Обґрунтування параметрів струминного подрібнення при переробці і збагаченні доменних шлаків

Abstract

Дисертація присвячена питанням отримання активних матеріалів з до-менних шлаків шляхом підвищення їх поверхневої активності за допомогою нового способу їх переробки – тонкодисперсного струминного подрібнення. В дисертації визначено метод отримання дисперсних фракцій доменного шлаку і режимних параметрів струминного подрібнювача для підготовки по-дрібнених проб доменного шлаку різних фракцій. Встановлено вплив факторів на поверхневу активність доменних шлаків, гранулометричний склад вихідного матеріалу та його дисперсність, що визна-чаються питомою поверхнею (S = 0,6 – 0,8 м2/г). Встановлено, що максимальну активність мають ПСП-шлаки – 30 МПа, з додаванням активатора (15 – 20 % ПЦ) – 40 МПа. Розроблені технологічні варіанти отримання поверхнево активних матері-алів з доменних шлаків. Високий рівень рентабельності у всіх варіантах забез-печується низькою собівартістю за рахунок використання вторинної сировини і екологічності технологій.

В диссертации решена актуальная научная задача, направленная на уста-новление зависимости показателя поверхностной активности от гранулометри-ческих характеристик доменного шлака и разработаны способы получения за-данного гранулометрического состава путем тонкодисперсного струйного из-мельчения в технологических линиях. Проанализированы литературные источники, освещающие вопросы ме-ханоактивации материалов для повышения их активности, в результате чего выделены факторы, влияющие на активность материала. Это позволило обос-новать возможность повышения поверхностной активности путем дисперсного измельчения шлака в струйной мельнице. По результатам анализа сформулиро-ваны задачи исследования. Рассмотрены физико-химические свойства доменных шлаков, особенно-сти структуры старых (лежалых) и "свежих" гранулированных шлаков. Отме-чена более высокая активность "свежих" гранулированных шлаков, имеющих аморфную (стекловидную) структуру. Определены химсоставы доменных шла-ков разных металлургических комбинатов. Вычислены гидравлические модули шлаков, величина которых (1,02 – 1,07) характеризует шлаки как скрытно-гидравлические вещества, требующие дополнительной активации для повыше-ния их поверхностной активности. Для получения дисперсной фракции шлака был выбран струйный способ измельчения, сделана прогнозная оценка эффекта измельчения струйным спо-собом шлака и клинкера путем установления скоростных характеристик частиц на разгонном участке инжектора струйной мельницы. В результате численного решения дифференциальных уравнений, представляющих собой математиче-скую модель течения газовзвеси в цилиндрическом канале, было установлено, что при одинаковой крупности скорости частиц шлака превышают на 12% ско-рости частиц клинкера. На основании результатов расчета можно предполо-жить, что эффект измельчения доменных шлаков во встречных струях может быть выше, чем клинкера. Путем экспериментальных исследований определены режимные парамет-ры измельчения шлаков и установлена регрессионная зависимость удельной поверхности измельченного продукта от режимного параметра работы струй-ного измельчителя – частоты вращения ротора классификатора. Расчетом по полученному уравнению регрессии был определен режим работы струйного измельчителя для получения продукта с удельной поверхностью ≥ 0,6 м2/г, не-обходимого для исследования гранулометрических характеристик и показателя активности. Проведенными исследованиями гранулометрического состава установле-но, что продукты шарового помола доменного шлака являются полидисперс-ными, продукты струйного помола – монодисперсные и частицы распределя-ются в узком классе крупности. Установлена линейная регрессионная зависимость удельной поверхности от медианного размера частиц измельченного шлака. Отклонение расчетных значений от экспериментальных величин составило 7 – 8%, что свидетельству-ет о пригодности полученного выражения для практического использования. Результаты испытаний активности (прочности) показали, что у продукта фильтра, имеющего более высокую удельную поверхность относительно про-дукта циклона, активность была в 1,5 раза ниже, чем у продукта циклона (20 и 30 МПа соответственно). Это объясняется тем, что вследствие аэродинамиче-ских условий работы струйной мельницы, измельчение сопровождается обога-щением продукта циклона основными оксидами с высокой плотностью вещест-ва, положительно влияющими на увеличение показателя активности. Такое раз-личие было установлено химанализом продукта циклона и фильтра. Установлена нелинейная регрессионная зависимость активности шлака от характеристик дисперсности: среднего диаметра и удельной поверхности час-тиц. Среднее отклонение расчетного значения от экспериментальных величин активности составило 9 – 11%. Эти формулы можно применить для прогнозной оценки активности шлаков при разработке технологии получения активных ма-териалов путем струйного измельчения. Максимальные прочностные характеристики шлаки струйного помола показали при измельчении до удельной поверхности 0,6 – 0,8 м2/г – 30 МПа, с добавками активатора (15 – 20% клинкера) – 40 МПа. Их можно использовать в качестве вяжущих материалов вместо цементов. Было установлено, что механоактивация путем дополнительного струй-ного измельчения повысило активность шлака до 40 МПа, а цементов до 60 МПа. Разработана технологическая схема селективной активации доменных шлаков, позволяющая снизить на 46% объем доизмельчаемого материала. Ре-комендуется использовать данную технологию непосредственно на строитель-ной площадке, не подвергая длительному хранению получаемый активный вя-жущий материал. Впервые разработаны и рекомендуются для внедрения технологические варианты получения активных материалов из доменных шлаков струйным из-мельчением, которые защищены патентами. Себестоимость полученного по разработанным технологическим схемам активного вяжущего материала в 1,5 – 1,8 раза ниже, чем по существующей технологии. Высокий уровень рентабельности обеспечивается низкой себе-стоимостью за счет использования вторичного сырья – техногенных отходов (шлаков) и экологичности технологий.

In the dissertation the issue of active materials production from blast-furnace slags by means of using new way of their preparation, i.e. fine grinding to increase their superficial activity. In the dissertation defines the method of production of blast-furnace slag disperse fractions and optimal mode parameters for jet crushing machine to obtain fine samples of blast-furnace slag of different fractions. Various factors influencing blast-furnace slag superficial activity were determined. Optimal grain-size composition was found for finished material as well as its dispersity determined with specific surface (S=0,6 – 0,8 m2/g). PSM-slags (air jet comminuted slags) were found to have maximum activity of 30 MPa or 40 MPa with addition of activator (15 to 20 per cent Portland cement). Three technological options were developed for active materials production from blast-furnace slags. In all of the three options a high profitability level is ensured by low cost of the binder due to use of secondary raw materials and ecological compatibility of the process.