VLIV NETRADIČNÍCH SUROVIN NA VÝPAL PORTLANDSKÉHO SLÍNKU

1. RNDr.Theodor Staněk +420 543 529 348 stanek@vustah.cz Výzkumný ústav stavebních hmot, a. s., Hněvkovského 65, 617 00 Brno VLIV NETRADIČNÍCH SUROVIN NA VÝPAL PORTLANDSKÉHO SLÍNKU RNDr. Theodor Staněk, Ing. Lenka Tomancová, Ing. Radovan Nečas Výzkumný ústav stavebních hmot, a. s., Brno, stanek@vustah.cz „Vápno, cement, ekologie“ Skalský Dvůr 12.-14.10. 2005

2. Úvod Rozvoj ve výrobě cementu je v současné době stále více ovlivňován: • ekologickými a ekonomickými aspekty • zvyšujícími se požadavky zákazníka na kvalitu cementových výrobků Hlavní snahy výrobců: • optimální využívání primárních surovinových zdrojů • používání druhotných a odpadních surovin • používání sekundárních energetických zdrojů • dosažení vysoké kvality a trvanlivosti cementových výrobků Z tohoto pohledu se jeví velice žádoucí vytipování a zhodnocení netradičních surovin, které by částečně nahradily přírodní zdroje při nezměněné, případně zvýšené kvalitě výsledného produktu.

3. Příprava Přehled vybraných surovin vhodných jako složka do cementářské surovinové moučky

4. Chemické analýzy jednotlivých surovin ve skupině popílky v hm. % Chemické analýzy jednotlivých surovin ve skupině strusky v hm. % Příprava

5. Příprava Příprava Chemické analýzy jednotlivých surovin ve skupině horniny v hm. % Chemické analýzy jednotlivých surovin ve skupině ostatní v hm. %

6. Příprava Chemické analýzy použitých základních cementářských surovin v hm. % Základní složky pro přípravu surovinových mouček: • čistý vápenec (V1) • vápenec se zvýšeným podílem SiO2 (V2) • jílová břidlice (B) • železitá korekce (Fe)

7. Výpočty oblastí řešitelnosti : sycení podle Lea a Parkera SLP = 96 silikátový modul Ms v rozsahu 2,0 – 2,9 aluminátový modul Ma v rozsahu 1,0 – 1,9 nahrazení jedné ze základních složek Skladba surovinových mouček : Ms = 2,6 a Ma = 1,6 SM-S : srovnávací SM pouze ze základních surovin Skladba surovinových mouček

8. Kontrola skladby - rovnovážné výpaly surovinových mouček • Příprava tablet (80g, ø 4 cm) • 1. výpal: nárůst teploty - 15°C/min, konečná teplota - 1050°C, izotermní výdrž - 60 min a rychlé chlazení na vzduchu • Mletí kalcinovaných tablet, vylisování nových tablet • 2. výpal: nárůst teploty - 15°C/min, konečná teplota - 1450°C a izotermní výdrž - 2 hod, pomalé chlazení v peci do 1200°C • Stanovení kvantitativního fázového složení slínku

9. Kontrola skladby - rovnovážné výpaly surovinových mouček • Takto vedený výpal zaručí vznik homogenní struktury slínku

10. Kontrola skladby - rovnovážné výpaly surovinových mouček • Pomalé chlazení způsobí dokonalou krystalizaci složek mezerní hmoty

11. Kontrola skladby - rovnovážné výpaly surovinových mouček Kvantitativní fázové složení rovnovážně vypálených slínků v hm.% - Slínky mají nízký obsah alitu (C3S) - Matematická korekce skladeb

12. Nová korigovaná skladba SM - Zjištěné fázové složení slínků- Znalost stechiometrie slínkových minerálů- Výsledný slínek - při optimálním zbytkovém množství volného CaO přes 60 hm.% alitu Skladba korigovaných surovinových mouček s popílky v hm. % Skladba korigovaných surovinových mouček se struskami v hm. %

13. Nová korigovaná skladba SM Skladba korigovaných surovinových mouček s horninami v hm. % Skladba korigovaných surovinových mouček s ostatními surovinami v hm. %

14. Vlastnosti surovinových mouček Granulometrie Sítové rozbory jednotlivých surovinových mouček v hm. %

15. Vlastnosti surovinových mouček • Termická analýza • DTA: 20 – 1400°C, nárůst 10°C/min, záznam DTA, TG a DTG na teplotě • Stanovení: • ztráta žíháním (z.ž.) • teplota konce dekarbonatace uhličitanů (TKD) • maximum exotermické reakce vzniku belitu (T-C2S) • teplota počátku vzniku slínkové taveniny (TL) • teplota minima endotermy vzniku slínkové taveniny (TMIN)

16. Vlastnosti surovinových mouček Termická analýza Výsledky termické analýzy surovinových mouček s popílky Výsledky termické analýzy surovinových mouček se struskami

17. Vlastnosti surovinových mouček Termická analýza Výsledky termické analýzy surovinových mouček s horninami Výsledky termické analýzy surovinových mouček s ostatními surovinami

18. Výpaly slínků a jejich fázové složení • Množství SM - cca 3 kg • Lisování tablet • Výpal v superkantalové peci - nárůst teploty 15°C/min, dosažení teploty 1050°C, izotermní výdrž 60 min, nárůst teploty 15°C/min, dosažení teploty 1450°C, izotermní výdrž 90 min, chlazení na vzduchu • Stanovení kvantitativního fázového složení slínků Kvantitativní fázové složení slínků, připravených s použitím popílků a strusek, v hm. % stanovenémikroskopicky

19. Výpaly slínků a jejich fázové složení Kvantitativní fázové složení slínků, připravených s použitím hornin a ostatních surovin, v hm. % stanovené mikroskopicky Kde: C3Srov = 4,219 * Cvol + C3S vypočtený rovnovážný obsah alitu C2Srov = 100 - C3Srov - C3A - C4AF vypočtený rovnovážný obsah belitu

20. Pro skladbu SM byly využity vybrané netradiční suroviny - klasické a fluidní popílky, negranulovaná, martinská a slévárenská struska, vápencový kal, křemelina, opuka a jíl, kaly z čiření vody, z výroby Al a Ni a odpad z cukrovaru Skladba SM byla vedena tak, aby došlo k nahrazení jedné z použitých běžných cementářských složek. SM byly charakterizovány termickou analýzou a byly z nich za stejných podmínek vypáleny slínky. Některé složky měli funkci Fe korekce, jiné nahrazovaly čistý vápenec a další jílovou břidlici případně méně hodnotný vápenec. Slínky vypálené z těchto surovinových mouček mají kvalitní fázové složení s vysokým obsahem alitu. Předložené výsledky dokazují, že použité netradiční suroviny mohou být využity jako plnohodnotná složka do surovinové moučky pro výpal portlandského slínku. V dalších pracích budou sledovány technologické vlastnosti cementů připravených z těchto slínků. Tento příspěvek byl vypracován v rámci řešení projektu MPO ČR č. FT-TA/020. Závěr