Ученые запатентовали быстрый и экологичный способ обжига портландцемента

Учёные БГТУ имени Шухова разработали новый способ обжига портландцементного клинкера с использованием фторсодержащего отхода. Благодаря запатентованной технологии значительно ускоряется процесс обжига при мокром способе производства цемента и снижается расход топлива.

В чём суть разработки

Ключевым этапом нового метода является подготовка сырьевого шлама, состоящего из карбонатных, алюминатных, силикатных и железистых компонентов. В смесь добавляют фторсодержащий отход — электродный бой из производства алюминия, который содержит углерод и криолит (гексафтороалюминат натрия). Углерод выступает как выгорающая добавка, обеспечивая дополнительное тепло в печную систему, а минеральные компоненты вступают в химическую реакцию с компонентами сырьевого шлама. Далее смесь подают на спекание при пониженной температуре во вращающуюся печь с последующим охлаждением.

После охлаждения получается готовый продукт высокого качества. Разработанный метод позволяет эффективно перерабатывать промышленные отходы, снижая затраты энергии и экологический ущерб.

Как возникла идея

Самым энергозатратным этапом производства портландцемента остаётся процесс обжига ключевого компонента — клинкера. Учёные кафедры технологии цемента и композиционных материалов БГТУ имени Шухова, тесно сотрудничая с цементными производителями России, постоянно ищут пути оптимизации этого процесса, чтобы сделать его более экономичным и эффективным.

Исследования показали, что использование фторсодержащих отходов в качестве минерализующих добавок позволяет ускорить процесс обжига. Новый метод оптимизирует производство, обеспечивая устойчивое развитие отрасли при сохранении высоких экологических стандартов.

Научно-исследовательская часть работы выполнена на базе Центра высоких технологий БГТУ имени Шухова при поддержке Минобрнауки России.

Есть ли аналоги

Запатентованные аналоги обладают рядом существенных недостатков. Например, использование в качестве минерализаторов компонентов с различными химическими свойствами, а также нестабильным химическим и фазовым составом смеси, способными оказать негативное влияние на характеристики получаемого продукта. К тому же большая часть минерализаторов характеризуется высокой себестоимостью или ограниченностью запасов. С технической стороны у существующих аналогов выявлен большой расход топлива для поддержания высокой температуры обжига, что может приводить к пережогу клинкера и снижению качественных показателей портландцемента.

Разработанный способ интенсификации процесса обжига клинкера цемента, производимого мокрым способом, позволяет снизить удельный расход топлива на 6 кг/т клинкера за счёт снижения температуры отходящих газов и потерь тепла через корпус печной системой. При этом сохраняется качество готового продукта.

Кому полезна разработка

Разработка метода интенсификации процесса обжига портландцементного клинкера с использованием фторсодержащего отхода в печах мокрого способа производства актуальна для непосредственных потребителей — производителей цемента, а также для предприятий по производству алюминия с целью утилизация отходов (электродного боя).

Развитие проекта

Планируется промышленное внедрение разработанного способа на пилотных участках цементных заводов для проверки эффективности и стабильности процесса.

«Особенно высокий расход топлива и материалов наблюдается при мокром способе производства портландцемента. В настоящее время в отвалах находятся миллионы тонн различных отходов, которые могут найти применение в качестве минерализующей добавки для клинкера. При этом за счёт теплотехнического эффекта одновременно решаются важные экологические проблемы по уменьшению отвальных площадей и сокращению углеродного следа цементных предприятий. Техническим результатом нашей разработки являются повышение производительности печи, качества клинкера и цемента, сокращение удельного расхода топлива и электроэнергии при обжиге и помоле клинкера, снижение образования настылей», — отметил один из авторов разработки —  кандидат технических наук, доцент Алексей Новосёлов.

Патент ИЗ №2834608