АЛЮМОСИЛИКАТНОЕ СЫРЬЕ
В качестве алюмосиликатиых компонентой применяют, в основном, породы, богатые кремнеземом и глиноземом: глииы, глинистые сланцы и др., а при необходимости введения большего количества кремнезема — песчаники, кремень, диатомит, кварцит и т. д. Аргиллит, алевролит, глины, глинистые сланцы представляют собой различные стадии уплотнения и трансформации первичных илов, что существенно влияет на химико-минералогическую однородность, размолоспособность сырья и его последующую гомогенизацию. Кристаллические сланцы являются метаморфическими породами различного состава, также отличающимися значительным химикоминералогическим непостоянством. Некоторые вулканические породы — обсидиан, туф и т. д.— умеренно твердые, вулканический пепел — мягкий, сыпучий, тонкозернипый. Их реакционная способность может быть высокой, однако в связи со значительным содержанием щелочей возможность их применения должна изучаться в каждом отдельном случае.
Реакционная способность этих видов сырья зачастую понижена в связи с наличием в них грубо-зернистого кристаллического кварца, повышенным содержанием щелочей и сульфатов. Другой недостаток материалов осадочного происхождения, прежде всего, глин — их значительная природная влажность — обусловил преимущественность развития мокрого способа производства, при котором измельчение и гомогенизация сырья облегчаются по сравнению с сухим способом производства, особенно при использовании в качестве карбонатного компонента легко размучивающегося мела.
В условиях энергетического кризиса мокрый способ, требующий более высоких топливных затрат (расход теплоты иа обжиг превышает тот же показатель при сухом способе на 20—40 %), не может быть признан экономичным. В силу этого, в также в связи с неуклонным истощением традиционных сырьевых источников постоинно ведется поиск заменителей глин другими видами сырья, лишенными отмеченных недостатков. Применение заменителей особенно актуально для предприятий, уже выработавших карьеры кондиционного сырья и вынужденных использовать некачественное сырье, а в ряде случаев — и разрабатывать новые карьеры, уничтожая при этом пахотные земли.
Поиск заменителей традиционных видов глинистого сырья ведется в двух направлениях: использование природных материалов, ранее для этой цели не употреблявшихся, и применение разнообразных техногенных продуктов соответствующего состава.
Работами П. И. Боженова, С. Д. Макашева, Н. А. Торопова и др., выполненными еще в 30— 40 гг., была доказана возможность использовании в качестве алюмосиликатного компонента целого ряда природных материалов как осадочного, так и метаморфического происхождения — порфирита, суглинков, роговика, песчано-глинистых сланцев, лесса, туфов, биотитовых глин. Позднее М. Ф. Чебуковым, А. С. Садуакасовым, О. П. Шестаковой и др. была показана возможность применении гидрослюдистой и полиминеральных глин, волластонитовых пород, перлигов. Не все заменители оказались ффективными, однако огромный экспериментальный материал, накопленный за 40 лет, позволил С. Д. Макашеву сделать важные теоретические обобщения, которые можно сформулировать следующим образом.
Повышенной реакционной спесобностью при взаимодействии с оксидом кальция характеризуется целый ряд природных и искусственных силикатов и алюмосиликатов, в строении кристаллической решетки которых участвуют ионы кальция (волластонит, анортит, геленит и др.).
На скорость реакций минералообразования положительно влияют различные модификации ионов железа.
Значительно большей активностью, чем кварц, отличаются аморфные модификации кремнезема, стекловидный кремнезем или кремнезем, связанный в соединения (силикаты, алюмосиликаты, гидросиликаты и др.).
Практическая ценность этих теоретических положений определяется тем, что они могут быть учтены при подборе новых видов алюмосиликатного сырья и его предварительной оценке. Проведена чрезвычайно большая работа по расширению сырьевой базы цементной промышленности и за счет использования отходов различных производств. Вторичные продукты и отходы механо-химической и тепловой обработки исходного минерального сырья по физико-химическим характеристикам существенно отличаются от природных материалов, применяемых в цементном производстве в ряде случаев создает благоприятные условия для протекания реакций клинкерообразования.
В цементной отрасли промышленности нашей страны могут быть использованы разнообразные вторичные продукты отходы металлургической промышленности, нефелиновый, монокальциевый и бокситовый шламы, электротермофосфорные шлаки и отходы горнодобывающей промышленности, золы и сжигания горючих сланцев и различных углей и т. д. При этом особого внимания заслуживают материалы, способные заменить дефицитные железосодержащие корректирующие добавки. Имеющиеся данные посвящены использованию техногенных продуктов, природные заменители в литературе описаны мало. Использование промышленных отходов может дать существенную экономию энергии.
Использование перечисленных и других продуктов при несомненной эффективности имеет ряд недостатков: некоторые материалы обладают гидравлической активностью, что приводит к загустеванию шламов и образованию прочных осадков в шлам-бассейнах (нефелиновый шлам, гранулированный электротермофосфорный шлак, золы и шлаки ТЭС); имеют высокую влажность, что затрудняет транспортировку и использование (доменные шлаки мокрой грануляции, шламы, топливные золы и шлаки мокрого золоудаления); содержат значительное количество частиц несгоревшего угля, обычно представленных более стойкой к окислению модификацией — коксовым остатком (топливные золы и шлаки, горелые породы); отличаются значительным непостоянством состава (осадочные породы, топливные золы и шлаки и др.); характеризуются присутствием малореакционноспособного кристаллического кварца (вскрышные породы, отходы горнообогатительных призводств); высокой температурой плавления или образуют недостаточное количество расплава (нефелиновый шлам, термостойкие природные минералы, топливные золы и шлаки); теряют реакционную способность в результате собирательной рекристаллизации при нагревании (белитовый шлам): оздают определенные санитарно-гигиенические трудности, связанные с необходимостью герметизации внутризаводских транспортных трактов, технологического оборудования и аспирации рабочих мест (колошниковая пыль, золы и т. д. Предварительная оценка пригодности сырья для цементного производства может производиться с учетом следующего: сырье должно быть доступным и транспортабельным; кроме удовлетворительного валового химического состава и минимального содержания вредных примесей сырье должно обладать высокой химико-минералогической однородностью, что обеспечит стабильность технологического процесса и свойств гото вого продукта; реакционная способность сырья должна быть высокой, позволяющей интенсифицировать процесс обжига клинкера; материал должен характеризоваться возможно наиболее низкой температурой образования достаточного количества расплава, что облегчит реакцию алито- образования за счет ускорения диффузионных процессов, проходящих через расплав, понижая тем самым энергоемкость этой стадии процесса.