Түйін сөздер: күкірт, полимерлі күкірт, теңіз күкірті, күкіртті қосылыстар, химиялық қосылыстар,
күкірт шаңы, сульфид күкірті, каучук, резеңке бұйымдар, вулканизаттар, вулканизация агенті
ISSN 2224-5278 Серия геологии и технических наук. № 6. 2016
189
Г. З. Туребекова
1
, Ш. Шапалов
2
, С. А. Сакибаева
2
, П. М. Жарылкасын
2
,
Г. Ж. Пусурманова
2
, Г. Ф. Сагитова
2
, К. Н. Есентаева
2
, М. Ж. Махамбетов
3
1
Южно-Казахстанский государственный педагогический институт, Шымкент, Казахстан,
2
Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова, Шымкент, Казахстан,
3
Атырауский государственный университет им. Х. Досмухамедодова, Атырау, Казахстан
ПРИМЕНЕНИЕ ОТХОДОВ НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
(ШЛАМОВ И СЕРЫ) В ПРОИЗВОДСТВЕ РЕЗИН
Аннотация. Важным научным направлением нефтехимии является производство пластификаторов,
мягчителей, вулканизующих агентов, наполнителей на основе техногенных отходов. Это позволяет расши-
рить сырьевую базу, использовать большие запасы отходов нефтепереработки, уменьшить экологическую
нагрузку на природу и решить проблему производства импортозамещающих мягчителей для резиновой про-
мышленности Казахстана. Также особенностью казахстанских нефтей является повышенной содержание
соединений серы, вследствие чего образуется много серных отходов. Путем последовательного изучения
влияния на свойства резин содержания каждого из компонентов в отдельности (серы и нефтешлама) при
фиксированных количествах других ингредиентов была проведена оптимизация разработанных резиновых
смесей для изготовления износостойкой бортовой ленты легковых шин. С целью выявления оптимального
количества органической части нефтешлама в составе резиновых смесей были получены резиновые смеси с
различным содержанием ОЧН. Пластификаторы и мягчители были заменены на ОЧН. Также в рецептурах
резиновых смесей в качестве вулканизующего агента была использована смесь полимерной и коллоидной
серы тенгизского месторождения.результаты расширенных испытаний показали возможность замены тради-
ционно используемых в резиновых смесях мягчителей на органическую часть нефтешлама и использования
тенгизской серы в виде вулканизующего агента.
Ключевые слова: органическая часть нефтешлама (ОЧН), нефтешламы, мягчители, вулканизующий
агент, тенгизская сера, вулканизующая система, резиновая смесь, бортовая лента.
Известия Национальной академии наук Республики Казахстан
190
N E W S
OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
SERIES OF GEOLOGY AND TECHNICAL SCIENCES
ISSN 2224-5278
Volume 6, Number 420 (2016), 190 – 194
A. Zh. Alzhanova, A. А. Bitekova, G. A. Suleimbek, E. S. Dubinina,
G. Z. Turebekova, G. Sh. Omashova, A. S. Naukenova, Sh. K. Shapalov
M. Auezov South Kazakhstan State University, Shymkent, Kazakhstan.
E-mail: g.ture@mail.ru
NEW RAW MATERIALS FOR ENERGY-EFFICIENT PRODUCTION
TECHNOLOGY OF WHITE PORTLAND CEMENT
Abstract. Analysis cost cements Kazakhstan plants shows that a fuel consumption cost of cement is 30-45%,
12-15% power, the cost of raw materials and 20-30%. The cost of clinker fuel costs reach 60-70%. Therefore,
reducing the cost of fuel and electricity in the cement industry is of great importance, as it allows to reduce produc-
tion costs and to save significant amounts of energy. Reducing the moisture content of raw slurry with chemical
additives can reduce specific heat consumption for clinker burning and povysheniyu performance rotary kilns. On
evaporation of moisture shlama it required 35% of the total heat consumption. In addition to reducing sludge
humidity (when entering their dry) compared to traditional batch firing 60 kcal / kg snizhaetsya fuel consumption.
Especially effective replacement of silica-containing component domain, elektrotermofosfornymi and other slags,
zolami TPP. Studies have shown the use of ash as a partial replacement of clay component in the wet process. In this
case, you can expect an increase in productivity - by 5% and reducing coal consumption for the clinker burning 8%.
Keywords: portland cement, clinker, cement raw sludge, sludge moisture mineralizer clinker.
УДК 666.940
А. Ж. Альжанова, А. А.Битекова, Г. А. Сулеймбек, Е. С. Дубинина,
Г. З. Туребекова, Г. Ш. Омашева, А. С. Наукенова, Ш. К. Шапалов
Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова, Шымкент, Казахстан
НОВОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОИЗВОДСТВА БЕЛОГО ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Аннотация. Анализ себестоимости цементов казахстанских заводов показывает, что расход топлива в
себестоимости цемента составляет 30-45%, электроэнергии 12-15%, расходы на сырье и материалы 20-30%.
В себестоимости клинкера затраты на топливо доходят до 60-70%. Поэтому снижение затрат на топливо и
электроэнергию в цементной промышленности имеет большое значение, так как позволяет снизить себестои-
мость продукции и экономить значительные количества энергоресурсов. Снижение влажности сырьевого
шлама с помощью химических добавок способствует уменьшению удельного расхода тепла на обжиг
клинкера и повышению производительности вращающихся печей. На испарение влаги шлама требуется 35%
общего расхода тепла. Кроме снижения влажности шлама (при вводе их в сухом виде) по сравнению с обжи-
гом традиционной шихты на 60 ккал/кг снижается расход топлива. Особенно эффективна замена кремнезем-
содержащего компонента доменными, электротермофосфорными и другими шлаками, золами ТЭС. Исследо-
вания показали возможность использования золошлаков в качестве частичной замены глинистого компо-
нента при мокром способе производства. При этом можно ожидать увеличения производительности – на 5%
и снижение расхода угля на обжиг клинкера на 8%.
Ключевые слова: портландцемент, клинкер, сырьевые цементные шламы, влажности шлама, минера-
лизаторы, клинкерообразование.
ISSN 2224-5278 Серия геологии и технических наук. № 6. 2016
191
Введение. Портландцемент, являющийся в настоящее время одним из важнейших строитель-
ных материалов, это весьма энергоемкий продукт. Высокотемпературный обжиг клинкерам и тонк-
ий помол сырья, топлива и готовой продукции обусловливают значительный расход топлива и
электроэнергии на отдельных переделах технологического процесса. Анализ себестоимости
цементов казахстанских заводов показывает, что расход топлива в себестоимости цемента
составляет 30-45%, электроэнергии 12-15%, расходы на сырье и материалы 20-30%. В се-
бестоимости клинкера затраты на топливо доходят до 60-70%. Поэтому снижение затрат на топ-
ливо и электроэнергию в цементной промышленности имеет большое значение, так как позволяет
снизить себестоимость продукции и экономить значительные количества энергоресурсов [1].
Широкое использование в производстве цемента различных техногенных продуктов и отходов
промышленности в качестве сырья и активных минеральных добавок позволяет экономить природ-
ные сырьевые ресурсы, снижает расходы на транспортировку и хранение отходов, на содержание
хранилищ, снижает загрязнение окружающей среды, позволяет сохранить экологическую обста-
новку.
Методы исследования
Сырьевые цементные шламы – это полидисперсные, полиминеральные шламы, в которых
твердая фаза представлена частицами известняка, кварца и других материалов, а жидкая – водой.
По мере роста влагосодержания затраты тепла на испарение воды резко возрастают и при
влажности шлама около 40% составляют примерно половину общего расхода тепла на обжиг
клинкера – 613 ккал/кг. Поэтому наибольший эффект при снижении содержания воды в шламе
может быть получен на заводах, использующих шлам высокой влажности.
В сырьевом цементном шламе каждая частичка известняка или кварца окружена коллоидной
глинистой пленкой, на поверхности которой образуется 1дсорбционный слой ориентированных
молекул воды [2, 3]. Количество воды в шламе является одним из главных факторов, обусловли-
вающих его текучесть. В настоящее время различают три формы связанной воды: химически
связанная, адсорбционная (хемосорбированная) и капиллярно-связанная.
Снижение влажности сырьевого шлама с помощью химических добавок способствует умень-
шению удельного расхода тепла на обжиг клинкера и повышению производительности вращаю-
щихся печей. На испарение влаги шлама требуется 35% общего расхода тепла. Снижение влаж-
ности шлама на 1% с 40% до 39% означает уменьшение расхода воды с 0,667 до 0,639 кг на 1 кг
сухого сырья, т.е. на 4,2%. Расход тепла на испарение воды и перегрев пара уменьшается на
22 ккал/кг клинкера. Повышение производительности печи за счет снижения влажности шлама на
3-4% составит около 3-5% и примерно на столько же сокращается и удельный расход топлива [4].
Таким образом, ясно, что готовить шлам и обжигать необходимо при минимально возможной его
влажности. Наименьшая влажность шлама определяется его способностью без затруднений транс-
портироваться по трубопроводам. Шлам, имеющий меньшую влажность, имеет и меньший объем.
Вследствие этого уменьшается нагрузка на мельницы, шламовые насосы и бассейны, что приводит
к уменьшению расхода электроэнергии для его транспортировки и перемешивания.
Химические вещества, используемые для разжижения сырьевых шламов можно разделить на
три группы: защитные коллоиды, структурообразователи икоагуляторы. Защитные коллоиды
адсорбируются на поверхности частичек иувеличивая толщину сольватных оболочек приводят к
пластификации и снижению прочности дисперсной системы [5]. Ко второй группе веществ отно-
сятся все щелочные электролиты, к третьей - нейтральные или кислые соли и кислоты. Хорошую
разжижаемость сырьевых цементных шламов при введении комплексных добавок можно объяс-
нить аддитивностью разжижающего действия отдельных компонентов добавки. Водопотребность
шлама, а также его разжижаемость в значительной мере зависят от количественного содержания
молекулярно связанной адсорбционной воды, образующей гидратные оболочки. Определенную
роль играет также иммобилизованная вода, механически захваченная агрегатами структур.
Адсорбционная вода определяет гидрофильность дисперсной системы.
Каолинит, из которого, в основном, состоит глинистая составляющая Састобинского шлама,
обладает меньшей удельной поверхностью и обменной способностью по сравнению с другими
Известия Национальной академии наук Республики Казахстан
192
глинистыми минералами. У каолина, способные к обмену катионы находятся только на внешней
поверхности кристалла, а у бентонитов вследствие их способности к внутрикристаллическому
набуханию, а также у монтмориллонита, катионный обмен может происходить также внутри
кристалла. С увеличением степени набухания растет также удельная поверхность. Эти факторы –
малая удельная поверхность и способность к ионному обмену каолинита Састобинского сырьевого
шлама, обусловливают его значительное разжижение при введении исследованных нами добавок.
Основным и самым энергоемким переделом в производстве портландцемента является обжиг
клинкера, потребляющий до 80% общей энергии. На выпуск 1 т клинкера по мокрому способу
расходуется в среднем 210-230 кг >сл. топлива и 100-130 кВт
ч электроэнергии. Следовательно,
производительность печи и удельный расход топлива, при прочих равных условиях, зависят от
разности температуры дымовых газов и материала. Чем ниже температура спекания материала, тем
выше производительность печи и ниже расход топлива. При неизменной тепловой мощности печи
снижение удельного расхода топлива повышает ее производительность. Таким образом, интенси-
фикации процесса обжига и уменьшения расхода топлива можно добиться снижением темпера-
туры спекания клинкера, что достигается с помощью минерализаторов. Минерализаторами назы-
ваются вещества, которые при содержании в сырьевой смеси в небольших количествах ускоряют
процессы образования клинкерных минералов. К ним относятся фториды, кремнефториды, хло-
риды, карбонаты, сульфаты различных металлов, которые снижают температуру и улучшают про-
цесс клинкерообразования. Минерализующее действие оказывают также ряд отходов промыш-
ленности: фосфогипс, электротермофосфорные шлаки, хвосты обогатительных фабрик, некоторые
шлаки цветной металлургии. Минерализующее действие добавок на глинистые минералы сводится
к ускорению процессов их дегидратации, разрушению кристаллической решетки и аморфизации
продуктов разрушения. Отмечается и определенное влияние минерализатора на появление новых
фаз и частичных эвтектик и расплавов. Все это вместе взятое повышает реакционную способность
глинистой составляющей цементной сырьевой смеси в присутствии минерализаторов. Фтористые
минерализаторы также снижают вязкость расплава, ускоряют взаимодействие СаО с С2З и крис-
таллизацию новых фаз. Другим путем снижения теплозатрат на процесс клинкерообразования яв-
ляется снижение энтальпии клинкерообразования. Другой путь снижения расхода топлива на
обжиг - это изменение минералогического состава клинкера. Разработаны белитосульфоалюми-
натный клинкер и цементы на его основе. Экономичным является замена глинистого компонента
техногенными материалами. Кроме снижения влажности шлама (при вводе их в сухом виде) по
сравнению с обжигом традиционной шихты на 60 ккал/кг снижается расход топлива. Особенно
эффективна замена кремнеземсодержащего компонента доменными, электротермофосфорными и
другими шлаками, золами ТЭС.
Результаты исследований
Было приготовлено 27 сырьевых смесей с различным вводом огара -1,2,3% огарок для смесей
содержащих 5,10,15% золы и смеси двухкомпонентные ( известняк + зола). Для каждой одинако-
вой дозировки и золы были приготовлены по три смеси с различным КН. Приготовление сырьевых
смесей, образцов осуществляли описанным выше способом, обработку образцов производили
резко в течении 40 мин при заданной температуре. С целью установления влияния условий обжига
и остаточного углерода на прочность получаемого клинкера три смеси были обожжены постепен-
ным обжигом по режиму. Эти же смеси приготовлены на предварительно прокаленной золе и
обожжены по принятому, резкому обжигу. Для части экспериментов для определения прочности
готовили цементные образцы по соответствующей методике, изложенной в лабораторном рег-
ламенте [5].
Обсуждение результатов
Полученные данные показывают, что оптимальный ввод для максимальной температуры
обжига – 1450°С в смеси с содержанием золы до 15% находится в пределах 1-2%, а с содержанием
золы > 15% этот оптимум несколько выше 2-3%, хотя изменение по прочности при увеличении
ISSN 2224-5278 Серия геологии и технических наук. № 6. 2016
193
гипса > 1% незначительное. Сравнение содержания SО
3
расчетного и фактического показывает что
~ 50% серного ангидрита улетучивается в процессе обжига. Химичеcкий анализ выборочных
клинкеров, расчетные значения минералогического с вычетом СаО на связывание SО
3
в СаSО
4
приведены в таблице. Оптимальный минералогический состав, найденный иммерсионным микро-
скопическим методом характеризуется повышенным содержанием галита в смесях. Это свидетель-
ствует в пользу того, что затраты кальция на образование СаSО
4
не уменьшают основность среды
формирования галита, видимо за счет образования других клинкерных фаз.
Выводы. Результаты проведенных исследований показали возможность использования золо-
шлаков в качестве частичной замены глинистого компонента при мокром способе производства.
При этом можно ожидать увеличения производительности – на 5% и снижение расхода угля на
обжиг клинкера на 8%.
Источник финансирования исследований. Источник финансирования исследований прово-
дилось в научно-исследовательской лаборатории ИРЛИП ЮКГУ им. М. Ауезова.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Ракишев Б.Р., Дауренбекова А.Н. Надежная база для развития промышленности строительных материалов
Казахстана // Проблемы и пути инновационного развития горно-металлургической отрасли. Сборник научных статей
Международ. НТК. – Алмата, 2014. – С.101-104
[2] Классен В.К., Борисов И.Н., Мануйлов В.Е. Техногенные материалы в производстве цемента: монография. –
Белгород: Изд-во БГТУ, 2008. – С. 17-31.
[3] Таймасов Б.Т. Химическая технология вяжущих материалов: Учебник. – Шымкент: ЮКГУ им. М. Ауезова,
2014. – С. 262-277.
[4] Taimasov B.T., Seitzhanov S.S., Khudyakova T.M., Alzhanova A.Zh., Nekipelov S.A., Dauletyarov M.S. Energy saving
raw mixes for oil-well Portland cement production // Industrial technology and engineering. – 2014. – № 1(10). – Р. 77-84.
[5] Афанасьева Н.И. Современные состояние минерально-сырьевой базы пуццолановых добавок для производства
цемента // Цемент и его применение. – 2015. – № 2. – С. 32-36.
[6] ГОСТ Р54194-2010. Ресурсосбережение. Производство цемента. Наилучшие доступные технологии повышения
энергоэффективности.
[7] Государственная программа форсированного индустриально-инновационного развития Республики Казахстан
на 2010–2014 годы. – Астана, 2010.
[8] Программа развития промышленности строительных материалов, изделий и конструкций Республики Казах-
стан. – Астана, 2004.
[9] Государственная программа жилищного строительства Республики Казахстан. – Астана, 2004.
[10] Таймасов Б.Т. Тұтастырғыш заттардың химиялық технологиясы: Оқулық / Б.Т. Таймасов, А.Ж.Əльжанова. –
Шымкент: М. Əуезов ат. ОҚМУ, 2013. – 382 б.
[11] Таймасов Б.Т. Тұтастырғыш заттардың арнайы технологиясы: Оқулық / Б.Т. Таймасов, А.Ж.Əльжанова. –
Шымкент: М. Əуезов ат. ОҚМУ, 2014. – 325 б.
[12] Классен В.К. Технология и оптимизация производства цемента: краткий курс лекции: Учеб. пособие. –
Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. – 308 с.
[13] Классен В.К. Техногенные материалы в производстве цемента: монография / В.К. Классен, И.Н. Борисов,
В.Е. Мануйлов. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2008. – 126 с.
[14] Лугинина И.Г. Химия и химическая технология неорганических вяжущих материалов: Учеб. пособие. – Белго-
род: Изд-во БГТУ им. Г. Шухова, 2004. – Ч. 1. – 240 с.
[15] Лугинина И.Г. Химия и химическая технология неорганических вяжущих материалов: Учеб. пособие. – Белго-
род: Изд-во БГТУ им. Г. Шухова, 2004. – Ч. 2. – 199 с.
[16] Таймасов Б.Т. Технология производства портландцемента: Учеб. пособие. – Шымкент: Изд-во ЮКГУ, 2004. –
293 с.
[17] Энтин З.Б., Нефедова Л.С., Стржалковская Н.В. Золы ТЭС – сырье для цемента и бетона // Цемент и его приме-
нение. – 2012. – № 2. – С. 40-46.
[18] Уфимцев В.М., Капустин Ф.Л., Пьячев В.А. Проблемы использования техногенного сырья в производстве
цемента // Цемент и его применение. – 2009. – № 6. – С. 86-90.
REFERENCES
[1] Rakishev B.R., Daurenbekova A.N. Nadezhnaja baza dlja razvitija promyshlennosti stroitel'nyh materialov Kazahstana //
Problemy i puti innovacionnogo razvitija gorno-metallurgicheskoj otrasli. Sbornik nauchnyh statej Mezhdunarod. NTK. Almata,
2014. P.101-104
[2] Klassen V.K., Borisov I.N., Manujlov V.E. Tehnogennye materialy v proizvodstve cementa: monografija. Belgorod:
Izd-vo BGTU, 2008. P. 17-31.
[3] Tajmasov B.T. Himicheskaja tehnologija vjazhushhih materialov: Uchebnik. Shymkent: JuKGU im. M. Auezova, 2014.
P. 262-277.
Известия Национальной академии наук Республики Казахстан
194
[4] Taimasov B.T., Seitzhanov S.S., Khudyakova T.M., Alzhanova A.Zh., Nekipelov S.A., Dauletyarov M.S. Energy saving
raw mixes for oil-well Portland cement production // Industrial technology and engineering. 2014. N 1(10). P. 77-84.
[5] Afanas'eva N.I. Sovremennye sostojanie mineral'no-syr'evoj bazy puccolanovyh dobavok dlja proizvodstva cementa //
Cement i ego primenenie. 2015. N 2. P. 32-36.
[6] GOST R54194-2010. Resursosberezhenie. Proizvodstvo cementa. Nailuchshie dostupnye tehnologii povyshenija jener-
gojeffektivnosti.
[7] Gosudarstvennaja programma forsirovannogo industrial'no-innovacionnogo razvitija Respubliki Kazahstan na 2010–
2014 gody. Astana, 2010.
[8] Programma razvitija promyshlennosti stroitel'nyh materialov, izdelij i konstrukcij Respubliki Kazahstan. Astana, 2004.
[9] Gosudarstvennaja programma zhilishhnogo stroitel'stva Respubliki Kazahstan. Astana, 2004.
[10] Tajmasov B.T. Tұtastyrғysh zattardyң himijalyқ tehnologijasy: Oқulyқ / B.T. Tajmasov, A.Zh.Əl'zhanova. Shymkent:
M. Əuezov at. OҚMU, 2013. 382 p.
[11] Tajmasov B.T. Tұtastyrғysh zattardyң arnajy tehnologijasy: Oқulyқ / B.T. Tajmasov, A.Zh.Əl'zhanova. Shymkent:
M. Əuezov at. OҚMU, 2014. 325 p.
[12] Klassen V.K. Tehnologija i optimizacija proizvodstva cementa: kratkij kurs lekcii: Ucheb. posobie. Belgorod: Izd-vo
BGTU, 2012. 308 p.
[13] Klassen V.K. Tehnogennye materialy v proizvodstve cementa: monografija / V.K. Klassen, I.N. Borisov, V.E. Manuj-
lov. Belgorod: Izd-vo BGTU, 2008. 126 p.
[14] Luginina I.G. Himija i himicheskaja tehnologija neorganicheskih vjazhushhih materialov: Ucheb. posobie. Belgorod:
Izd-vo BGTU im. G. Shuhova, 2004. Ch. 1. 240 p.
[15] Luginina I.G. Himija i himicheskaja tehnologija neorganicheskih vjazhushhih materialov: Ucheb. posobie. Belgorod:
Izd-vo BGTU im. G. Shuhova, 2004. Ch. 2. 199 p.
[16] Tajmasov B.T. Tehnologija proizvodstva portlandcementa: Ucheb. posobie. Shymkent: Izd-vo JuKGU, 2004. 293 p.
[17] Jentin Z.B., Nefedova L.S., Strzhalkovskaja N.V. Zoly TJeS – syr'e dlja cementa i betona // Cement i ego primenenie.
2012. N 2. P. 40-46.
[18] Ufimcev V.M., Kapustin F.L., P'jachev V.A. Problemy ispol'zovanija tehnogennogo syr'ja v proizvodstve cementa //
Cement i ego primenenie. 2009. N 6. P. 86-90.
Достарыңызбен бөлісу: |