ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ЦЕМЕНТА В ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ АППАРАТАХ С МАГНИТО-КИПЯЩИМ СЛОЕМ ЭМА И ПОЛУЧЕНИЕ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ШЛАКОВ


Представляем Вашему вниманию абсолютно "новую" и экологически чистую технологию получения и обработки веществ, основанную на электромагнитной обработке материалов в аппарате с кипящим слоем (ЭМА). Для простоты повествования, введем определение магнитно-кипящего слоя.

аппарат вертикального типа непрерывного действия ЭМА-200-В
Кипящий слой или псевдоожиженный слой - состояние слоя зернистого сыпучего материала, при котором под влиянием проходящего через него потока газа или жидкости (сжижающих агентов) частицы твердого материала интенсивно перемещаются одна относительно другой. В этом состоянии слой напоминает кипящую жидкость, приобретая некоторые ее свойства, подчиняющиеся законам гидростатики. В кипящем слое достигается тесный контакт между зернистым материалом и сжижающим агентом, что делает эффективным применение КС в аппаратах химической промышленности, где необходимо взаимодействие твердой и текучей фаз (диффузионные, каталитические процессы и др.).

В ЭМА совмещается воздействие на вещество переменного электромагнитного поля, постоянного магнитного поля и механическое взаимодействие постоянных магнитов. Данный процесс воспроизводится благодаря комбинированному взаимодействию электрического привода и технологического аппарата. Активация вещества происходит на электронном уровне, что приводит к физико-химическим изменениям материала при обычной температуре, обычном давлении и без катализаторов.

По сравнению с традиционными технологиями затраты электроэнергии при использовании ЭМА снижены в несколько раз, металлоемкости в сотни раз, но и совсем незначительная поправочка - результативность, устанавливающая более высокую планку качества исходного вещества, что неоднократно доказано лабораторными испытаниями (см. таблицу внизу). Чем еще примечательна технология, уж сколь ее позиционирование обязывает нас говорить об инновациях в производстве цемента?

В электромагнитных аппаратах можно проводить:

  1. тонкое (около 2-6 мкм) и сверхтонкое (от 600 Ао и менее) измельчение (для получения высокомарочного цемента необходимо измельчать его до 6500-7000 см2/г, что соответствует размеру частиц от 0 до 10 мкм), например, пигментов, грунтов, полимерных материалов (порошков), смол, сажи, угля, золы, цементов, керамических материалов (глинозем, нитрид алюминия и т.п.), магнитных материалов, стекла, глин, графитов, металлов и т.п., как сухим, так и мокрым способами;
  2. активацию лежалых цементов, потерявших свою активность, с целью восстановления исходной марки, а также ее повышения;
  3. получение высокомарочных цементов от 500-1000 и выше;
  4. получение высокомарочных вяжущих из шлаков.
электромагнитный аппарат ЭМА-50
На рис. 1 и 3 представлены электромагнитные аппараты для измельчения различных материалов, а на рис. 2 представлены магнитные гранулы (рабочие тела) для ЭМА. Но и это еще не все, разработана и опробирована технология измельчения цемента в электромагнитных аппаратах непрерывного действия с емкостью рабочей камеры 5 л – ЭМА-5 и 100 л – ЭМА-100.

Для измельчения в ЭМА-5 брали белый Белгородский цемент марки 300 с исходной дисперсностью 3400 см2/г, который измельчали в непрерывном режиме. Дисперсность домолотого в ЭМА-5 цемента была от 4500 см2/г до 10300 см2/г (от марки 500 до марки 1000) в зависимости от производительности аппарата ЭМА-5.Так производительность ЭМА-5 при измельчении цемента до удельной поверхности 5100 см2/г составила 30 кг/час, а до удельной поверхности 11100 см2/г – 10 кг/час.

Для проведения физико-механических испытаний домолотого цемента были изготовлены кубы и испытаны на прочность. Характеристики и стоимость цемента росли в геометрической прогрессии, что явственно свидетельствует о том, что из такого материала, я бы построил дом лично и не один, если бы был прорабом или же отвечал за гос. закупки. Придется открыть один маленький секрет, хоть изыскательно нам и хотелось бы видеть чудеса, которые отражены в физических незримых законах, в ЭМА они скрыты под технологией, изобретенной еще в Советском союзе, усовершенствованной под стать потребителя и времени. Кстати, аппарат не имеет постоянных габаритов, под этим понимается, что только сами конкретные нужды заказчика определят его вид и размеры. Как говорится specially for you!

Магнитные гранулы для ЭМА
В табл. представлены результаты испытаний кубов, изготовленных из цемента с дисперсностью 5100 см2/г.

Физико-механические свойства бетона на исходном цементе и домолотом в ЭМА-5

Материал Состав смеси Прочность кубов, кг/см2
На 7-е
сутки
На 28-е
сутки
Исходный цемент
  1. Цемент -560 кг/м3
  2. Шлак серый -1120 кг/м3
  3. Вода-250 кг/м3
112

174

Домолотый цемент
  1. Цемент -510 кг/м3
  2. Шлак Серый -1170 кг/м3
  3. Вода-250 кг/м3
151 295

Таким образом, прочность на 7-е сутки при нормальном твердении увеличилась на 35 % при домоле цемента в ЭМА, а на 28-е сутки – почти в 1,7 раза по сравнению с исходным цементом. При этом экономия цемента на 1 м3 смеси на домолотом в ЭМА цементе составила 50 кг.

Для измельчения в электромагнитном аппарате ЭМА-100 использовали цемент завода Гигант марки 300 с исходной удельной поверхностью 2800 см2/г. Измельчение цемента проводили в непрерывном режиме. Удельная поверхность домолотого в ЭМА-100 цемента была от 3000 см2/г до 4800 см2/г, при этом производительность ЭМА-100 составляла от 1000 кг/час до 3000 кг/час. В таблице 2. представлены физико-механические свойства цементно-песчаного бетона, изготовленного из исходного цемента и домолотого в ЭМА-100.

Физико-механические свойства цементно-песчаного бетона, изготовленного из исходного цемента и домолотого в ЭМА-100

Удельная поверхность цемента см2 Расход материала на 1 м3 бетона, кг Добавка СДБ,% Прочность на сжатие, кгс/см2
Исходный Домолотый Исходный цемент Домолотый цемент Песок Вода 1-е сутки 28-е сутки
2800 - 540 - 1690 180 0.1 250 340
- 3000 - 490 1710 190 0.1 244 332
- 3700 - 490 1710 190 0.1 310 432
- 4300 - 490 1710 190 0.1 344 498
- 4800 - 490 1710 190 0.1 370 590

Установлено, что при домоле цемента в ЭМА был получен цемент с преобладанием тонкодисперсных фракций с размером частиц от 5 до 20 мкм, а фракции с частицами 60-80 мкм и более отсутствовали. При измельчении цемента в ЭМА до удельной поверхности около 6000 см2/г фракция 4-6 мкм была преобладающей и составляла около 48 %, а частицы с размером более 18 мкм отсутствовали. При удельной поверхности около 10 000 см2/г фракция частиц с размером 2-4 мкм составила около 20 %, а преобладающей была фракция 6-8 мкм, которая составила около 67 %, а частицы более 16 мкм отсутствовали.

При помоле цемента до удельной поверхности около 11 000 см2/г преобладали фракции 2-4 мкм и 4-6 мкм, которые составили около 41 % и 57 % соответственно. Фракции более 10 мкм отсутствовали. Из табл. 2 видно, что увеличение удельной поверхности от 4300 до 4800 см2/г значительно повышается активность бетона, что в свою очередь способствует получению цементно-песчаного бетона с заданной прочностью (М-500). Исследовано влияние различной дисперсности цемента на процесс структурообразования цементно-песчаного бетона, характеризуемого прочностью во времени. Установлено, что наиболее интенсивно процесс структурообразования протекает в бетоне, изготовленном на цементе, домолотом до удельной поверхности 4300 и 4800 см2/г. При этом периоды формирования структуры составляют соответственно 2 часа 30 мин и 2 часа 05 мин.

Морозостойкость цементно-песчаного бетона, домолотого в ЭМА до дисперсности 4800 – 5000 см2/г, составила 250 – 350 циклов согласно ГОСТ 10080-76 без разрушений и потери прочности в весе. В 2012 г. была проведена серия экспериментов по домолу цемента марки 500 в ЭМА с применением специальных добавок и получен цемент марки 1000.

Бесклинкерный цемент на основе доменных шлаков предполагает следующую схему получения:

схема получения доменных шлаков
Электромагнитный аппарат ЭМА-500 с емкостью рабочей камеры 500 л имеет производительность 5 т/ч с прибавкой удельной поверхности 1500-2000 см2/г, с расходом электроэнергии при этом 15 кВт/т. За одну смену (в течение 8 час) на нем получаем 40 т цемента. Без спецдобавок получаем марки от 500 до 600 и со спецдобавками – марки от 700 до 1000). ЭМА-500 занимает площадь 8 м2 вместе с пультом управления. В зависимости от необходимой производительности по цементу можно разместить любое количество ЭМА-500.

Электромагнитные аппараты просты в изготовлении, не требуют специального фундамента для их установки. Рабочая камера для измельчения может быть выполнена из листовой стали 1 мм, резины толщиной 3 мм, стекла и т.д. Преимущества ЭМА состоят в том, что металлоемкость его и масса меньше, удельная производительность во много раз выше, а удельные энергетические затраты всегда ниже, кроме того, шум во время работы минимальный, габариты небольшие, чем в традиционных помольных агрегатах. Период пребывания в рабочей камере материала, вследствие высокой энергонапряженности ЭМА, составляет от нескольких секунд до 15 минут в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала и требуемой его дисперсности.

В ЭМА исключаются затраты электроэнергии на передаточных звеньях (валах, редукторах, муфтах и т.д.) от источника питания к помольному агрегату. Причем электроэнергия в ЭМА непосредственно превращается в механическую энергию движения постоянных магнитов (мелющих тел), направленную на измельчение материала. Другими словами, ЭМА – это технологический аппарат с множеством «мини-двигателей», представленными в виде магнитных мелющих тел. Коэффициент заполнения рабочей камеры магнитными телами составляет от 50 до 80 % в зависимости от обрабатываемого материала и необходимого качества продукта.

Экономическая эффективность производства вяжущего

№ п/п Наименование показателей Единица измерения Вариант
1 Производительность по цементу Тонн/год 438000 876
2 Доход от реализации цемента Тыс руб/год 1954029 3902889
3 Балансовая прибыль Тыс руб/год 1426298 2848824
4 Себестоимость производства одной тонны цемента Рубль 890 890
5 Стоимость комплекта оборудования для производства цемента Тыс. руб 20000 40000
6 Срок окупаемости оборудования Лет 1 1

Для организации выпуска аппарата ЭМА-500-М предлагается следующее:

  1. Изготовить 3 лабораторных аппарата ЭМА-1-М, модифицированных для проведения экспериментов по домолу цемента и шлаков емкостью 1 л.
  2. Провести ряд экспериментов по переработке низкосортных цементов и шлака с получением официальных заключений от ЦНИИСК.
  3. Подготовить техническую документацию и изготовить аппарат ЭМА-100-М, модифицированный для переработки цемента и шлаков емкостью 100 л.
  4. Подготовить техническую документацию и изготовить аппарат ЭМА-500-М, модифицированный для переработки цемента и шлаков емкостью 500 л.
Для получения цемента марки 500 и более можно использовать цемент марки 300 и в ЭМА из него получать цемент марки 600, 1000 и более. На данный момент из цемента марки 500 при обработке в ЭМА был получен цемент с прочностью 1000. Можно получать бесклинкерный цемент на основе доменных шлаков в ЭМА с прочностью от 1000 и более. Для этого необходимо провести ряд исследований с различными шлаками и добавками.