Журнал «Эковестник», №3 • 2020 г. Читать весь номер онлайн

Оптимизация в производстве строительных материалов — залог экологического прорыва

Фарход Юлдашев

05.10.2020

Знаете ли вы, что такое гуминовые кислоты? Они представляют собой молекулярные образования с конденсированным ароматическим ядром, в боковых звеньях которых содержатся карбоксильные группы. Использование гуминовых веществ на основе бурых и окисленных каменных углей имеет промышленное значение для производства углещелочного реагента (УЩР).

УЩР применяют для обработки растворов, используемых в буровой технике. При обработке УЩР глинистых промывочных жидкостей возможно снижение водоотдачи в течение 30 минут до пяти кубических сантиметров даже в условиях применения морской воды и малоколлоидных глин, которые в необработанном виде имеют водоотдачу свыше 30 кубических сантиметров. В цементной промышленности УЩР стоит в ряду самых эффективных пластифицирующих реагентов для снижения влажности и увеличения подвижности сырьевых суспензий взамен других дорогостоящих химических продуктов.

Производство цемента мокрым способом до сих пор остается самым энергоемким и самым расточительным по расходу энергоресурсов. Наряду с высокой конкуренцией на рынке производства цемента производитель вынужден искать способы снижения энергозатрат, тем более при вводе новых линий сухого способа производства цемента.

Учитывая высокое энергопотребление при производстве цемента, снижение энергозатрат при получении клинкера — актуальная задача. Основным способом сокращения затрат тепла на производство цемента является изменение состава сырьевой смеси. Такой способ приводит к снижению влажности шлама: уменьшение затрат на испарение влаги из сырьевой смеси способствует увеличению производительности печей и сокращению расхода топлива по меньшей мере на 7–10%. Существует несколько способов снижения влажности шлама, а именно: механическое удаление влаги; введение пластифицирующих добавок различного химического состава, изменяющих его физико-химические и реологические свойства.

Остановимся на методах энергосбережения на основе снижения влажности шламов за счет введения пластифицирующих реагентов (в том числе и УЩР), влияющих на структурно-механические свойства сырьевых компонентов.

Доказано, что снижение влажности шлама на 1% при обжиге клинкера в печах мокрого способа производства дает возможность сократить расход топлива до 5%. Органические добавки, в свою очередь, выступают как вторичные энергетические компоненты, позволяющие вносить в сырьевую суспензию дополнительное тепло, разогревая обжигаемый материал изнутри за счет совместного влияния выгорания горючей составляющей пластификаторов и передачи тепла газового потока материалу, тем самым интенсифицируя процесс обжига цементного клинкера.

Интерес к исследованию обусловлен важным прикладным значением основного процесса, происходящего при производстве клинкера, сырьевая смесь которого на три четверти состоит из карбонатных пород. Введение углещелочного реагента (пластификатора) в незначательном количестве 0,1 и 0,5 массового процента (мас. %) в образцы на основе мела, снижает на 14 и 12,5% затраты тепла на процесс декарбонизации мела CaCO₃. Совместное введение пластифицирующих реагентов в сырьевую смесь не только снижает влажность шлама, но и приводит к уменьшению температуры декарбонизации сырьевой смеси.

Как показывают исследования ученых и результаты практики цементных производств, наиболее перспективными разжижителями являются торфощелочные и углещелочные реагенты.

Для примера приведем сравнительный анализ эффективности действия торфощелочного реагента (ТЩР), углещелочного реагента и сульфидно-спиртовой барды (ССБ) на основе лигносульфоната, выполненный институтом «Гипроцемент» (таблица 1). Изучалось действие на сырьевые шламы УЩР и ТЩР в количествах от 0,05 до 1,0% по сухому веществу. Помол шлама выдерживался в пределах 14–20% остатка на сите 0,08. Действие добавок оценивалось по степени снижения влажности шихты при ее постоянной растекаемости, равной 50 миллиметрам по текучестемеру МХТИ ТН-2.

Можно сделать вывод, что УЩР и ТЩР по-разному снижают влажность различных сырьевых шламов. С увеличением количества добавленного реагента растет процент снижения влажности текучего шлама, что не сказывается на его сроках хранения. В связи с этим оптимальный состав и количество добавок следует искать, основываясь на экономических, экологических и технологических показателях, а также на предварительных проведенных лабораторных исследованиях.

Наука не стоит на месте, ученые всего мира и представители бизнеса пытаются улучшить качество добавок в производстве цемента. Технология изготовления УЩР весьма простая, а сырьевая база практически не ограничена. Производство УЩР сводится к процессу извлечения гуминовых кислот из бурых углей посредством обработки слабым водным раствором щелочей. При обработке бурых углей выход гуминовых кислот зависит от концентрации раствора щелочи, температуры и продолжительности обработки.

На Семеновском заводе горного воска (Украина) УЩР получают из экстракционного бурого угля путем смешивания его с 42-процентным раствором каустической соды в соотношении 6:1 (в пересчете на сухое вещество) и дальнейшей пропарки для удаления остатков растворителя.

ООО ТД «Фармакс» предлагает разработку и внедрение в производство УЩР для бурения нефтяных и газовых скважин и в качестве разжижителя шлама в производстве цемента. Углещелочной реагент производят по упрощенной технологии при минимальных энергозатратах и сохранении качества продукта. Процесс получения складывается из измельчения отходов углемойки (влажностью от 10 до 40%) до размера частиц не более 50 миллиметров, дальнейшей обработки отходов водным 50-процентным раствором соды кальцинированной в реакторе-смесителе при температуре нагрева 200°C в течение 30 минут. Затем в полученную нагретую гомогенную суспензию добавляют известь гашеную и перемешивают в течение 60 минут. Компонентный состав следующий, мас. %: измельченные отходы углемойки — от 60 до 65%; известь гашеная — от 5 до 10%; сода кальцинированная — от 15 до 20%; вода.

На кафедре технологии цемента и композиционных материалов БГТУ им. Шухова были проведены исследования возможности использования УЩР ООО ТД «Фармакс» в качестве универсального разжижителя шлама в производстве цемента. В ходе исследования применялись сырьевые компоненты Старооскольского и Белгородского цементных заводов АО «Евроцемент групп». Влажность шлама Старооскольского цементного завода составила 38%, а Белгородского — 42%.

Выяснилось, что УЩР ООО ТД «Фармакс» увеличивает растекаемость шламов. Эффективная концентрация для изученных шламов составляет 0,2–0,5%. Увеличение растекаемости при данных концентрациях достигает 10–40 миллиметров, или 30–55%, что позволяет снизить влажность шлама.

Выводы:

1. Углещелочной реагент ООО ТД «Фармакс» способен увеличить растекаемость шламов, приготовленных на основе сырьевых компонентов Старооскольского и Белгородского цементных заводов.

2. Оптимальная дозировка составила 0,2–0,5%. При такой дозировке растекаемость шлама увеличилась на 30–55%, что позволит снизить влажность заводского шлама и экономить топливо на обжиге клинкера.

3. Полученный продукт является эффективным разжижителем шлама в производстве цемента и приводит к экономии топлива до 15%, увеличению производительности до 10% часового производства, а также выступает эффективным интенсификатором помола с последующей экономией мелющих тел и электроэнергии.

4. УЩР, использующийся на заводе АО «Ахангаранцемент» (Узбекистан), одном из подразделений АО «Евроцемент групп», показал результаты экономии топлива и увеличение производительности. За шестилетний опыт использования углещелочного реагента АО «Ахангаранцемент» является лидером по показателям экономии и производства как в Республике Узбекистан, так и в холдинге АО «Евроцемент групп» среди 18 заводов, входящих в него. Большое значение здесь придается использованию энергосберегающих добавок в производстве цемента.

Время диктует свои правила игры, и те предприятия, которые идут по пути оптимизации расходов на производстве, получают массу преимуществ, в том числе улучшают свое финансовое состояние.

Фарход ЮЛДАШЕВ,
аспирант кафедры технологии
цемента и композиционных
материалов, Белгородский
государственный
технологический университет
им. В. Г. Шухова