[:ru]ИНТЕНСИФИКАТОРЫ ПОМОЛА — ТРАДИЦИОННЫЕ И НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ — И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОПТИМИЗАЦИЮ СОДЕРЖАНИЯ КЛИНКЕРНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ЦЕМЕНТА[:en]COMPARISON BETWEEN TRADITIONAL AND NEW GENERATION CEMENT GRINDING AIDS — EFFECT ON CLINKER FACTOR OPTIMIZATION[:]

[:ru]Процесс производства портландцемента считается одним из наиболее энергоемких технологических процессов, уступая по этому показателю только производству алюминия и стали. Он также является источником загрязнения окружающей среды. Так, при получении одной тонны цемента расходуется около 4 ГДж энергии, а в атмосферу выделяется 1 тонна углекислого газа (CO₂) [1]. В течение последних десятилетий для снижения потребления энергии и сокращения выбросов CO₂ при производстве клинкера использовались различные технологии. Например, сегодня для приготовления сырьевой смеси вместо так называемого мокрого способа, при котором для испарения воды из шламовой смеси требуются значительные затраты энергии, широко применяется сухой способ производства цемента [2]. В шестидесятые годы для декарбонизации сырьевой смеси начал применяться предварительный подогрев и обжиг в батарее циклонов, использовавших горячие газы от печей, благодаря чему степень декарбонизации достигала 90 % и, соответственно, энергопотребление цементных печей значительно сокращалось. Также за счет использования соответствующего топлива и нефтепродуктов в сочетании с определенными видами отходов удалось существенно оптимизировать обжиг сырьевой смеси [3, 4]. В отличие от эффективного решения проблемы энергосбережения в области оптимизации доли клинкера в составе цементной смеси, получаемой в процессе помола, достижения незначительны. В настоящее время доля клинкера в составе цемента типа I, соответствующая стандарту C 150 по классификации ASTM (Американского общества специалистов по испытаниям и материалам), как правило, превышает 80 или 85 %, несмотря на использование «традиционных» интенсификаторов помола, присутствующих на рынке и представленных в основном химическими веществами на основе аминов и/или гликоля [6, 7]. Такие ограничения связаны с тем, что более высокое содержание замещающих клинкер материалов, таких, как известняк, кремнезем, пуццолановые добавки, каолин и т. д., может привести к ухудшению механических свойств готовой продукции, в частности к снижению активности цемента. Сегодняшние требования, связанные с необходимостью сокращения потребления энергии и выбросов CO2, а также оптимизацией стоимости цемента, стимулируют разработку интенсификаторов помола (ИП), которые позволили бы значительно сократить расход клинкерной составляющей в цементе при сохранении достаточной прочности при сжатии. В связи с этим компания (Holderchem Building Chemicals S.A.L.) провела исследования по разработке и организации производства ИП «нового поколения», которые в процессе помола положительно влияли бы на состав и свойства цемента. Особое внимание уделяется соблюдению всех требований к химическим и физическим свойствам, приведенным в стандартах ASTM C150 «Портландцемент» [5] и ASTM C465 «Интенсификаторы помола» [8], поэтому основной целью первой части настоящей статьи является сравнение свойств цемента после введения ИП (традиционных или нового поколения) в различных концентрациях. Оценивались такие его свойства, как водопотребность, тонкость помола по Блейну, остаток на сите, время схватывания, а также прочность при сжатии. Влияние исследуемых ИП на степень оптимизации доли клинкера описывается во второй части настоящей статьи.[:en]The manufacturing of Portland cement is considered to be among the most energy intensive and polluting processes, coming right after the aluminum and steel industries. Generally speaking, the production of every ton of cement consumes around 4 GJ of energy and releases 1 ton of carbon dioxide (CO₂) in the atmosphere [1]. Over the last decades, considerable efforts have been implemented to produce clinker with lower energy consumptions and reduced CO₂ emissions. For example, for raw meal homogenization, the so-called «dry» process is presently widely used instead of the «wet» process which required significant amounts of energy to evaporate water from the wet slurry [2]. During the sixties, pre-heaters and pre-calciners were installed to decarbonate the raw meal in a series of cyclones using the hot gases coming out from the kilns. After passage from the last cyclone, raw meals present decarbonation degrees that can reach up to 90 %. Consequently, cement kilns were drastically shortened with significantly reduced energy consumptions. On the other hand, it is to be noted that the firing of raw meal including its burnability has been remarkably optimized through the use of adequate fuel and petroleum products together with selected wastes [3, 4]. Unlike the major improvements realized to produce clinker with reduced energy consumptions, minor improvements have been achieved for the purpose of optimizing the clinker factor in the produced cement mix during the grinding process. Nowadays, for an ASTM C150 Type I cement [5], most commonly used clinker factors are generally greater than around 80 % or 85 %, despite the addition of «traditional» grinding aids (GA) commonly available in the markets and mostly based on amine and/or glycol chemicals [6, 7]. Such limitations in the clinker factor are related to the fact that higher clinker substitutions by available raw materials such as limestone, silica, pozzolan, kaolin, etc. may lead to considerable mechanical losses such as decrease in compressive strength. With today’s constraints regarding the necessity to reduce energy consumptions and CO2 emissions as well as to optimize cement cost, a growing need has urged to develop GA that can be added to drastically minimize clinker factor while maintaining adequate compressive strength. In this context, (Holderchem Building Chemicals S.A.L.) initiated a research project to develop and launch GA refereed to as «new generation» GA that can be incorporated during the grinding process to significantly change cement mix design and properties. Special emphasis is placed to ensure that all chemical and physical requirements given in ASTM C150 for «Portland cement» [5] and ASTM C465 for «Grinding aids» [8] are satisfactorily fulfilled. Therefore, the objective of the first phase of this paper is to compare cement properties following the incorporation of various concentrations of either traditional or new generation GA. Evaluated cement properties included water demand, Blaine fineness, sieve residue, setting time, and compressive strength. The effect of such GA on the extent of clinker factor optimization is presented in the second phase of this paper.[:]