Тауасарова Д.Е., Колесников А.С., Айтуреев М.Ж., Жакипбаев Б.Е., Кочеров Е.Н., Кутжанова А.Н., Естауова А.А., Ерубай А.А.,

Калыбаева М.И., Кулмаханова А.Ш., Жаксылык Е.

РГП «Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова», Казахстан, г. Шымкент

Исследование получения цементного клинкера для тампонажных цементов

При помощи программного комплекса «ROCS» [1] с целью оптимизации сырьевой смеси (таблица 1) и минерального состава клинкера, предназначенного для получения тампонажного цемента, нами был произведен ряд расчетов (8 составов) с различным коэффициентом насыщения (таблица 2). Из всех проведенных расчетов нами были взят за основу состав №6, в частности при КН равном 0,90 (таблица 2), на основании минералогического состава клинкера, в частности содержания алитовой фазы.

Таблица 1 – Химический состав сырьевых компонентов

Химический состав сырьевых компонентов
	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	Na₂O	K₂O	ППП	Прочее
Известняк	1,29	0,15	0,44	54,88	0,60	-	-	-	42,32	0,32
Зола ТЭЦ	58,77	8,24	7,74	15,62	-	-	-	-	9,63	2,30

Таблица 2- Расчет и оптимизация сырьевых смесей и клинкера по минералогическому составу.

№	КН	C₃S,%	C₂S,%	C₃A,%	C₄AF,%	ТЭК, кДж	Gтопл, кг/т кл.
1	0,88	57,55	24,48	2,94	10,38	1357,779	187,3
2	0,89	59,85	22,30	2,92	10,32	1369,502	187,9
3	0,90	62,11	20,14	2,89	10,26	1381,225	188,5
4	0,91	65,35	17,01	2,86	10,20	1392,948	189,1
5	0,92	66,56	15,91	2,84	10,14	1404,671	189,8
6	0,93	68,73	13,83	2,81	10,09	1415,976	190,4
7	0,94	70,88	11,79	2,79	10,03	1426,861	191,0
8	0,95	73,00	9,77	2,77	9,97	1438,166	191,6

Из проведенной оптимизации состава сырьевой смеси, минералогического состава клинкера, расхода условного топлива самыми оптимальными параметрами являются данные состава сырьевой смеси, минералогического состава и данные расхода условного топлива при коэффициенте насыщения - 0,90, которые приведены в таблице 2.

Согласно проведенной оптимизации и расчетам сырьевой смеси и минералогического состава клинкера для синтеза цементного клинкера с помощью гидравлического пресса ПГМ-100-МГ4-А и специального шаблона отформовывались таблетки сырьевой смеси массой 30-35грамм, которые в дальнейшем обжигались в высокотемпературной печи.

Обжиг сырьевой смеси (приближенная модель термической обработки сырьевой смеси) осуществлялся постепенным нагреванием с изотермической выдержкой 30 минут при максимальной температуре 1450ᵒС для клинкера с коэффициентом насыщения (КН) равном 0,90. Полученный спек подвергался резкому охлаждению с понижением температуры на 200ᵒС и дальнейшем охлаждении на воздухе, затем разбивался, часть измельчалась до удельной поверхности 275 м²/кг, а часть в виде скола отбиралась для микроскопического анализа на растровом электронном микроскопе.

Полученные после обжига клинкера анализировались на растровом электронном микроскопе с получением микрофотографий (рисунок 1) и элементного состава (рисунок 2).

Рисунок 1 – Микрофотография синтезированного клинкера, полученная на растровом электронном микроскопе

На микрофотографии, приведенной на рисунке 1 четко отображается ромбообразная структура, которая присуща минералу алиту (C₂S) с химической формулой 3CaO∙2SiO₂.

Элементный состав синтезированного клинкера, представленный на рисунке 2 также свидетельствует, о получении алитового цементного клинкера, из которого после помола можно получать тампонажный цемент.

Элемент	Весовой %	Атомный%

O	40.38	60.24
Na	0.45	0.47
Mg	2.91	2.86
Al	3.87	3.42
Si	9.20	7.82
S	0.79	0.59
K	0.68	0.41
Ca	37.64	22.42
Ti	0.31	0.15
Mn	0.17	0.07
Fe	3.61	1.54

Рисунок 2 – Элементный анализ синтезированного клинкера, полученный на растровом электронном микроскопе

Таким образом, на основании проведенных исследований следует что из известняка и золы ТЭЦ возможно получить цементный клинкер, используемый для получения тампонажных цементов согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 1581-96.

Литература

1 Трубаев П.А. Программа расчета и оптимизации цементных сырьевых смесей «ROCS»- Инструкция пользователя. БГТУ им В.Г. Шухова, Белгород, 2006г.- 60с.