Технологическая линия по производству специального клинкера глиноземистого

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

Пермский Национально  Исследовательский

Политехнический Институт

Строительный факультет

Кафедра строительных материалов и специальных технологий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 
по дисциплине «Вяжущие вещества»

 

НА ТЕМУ: Технологическая линия по производству  
специального клинкера глиноземистого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы ПСКз-09

Кирьянов Ю. В.

                                                    Проверил

Катаева Л.И. 

 

 

 

 

 

 

ПЕРМЬ 2012

 

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

Пермский Национально  Исследовательский

Политехнический Институт

Строительный факультет

Кафедра строительных материалов и специальных технологий

 

 

 

ЗАДАНИЕ

на разработку курсового проекта  по дисциплине

"Вяжущие вещества"

Студент Кирьянов Юрий Владимирович группа ПСКз -09

Тема курсового проекта: Запроектировать  технологическую линию 

по производству специального клинкера глиноземистого.

 

 

 

 

Исходные  данные для проектирования:

1. Производительность , т/год________300_____________________________________

2. Вид продукций______клинкер глиноземистый________________________________ 

3. Сырьевой  материал и их характеристики:

3.1 Бокситы ___ Аl(OH)₃ _____________________________________________________

3.2 Известняки____CaCO₃____________________________________________________

4. Особенности  технологического процесса______________________________________

5. Условия  работы технологической линий__непрерывный___________________________

6. Дополнительные  требования к продукций_____________________________________

7. Рекомендуемая  дополнительная литература ___________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дата выдачи проекта____________Дата защиты проекта______________

Руководитель  проекта____________________________________________

 

Оглавление    

Введение 4

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 5

1.1 Вещественный, химический и минералогический состав глиноземистого клинкера 5

1.2 Физико-химические процессы, происходящие при твердении вяжущего. 6

1.3 Свойства и область применения глиноземистого цемента 8

1.4  Сырьевые  материалы для   производства  продукта: 9

вещественный, химический  и  минералогический состав. 9

1.5 Показатели качества продукта 11

1.6. Анализ существующих технологических схем производства продукта 15

1.7  Правила приёмки, маркировки, транспортирования, хранения и упаковки продукта. Гарантии производителя 18

2. РАСЧЕТНО-ПРОЕКТНЫЙ РАЗДЕЛ 23

2.1 Расчетная функциональная технологическая  схема  производства продукта 23

2.2 Расчет шихты методом спекания высокоглиноземистого клинкера 24

2.3.  Расчет производственной программы технологической линии. 25

2.4. Подбор основного механического оборудования 27

2.5 Расчет потребности в электроэнергий. 31

Список литературы 32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Глиноземистый цемент — быстро твердеющее в воде и на воздухе высокопрочное  вяжущее вещество, получаемое путем  обжига до расплавления или спекания смеси материалов, богатых глиноземом, с известью или известняком и  последующего тонкого измельчения  продукта обжига. В отличие от портландцемента, клинкер которого состоит главным  образом из силикатов кальция, глиноземистый  цемент получают из шлака (расплава) или  клинкера, содержащего преимущественно  низко основные алюминаты кальция. О гидравлических свойствах низко основных алюминатов кальция было известно еще в XIX веке. Вика в то время высказал мысль о том, что цемент, в котором отношение суммы SiО2 + Al2О3 к сумме CaO + MgO больше единицы, должен быть сульфатостойким. Во Франции при исследовании способов получения сульфатостойкого цемента был получен глиноземистый цемент, который наряду с повышенной сульфатостойкостью отличался исключительно быстрым твердением и весьма высокой прочностью. Химический состав и технология получения этого цемента вследствие его замечательных свойств были засекречены французами в 1912 г. Военное ведомство использовало этот цемент в первой мировой войне для быстрого возведения фундаментов под тяжелые орудия, строительства пулеметных точек, а также для срочного восстановления различного вида сооружений. В нашей стране в результате самостоятельных исследований, проведенных группой ученых, было разработано несколько способов получения глиноземистого цемента и изучены физико-химические процессы его производства и твердения. Результаты этих работ позволили организовать производство глиноземистого цемента способом доменной плавки и рационально применять его во многих областях строительной индустрии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Вещественный, химический и минералогический состав глиноземистого клинкера

 

 
          Глиноземистый цемент представляет собой быстродействующий гидравлический вяжущий материал, который получают путем тонкого измельчения обожженной до спекания или сплавления богатой глиноземом сырьевой смеси. В качестве исходных материалов для получения глиноземного цемента используют известняк, известь или породы, с высоким содер.    Минералогический состав глиноземистого цемента зависит от состава исходного сырья и технологии производства. Важнейший минерал глиноземистого цемента — моноалюминат кальция СаО-А12О3, который обеспечивает при нормальных сроках схватывания быстрое твердение цемента. Однокальциевый алюминат может образовываться как по реакциям в твердой фазе, так и путем кристаллизации из расплава. Условия обжига и охлаждения определяют форму и размер кристаллов СА.жанием глинозема (Al2O3). Химический состав такого цемента включает Al2O3 (минимум 35%), CaO (минимум 36%), SiO2 (2 - 4%) и Fe2О3 (10 - 14%). Внешние параметры глиноземистого цемента - это тонкий порошок серо-зеленого, коричневого или черного цвета. 
         По прочности на сжатие глиноземистые цементы подразделяются на две группы: цемент марки ГЦ-40 и марки ГЦ-50. Различаются они следующими параметрами: к концу первых суток прочность цемента марки ГЦ-40 составляет 22,5 МПа, а марки ГЦ-50 - 27,4 МПа. В возрасте 3-х суток прочность ГЦ-40 - 40 МПа, ГЦ-50 - 50 МПа

В состав глиноземистого цемента входят и другие низкоосновные алюминаты: 5СаО-ЗА1₂О₃, 12СаО-7А1₂О₃, СаО-2А1₂О₃. C₅A₃ и C₁₂A₇ взаимодействуют с водой очень активно и схватываются уже в течение нескольких минут; СА₂ гидратируется менее энергично. Присутствие в сырье кремнезема и оксида железа обусловливает образование в клинкере глиноземистого цемента белита и твердых растворов алюмоферритов. Гидравлическая активность фаз, содержащих оксид железа, значительно ниже активности чистых кальциевых алюминатов. Двухкальциевый силикат — фактически инертная составляющая глиноземистого цемента, поскольку в сроки его твердения гидратации C₂S не происходит.

В качестве основного сырья для  изготовления глиноземистого цемента  используют бокситы и известняки (или известь). Боксит представляет собой гидроксид алюминия с примесями SiO₂, Fe₂O₃, ТiO₂, СаО и MgO. По количеству связанной воды различают бокситы, приближающиеся к диаспорам (А1₂О₃-Н₂О) и к гидроаргиллитам (А1₂О₃-ЗН₂О). Плотность боксита 2800—3500 кг/м³ в зависимости от содержания железа. Пригодность бокситов для производства глиноземистого цемента оценивают по величине их кремниевого модуля, представляющего отношение содержания А1₂О₃ к SiO₂ (по массе). Этот показатель должен быть не менее 5—6.

К известняку, используемому для производства глиноземистого цемента, не предъявляется  каких-либо особых требований, кроме  ограничения содержания SiO₂ (до 1,5 %) и MgO (до 2 %). Особенно нежелательно присутствие в сырье кремнезема, который при взаимодействии с СаО и А1₂О₃ образует геленит C₂AS. На каждый процент кремнезема получается 4,5 % геленита. Поскольку геленит в кристаллическом виде гидравлической активностью не обладает, то значительная часть глинозема связывается в инертном соединении.

1.2 Физико-химические процессы, происходящие при твердении вяжущего.

Температурные условия  твердения

     Твердение глиноземистого цемента — результат взаимодействия составляющих его минералов, в первую очередь основного компонента — однокальциевого алюмината СА, с водой с образованием гидратных соединений. Одиокальциевый алюминат при ограниченном количестве воды в смеси и при температуре не выше 20—22 °С реагирует по схеме СаО-А12ОзН-10Н2О = СаО-А12О3' •10Н2О.

     При 22—30 °С в присутствии воды САНю постепенно переходит в двухкальциевый гидроалюминат 2СаО-А120з-8И20, выделяющийся в виде пластинчатых кристаллов гексагональной системы. Одновременно образуется гидроксид алюминия в виде гелевидной массы. При температурах выше 30°С САНю и С2АН8   переходят   в трехкальциевый гидроалюминат ЗСаО-А12Оз-6Н20 с выделением гидрата глинозема (гиббсита) и воды. Преобразование САНю и С2АН8 в С3АН6 в большей мере зависит не только от температуры, но и от показателя рН среды: чем они выше, тем интенсивнее протекают реакции перехода гексагональных низкоосновных гидроалюминатов кальция в стабильный кубический СзАНе. И если превращение САНю или С2АН8 в С3АНб при обычной температуре (15—20 °С) может продолжаться десятилетия, то при 50—60 °С оно завершается в течение, суток и даже нескольких часов. Алюминат кальция С12А7, обычно присутствующий в глиноземистых цементах в небольшом количестве, при реакции с водой в зависимости от температуры образует те же гидраты, что и СаО-А12Оз (САНю, С2АН8 и С3АНр вместе с гиббситом).

      Алюминат кальция СА2, а также алюмоферриты и ферриты кальция, (3-C2S, входящие в состав этого цемента, взаимодействуя с водой, дают соответствующие гидраты. Образование гидроалюминатов кальция и твердение глиноземистого цемента протекают настолько интенсивно, что обычно уже через 24 ч от момента смешения вяжущего с водой достигается приблизительно 75—90 % конечной прочности, рост которой через 3 сут практически завершается. Следует подчеркнуть и такое своеобразие твердения рассматриваемого цемента, как резко отрицательное влияние на прочность температур выше 25—30 °С. В этих условиях наблюдается переход гексагонального 2СаО-А1203-8Н20 в кубический ЗСаО-А1203-'6Н20, что сопровождается появлением напряжений в твердеющей системе и значительным уменьшением прочности цементного камня. Это обстоятельство следует учитывать при применении глиноземистого. цемента еще и по той причине, что твердение его сопровождается интенсивным выделением теплоты, достигающим через сутки 70—80 % полной экзотермии. 

 

     При этом создаются предпосылки к нагреванию бетонов на глиноземистом цементе до 25—30 °С и выше с отрицательными последствиями для его прочности. По этой причине запрещается тепло-влажностная обработка бетонов на глиноземистом цементе (пропаривание и др.). При полной гидратации глиноземистого цемента выделяется теплоты 5-Ю2 кДж/кг.

    Для лучшего понимания причин снижения прочности бетона на глиноземистом цементе при температурах выше 30 °С следует учесть,   что при начальной гидратации 1 ч. по массе СаО-А1203 связывает 1,14 ч. воды с образованием СаО-А12Оз-10Н2О. При этом абсолютный объем твердой фазы в смеси СА с водой увеличивается в 3,71 раза, что способствует образованию малопористого прочного камня.

Переход же САНю в затвердевшей системе  в ЗСАО-.А1203.6Н20 по схеме 3(СаО- А1203- 10Н2О) =ЗСаО-. А1203 • 6Н20.+2 (А1203 • ЗН20) +18Н20 сопровождается обратным выделением из твердой фазы воды в жидком виде. Это уменьшает  ее объем на 52,6 % и резко увеличивает пористость камня, со всеми отрицательными последствиями для прочности, воздухо- и водопроницаемости, а также для стойкости во времени.

     Помимо всевозрастающей пористости цементного камня, несомненно, отрицательное воздействие на его свойства оказывает и неоднократная смена состава цементирующих веществ и микроструктуры новообразований. Например, гексагональный САНю перестраивается в .кубический СзАНв и моноклинный гиббсит АН3. При этом на долю первого в общем объеме твердой фазы в затвердевшей системе приходится 21,4 %, а на долю второго—18,5 %. Какое влияние оказывает каждое из этих веществ на прочность и другие свойства затвердевшего цемента, остается неизвестным. Устойчивым из них во времени является гиббсит АН3, в то время как ЗСаО-A120G'6H20 стечением временив присутствии влаги подвергается воздействию двуоксида углерода СОй, содержащегося в воздухе (0,03%). Карбонизации подвергаются все гидроалюминаты кальция, содержащиеся в затвердевшем глиноземистом цементе. Карбонизация С3АНб идет с образованием вначале гидрокарбоалюми-ната СзА-СаСОз-(11—13)Н20. Общая схема реакции: ЗСаО-АЬОз-бНаО+СОг = ЗСаС03+А1203'ЗН20+ЗН20. Здесь образуется кальцит и гидрат глинозема, по-видимому, в аморфном состоянии. Процесс карбонизации идет тем интенсивнее, чем пористее цементный камень и бетой. Кроме того, в большой степени ускоряют этот процесс щелочные соединения.

    Карбонизация гидроалюминатов кальция отражается и на нх защитных свойствах в отношении стальной арматуры. В затвердевшем глиноземистом цементе рН водной фазы достигает 11,5—11,7, что исключает возможность коррозии стали. Но с течением времени при пористом бетоне и развитии процесса карбонизации рН среды начинает уменьшаться. Этот показатель при полной карбонизации достигает 9; при этом значении рН коррозия стали становится неизбежной. Коррозии стали способствует также наличие в цементе сернистых соединений, что надо иметь в виду, оценивая его свойства. Для предотвращения коррозии рекомендуется готовить бетоны высокой плотности с повышенным расходом цемента (350—450 кг/м3), защищать арматуру надлежащим слоем бетона и обеспечивать работу конструкций при температурах не выше 15—25 °С.