УДК 666.9.046 Процессы и способы термической обработки: кальцинирование, дегидратация, сушка и т. д.
ГРНТИ 61.35 Технология производства силикатных и тугоплавких неметаллических материалов
ОКСО 18.02.05 Производство тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий
ББК 303 Сырье. Материалы. Материаловедение
ТБК 6364 Отраслевая и прикладная экология
Исследована кинетика минералообразования при синтезе сульфоалюминатного клинкера с использованием в качестве сырьевых компонентов промышленных отходов. Применение промышленных отходов позволяет синтезировать качественный сульфоалюминатный клинкер и цемент на его основе. Различными физико-химическими метода-ми анализа показано изменение количества образующихся сульфоалюмината кальция и майенита при обжиге сырь-евых смесей при температуре 1250, 1300 и 1350 ℃ в течение 30, 60 и 90 мин. Проведен кинетический анализ про-цесса минералообразования по 12 кинетическим уравнениям, что позволило оценить скорость реакции формирования клинкера и оптимизировать процесс синтеза. Экспериментально установлены зависимости между скоростью образования клинкерных минеральных фаз и различными параметрами реакционной смеси. Полученные результаты могут быть использованы для улучшения технологических процессов производства сульфоалюминатных клинкеров на основе отходов и снижения энергозатрат на данный процесс.
сульфоалюминатный клинкер, промышленные отходы, энергоффективность, рентгенофазовый анализ, кинетика минералобразования
1. Maddalena, R. Can Portland cement be replaced by low carbon alternative materials? A study on the thermal properties and carbon emissions of innovative cements/R. Maddalena, J.J Roberts, A. Hamilton//J Clean Prod 2018. Vol.186. p.933-42.
2. Liu, Z. Experimental and numerical investigations on the inhibition of freeze–thaw damage of cement-based materials by a methyl laurate/diatomite microcapsule phase change material/Z. Liu., J. Jiang., X.Jin.,Y. Wang., Y. Zhang // J Energy Storage 2023. Vol.68. 107665.
3. Schneider, M., Sustainable cement production present and future/ M. Schneeider, M. Romer., M. Tschudin., H. Bolio// Cement Concr Res 2011. Vol. 41. № .7. p. 642-50.
4. Taylor, H.F.W. Cement Chemistry. Published by Thomas Telford Publishing, Thomas Telford Services Ltd, 1 Heron Quay, London E144JD. 1997. 457 р.
5. Потапова, Е.Н. Технологические, технические и организаци-онно-управленческие решения для устойчивого развития и декарбонизации цементной отрасли /Е.Н. Потапова., Т.В. Гусева., Т.О. Толстых, Бубнов А.Г//Техника и технология силикатов. 2023. Т. 30, № 2.С.104-115. https://tsilicates.ru/2023_tts2.
6. Gartner, E. A review of alternative approaches to the reduction of CO2 emissions associated with the manufacture of the binder phase in concrete/E. Gartner., H. Hirao// Cement and Concrete Re-search. 2015. Vol.78. Pp.126-142. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.04.012.
7. Leitan, F. A look ahead: what will the cement plant look like in the near future/ F. Leitan// Vzglyad vpered: kakim budet tsementnyy zavod v blizhayshem budushchem. Cement and its application. Tsement i yego primeneniye. 2020. 1. pp.124-128.
8. Concrete is more than a material. It’s about life/ Global Cement and Concrete Association (GCCA) of 03.05.2021.
9. Turner, LK. Carbon dioxide equivalent (CO2-e) emissions. a comparison between geopolymer and OPC cement concrete/L.K. Turner, FG Collins // Construct Build Mater. 2013. Vol. 43. p. 125–30.
10. Hienola, A. The role of anthropogenic aerosol emission reduction in achieving the Paris Agreement’s objective/A. Hienola A., J. Pietikainen, D.O. Donnell, Partanen AI, H. Korhonen, A. Laaksonen// Vienna, Austria. 2017.
11. Winnefeld, F. Using gypsum to control hydration kinetics of CSA cements /F, Winnefeld., L.H., Martin L.H., C.J Müller., B. Lothenbach // Construct. Build. Mater. 2017. 155. Pp.154-163. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.07.217.
12. Gartner, E. Low-CO2 cements based on calcium sulfoalumi-nates/ E. Gartner, K .Quillin // Sustainability in the Cement and Concrete Industry, Norwegian Cement Association, 2007. Vol. 16. Pp. 95-105.
13. Tao, Y. Recent progress and technical challenges in using calcium sulfoaluminate (CSA) cement /.Y. Tao., A.V.Rahul.,M.K Mohan.,G.D Schutter.,K.V Tittelboom//.Cement Concr. Compos. 2022. Article 104908. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2022.104908.
14. Никитина, М.А. Оценочная характеристика качества кальциево-алюминатного цемента с использованием техногенных материалов/ М.А. Никитина., И.Н Борисов., Т.И Тимошенко// АЛИТИНФОРМ: Цемент. Бетон. Сухие смеси. 2020. 4(61). С. 16-25.
15. Li, H. Microwave sintering of sulphoaluminate cement with utility wastes/H. Li, DK Agrawal, J. Cheng, MR. Silsbee. // Cement Concr. Res. 2001. p. 311257 -61.
16. Więckowski, A. Automating CSA cement-based reinforced monolithic ceiling construction, Autom|/ A. Więckowski // ConStruct. 2020. Vol. 111. 103051. https://doi.org/10.1016/j. autcon.2019.103051.
17. Pooni, J. Novel use of calcium sulfoaluminate (CSA) cement for treating problematic soils/ J. Pooni, D. Robert, F. Giustozzi, S. Setunge, Y.M. Xie, J. Xia// Construct. Build. Mater.2020. Vol.260. 120433, https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat.2020.120433.
18. Mohan, M.K. Early age hydration, rheology and pumping char-acteristics of CSA cement-based 3D printable concrete, / M.K. Mo-han., A.V. Rahul., G. De Schutter., K. Van Tittelboom // Construct. Build. Mater. 2021. Vol.275. 122136, https://doi.org/10.1016/ j. conbuildmat.2020.122136.
19. Sirtoli, D. Shrinkage and creep of high-performance concrete based on calcium sulfoaluminate cement/ D. Sirtoli., M. Wyrzykow-ski., P. Riva., S. Tortelli., M. Marchi., P. Lura// Cem. Concr. Comps. 2019. Vol. 78. p. 61–73. https://doi.org/10.1016/j. cemconcomp.2019.02.006.
20. Valenti, G. High-temperature synthesis of calcium sulphoaluminate from phosphogypsum, G. Valenti, L. Santoro, R. Garofano//Thermochim. Acta 1987. Vol 113. P. 269–275.
21. Ma, S. Alite-ye'elimite cement: synthesis and mineralogical analysis// S. Ma., R. Snellings., X. Li., X. Shen., K.L. Scrivener // Cem. Concr. Res. 2013. Vol. 45. P. 15–20.
22. Xuerun, Li. Kinetics of calcium sulfoaluminate formation from tricalcium aluminate, calcium sulfate and calcium oxide// Li Xuerun., Yu Zhang., Shen Xiaodong., Wang Qianqian., Pan Zhigang., Cement and Concrete Research 2014. Vol.55. p. 79-87. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2013.10.006.
23. Мин Хеин Хтет. Получение сульфоалюминатного цемента и исследование его свойств/ Мин Хеин Хтет, Е.Н. Потапова // Международное аналитическое образование АЛИТинформ: Цемент. Бетон. Сухие строительные смеси. 2023. Т.3. № 72.С. 2-9.
24. Shen, X. High-strength Portland Cement Clinker and Preparation Method/ X. Shen, X. Li, J. Xu,W. Xu, Y. Zhang, Y. Zhou//Nanjing University of Technology, Peop. Rep. China, 2013, p. 10.
25. Мамыкин, П. С. Кинетика образования силикатов в системе CaO – SiO2/ П. С. Мамыкин, С. Г. Златкин // Журнал физической химии. 1937. Т.9. №3. С. 393 – 406.
26. Потапова, Е. Н. Интенсификация процесса алитообразования в оксидно-солевых расплавах [Текст]: дис …канд. техн. наук: 05.17.11 /Е. Н. Потапова. М., 1983. 271 с.
27. Мин Хеин Хтет, Кинетика минералообразования при синтезе сульфоалюминатного клинкера/ Мин Хеин Хтет, Е. Н. Потапова, И.Ю Бурлов// Успехи в химии и химической техноло-гии.2022., Т. 36., № 3(252)., С. 106-108.
