формы предпочтительно регулируется и контролируется на значении ниже 1100°C.
Сравнительный пример
(1) Портландцементный клинкер размалывался на твердые частицы приблизительно по 5 мм для получения из него твердого материала.
(2) Три части твердого материала портландцементного клинкера, полученного на этапе (1), взвешивались (каждая часть равна 60 г), соответствующим образом помещались в платиновый тигель, а затем в трубчатую печь диаметром 60 мм. Смешанный газ SO2 и воздуха вводился при расходе 300 мл/мин, при этом объемная концентрация SO2 составляла 7%. Далее температура увеличивалась со скоростью 5-10°C/мин, а когда значение доходило до 1200°C, температура поддерживалась в течение 30 минут.
(3) После завершения реакции температура контролировалась программой и снижалась до комнатной со скоростью 5-10°C/мин. Для испытания забиралась и размалывалась проба C1.
В аналогичных условиях твердый материал портландцементного клинкера брался для нагрева без доступа к атмосфере для получения контрольного образца C0.
На ФИГ. 8 представлена дифрактограмма алита в пробе C0 при 51,0-52,5°.
На ФИГ. 9 представлена дифрактограмма алита в пробе C1 при 51,0-52,5°.
По ФИГ. 2, 8 и 9 можно определить, что интенсивность характеристических пиков алита дополнительно снизилась после обработки, что означает, что содержание алита в цементом клинкере снизилось после нагрева. При этом форма пиков на ФИГ. 8 ближе к одиночному типу пика алита M1. Для количественного выражения этого вывода проводился анализ результатов дифрактограммы в количественном соотношении.
Результаты расчета содержания минеральных фаз в клинкере показаны в таблице 5.
Таблица 5
| Проба | C2S | C3S | M1/(M1+M3) | ||
| M1 | M3 | M1+M3 | |||
| Холостой образец | 4,28 | 9,77 | 57,54 | 67,31 | 14,51% |
| C1 | 40,16 | 27,54 | 2,33 | 29,87 | 91,78% |
| C0 | 15,65 | 49,32 | 6,53 | 55,85 | 88,31% |
Из таблицы 5 можно увидеть, что после вторичного спекания портландцементного клинкера из цементного завода при 1200°C часть алита преобразуется из типа M3 в тип M1, и хотя количественное отношение алита M1 пробы, подверженной вторичному спеканию в атмосфере SO2 является повышенным, это объясняется тем, что большое количество алита M3 распадается и преобразовывается в C2S. Кроме того, в случае вторичного спекания без доступа к атмосфере, не смотря на то, что содержание C2S также увеличивается, это увеличение является незначительным, и большое количество алита преобразуется из типа M3 в тип M1. Таким образом, можно увидеть, что способ регулировки кристаллической формы посредством вторичного спекания в атмосфере SO2 при высокой температуре 1200°C является не таким эффективным в сравнении с вторичным спеканием без доступа к атмосфере.
В настоящем изобретении предлагается представление и способ регулировки и контроля кристаллической формы алита в портландцементном клинкере посредством реакции газа с твердым веществом с множеством методов и вариантов реализации конкретных технических решений. Вышеизложенное представляет собой исключительно предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Следует обратить внимание, что специалисты в данной области техники могут в дальнейшем выполнять улучшения и изменения внешнего вида без отступления от принципов настоящего изобретения; такие улучшения и изменения должны рассматриваться в рамках объема правовой охраны настоящего изобретения. Все неуказанные компоненты в вариантах осуществления могут быть реализованы на предыдущем уровне техники.
Claims (7)
1. Способ регулировки и контроля кристаллической формы алита в портландцементном клинкере посредством реакции газа с твердым веществом, включающий следующие этапы:
(1) размалывание портландцементного клинкера для получения из него твердого материала, при этом размер твердых частиц портландцементного клинкера не превышает 5 мм;
(2) нагрев твердого материала портландцементного клинкера, полученного на этапе (1), до 600-1100ºС в смешанной газовой атмосфере SO2 и воздуха, и поддержание температуры для обеспечения реакции в течение 0,5-2 ч, при этом объемная доля SO2 составляет от 5 до 10%; и
(3) охлаждение до комнатной температуры после завершения реакции.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе (2) общий расход введенной газовой смеси SO2 и воздуха рассчитывается по массе материала, и на каждые 20 г материала осуществляется введение 50-100 мл/мин смешанного газа.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе (2) скорость нагрева составляет 5-10ºC/мин.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе (3) охлаждение выполняется со скоростью 5-10ºС/мин.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010193905.0 | 2020-03-19 | ||
| CN202010193905.0A CN111302681B (zh) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 一种气固反应调控硅酸盐水泥熟料中阿利特晶型的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2763949C1 true RU2763949C1 (ru) | 2022-01-11 |
Family
ID=71153366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021105141A RU2763949C1 (ru) | 2020-03-19 | 2021-03-01 | Способ регулировки и контроля кристаллической формы алита в портландцементном клинкере посредством реакции газа с твердым веществом |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111302681B (ru) |
| RU (1) | RU2763949C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6599123B2 (en) * | 2001-07-13 | 2003-07-29 | Homero Ramirez-Tobias | Method to produce cement clinker using high sulfur content fuel |
| CN1587157A (zh) * | 2004-09-14 | 2005-03-02 | 中国建筑材料科学研究院 | 一种高强度硅酸盐水泥熟料及其制备方法 |
| US8529690B1 (en) * | 2009-11-13 | 2013-09-10 | Nanjing University Of Technology | Process for controlling a crystal form of alite in portland cement clinker |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104628273B (zh) * | 2015-01-22 | 2017-02-22 | 南京工业大学 | 气相沉积合成硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的方法 |
-
2020
- 2020-03-19 CN CN202010193905.0A patent/CN111302681B/zh active Active
-
2021
- 2021-03-01 RU RU2021105141A patent/RU2763949C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6599123B2 (en) * | 2001-07-13 | 2003-07-29 | Homero Ramirez-Tobias | Method to produce cement clinker using high sulfur content fuel |
| CN1587157A (zh) * | 2004-09-14 | 2005-03-02 | 中国建筑材料科学研究院 | 一种高强度硅酸盐水泥熟料及其制备方法 |
| US8529690B1 (en) * | 2009-11-13 | 2013-09-10 | Nanjing University Of Technology | Process for controlling a crystal form of alite in portland cement clinker |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АНДРЕЕВА Н.А. Химия цемента и вяжущих веществ: учебное пособие. - СПбГАСУ.- СПб, 2011, с. 40-57. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111302681B (zh) | 2021-02-26 |
| CN111302681A (zh) | 2020-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Romano et al. | Hydration of Portland cement with red mud as mineral addition | |
| EP3498681A1 (en) | Use of carbonated recycled concrete fines as supplementary cementitious material | |
| EA036120B1 (ru) | Карбонизируемые композиции на основе силиката кальция и способы их изготовления и использования | |
| JP4705846B2 (ja) | セメントクリンカーおよびセメント組成物 | |
| JP5029768B1 (ja) | セメント組成物及びその製造方法 | |
| WO2024119867A1 (zh) | 一种低碳水泥熟料及制备方法 | |
| WO2022095531A1 (zh) | 一种水泥熟料中阿利特晶体结构调控方法 | |
| JP2012246190A (ja) | セメント組成物の製造方法 | |
| Wang et al. | Study on the preparation of high performance concrete using steel slag and iron ore tail-ings | |
| Xie et al. | Characterization and use of biomass power plant ash in sulfoaluminate cementitious materials | |
| WO2022095515A1 (zh) | 一种硅酸盐水泥熟料及其制备方法 | |
| CN114213043A (zh) | 一种高贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥熟料及其制备方法 | |
| RU2763949C1 (ru) | Способ регулировки и контроля кристаллической формы алита в портландцементном клинкере посредством реакции газа с твердым веществом | |
| Siauciunas et al. | Heat flow and strength properties of perspective hydraulic binder material | |
| CN111747665A (zh) | 一种添加拜耳法赤泥的成品水泥制作工艺 | |
| EP3687950B1 (en) | Manufacturing a binder with high beta belite content | |
| Dvořák et al. | Thaumasite formation by hydration of sulphosilicate clinker | |
| Vaičiukynienė et al. | Blended cement systems with zeolitized silica fume | |
| Dai et al. | Effect of MgO on calcination and properties of belite-barium calcium sulphoaluminate cement clinker with Na2O and K2O | |
| US20220363601A1 (en) | Use of a clay for producing a pozzolanic material | |
| Kohout et al. | Preparation, manufacture and properties of new β-belite cement | |
| Šebestová et al. | Experimental study of autoclaved aerated concrete using circulating fluidized-bed combustion fly ash | |
| Sharonova et al. | Factors for increasing strength of composite materials based on fine high-calcium fly ash | |
| Papayianni et al. | Products of alkali-activated calcareous fly ash and glass cullet | |
| JP3202061B2 (ja) | 高流動性セメントとその製造方法 |