Technique and technology of silicates Technique and technology of silicates Техника и технология силикатов 2076-0655 90474 10.62980/2076-0655-2024-4-13 ОСНОВНАЯ РУБРИКА MAIN RUBRIC ОСНОВНАЯ РУБРИКА INVESTIGATION OF FLUORINE SUBLIMATION IN THE CLINKER BURNING PROCESS ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗГОНКИ ФТОРА В ПРОЦЕССЕ ОБЖИГА КЛИНКЕРА Новоселов Алексей Геннадьевич Novosyolov Alexey Gennadievich novosyolovag@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Дреер Юлия Ивановна Dreer Yuliya Ivanovna er-shova.yulya10@mail.ru

аспирант технических наук;

graduate student of technical sciences;

 Новоселова Инна Николаевна Novoselova Inna Nikolaevna grebenik_inna@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Левина Юлия Андреевна Levina Yuliya Andreevna Vasinajulia1511@gmail.com

аспирант технических наук;

graduate student of technical sciences;

 ФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (БГТУ им. В.Г. Шухова) Белгород Россия Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, Belgorod Russian Federation ФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (БГТУ им. В.Г. Шухова) Белгород Россия Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov Belgorod Russian Federation ФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (БГТУ им. В.Г. Шухова) Белгород Россия Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov Belgorod Russian Federation ФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (БГТУ им. В.Г. Шухова) Белгород Россия Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov Belgorod Russian Federation 21 11 2024 21 11 2024 31 1 4 13 20 02 2024 20 03 2024 https://tsilicates.ru/en/nauka/article/90474/view

В статье рассматривается процесс возгонки фторсодержащих соединений, образующихся в процессе обжига сырьевой смеси с добавлением фторида кальция. Приводятся результаты химического анализа продуктов обжига сырьевой смеси без использования добавок и с вводом CaF2 в количестве 1% и 5% ионов фтора. Результаты рент-генофазового анализа полученных клинкеров свидетельствуют о формировании основных клинкерных минералов во всех образцах. Карты распределения ионов фтора в клинкере, полученные с помощью растровой электронной мик-роскопии, позволили рассмотреть кристаллизацию клинкера и определить места кристаллизации фторсодержа-щих соединений. Подробно рассмотрен и определен температурный интервал процесса возгонки фтора при обжиге клинкера с помощью комплексного термического анализа, совмещенного с масс-спектрометром, демонстрирующего процесс улетучивания фтора из продукта обжига с одновременной потерей массы. Подтверждено присутствие ионов фтора в синтезированных клинкерах, в том числе и в виде CaF2, не вступившего в реакции образования клин-керных минералов, а также его возгонка в процессе обжига и охлаждения клинкера.

The article discusses the process of sublimation of fluorinated compounds formed during the burning of a raw mix with the addition of calcium fluoride. The results of the chemical analysis of the burning products of the raw mix without the use of additives and with the introduction of CaF2 in the amount of 1% and 5% fluorine ions are presented. The results of X-ray phase analysis of the clinkers obtained indicate the formation of the main clinker minerals in all samples. Maps of the distribution of fluorine ions in clinker obtained by scanning electron microscopy allowed us to consider the crystalliza-tion of clinker and determine the crystallization sites of fluorinated compounds. The temperature range of the fluorine sub-lima-tion process during clinker burning is considered in detail and determined using a complex thermal analysis combined with a mass spectrometer demonstrating the process of fluorine volatilization from the burning product with simultaneous mass loss. The presence of fluorine ions in the synthesized clinkers was confirmed, including in the form of CaF2, which did not react to the formation of clinker minerals, as well as its sublimation during burning and cooling of the clinker.

 минерализатор фторид кальция возгонка фтора обжиг клинкера распределение фтор-ионов mineralizer calcium fluoride fluorine sublimation clinker burning distribution of fluorine ions Работа выполнена в рамках реализации Программы развития университета «ПРИОРИТЕТ 2030». Проект № 3/23 «Разработка способа интенсификации процесса синтеза вяжущих материалов на основе ис-пользования фторсодержащих соединений». The work was carried out within the framework of the University Development Program “PRIORITY 2030”. Project No. 3/23 “Development of a method of intensification of the process of synthesis of binding materials based on the use of fluorine-containing compounds”.

Dominguez O., Torres-Castillo A., Flores-Velez L.M., Torres R. Characterization using thermomechanical and differential thermal analy-sis of the sinterization of Portland clinker doped with CaF2. Materials Characterization. – 2010. Vol. 61. – Pp. 459-466. DOI: 10.1016/j.matchar.2010.02.002. Dominguez O., Torres-Castillo A., Flores-Velez L.M., Torres R. Characterization using thermomechanical and differential thermal analy-sis of the sinterization of Portland clinker doped with CaF2. Materials Characterization. – 2010. Vol. 61. – Pp. 459-466. DOI: 10.1016/j.matchar.2010.02.002. Tobon J., Diaz-Burbano M., Restrepo O. Relacion optima de los mineralizadores fluorite/yeso en la clinkerizacion del ce-ment Portland. Materiales de Construccion. – 2016. Vol. 66(322):e086. DOI: 10.3989/mc.2016.05515. Tobon J., Diaz-Burbano M., Restrepo O. Relacion optima de los mineralizadores fluorite/yeso en la clinkerizacion del ce-ment Portland. Materiales de Construccion. – 2016. Vol. 66(322):e086. DOI: 10.3989/mc.2016.05515. Madlool N.A., Saidur R., Rahim N.A., Islama M.R., Hossian M.S. An exergy analysis for cement industries: An overview Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2012. Vol. 16. – Pp. 921-932. DOI: 10.1016/j.rser.2011.09.013. Madlool N.A., Saidur R., Rahim N.A., Islama M.R., Hossian M.S. An exergy analysis for cement industries: An overview Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2012. Vol. 16. – Pp. 921-932. DOI: 10.1016/j.rser.2011.09.013. Куликов Б.П., Николаев М.Д., Кузнецов С.В., Баринов В.В., Пыркова И.В. Получение клинкера с использованием минерализатора на основе фторсодержащих отходов // Цемент и его применение. – 2010. №2. Kulikov B.P., Nikolaev M.D., Kuznecov S.V., Barinov V.V., Pyrkova I.V. Poluchenie klinkera s ispol'zovaniem mineralizatora na osnove ftorsoderzhaschih othodov // Cement i ego primenenie. – 2010. №2. Осокин А.П., Кривобородов Ю.Р., Потапова Е.Н. Моди-фицированный портландцемент. – М.: Стройиздат, 1993. – 328 с. Osokin A.P., Krivoborodov Yu.R., Potapova E.N. Modi-ficirovannyy portlandcement. – M.: Stroyizdat, 1993. – 328 s. Dahhou M., El Hamidi A., El Moussaouiti M., Azeem Ar-shad M. Synthesis and characterization of belite clinker by sustainable utilization of alumina sludge and natural fluorite (CaF2). Materialia. – 2021. Vol. 20. 101204. DOI: 10.1016/j.mtla.2021.101204. Dahhou M., El Hamidi A., El Moussaouiti M., Azeem Ar-shad M. Synthesis and characterization of belite clinker by sustainable utilization of alumina sludge and natural fluorite (CaF2). Materialia. – 2021. Vol. 20. 101204. DOI: 10.1016/j.mtla.2021.101204. Bouregba A., Diouri A., Elghattas B., Boukhari A., Guedira T. Influence of Fluorine on Clinker burnability and mechani-cal properties of CPA Moroccan cement. MATEC Web of Con-ferences. – 2018. Vol. 149:01075. DOI: 10.1051/matecconf/201814901075. Bouregba A., Diouri A., Elghattas B., Boukhari A., Guedira T. Influence of Fluorine on Clinker burnability and mechani-cal properties of CPA Moroccan cement. MATEC Web of Con-ferences. – 2018. Vol. 149:01075. DOI: 10.1051/matecconf/201814901075. Kulikov B.P., Vasyunina N., Dubova I.V., Samoylo A.S., Balanev R.O., Kutovaya A.S. Portland Сement Сlinker Pro-duction Using Syn-thetic Fluorite and Graphitic Carbon Based Additives. Ecology and Industry of Russia. – 2023. Vol. 27(10). – Pp. 42-47. DOI: 10.18412/1816-0395-2023-10-42-47. Kulikov B.P., Vasyunina N., Dubova I.V., Samoylo A.S., Balanev R.O., Kutovaya A.S. Portland Sement Slinker Pro-duction Using Syn-thetic Fluorite and Graphitic Carbon Based Additives. Ecology and Industry of Russia. – 2023. Vol. 27(10). – Pp. 42-47. DOI: 10.18412/1816-0395-2023-10-42-47. Xie L., Deng M., Tang J., Liu K. The effect of fluorapatite in limestones on the mineral compositions of Portland cement clinkers. Con-struction and Building Materials. – 2021. Vol. 273. 122042. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.122042. Xie L., Deng M., Tang J., Liu K. The effect of fluorapatite in limestones on the mineral compositions of Portland cement clinkers. Con-struction and Building Materials. – 2021. Vol. 273. 122042. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.122042. Da Yo., He T., Shi Ch., Wang M., Feng Yu. Potential of preparing cement clinker by adding the fluorine-containing sludge into raw meal. Journal of Hazardous Materials. – 2021. Vol. 403. 123692. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123692. Da Yo., He T., Shi Ch., Wang M., Feng Yu. Potential of preparing cement clinker by adding the fluorine-containing sludge into raw meal. Journal of Hazardous Materials. – 2021. Vol. 403. 123692. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123692. Boughanmi S., Labidi I., Megriche A., El Maaoui M., Nonat A. Natural fluorapatite as a raw material for Portland clinker. Cement and Concrete Research. – 2018. Vol. 105. – Pp. 72-80. DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.01.006. Boughanmi S., Labidi I., Megriche A., El Maaoui M., Nonat A. Natural fluorapatite as a raw material for Portland clinker. Cement and Concrete Research. – 2018. Vol. 105. – Pp. 72-80. DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.01.006. Helmy I.M. Utilization of some waste products as a miner-alizers in the formation of Portland cement clinker. Industrial Ceramics. – 2003. Vol. 23(1). – Pp. 41-45. Helmy I.M. Utilization of some waste products as a miner-alizers in the formation of Portland cement clinker. Industrial Ceramics. – 2003. Vol. 23(1). – Pp. 41-45. Novosyolov A., Ershova Y., Novoselova I., Vasina, Y. Efficiency of using a techno-genic product of electrolytic aluminum production as a mineralizer in the burning of ce-ment clinker. Digital Technologies in Construction Engineer-ing. – 2022. Vol. 173. – Pp. 251–257. DOI:10.1007/978-3-030-81289-8_32 Novosyolov A., Ershova Y., Novoselova I., Vasina, Y. Efficiency of using a techno-genic product of electrolytic aluminum production as a mineralizer in the burning of ce-ment clinker. Digital Technologies in Construction Engineer-ing. – 2022. Vol. 173. – Pp. 251–257. DOI:10.1007/978-3-030-81289-8_32 Akin Altun I. Effect of CaF2 and MgO on sintering of ce-ment clinker. Cement and Concrete Research. – 1999. Vol. 29. – Pp. 1847-1850. DOI: 10.1016/S0008-8846(99)00151-9. Akin Altun I. Effect of CaF2 and MgO on sintering of ce-ment clinker. Cement and Concrete Research. – 1999. Vol. 29. – Pp. 1847-1850. DOI: 10.1016/S0008-8846(99)00151-9. Da Yo., He T., Shia Ch., Lina Yi.,. Feng Yu. Revealing the co-doping effects of fluorine and copper on the formation and hydration of cement clinker. Construction and Building Mate-rials. – 2022. Vol. 335. 127516. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127516. Da Yo., He T., Shia Ch., Lina Yi.,. Feng Yu. Revealing the co-doping effects of fluorine and copper on the formation and hydration of cement clinker. Construction and Building Mate-rials. – 2022. Vol. 335. 127516. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127516. Kwon W., Kim Yo., Lee Yo., Kim S., Ha S. Effects of Pair-Mineralizer on Burnability of Clinker and Formation of Min-eral. Materials Science Forum - MATER SCI FORUM. – 2009. Vol. 620-622. – Pp. 209-212. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.620-622.209. Kwon W., Kim Yo., Lee Yo., Kim S., Ha S. Effects of Pair-Mineralizer on Burnability of Clinker and Formation of Min-eral. Materials Science Forum - MATER SCI FORUM. – 2009. Vol. 620-622. – Pp. 209-212. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.620-622.209. Emanuelson A., Landa-Cánovas A., Hansen St. A compar-ative study of ordinary and mineralised Portland cement clinker from two different production units Part II: Character-istics of the calcium silicates. Cement and Concrete Research. – 2003. Vol. 33. – Pp. 1623-1630. DOI: 10.1016/S0008-8846(03)00114-5. Emanuelson A., Landa-Cánovas A., Hansen St. A compar-ative study of ordinary and mineralised Portland cement clinker from two different production units Part II: Character-istics of the calcium silicates. Cement and Concrete Research. – 2003. Vol. 33. – Pp. 1623-1630. DOI: 10.1016/S0008-8846(03)00114-5. Черкасов А.В., Мишин Д.А., Перескок С.А. Использова-ние плавикового шпата для увеличения производительно-сти цементной вращающейся печи // Технологии бетонов – 2014, - №7 - C. 24–25. Cherkasov A.V., Mishin D.A., Pereskok S.A. Ispol'zova-nie plavikovogo shpata dlya uvelicheniya proizvoditel'no-sti cementnoy vraschayuscheysya pechi // Tehnologii betonov – 2014, - №7 - C. 24–25. Бахарев М. В., Москаленко А. Н. Искусственный плави-ковый шпат и его применение в цементной промышленно-сти // Цемент и его применение – 2016, - №2 - С. 50–53. Baharev M. V., Moskalenko A. N. Iskusstvennyy plavi-kovyy shpat i ego primenenie v cementnoy promyshlenno-sti // Cement i ego primenenie – 2016, - №2 - S. 50–53. Wang M., Li X., He W., Li J., Zhu Ya., Liao Yu-L., Yang Ji., Yang X. Distribution, health risk assessment, and anthro-pogenic sources of fluoride in farmland soils in phosphate industrial area, southwest China. Environmental Pollution. – 2019. Vol. 249. – Pp. 423-433. DOI: 10.1016/j.envpol.2019.03.044. Wang M., Li X., He W., Li J., Zhu Ya., Liao Yu-L., Yang Ji., Yang X. Distribution, health risk assessment, and anthro-pogenic sources of fluoride in farmland soils in phosphate industrial area, southwest China. Environmental Pollution. – 2019. Vol. 249. – Pp. 423-433. DOI: 10.1016/j.envpol.2019.03.044. Wu Sh., Wang Ya., Iqbal M., Mehmood Kh., Li Y., Tang Zh., Zhang H. Challenges of fluoride pollution in environ-ment: Mechanisms and pathological significance of toxicity - A review. Environ Pollut. – 2022. Vol. 1(304). 119241. DOI: 10.1016/j.envpol.2022.119241. Wu Sh., Wang Ya., Iqbal M., Mehmood Kh., Li Y., Tang Zh., Zhang H. Challenges of fluoride pollution in environ-ment: Mechanisms and pathological significance of toxicity - A review. Environ Pollut. – 2022. Vol. 1(304). 119241. DOI: 10.1016/j.envpol.2022.119241. Волконский Б.В., Коновалов П.Ф., Макашев С.Д. Мине-рализаторы в цементной промышленности. Москва: Стройиздат, 1964. 200 с. Volkonskiy B.V., Konovalov P.F., Makashev S.D. Mine-ralizatory v cementnoy promyshlennosti. Moskva: Stroyizdat, 1964. 200 s.