Керімбекова З.М., Бекаулова А.А., Есеналиев Ж

162 
Шикізат шламының ылғалдылығының тӛмендеуі, абс % 
Кесте 1 
Беттік-активті 
зат қоспасы 
Қоспа мӛлшері  
БАЗ, % 
Тҧзсыз 
БАЗ 
Na
2
SiF
6
 
NaF  
0,20% 
0,50% 
0,50% 
1,0% 
Шымкент цемент зауытының шламы 
Қоспасыз 
— 
— 
1,5 
1,8 
3,9 
3,8 
Тері суы 
0,05 
0,20 
0,50 
1,5 
3,4 
4,1 
1,9 
4,2 
6,6 
1,9 
4,5 
7,5 
3,9 
4,2 
4,4 
4,0 
4,1 
4,1 
Қатты экстракт  0,05 
0,20 
0,50 
1,5 
2,6 
4,1 
2,5 
3,5 
6,2 
2,5 
5,6 
7,2 
5,0 
8,0 
10,5 
4,6 
6,0 
8,7 
Лигносулфонат 
магний 
0,05 
0,20 
0,50 
0,9 
2,6 
4,0 
2,1 
3,7 
4,4 
2,3 
3,9 
4,7 
3,9 
4,4 
5,3 
4,0 
4,2 
4,7 
 
Қатты  экстракт  Na
2
SiF
6   
-ға  да,  сонымен  қатар  NaF  –ке  де  жақсы  әсер  етеді,  осыдан 
ылғалдылықтың  тӛмендеуі  14,0-14,8%-ке  жетеді.  Комплексті  қоспа  негізінде  цемент  шикізат 
шламының кӛлемді сҧйылтылуын және компоненті қоспалардың сҧйылтуға әсерін активтілігінен, 
аддитивтілігінен тҥсіндіруге болады. Шламның су сіңіргіштігі, сонымен қатар гидратты қабықтың 
тҥзілуі  абсорбционды  судың  молекулярлы  байланыс  қҧрамының  санына  қатысты  жоғары 
дәрежеде  сҧйылтады.  Осыдан  иммобилизионды  су  маңызды  рӛл  атқарады,  яғни  структурасын 
механикалық  тҥрде  айнала  қоршап  алады.  Адсорбциялық  су  жҥйелердің  гидрофилдігін 
анықтайды.  Цемент  шикізат  шламына  NaF  және  Na
2
SiF
6   
қосқанда  адсорбционды  сумен 
байланысқан  бос  бӛлшектердің  салдарынан  шлам  ылғалдылы  тӛмендейді.  Осыдан  шикізат 
шламында  катион  алмасу,  Са
+
  және  Na
+ 
катиондары  фтор  қҧрамынды  тҧздардың  Na
+ 
катионына 
алмасу жҥреді, сазды агрегаттардың дифлокулациялығы және катионды бӛлшектердің зарядтары 
ҧлғаяды. 
Фтор иондары нашар еритін кальций тҧздарымен байланысып, ерітіндіден алшақтатылады. 
Шикізат  шламына  беттік-активті  заттың  ықпал  жасауы  –  синтанның  және  лигносулфонат 
магнийдің  бӛлшектері  иммобилизационды  судан  босатылады.  Комплесті  қоспалардың  сҧйылту 
әсері  ӛте  жоғары  мәнге  ие  болады.  Зерттелініп  отырған  комплексті  қоспалардың  сҧйылтуға 
жоғары қабілеттілігін және шикізат шламының ылғалдылығының едауір тӛмендеуін беттік-активті 
заттардың фтор қҧрамды минерализаторлардың тҧтас әсер етуімен, адсорбционды сияқты шламды 
суспенцияның  қҧрамының  азаюымен  және  иммобилизационды  су  сияқты  оңай  тҥсіндіруге 
болады. Беттік-активті зат қабығы шлам бӛлшектеріне адсорбиленген, ол жҧғылу рӛлін атқарады 
және ӛзара жҧғылуды арттырады. Шламды сҧйылту және ылғалдылығын тӛмендету ҥшін синтан 
СПС  анағҧрлым  тиімді  болып  табылады.  Қатты  экстракты  зерттеу  барысында  сулы  ерітіндіде 
ерімейтін  тҧнба  тҥзілу  салдарынан  технологиялық  жолдарға  сәйкес  келмейді  деп  есептеп  келесі 
зерттеулерде шикізат шламына СПС және лигносульфонат магнийді аламыз. 
Шламды  сығылған  ауамен  және  белгілі  мӛлшердегі  электр  энергиясы  арқылы  ҥнемі 
араластыру  қажет.  Шикізат  компоненті  ретінде  доменді  және  басқа  шлактарды  қолданғанда 
цемент  шикізат  шламы  тҧнуға  және  қолдануға  ӛте  бейім  келеді.  Шламның  қолданылуы  белгілі 
жағдай, ӛйткені сҧйылту қҧрамында триполифосфат натрий (ТФПН) бар. ТФПН қоспасы қосылған 
шлам уақыт ӛте келе оларда біртіндеп пептизация болады. Бірлік кӛлемде дисперсті бӛлшектердің 
саны  ӛседі,  нәтижесінде  дисперсті  фазалардың  меншікті  бетінің  әсерлесуі  жоғарылайды.  Шлам 
ылғалдылығы  ӛте  тӛмен  болып  кеткен  жағдайда  пептизация  есебінен  беттен  тіліктен  тек  бос 
кӛлемі  ғана  сумен  байланыспайды,  сонымен  бірге  диффузионды  қабаттан  судың  біраз  бӛлігін 
тҥзілген  гидратты  және  соңында  дисперсті  жҥйелердің  жайылуы  азаяды.  Тәжірибелер  келесі 
жолмен  жҥргізіледі:МХТИ  ТН-2  конусы  бойынша  жайылу  60мм  болатындай  ӛлшеніп  алынған 
қҧрғақ  шламды  қажетті  мӛлшерде  су  қҧямыз.  Араластырған  соң  4  минуттан  кейін  шламның 
жайылуы  0,5сағ  2  сағ,  1және2  тәулікте  анықтаймыз.  Шламды  кеуіп  кетпейтін  жерде  сақтаймыз. 
Жайылуды  анықтамай  тҧрып,  алдын-ала  оны  30  секундтай  араластырдық,  1-2  тәуліккке 
дайындалған қалған шламды міндетті тҥрде (3-4 сағат бойында ) араластырамыз. 
Шымкент Сас-Тӛбе цемент шикізат шламына жеке және комплексті қоспалардың әсерінен 
ҧзақ  уақыт  сақтағандағы  жайылуының  ӛзгеруі  2-кестеде  кӛрсетілген.  Кестеде  кӛріп 
отырғандайымыздай,  Шымкент  цемент  зауытының  шикізат  шламы  ҧзақ  уақыт  сақталуда 

163 
жайылуын  біртіндеп  жоғалтады.  Шламның  біртіндеп  қоюлануын  беттік-активті  зат  қоспасымен 
қадағалап  отырады.  Соңында,  Шымкент  шикізат  шламының  сазды  компонентін  қҧрайтын 
монтмориллонит  тҥзіледі,  ол  ісіну  қабілеттілігіне  ие  болады.  Бос  судың  біраз  бӛлігі,  сонымен 
қатар  диффузионды  қабаттың  суы,  монтмориллонитің  пакет  аралық  кеңістігінде  жылжиды. 
Минералдардың  пакет  аралық  кеңістігінде  судың  миграциясы  дисперсті  жҥйелердің  жайылуын 
тӛмендетеді [2,3]. 
 
Шикізат шламын сақтау ҥшін жайылудың ӛзгеруіне қоспаның әсері 
Кесте 2 
Қоспаның қҧрамы 
Шламның жайылуы, мм 
4 мин 
30 мин 
2 сағ 
1 сӛтке 
2 сӛтке 
Шымкент цемент зауытының шламы 
Шлам қоспасыз(БАЗ-сыз) 
59 
54 
53 
53 
52 
Ш+0,2% тері суы+0,5% Na
2
SiF
6
 
60 
70 
76 
80 
82 
Ш+0,2% тері суы+1% NaF 
60 
62 
63 
65 
68 
Ш+0,2% ЛСМ+0,5% Na
2
SiF
6
 
59 
65 
66 
66 
66 
Ш+0,2% ЛСМ+0,5% NaF 
60 
60 
63 
64 
65 
 
Na
2
SiF
6
  негізінде  комплексті  қоспалар  1  тәулік  ӛткен  соң  біртіндеп  шламның  жайылуына 
әкеледі  (50-60мм-ден,  80-90мм-ге  дейін).  Na
2
SiF
6 
әсерінен  шламның  жайылуының  ӛсуі  аз  уақыт 
ішінде шламды араластыру қоспа аралығында және шикізат шламы катиондары катион алмасуға 
тҥгелімен  кірісе  алмайды.  Кремний  фторлы  натрийдің  катион  алмасу  процесінде  бір  тәулік 
аралығында  шектеулі  еритін  қосылыстар  тҥзеді,  берілген  қоспалармен  шламның  одан  әрі 
сҧйылтылуының тоқтатуын кӛрсетеді. 
Шикізатты  майдалау.  Диірмендегі  шикізат  аралспасына  (әк  тасы-79,1%,  лесс-19,47%, 
огорка-1,43%)  (кк  қанығу  коэффициенті  нн=0,90))  қажетті  мӛлшерде  қоспа  және  су  қосамыз. 
Майдаланғаннан  соң  20минуттан  кейін  02  және  008  тордағы  қалдықты  анықтаймыз.  Шламның 
ылғалдылығы әр уақытта 32% болады [5]. 
 
Шикізат материалдарын майдалауда қоспаның әсері 
Кесте 3 
Қоспаның қҧрамы 
Шламның жайылуы, мм 
Тордағы қалдығы, % 
02 
008 
Шлам   шлам тері суы 
68 
1,8 
7,0 
Ш+0,2% тері суы+0,5% Na
2
SiF
6
 
94 
0,7 
5,2 
Ш+0,2% тері суы+1% NaF 
96 
1,0 
5,5 
Ш+0,2% ЛСМ+0,5% Na
2
SiF
6
 
93 
0,5 
5,6 
Ш+0,2% ЛСМ+0,5% NaF 
94 
0,8 
5,3 
 
Алынған мәліметтерді талдай келе мынадай қорытынды жасауға болады: БАЗ зерттеуден – 
ситан;  лигносульфонат  магний  –  шикізатты  майдалау  процесін  кҥшейтеді;  материалдардың  ірі 
фракцияларының  қҧрамы  азаяды,  ал  майда  фракцияларының  қҧрамы  кӛбейеді.  Фторлы  және 
кремний  фторлы  натрийлі  комплексті  беттік-активті  заттар  майдалау  процесін  міндетті  тҥрде 
тездетеді.  008  тордағы  7,0%-тен  5,2-5,6-ке  дейін  тӛмендейді.  Майдалау  процесіндегі  қоспаның 
әсерінен шикізат диірменінің ӛнімділігі жоғарылайды және электр энергия шығыны азаяды. 
 
Әдебиеттер 
1.
 
Карибаев К.К. Поверхностно-активные вещества в производстве вяжущих материалов. 1980. 
2.
 
Попова Н.И. и др Разроботка способов снижения влажности цементно-сырьового шлама // Труды 
Нвочеркссого политехнического институт. 1973. 
3.
 
Пономарьев И.Ф. и  др. Эффективное способы  снижения  влажности  сырьевого  шлама  //  Цемент, 
1974. 
4.
 
Блох  К.Б.,  Помарина  А.А.,  Воробьева  В.К.  –  Интенсификация  прцесса  обжига  кликера  за  счет 
применения высокоэффективных разжижителей. 
5.
 
Круглицкий  Н.Н.,  Карибаев  К.К.,  Касимов  М.Н.,  Есжанова  С.Е.  Влияние  комбинированных 
разжижителей на процессы разжижения цементно-сырьвого шлама –Вкн: // Химия и химическая 
технология вып 14, 1973. Алма-Ата. 

164 
0
30
60
90
0
10
20
30
40
50
60
 
 
УДК 531.31:669.168 
 
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ПЕРЕХОДА КРЕМНИЯ В 
ФЕРРОСИЛИЦИЙ ИЗ КЛИНКЕРОВ ВЕЛЬЦЕВАНИЯ ЦИНКОВОЙ РУДЫ 
 
Колесников А.С., Даудов Д.А., Тулеев М.А. 
ЮКГУ им. М.Ауезова, Шымкент, Казахстан 
 
Түйін 
Мақалада  вельцтеу  клинкернен  1773-1973К  температура  аралығында  ферросилицийді  алу  және 
темірдің ферроқұймаға ӛту кинетикасы туралы мәліметтер келтірілген. 
 
Summary 
In  article  are  brought  studies  of  the  kinetics  of  the  reconstruction  and  transition  ferric  in  ferrosilicon  at 
smelting it from сlinkers velcevaniya in warm-up interval 1773- 1973К 
 
Для переработки клинкеров вельцевания оксидных цинксодержащих руд нами предложена 
электротермическая  технология,  предусматривающая  получение  ферросилиция  [1].  Основным 
технологическим  параметром  этого  процесса,  является  степень  и  скорость  восстановления 
кремния. Подобные работы в теории и технологии переработки клинкеров вельцевания оксидных 
руд не проводились. 
Исследования  проводили  в  температурном  интервале  1773-1973К  в  изотермическом 
режиме,  с  использованием  печи  Таммана.  Перед  проведением  опытов  печь  разогревали  до 
необходимой  температуры,  затем  в  нее  вводили  графитовый  стакан  с  клинкером  массой  100г. 
Восстановителем  служил  углерод  кокса  клинкера  и  графитового  стакана.  После  проведения 
процесса  в  течение  необходимого  периода  времени  графитовый  стакан  извлекался  из  печи  и 
разбивался. Полученная металлизированная фаза взвешивалась и анализировалась на содержание 
Si  известным  методом  [2].    Степень  перехода  Si  из  клинкера  в  ферросплав-  ферросилиций  (α), 
определялась по отношению массы Si в ферросплаве к массе Si в исходном клинкере. Температура 
процесса  измерялась  вольфрам-рениевой  термопарой  и  регистрировалась  милливольтметром 
марки МПП-154М. Исследования проводили с клинкером, содержащим масс.%: 1,7%Zn, 0,14%Pb, 
20,3%SiO
2
, 4,3%Al
2
O
3
, 22,7%Fe
общ
, 17,3С. 
На  рисунке  1  приведена  информация  о  влиянии  температуры  (Т)  и  продолжительности 
опытов  (τ)  на  α,  из,  которого  следует,  что  в  течение  55  минут  максимальная  α  наблюдается  при 
Т=1973К (81,7%). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Для  создания  математической  модели  влияния  Т  и  τ  на  α  использовали  следующее 
уравнение: 
α= 1-exp[-k·τ
 n
]                                                                       (1) 
в котором: α- степень перехода Si в ферросплав,%;  
τ- продолжительность процесса, мин;  
k и n- эмпирические коэффициенты.  
τ, мин. 
α,
 %
 
1- Т=1773К,   2- Т=1873К,  3-=Т 1873К 
Рисунок 1- Влияние (Т) и (τ) на α при получении ферросилиция из клинкера вельцевания 
1
 
2
 
3
 

165 
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
2
2,5
3
3,5
4
4,5
 
ln τ 
ln[
-l
n
(1
-α
)]
 
На  рисунке  2  приведены  зависимости  ln[-ln(1-α)]=f(lnτ),  по  которым  определяли 
коэффициент  n  (как  tgυ  к  оси  абцисс;  параметр  ln  k  (при  ln  τ=  0),  а  затем-  k,  которые  имеют 
следующие значения: 
 
Т,К    1773    1873    1973 
 n       1,146   0,878   0,542 
 k       0,006  0,032   0,187 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Используя полученные значения k и n, нашли зависимости графики зависимостей n=f(T) и 
k=f(τ) в виде следующих уравнений: 
 
n= 6,5114-0,003·Т, с R
2
 = 0,9959 и k= 5·10
-16
·EXP[0,017·Т] с R
2
 = 0,9996 
 
Подставляя полученные уравнения  n=f(T) и k=f(τ) в выражение (1) получили следующее 
уравнение α= f(T, τ): 
 
 α=1-EXP[-(5·10
-16
·EXP[0,017 ·Т]) · τ
 (-0,003·Т + 6,5114)
 ]                               (2) 
 
Сопоставление  значений  α  полученных  по  уравнению  (2)  с  расчетными  значениями 
приведено  в  таблице  1,  из  которой  следует,  что  максимальная  разница  между  α
эксп.
и  α
расч.
 
Составляет только 7,5% (Т=1773К, τ=55 мин) 
 
Таблица  1-  Расчетные  (α
расч.
)  и  экспериментальные  (α
эксп.
)  значения  перехода  Si  в 
ферросплав из клинкера вельцевания.  
 
Пр
одо
ло
лж
и 
тел
ьн
ость,
  
м
ин
.
 
Температура,К 
1773 
1873 
1973 
α
эксп.
, % 
 
 
α
расч
, % 
α
эксп
,
 
% 
α
расч
, % 
α
эксп
, % 
α
расч
, % 
10 
7,8 
9,1 
22,0 
23,1 
49,5 
51,4 
15 
13,8 
14,4 
28,8 
31,4 
54,7 
60,0 
21 
18,5 
20,7 
36,9 
39,9 
60,9 
67,3 
28 
24,7 
27,9 
44,6 
48,3 
67,9 
73,5 
40 
35,3 
39,4 
56,0 
59,6 
74,9 
80,6 
55 
44,4 
51,9 
66,7 
70,0 
81,6 
86,2 
 
 
 
 
1- Т=1773К,   2- Т=1873К,  3-=Т 1873К 
Рисунок 2- Применимость уравнения (1) перехода кремния в ферросплав при получении 
ферросилиция из клинкера вельцевания 
1 
2 
3 

166 
)
1
(
]
)
1
ln(
[
/
1
1
/
1
n
n
k
n
d
d
V
)
1
(
]
)
1
ln(
[
])
017
,
0
exp[
10
5
(
0003
,
0
5114
,
6
)
0003
,
0
5114
,
6
/(
1
1
0003
,
0
5114
,
6
/
1
16
T
T
T
T
d
d
V
Для  получения  уравнения  скорости  (V,  доли/мин)  использовали  уравнение  (1)  в 
дифференциальной форме: 
 
                                                                                                                                (3) 
 
 
Подставляя  в  уравнение  (3)  зависимости  n=f(T)  и  k=f(τ)  получили  следующее 
уравнение скорости процесса: 
                                                                                                                                
                                                                                                                                                     
                                                                                                                                                                    (4) 
 
 
Полученные значения скорости процесса для α = 0,6-0,8 приведены в таблице 2. 
 
Таблица  2-  Влияние  температуры  на  скорость  перехода  Si  (V)  из  клинкера  в 
ферросилиций при фиксированных значениях α. 
 
№ 
Температура, К 
α= 0,6 
α= 0,7 
α= 0,8 
V, доли/мин. 
V, доли/мин. 
V, доли/мин. 
1 
1773 
0,005377 
0,004176 
0,002889 
2 
1873 
0,007079 
0,005112 
0,003274 
3 
1973 
0,010657 
0,00635 
0,003315 
 
Как следует из таблицы при Т= 1973К процесс характеризуется максимумом скорости 
восстановления при α= 0,6. затем, скорость постоянно снижается. 
Для  определения  "кажущейся"  энергии  активации  (Е
каж
)  использовали  метод 
трансформации кинетических кривых [3]. На рисунке приведены зависимости коэффициентов 
трансформации (æ) от температуры, согласно которым Е
каж
  изменяется  от  α  (%)  следующим 
образом: 
 
α (%) 
30 
40 
50 
60 
Е
каж
, кДж/моль 
339,8 
309,7 
275,6 
199,6 
 
Причем, зависимость Е
каж
= f (α) имеет вид:  
 
Е
каж
= 485,79- 4,574·α с R
2
= 0,94                                                       (5) 
 
При  τ=0  Е
каж
  в  соответствии  с  выражением  (5)  приближается  к  489,79  кДж/моль. 
Очевидно,  это  значение  характеризует    Е
каж
  в  период  зарождения  реакции.  Согласно 
зависимости (5) при увеличении α Е
каж
 процесса уменьшается, что свидетельствует о влиянии 
на процесс диффузионных явлений. Полученные значения Е
каж
, близки к Е
каж
 восстановления 
SiO
2
  ферросилицием  марок  ФС45,  ФС75  (314-377  кДж/моль)  [4].  Это  свидетельствует  о  том, 
что  в  восстановлении  SiO
2
  из  клинкера  вельцевания  принимают  участие  компоненты 
ферросилиция или карбид железа, присутствующий в клинкере вельцевания, а также системы 
Fe-карбид  Fe-С.  (присутствие  Fe  в  клинкере  вельцевания  показано  в  работе  [5]).  О 
возможности  протекания  реакции  SiO
2
+Fe
3
C+C=Fe
3
Si+2CO  свидетельствует  ∆G
°
T
  этой 
реакции (∆G
°
1773
=-4,38 кДж/моль О
2
; ∆G
°
1883
= -15,05 кДж/моль О
2
) [6]. 
Таким образом,  проведенные исследования позволили установить, что: 
- степень восстановления Si из клинкера вельцевания и переход его в ферросплав при 
Т= 1973К составляет 81,6% за 55 мин; 
-  Е
каж
  восстановления  Si  из  клинкера  уменьшается  по  мере  развития  процесса, 
составляя в период зарождения реакции 485,79 кДж/моль; 

167 
- близость полученных значений Е
каж
 к Е
каж
 восстановления Si из SiO
2
 ферросилицием 
свидетельствует  о  существенном  влиянии  на  механизм  восстановления  Si  из  клинкеров 
металлизированной фазы. 
 

жүктеу/скачать 7,95 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: