А. Кривошея, Е. Федоренко, Э. Хоботова, М. Уханёва

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Отвальные шлаки угледобычи как сырьевой компонент производства цемента

Целью работы являлось обоснование использования отходов угледобычи в качестве сырьевого компонента производства шлакопортландцемента. Экспериментальные методы исследования: рентгенофазовый и электронно-зондового микроанализа. Спекание цементного клинкера с отходами угледобычи проводилось при 1460 ⁰С. Содержание главных оксидов клинкера, участвующих в последующем минералообразовании в обоих образцах приблизительно одинаково (таблица 1).

Цементный клинкер с отходами угледобычи шахты Хмельницкая				Цементный клинкер с отходами угледобычи шахты им. Свердлова
Элемент	Массовая доля элемента, %	Оксид	Массовая доля оксида, %	Элемент	Массовая доля элемента, %	Оксид	Массовая доля оксида, %
Ca	48,505	CaO	67,869	Ca	49,603	CaO	69,404
Si	8,248	SiO2	17,644	Si	8,273	SiO2	17,698
Al	2,329	Al2O3	4,401	Al	2,138	Al2O3	4,04
Mg	1,163	MgO	1,929	Mg	1,520	MgO	2,521
Fe	4,651	Fe2O3	6,650	Fe	3,503	Fe2O3	5,009
O	34,243			O	34,120

Таблица 1 Элементный и оксидный состав цементного клинкера с отходами угледобычи

Оксидный состав фракций шлака дает возможность охарактеризовать их с позиций использования в производстве вяжущих материалов. В таблице 2 представлены результаты расчетов отдельных модулей как количественных показателей оксидного состава: модуля основности Мо, силикатного Мс, гидравлического М гидр., глиноземисто-железистого Мг.ж., глинитного, Мгл., а также коэффициента качества КК, и коэффициента насыщения КН, рассчитанного различными методами. В скобках указаны оптимальные

Таблица 2 – Оценка цементного клинкера с отходами угледобычи шахт Хмельницкая и им. Свердлова согласно модульной классификации

Модуль	Значение модулей для клинкера с отходами шахт
	Хмель-ницкая	им. Сверд-лова
Мо=	2,43	2,69
Мс= ; в производстве портландцемента 1,7-3,5	1,59	1,96
Мгидр.= в производстве портландцемента 1,7-2,4	2,37	2,59
Мг.ж.= как глинитно-железистая минеральная добавка >0,49	0,63	0,51
КК=	4,21	4,29
Мгл.= в производстве портландцемента 1,5-2,5	0,66	0,81
КН= в производстве портландцемента 0,85-0,95	1,18	1,23
КН по Ли-Паркеру КН= в производстве портландцемента 85-100	115,2	120,5
КН по Кинду-Джангу КН= в производстве портландцемента 0,92-0,95	0,93	0,98

значения модулей для оксидного состава портландцементного клинкера. Образцы клинкера являются основными (Мо>1). Значения Мгл. ниже указанного оптимального интервала для материалов производства портландцемента. Однако другие количественные показатели соответствуют показателям материалов производства вяжущих материалов. А именно: коэффициент качества КК соответствует активной группе материалов (КК>1,6). Величина силикатного модуля Мс практически укладывается в интервал значений для портландцементного клинкера.

Образцы цементного клинкера с отходами угледобычи характеризуются высокими гидравлическими свойствами. Гидравлический модуль Мгидр. достаточно высокий для обоих образцов. Рассчитаны высокие значения КН.

Важной характеристикой клинкера является его минералогический состав. Согласно результатам рентгенофазового анализа найдены следующие фазы минералов. Образец клинкера с отходами шахты Хмельницкая: 54СаО·16SiO₂·Al₂O₃·MgO; Ca₂SiO₄ ларнит; Ca₂(Al,Fe)₂O₅ браунмиллерит; Ca₃SiO₅ силикат кальция; Ca₁₄Mg₂(SiO₄)₈ бредигит; Ca₂Al(Al,Si)₂O₇ геленит; Ca₃Al₂O₆ оксид кальция-алюминия. Образец клинкера с отходами шахты им. Свердлова: 54СаО·16SiO₂·Al₂O₃·MgO; Ca₃Al₂O₆; Ca₂(Al,Fe)₂O₅; Al₂O_3; CaAl₂(Si₂Al₂)O₁₀(OH)₂ маргарит; Ca₂SiO₄. Фазы указаны в порядке уменьшения их содержания. Для технологии вяжущих веществ в спеченных образцах цементного клинкера важными являются сразу несколько минералов, представляющих собой основу портландцементного клинкера. Минералы ларнит и бредигит являются, соответственно, β- и α'-формами двухкальциевого силиката. Они входят в состав белита. Соединение 3СаО^.SiO₂ (С₃S), образовавшееся в цементном клинкере, является алитом. Состав алита 54СаО·16SiO₂·Al₂O₃·MgO относится к наиболее распространенным. Браунмиллерит и трехкальциевый алюминат обладают вяжущими свойствами и являются минералами портландцементного клинкера.

Выводы. Исходя из экспериментальных данных по оксидному и минералогическому составу цементного клинкера с отходами угледобычи и по совокупности количественных модульных показателей материалов отходы угледобычи шахт Хмельницкая и им. Свердлова можно рекомендовать в производстве шлакопортландцемента.