Глиноземді цемент өндіру

КІРІСПЕ

Байланыстырушы заттар құрылыста жэне құрылыс бұйымдары мен конструкцияларын жасарда қолданылады. Оларды түрлі тұрғын және өнеркәсіптік үйлердің бөлшектерін (блоктары мен панельдерін, арқалықтары мен фермаларын, бағаналары мен арқаларын) зауыттық жағдайда жасап шығаруға қолданумен қатар, біртұтас үйлер, силостар, мұнаралар тұрғызуға, плотиналар жэне түрлі біртұтас құрылымдар салуга қолданады. Оның сыртында бұл байланыстырушылар неше түрлі тас және темірбетон конструкцияларын бір-біріне жалғастыра жинау үшін де қолдануға қажет тиімді затгар. Әсіресе, индустриялық әдіспен үйлер салу үрдісінің дамуына байланысты осы байланыстырушы заттар негізінде зауытта жасалынатын жиналмалы конструкциялар мен бұйымдар көлемі де жылдан жылга көбеюде. Мұнымен қатар үйлер мен ғимараттардың индустриялық жэне жеделдете салу әдістері, оларды сан алуан жағдайларда пайдалану шарттары ғалымдар мен инженерлік- техникалық құрылысшьшар алдына тез және өте тез қатаятын, жұмсартылған (пластифицияланған), кеңейе қатаятын, қышқьшға төзімді, тампонаждық және тагы басқа түрлі түсті тиімді цементтерді жасауды, оларды құрылыс салаларында қолдану тәсілдерін игеру проблемаларын қойғанды. XX ғасырдың екінші жартысынан бері минералдық байланыстырушы заттар шығару өндірістерінде елеулі прогрессивтік даму үрдісі болып келеді. Біріншіден, белгілі өндіріс технологиялары жоғаргы деңгейге жетілдірілді, екіншіден, байланыстырушы материалдар сапасы мен саны ұлғаюымен қатар түрлі жағдайда үйлер мен ғимаратгардың пайдалануына сэйкес мықтылық шегі (маркасы) жоғары, нешебір агрессивтік жағдайға төзімді цементтер шығару эдістері қалыптасып, олармен құрьшысшыларды қамтамасыз ету проблемасы қазіргі күндері толығымен шешілген. Үшіншіден, қазір ТМД экономикалық кеңістігінде цемент өндіру көлемі жылына 130 млн. т. асады. Цементтің түр-түрлерін және жиналмалы бетон, темірбетон бұйымдары мен конструкцияларын жасау көлемі бойынша ТМД дүниежүзінде бірінші орынға ие болып келеді.

Бейорганикалық байланыстырғыш заттар деп - сумен араластырғанда жақсы иленетін жəне бірте-бірте қатайып, тасқа айналатын минералдардан құралған, таужыныстардан күйдіру арқылы алынатын ұнтақтарды атайды. Сондықтан олар - бейорганикалық немесе минералды байланыстырғыш заттар деп аталынады. Минералды байланыстырғыш заттар алдымен 2 ірі топқа: ауалық жəне гидравликалық болып бөлінеді. Гидравликалық байланыстырғыштардан су қосып алынатын қамыр, алдымен ауада аз уақыт қатайғаннан барып, су астында жəне басқа ылғалды жерде одан əрі беріктелініп, қатая түседі. Бұл топқа портландцемент пен оның түрлері, глинозем цементі жəне оның негізінде алынатын цементтер жатады.

1 Глиноземді цементтің сипаттамасы

Глиноземдіқ цемент - тез қатаятын гидравликалық байланыстырушы зат. Оны оптимальды мөлшерде бокситтен / АІ ₂ О ₃ x nН ₂ О/ және эк тасынан / СаСО ₃ / тұратын шикі араласпасын балқығанға дейін өртенген өнімді ұнтақтау арқылы алады. Оның құрамында төменгі негізді кальцийлік алюминаты басым болады. Портландцементтен және басқа цементтерден айырмашылыгы - оған гипс те және активті минералдық заттар да қосылмайды. Оны алу үшін боксит пен əктасты əбден майдалап жасаған шихтаны (50% Al2O3, 40% CaO, 10% SiO) 1300°С-та Құрылыс материалдары 101 қыздырып не 1400°С-та балқытады. Күйдірілген клинкерді жайлап суытады. Алынған клинкер көбінесе төменгі негізді (бір кальцийлі) алюминаттан тұрады. Мұны балқыту тəсілі құрамында темір мен кремний тотығы көп бокситтерді шикізат ретінде қолданғанда пайдаланады. Глиноземді цемент қатайғанша 3-тəулікте (1-кестедегі) мына маркаларға (400, 500, 600) иленеді.

1-Кесте-Глиноземді цемент беріктігінің көрсеткіштері

Бұл жағдайда өте берік кристалдары тақташа гексогональді 2 кальцийлі гидроалюминат түзіледі: 2(CaO×Ai2O3) + 11H2O = 2CaO×Al2O3×8H2O + 2Al(OH) 3. Шамасы 5-6 сағат ішінде глинозем цементінен құйылған тас (массалық құрамы 1:3 пластикалы ерітіндіден) маркалық беріктігінің 30%-не, ал 1 тəулікте 55%-не ие болады (6. 5-кесте) . Нормалы қоюлығы 23-26% аралығында. Ұстасу мерзімінің басталуы 30 мин дейін, ал аяқталуы - 12 сағаттан кем болмауы керек.

Глиноземдық цементтің химиялық құрамы кеңаралық мөлшерде сипатталынады/пайызбен/:

АІ ₂ О ₃ - 35-50%, SiO ₂ - 5-15%, Fe2O3 - 5-15%, TiO2 - 1, 5/2, 6%, MgO - 0, 5/1, 5%

Минералдық құрамы шикі араласпаның химиялық кұрамына және өндіру тәсіліне байланысты. Оның ең маңызды минералдарына мыналар жатады: CaO•АІ ₂ О ₃ (CA) ; 12CaO•7АІ ₂ О ₃ (C ₁₂ A ₇ ) ; CaO•2АІ ₂ О ₃ (CA ₄ ) ; Мұның ішіндегі глиноземдық цемент үшін ең маңыздысы CaO•АІ ₂ О ₃ (CA) - кальцийлік моноалюминаты. Осы минералдың арқасында глиноземдық цемент тез қатаяды. Глиноземдық цемент көп әктілі /СаО>40%/ жэне аз әктілі /СаО < 40%/ болып екіге бөлінеді. Жоғары әктілінің құрамында сонымен қатар біркальцийлі алюминатпен бірге C ₁₂ A ₇ кездеседі, ал аз әктінің құрамында CA ₄ кездеседі. Осыған сай минералдың құрамында жэне қатаю процесінде аздаған өзгерістер болады. Сондықтан шикі араласпаның химиялық құрамын дайын өнімде СА ₂ мөлшері едәуір басым болатындай етіп дайындайды. Бокситтің құрамында құмның көрсетілген мөлшерден көп болганы жарамсыз. Себебі баяу қатаятын 2CaO•АІ ₂ О ₃ пайда болады да, глиноземдық цементтің сапасын төмендетіп жібереді. C ₁₂ A ₇ және СА ₂ екі модификациялы түрде кездеседі: тұрақты және тұрақсыз. Глиноземді цементте C ₁₂ A ₇ және СА ₂ негізінен тұрақты түрде байқалады. C ₁₂ A ₇ таза күйінде тез ұстасады және алғашқы қатаю мерзімдерінде жоғары беріктілік көрсетеді, алайда алдағы уақытта төмендейді. Жеке алынған СА ₂ ұзақ уақыт аралығында ұстасуы жүреді және гидротациоланады, нәтижесінде ұзақ уақыт аралығында жоғары беріктікке ие болады.

Глинеземді цементтің құрамында 2CaO•SiО ₂ •АІ ₂ О ₃ гелениті және 2CaO•SiО ₂ кездеседі. Кристалды күйдегі геленит глиноземді цементтің құрамында практикалық жүзінде белсенді емес. Қаныққан әкті-гипс ерітітіндісінде оның белсенділігі біршама артады. Гелениттің байланысу қасиеті ірі кристалды құрамына қарағанда, шыны тәрізді және метал кристалды құрамында жақсырақ. Гелениттің құрылуына глинозем жұмсалады. Бұл белсенді компонент - кальций алюминатын анағұрлым азайтады. Осылайша глиноземді цементтің құрамында SiО ₂ аз болуына ұмтылуы керек. SiО ₂ мөлшері аз болған жағдайда (4-5%-ға дейін), СА кристалдық торда оңай еріте алғандықтан, қолайлы әсерін тигізеді.

Құрамында темір бар глиноземді цементтер қатты ерітінді күйінде

С ₆ А ₂ F - С ₂ F шегінде болады. Сондай-ақ құрамында 2CaO• Fe ₂ О ₃ ,

CaO•Fe ₂ О ₃ , Fe ₃ О ₄ және FеО кездесуі мүмкін. Глиноземді цементтің құрамында MgО-ның кездесуі, магнезиалды шпинелдің - MgО•АІ ₂ О кездесуіне әкеліп соқтырады. Оған қосымша ол периклаз, окераманит(2CaO• MgО•АІ ₂ О) және төрт қосылыстағы 6CaO• MgО•АІ ₂ О• SiО ₂ . Глинозем аз белсенді заттармен байланысқан жағдайда, қасиеттерін біршама төмендетіп жібереді.

Глиноземді цемент қатайғанша 3-тəулікте бірқатар юерітікке ие болады. Глиноземдік цементтің физико-механикалық көрсеткіштері 2-кестеде көрсетілген.

2-кесте-Глиноземдік цементтің физико-механикалық көрсеткіштері

Егер бетонның температурасы 25-30°С-тан асса, онда 2 кальцийлі гидроалюминат (қысқаша С2АН8) кристалдары куб формалы 3 кальцийлі гидроалюминатқа (қысқаша С3АН6) ауысып, цемент ішін кернеп, бетонның беріктігін 2-3 есе азайтады. Сондықтан бұл цементті көлемді бұйымдар, конструкциялар өндіруге пайдалануға болмайды. Өйткені, цемент қатайғанда жылу бөлінуі салдарынан мұндай денелерде температура жоғарылап, 25-30°С-тан асып кетуі мүмкін. Глиноземді цементтен жасалған бетондар суға, сульфатқа, отқа төзімді. Өйткені, оның құрамында Са(ОН) 2 жəне С3АН6 жоқ. Сондықтан ол көрсетілген орталарда төзімді бетондар мен сылақтар даярлауға, сонымен қатар суық мұнай жəне газ скважиналарын бекіту, жөндеуге, монтаж жұмыстарын жүргізуге, кеңейгіш жəне кернегіш цементтер өндіруге қолданады. Бұл цементтің бағасы портландцементпен салыстырғанда 3-4 есе қымбат.

2 Шикізатқа анықтама

Қазіргі кезде алюминий тотығын тек бокситтен ғана өндіріп келеді, ал алюминий тотығын бокситтен басқа құрамында алюминий оксиді бар заттардан алуға болатыны бізге белгілі.

Боксит - құрамында негізінен алюминий оксиді, кремний, темір оксидтері және басқа металлдар бар тау жынысы. Боксит деген атау француздың Бо (Баих) қаласынан алынған сөз, алғаш рет 1821 жылы табылды.

Сыртқы түсі бокситтің әртүрлі болып келгенімен көбінесе қызғылт түсті қатты өнім және жиі-жиі ақ, сары, жасыл түсті бокситтер де кездесіп отырады.

Қызыл түсті болып келетін себебі бокситтің құрамында темір оксидінің көп екендігін көрсетеді, темірдің құрамы аз болса бокситтің түсі сұрғылт немесе ақшыл болып келеді.

Бокситтің құрамында алюминий тотығы, яғни алюминий оксиді қаншалықты көп болып, ал кремний қосылыстары аз болатын болса ол соншалықты сапалы боксит болып есептеледі. Бұл екі компоненттің массалық қатынастары кремнилік модулі арқылы көрсетіледі

Мысалы: Бокситтегі Al ₂ O ₃ пайызы 45 тең дейік, яғни бір тонна бокситте 450 кг Al ₂ O ₃ бар, ал бокситтегі SiO ₂ пайызы 12, 5 тең дейік, яғни бір тонна бокситте 125 кг SiO ₂ бар, сонда

Бокситтің кремнилік модуль саны 3, 5 - 20 аралықта орналасады және құрамындағы алюминий оксиді төмендегідей минералдардан тұрады:

- гидраргиллит - Al(OH) ₃ ;

- бемит - Al(OOH) ;

- диаспор - Al(OOH) ;

- α - корунд (сирек кездеседі) .

Өндірістерде жоғарғы сапалы құрамында кремнийі аз бокситтерді (кремнилік модулі 6-дан жоғары µ ≥ 6) Байерлік тізбегі әдісімен өндіреді, ал құрамында кремниі көп бокситтерді (кремнилік модулі 6-дан төмен µ ≤ 6) күйежентектелу немесе жүйеленген Байер-күйежентектелу әдістерімен өндіреді.

Нефелиннен алюминий тотығын тек күйежентектелу тәсілін қолдану арқылы алса, алуниттен тотықсыздану-сілтілік тәсілімен алады.

Дамыған мемлекеттерде бокситтің жалпы қоры 62, 4 млрд тоннаға жуық, 45 мемлекетте бокситтің қоры бар екендігі анықталса да, тек солардың 22 мемлекетінде боксит қазылып алынды.

Боксит тек қана алюминий өндірісінде қолданылып қоймай, сонымен қатар элекрокорунд, алюминий тотықты цемент өндірістерінде және оттөзімді материал ретінде, негізгі мартендік болат қорытуда қождама ретінде кеңінен қолданылады.

Боксит мұнайды күкірттен тазалауға да көп қолданылады, ал кейбір мемлекеттерде бокситті минералдық бояулар алу үшін қолданады.

Құрамындағы Al ₂ O ₃ -не және кремнилік модуліне байланысты бокситтер төмендегі маркалар мен түрлерге бөлінеді (1 кесте) .

3- кесте - Боксит маркалар мен түрлері

Жалпы металлогиялық құрамы бойынша бокситтер тастақ, қопсыма, құрғақ және сазды болып бөлінгенімен олардың арасында анық бөлінген шекарасы жоқ.

Тастақ бокситтің құрамы 6-78%; қопсыма бокситтікі 2-51%; құрғақ бокситтікі 2-46%; ал сазды бокситтердің құрамы 5-72% құрайды. Торғай және Краснооктябрь мекенжайларының бокситтері гидраргилитті (гиббситті) бокситер - Al (OH) ₃ түріне жатады. Боксит құрамдастар - Al (OH) ₃ гидраргилит; ақсаздық (Al ₂ O ₃ ·2SiO ₂ ·2H ₂ O) ; темір окcидтері - Fe ₂ O ₃ ; FeCO ₃ - cидерит: FeS ₂ - пирит; CuFeS ₂ - халькопирит болып табылады.

4- кесте-Бокситтің сапалық көрсеткіші

Егер өндірілетін бокситтің құрамында органикалық лигнит 0, 8% асатын болса өндірілетін өнімнің сапасына да, көлеміне де кері әсер етіп, глинозем өндірісінің өзіндік құнын өсіреді және технологияға кері әсерін тигізеді.

2 Технологиялық бөлімі

2. 1 Глиноземдық цементті өндіру

Глиноземді цементке шикізат ретінде саз бен боксит жүреді. Оны екі тэсілмен өндіреді. Біріншісі, ұнтақгалган шикі араласпаны айналмалы пеште балқытуга жеткізе күйдіруге /1150-1250 °С/ негізделген, ал екіншісі - вагранкада, электрлік жэне домналық пештерде /1500-1600 С/ түгел ерітіп бапқьпуға негізделген.

Толық ерітіп қорытылган масса жайлап суытылады. Себебі баяу суытылган кездегі құралган кристалдық кальций алюминатының байланыстьфушы қасиеті жоғарьшау болады. Бірақ алынған клинкердің қаттьшығы тіпті биік болады. Сондықтан оны қуатгы 131 ұсақтаушыларда алдын-ала екі стадиялық жүйе бойынша ұсақтап, сонан кейін доңғалақ диірменде ұнтақтайды. Қорытылған клинкерді ұнтақтауға кететін электрлік энергия балқыта алынған клинкерді ұнтақтауға жұмсапатын энергиядан екі есе көп. Ұнтақтау процесін №008 електе 10 пайыздан көп қалмайтындай етіп жүргізеді.

Глинезомді цемент жентектеу әдісімен өндіру процесінде балқу интервалының шағын болуымен және балқу температурасы мен жентектелу температурасының аз айырмашылығымен байланысты біршама қиындықтар кездесуі мүмкін.

Глиноземдік цементтің қатаюы кэдімгі портландцементтің қатаю процесіне ұқсас. Дегенмен, қатаюының химиялық негізінде біраз ерекшелігі бар. Атап айтқанда, бір кальцийлік алюминат глиноземдік цементтің қатаю кезеңінде гидратацияланады, сөйтіп алдымен майда тілік сияқты 10 сулы гидроалюминат - СаО•АІ ₂ О ₃ •10Н ₂ О кристалдарынан құралады. Бұл жаңа құрылған қосынды мына төмендегі жалпы химиялық теңдеу бойынша тұрақтылау екі кальцийлік гидроалюминатқа көшеді:

2(СаО•АІ ₂ О ₃ ) +11Н ₂ О = 2СаО•АІ ₂ О ₃ •8Н ₂ О + 2АІ(ОН) ₃

СаО•АІ ₂ О ₃ - температурасы 20-25°С жағдайда қатайғанда үш кальцийлік гидроалюминаттьщ куб тәрізді кристалдары құралуы да мүмкін 3СаО•АІ ₂ О ₃ •6Н ₂ О.

2СаО•АІ ₂ О ₃ •8Н ₂ О + СаО•АІ ₂ О ₃ + Н ₂ О = 3СаО•АІ ₂ О ₃ •6Н ₂ О +2АІ(ОН) ₃

Химиялық жаңа құрама (қосынды) 3СаО•АІ ₂ О ₃ •6Н ₂ О цемент тасының структурасын бостау етіп құрайды. Ал, бұл гидраттық қосынды глиноземдық цемент жогарьшау температурада қатайғанда пайда болады. Сондықтан жылу бумен өңдеу немесе қыздыру процестері глиноземдық цементгің мықтылығын және басқа құрылыстық қасиетін нашарлатып жібереді.

Глиноземдық цементті әкпен арапастыруға болмайды, себебі әк Са(ОН) г суда бір кальцийлік алюминатпен ете тез әрекеттесіп үш кальцийлі гидроалюминат құрады:

СаО•АІ ₂ О ₃ + 2Са(ОН) ₂ + 4Н ₂ О =3СаО•АІ ₂ О ₃ •6Н ₂ О.

Осының нәтижесінде мықтьшығы нашар үш кальцийлі гидроалюминаттың глиноземдық цементке тигізетін теріс әсері күшейіп кетеді, оның сапасын тіпті нашарлатып жібереді. Осы себеп бойынша оны портландцементпен де араластыруга болмайды. Демек портландцемент қатайғанда пайда болатын Са(ОН) ₂ , глиноземдық цемент қатайғанда пайда болатын А1(ОН) ₃ немесе кальций гидроалюминатымен тездете әрекеттесіп мықтылығы төмен 3СаО•АІ ₂ О ₃ •6Н ₂ О құрады. Осының нәтижесінде реакция өрісінде Са(ОН) ₂ және А1(ОН) ₃ қалмайды. Сондықтан СаО•АІ ₂ О ₃ жэне

3CaO •SiО ₂ гидролизі жылдамдатылады, ұстасу процесі лезде бітеді, ал цемент тасыньщ мықтылыгы өте төмен болып шығады. Портландцементтің немесе глиноземдық цементтің қатаю процестерін тездетудің қажеті болғанда, жогарыдағы айтылған жағдайларды еске алған жөн.

Глиноземдық цемент шапшаң қатайғанымен, баяу ұстасады. Үстасу мезгілінің басы 30 мин ерте емес те, соңы 12 сағ кеш болмайды. Ұстасуын тездету үшін Са(ОН) ₂ , CaSO ₄ , NaOH, Na ₂ SO ₄ , H ₂ SO ₄ , NaCO ₃ жэне т. б. ерітінділерді қосады. Ал, үстасу мезгілін баяулату үшін хлорлық натрийді, калийді және барийді, түз қышкылын қосады.

Глиноземдық цементке 10-20 пайыз граншлак қосқанда оның мықтылығы төмендемейді. Одан көбірек қосып сондай-ақ тез қатаятын, бірақ мықтылығы аздап төмендеу шлактық глиноземдық цемент алуға болады.

Глиноземдьіқ цемент қатаю жағдайына өте сезімтал келеді. Бұл негізінде алынған бетонды ең аз дегенде 1 сөтке ылғалды жерде сақтау керек. Қатаю кезінде бетонның температурасы 25 С аспағаны жөн. Олай болмағанда бетонның мықтылығы жылдам төмендеп кетеді. Осыған орай оның қатаю мезгілінің бастапқы - 2 - 3 күннің ішінде, барлық гидратациялық жылудың 70 - 80 пайызы бөлінеді. Оның үстіне бөлініп шығатын жылудың мөлшері жоғары экзотермиялық цементтегіден едәуір көп. Осы себептен глиноземдық цементті суық кездерде қолданған орынды. Бірақ температура тіпті төмендеп кетсе, қатаю тоқтап қалады. Ал, массасы зор қүрылыс бөлшектерін жасауға, күні ыстық аудандарда немесе жылумен өңдейтін бетон және темірбетон жасауға қолдануға глиноземдық цемент жарамайды.

Бұл цементтің нормальды қатаюы үшін температурасы 15 - 16 С ылгалды орта керек.

Жоғарыда айтылган үш кальцийлік гидроалюминаттың зияндығын кетіруі үшін П. П. Будников глиноземдық цементке 20 - 30 % ангидрид қосуды үсынған. Сонда ангидрит үш кальцийлік гидроалюминатпен мына төмендегі теңдеу бойынша эрекеттеседі:

3СаО•АІ ₂ О ₃ •6Н ₂ О + 3CaSO ₄ + 25 Н ₂ О = 3СаО•АІ2О33CaSO ₄ • 31Н ₂ О

осының нәтижесінде глиноземдық цементтің құрылыстық қасиеті жақсарады, массивті бетон биналарын соғу үшін де мүмкіндік туады. Қүрылыста Са804 қосылган глиноземдық цементті ангидритгі- глиноземдық цемент деп атайды /АГ - цемент/. Бүл цемент жоғарыланған температурада қатайғанда, таза глиноземдық цементке қарағанда мықтылығын едәуір көтеріңкі көрсетеді.

---

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.

• Іс жүргізу
• Автоматтандыру, Техника
• Алғашқы әскери дайындық
• Астрономия
• Ауыл шаруашылығы
• Банк ісі
• Бизнесті бағалау
• Биология
• Бухгалтерлік іс
• Валеология
• Ветеринария
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Дін
• Ет, сүт, шарап өнімдері
• Жалпы тарих
• Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
• Журналистика
• Информатика
• Кеден ісі
• Маркетинг
• Математика, Геометрия
• Медицина
• Мемлекеттік басқару
• Менеджмент
• Мұнай, Газ
• Мұрағат ісі
• Мәдениеттану
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
• Педагогика
• Полиграфия
• Психология
• Салық
• Саясаттану
• Сақтандыру
• Сертификаттау, стандарттау
• Социология, Демография
• Спорт
• Статистика
• Тілтану, Филология
• Тарихи тұлғалар
• Тау-кен ісі
• Транспорт
• Туризм
• Физика
• Философия
• Халықаралық қатынастар
• Химия
• Экология, Қоршаған ортаны қорғау
• Экономика
• Экономикалық география
• Электротехника
• Қазақстан тарихы
• Қаржы
• Құрылыс
• Құқық, Криминалистика
• Әдебиет
• Өнер, музыка
• Өнеркәсіп, Өндіріс