PL245590B1 - Set of raw materials for the production of Portland clinker and its application - Google Patents

Set of raw materials for the production of Portland clinker and its application Download PDF

Info

Publication number
PL245590B1
PL245590B1 PL439921A PL43992121A PL245590B1 PL 245590 B1 PL245590 B1 PL 245590B1 PL 439921 A PL439921 A PL 439921A PL 43992121 A PL43992121 A PL 43992121A PL 245590 B1 PL245590 B1 PL 245590B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
weight
cao
clinker
production
raw material
Prior art date
Application number
PL439921A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL439921A1 (en
Inventor
Tomasz Baran
Michał Wieczorek
Barbara Dybek
Piotr Żurad
Andrzej Przybycin
Original Assignee
Pge Polska Grupa Energetyczna Spolka Akcyjna
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pge Polska Grupa Energetyczna Spolka Akcyjna filed Critical Pge Polska Grupa Energetyczna Spolka Akcyjna
Priority to PL439921A priority Critical patent/PL245590B1/en
Publication of PL439921A1 publication Critical patent/PL439921A1/en
Publication of PL245590B1 publication Critical patent/PL245590B1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/02—Portland cement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest zestaw surowcowy do wytwarzania klinkieru portlandzkiego, który zawiera 75 - 80% wag. naturalnego wapienia, 7 - 17% wag. skały osadowej, 0,4 - 0,8% wag. zendry oraz 4 - 15% wag. popiołu wapiennego, w którym to zestawie zawartości głównych tlenków wynoszą 12 – 15% wag. SiO<sub>2</sub>, 3 - 4,5% wag. Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, 1,6 - 2,2% wag. Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, 42 - 44% wag. CaO, charakteryzuje się tym, że naturalny wapień stanowi kreda jeziorna. Przedmiotem zgłoszenia jest również zastosowanie zestawu według zgłoszenia do produkcji cementu portlandzkiego.The subject of the application is a raw material set for the production of Portland clinker, which contains 75 - 80% by weight of natural limestone, 7 - 17% by weight of sedimentary rock, 0.4 - 0.8% by weight of scale and 4 - 15% by weight of lime ash, in which set the contents of the main oxides are 12 - 15% by weight of SiO<sub>2</sub>, 3 - 4.5% by weight of Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, 1.6 - 2.2% by weight of Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, 42 - 44% by weight of CaO, characterized in that the natural limestone is lake chalk. The subject of the application is also the use of the set according to the application for the production of Portland cement.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest zestaw surowcowy do wytwarzania klinkieru portlandzkiego i jego zastosowanie do produkcji cementu portlandzkiego.The subject of the invention is a raw material composition for the production of Portland clinker and its use in the production of Portland cement.

Cement to materiał wiążący otrzymywany z surowców mineralnych poprzez wypalanie a następie zmielenie otrzymanego klinkieru. Produkcja cementu stwarza szerokie możliwości wykorzystania odpadów jako zamienników nieodnawialnych, mineralnych surowców kopalnianych. Działalność taka jest zgodna z jedną z podstawowych zasad zrównoważonego rozwoju, która zakłada racjonalne gospodarowanie nieodnawialnymi zasobami i zastępowanie ich substytutami.Cement is a binding material obtained from mineral raw materials by burning and then grinding the obtained clinker. Cement production creates wide possibilities of using waste as substitutes for non-renewable, mineral mining raw materials. Such activity is in line with one of the basic principles of sustainable development, which assumes rational management of non-renewable resources and replacing them with substitutes.

W stanie techniki znane są różne klinkiery do produkcji spoiw hydraulicznych. Patent europejski EP1781579 ujawnia klinkier sulfoglinowy o wysokiej zawartości belitu, sposób jego wytwarzania i jego zastosowanie do przygotowania spoiw hydraulicznych. Klinkier ten zawiera belit-sulfoglinowy mający następujący skład mineralogiczny: 5 do 25%, korzystnie 10 do 20%, fazy glinożelazianu wapniowego o składzie odpowiadającym wzorowi ogólnemu C2AXF(1-X), z X zawartym między 0,2 i 0,8,15 do 30%, korzystnie 20 do 30% fazy sulfoglinianu wapnia „yeelimite” (C4A3$), 40 do 75%, korzystnie 45 do 65% belitu (C2S), od 0,01 do 10% jednej z licznych faz mineralnych wybranych spośród siarczanów wapnia, siarczanów metali alkalicznych, perowskitu, glinianów wapnia, gelenitu, wolnego wapna i peryklazu, i/lub fazy szklistej takiej jak żużel wielkopiecowy lub szkło hydrauliczne.Various clinkers for the production of hydraulic binders are known in the art. European patent EP1781579 discloses a sulfoaluminum clinker with a high belite content, a method of its production and its use for the preparation of hydraulic binders. This clinker comprises a belite-sulfaluminate having the following mineralogical composition: 5 to 25%, preferably 10 to 20%, of a calcium aluminoferrate phase with a composition corresponding to the general formula C2AXF(1-X), with X comprised between 0.2 and 0.8, 15 to 30%, preferably 20 to 30% of a calcium sulphoaluminate phase "yeelimite" (C4A3$), 40 to 75%, preferably 45 to 65% of belite (C2S), from 0.01 to 10% of one of a number of mineral phases selected from calcium sulphates, alkali metal sulphates, perovskite, calcium aluminates, ghelenite, free lime and periclase, and/or a glassy phase such as blast furnace slag or hydraulic glass.

Klinkier portlandzki jest materiałem hydraulicznym, stanowiącym półprodukt w procesie wytwarzania cementu. Jak wiadomo z praktyki przemysłowej i wielu podręczników np. W. Brylicki i in., pt. Technologia budowlanych materiałów wiążących. Cement, WSiP, Warszawa 1983, M. Gawlicki i in., pt. Materiały budowlane. Podstawy technologii i metody badań. Red. J. Małolepszy, Wydawnictwo AGH, Kraków 2008, W. Kurdowski, pt. Chemia cementu i betonu, Wydawnictwo Polski Cement, Kraków 2010, PWN Warszawa 2010, do produkcji klinkieru portlandzkiego wykorzystuje się surowce zapewniające uzyskanie namiaru surowcowego o odpowiednich relacjach pomiędzy zawartościami CaO, S1O2, AI2O3, i Fe2O3.Portland clinker is a hydraulic material, which is a semi-finished product in the cement production process. As is known from industrial practice and many textbooks, e.g. W. Brylicki et al., entitled Technology of building binding materials. Cement, WSiP, Warsaw 1983, M. Gawlicki et al., entitled Building materials. Basics of technology and research methods. Ed. J. Małolepszy, AGH Publishing House, Cracow 2008, W. Kurdowski, entitled Chemistry of cement and concrete, Polish Cement Publishing House, Cracow 2010, PWN Warsaw 2010, for the production of Portland clinker, raw materials are used that ensure obtaining a raw material allowance with appropriate relations between the contents of CaO, S1O2, Al2O3, and Fe2O3.

W stanie techniki znane są również zestawy surowcowe do wytwarzania klinkieru portlandzkiego. Patent polski PL233349 ujawnia zestaw surowcowy do wytwarzania klinkieru portlandzkiego zawierający naturalne wapienie, margle, surowce ilaste oraz surowce odpadowe pochodzenia przemysłowego, w tym popioły lotne i żużle paleniskowe ze spalania węgla kamiennego, w którym to zestawie zawartości głównych tlenków w % wagowych wynoszą: 41-50 CaO, 12-16 S1O2, 2-5 AI2O3 i 1-3 Fe2Os, charakteryzujący się tym, że zawiera 1-100% wagowych wapna pokarbidowego powstałego w wyniku produkcji acetylenu z karbidu, zestawionego z mieszanką popiołowo-żużlową w stosunku wagowym od 2:1 do 4:1, przy czym wapno pokarbidowe składa się w % wagowych z: 60-75 CaO, 1-5 S1O2, 0,5-3 AI2O3, 0-1 Fe2Os, 0-1 SO3, 0-1 MgO, 0-0,1 Na2O, 0-0,1 K2O, 0-0,2 T1O2, 0-0,2 P2O5, a straty prażenia stanowią 20-34% wagowych, przy czym średnia wielkość ziaren wapna pokarbidowego wynosi od 20 do 60 μητ, natomiast mieszanka popiołowo-żużlowa zawiera w % wagowych: 1-5 CaO, 42-52 S1O2, 16-24 AI2O3, 5-12 FesOa, 0-4 SO3, 0-2 MgO, 0-2 T1O2, a średnia wielkość ziaren mieszanki popiołowo-żużlowej wynosi od 0,1 do 1,5 mm.Raw material sets for the production of Portland clinker are also known in the art. Polish patent PL233349 discloses a raw material set for the production of Portland clinker containing natural limestones, marls, clay raw materials and waste raw materials of industrial origin, including fly ash and bottom slag from the combustion of hard coal, in which set the contents of the main oxides in % by weight are: 41-50 CaO, 12-16 S1O2, 2-5 Al2O3 and 1-3 Fe2Os, characterized in that it contains 1-100% by weight of carbide lime resulting from the production of acetylene from carbide, combined with an ash-slag mixture in a weight ratio of 2:1 to 4:1, wherein the carbide lime consists in % by weight of: 60-75 CaO, 1-5 S1O2, 0.5-3 Al2O3, 0-1 Fe2Os, 0-1 SO3, 0-1 MgO, 0-0.1 Na2O, 0-0.1 K2O, 0-0.2 T1O2, 0-0.2 P2O5, and ignition losses constitute 20-34% by weight, with the average grain size of carbide lime ranging from 20 to 60 μητ, while the ash-slag mixture contains in % by weight: 1-5 CaO, 42-52 S1O2, 16-24 Al2O3, 5-12 FesOa, 0-4 SO3, 0-2 MgO, 0-2 T1O2, and the average grain size of the ash-slag mixture ranging from 0.1 to 1.5 mm.

Patent polski PL229385 ujawnia z kolei zestaw surowcowy do wytwarzania klinkieru portlandzkiego zawierający naturalne wapienie, margle, surowce ilaste oaz surowce odpadowe pochodzenia przemysłowego, w którym to zestawie zawartości głównych tlenków w % wagowych wynoszą 41-48 CaO, 12-16 S1O2 2-5 AI2O3 i 1-3 Fe2Os, charakteryzujący się tym, że surowiec odpadowy stanowi wapno pokarbidowe powstałe w wyniku produkcji acetylenu z karbidu, zawarte w zestawie surowcowym w ilości 1-35 wagowych z: 60-75 CaO, 1-5 S1O2, 0,5-3 AI2O3, 0-1 Fe2Os, 0-1 SO3, 0-1 MgO, 0-0,1 Na2O, 0-0,1 K2O, 0-2 T1O2, 0-0,2 P2O5, a straty prażenia stanowią 20-34% wagowych, natomiast średnia wielkość wapna pokarbidowego zawiera się w przedziale od 20 do 60 μητPolish patent PL229385 discloses a raw material set for the production of Portland clinker containing natural limestones, marls, clayey raw materials and waste raw materials of industrial origin, in which the contents of the main oxides in % by weight are 41-48 CaO, 12-16 S1O2, 2-5 Al2O3 and 1-3 Fe2Os, characterized in that the waste raw material is carbide lime resulting from the production of acetylene from carbide, contained in the raw material set in the amount of 1-35 by weight of: 60-75 CaO, 1-5 S1O2, 0.5-3 Al2O3, 0-1 Fe2Os, 0-1 SO3, 0-1 MgO, 0-0.1 Na2O, 0-0.1 K2O, 0-2 T1O2, 0-0.2 P2O5, and ignition losses are 20-34% by weight, while the average size of the post-carbide lime is in the range of 20 to 60 μητ

W dalszej części opisu wynalazku będą stosowane następujące skróty, aby określić składniki mineralne cementu, a tym samym rodzaj wytworzonego spoiwa (wszystkie wartości wyrażone w [% wag.]In the further description of the invention the following abbreviations will be used to designate the mineral components of cement and thus the type of binder produced (all values expressed in [wt.%]):

Moduł nasycenia wapnem wg Kinda, MN, wyrażony wzorem:Lime saturation module according to Kind, MN, expressed by the formula:

CaO — (CaOw + 1,65 A/2Ć?3 + 0,35 Fe2O3 + 0,7 SiO2) Mn= 2,8 (Si02 - SiO2w)CaO - (CaO w + 1.65 A/ 2 Æ? 3 + 0.35 Fe 2 O 3 + 0.7 SiO 2 ) Mn= 2.8 (Si0 2 - SiO 2w )

Wartość modułu nasycenia wapnem wg Kinda powinna być zawarta w granicach (0,8 4- 0,98).The value of the lime saturation module according to Kind should be within the range (0.84- 0.98).

PL 245590 Β1PL 245590 Β1

Moduł hydrauliczny, wyrażony wzorem:The hydraulic module, expressed by the formula:

CaO Mh =—-----------S1O2 + 4/2^3 Fe?2^3CaO M h =—-----------S1O2 + 4/2^3 Fe?2^3

Wartość modułu hydraulicznego powinna być zawarta w granicach (2,1 4- 3,5).The value of the hydraulic module should be within the range (2.1 4- 3.5).

Moduł glinowy, MG, wyrażony wzorem:The aluminum modulus, MG, is given by:

Wartość modułu glinowego powinna być zawarta w granicach (1,0 3- 3,0).The value of the aluminum modulus should be within the range (1.0 3- 3.0).

Moduł krzemianowy MK, wyrażony wzorem:The silicate module MK, expressed by the formula:

5ίί?2 j4Z2O3 + Fe2O3 5ίί?2 j4Z 2 O3 + Fe 2 O 3

Wartość modułu krzemianowego powinna być zawarta w granicach (1,7 3- 3,5).The value of the silicate module should be within the range (1.7 3- 3.5).

Moduł nasycenia wapnem LSF, Limę Saturation Factor - określający skład chemiczny zestawu surowcowego zapewniający możliwie wysokie (optymalne) związane CaO w wypalanym klinkierze wyrażony wzorem:Lime Saturation Module LSF, Lime Saturation Factor - defining the chemical composition of the raw material set ensuring the highest possible (optimum) bound CaO in the burnt clinker expressed by the formula:

CaO lsf =_________________________CaO lsf =_________________________

2,8StO2 + 1,18Λ/2Ο3 + 0,65Fe2O3 2.8StO 2 + 1.18Λ/ 2 Ο 3 + 0.65Fe 2 O 3

Wartość modułu nasycenia wapnem, zwykle wyrażana w procentach powinna być zawarta w granicach (95 3-100)%.The value of the lime saturation module, usually expressed as a percentage, should be within the range (95 3-100)%.

Przeliczenia składu chemicznego na skład mineralogiczny można dokonać z wykorzystaniem wzorów Bogue'a - które mówią o tym, że wzory chemiczne tlenków i minerałów są tożsame z ich zawartością:The conversion of chemical composition into mineralogical composition can be done using Bogue's formulas - which state that the chemical formulas of oxides and minerals are identical to their contents:

C3S = 4,07 C - 7,6 S - 1,43 F - 6,72 AC3S = 4.07 C - 7.6 S - 1.43 F - 6.72 A

C2S = 8,6 S + 1,07 F + 5 A - 3 CC2S = 8.6 S + 1.07 F + 5 A - 3 C

C3A = 2,65 A - 1,69 FC3A = 2.65A - 1.69F

C4AF = 3,04 FC4AF = 3.04F

Gdzie:Where:

F ~ Fe2O3; A — Al2O3; S = SiO2 — SiO2 nierozpuszczalneF ~ Fe 2 O 3 ; A — Al 2 O 3 ; S = SiO 2 — SiO 2 insoluble

C = CaO — CaOwoine — 0,7 SO3 C = CaO - CaO woine - 0.7 SO 3

Skład mineralny wg metody Bogue’a:Mineral composition according to Bogue's method:

C3S —alit (krzemian trójwapniowy),C 3 S —alite (tricalcium silicate),

C2S — belit (krzemian dwuwapniowy),C 2 S - belite (dicalcium silicate),

C3A —celit (glinian trójwapniowy)C 3 A — celite (tricalcium aluminate)

C4AF —brownmilleryt (glinian dwuwapniowy)C 4 AF —brownmillerite (dicalcium aluminate)

Wykorzystanie, w wielkotonażowym procesie, pozyskiwania nadkładowych kopalin towarzyszących wydobyciu węgla brunatnego, w tym kredy jeziornej (której właściwości odpowiadają surowcom o wysokiej zawartości węglanu wapnia), to możliwość zagospodarowania wielu milionów ton ubocznych produktów wydobycia tj.: kredy jeziornej, pisaków, materiałów ilastych, które do tej pory w większości mieszane były z masami ziemno-skalnymi jako nadkład i pozbawiane cech użytkowych surowca. Powiązanie pozyskania i przetworzenia kopalin towarzyszących wydobyciu węgla oznacza odejście od gospodarki liniowej (pochłaniającej ogromną masę surowców nieodnawialnych i produkującą znaczne ilości odpadów) i jest wyjściem naprzeciw szeroko postulowanym zasadom Gospodarki Obiegu Zamkniętego.The use of large-scale extraction of overburden minerals accompanying lignite mining, including lake chalk (whose properties correspond to raw materials with a high calcium carbonate content), in the large-scale process, is an opportunity to manage many millions of tons of mining by-products, i.e. lake chalk, sand, clay materials, which until now have mostly been mixed with earth and rock masses as overburden and deprived of the usable features of the raw material. The combination of extraction and processing of minerals accompanying coal mining means a departure from the linear economy (which absorbs a huge mass of non-renewable raw materials and produces significant amounts of waste) and is a way to meet the widely postulated principles of the Circular Economy.

Dlatego celem wynalazku było opracowanie zestawów surowcowych do wytwarzania klinkieru portlandzkiego, które pozwalałyby zagospodarować złoża kredy jeziornej - kopaliny nadkładowej towarzyszącej wydobyciu węgla brunatnego, a także uzyskać klinkier i cement portlandzki o pożądanych właściwościach.Therefore, the aim of the invention was to develop raw material sets for the production of Portland clinker, which would make it possible to develop deposits of lake chalk - an overburden mineral accompanying the mining of brown coal - and to obtain clinker and Portland cement with the desired properties.

Zestaw surowcowy do wytwarzania klinkieru portlandzkiego według wynalazku zawiera 75-80% wag. naturalnego wapienia, 7-17% wag. skały osadowej, 0,4-0,8% wag. zendry oraz 4-15% wag. popiołu wapiennego, w którym to zestawie zawartości głównych tlenków wynoszą 12-15% wag. SiO2, 3-4,5% wag. AI2O3, 1,6-2,2% wag. Fe2O3, 42-44% wag. CaO, charakteryzuje się tym, że naturalny wapień stanowi kreda jeziorna.The raw material composition for producing Portland clinker according to the invention comprises 75-80 wt.% of natural limestone, 7-17 wt.% of sedimentary rock, 0.4-0.8 wt.% of scale and 4-15 wt.% of limestone ash, in which composition the contents of the main oxides are 12-15 wt.% SiO2, 3-4.5 wt.% Al2O3, 1.6-2.2 wt.% Fe2O3, 42-44 wt.% CaO, characterized in that the natural limestone is lake chalk.

Korzystnie skała osadowa jest wybrana z grupy obejmującej piasek i ił.Preferably the sedimentary rock is selected from the group consisting of sand and clay.

Korzystnie zestaw według wynalazku zawiera 78,47% wag. kredy jeziornej, 10,06% wag. piasku, 0,49% wag. zendry oraz 10,98% wag. popiołu wapiennego, w którym to zestawie zawartości głównych tlenków wynoszą 14,07% wag. SiO2, 3,29% wag. AI2O3, 1,73% wag. Fe2O3, 43,45 % wag. CaO.Preferably, the set according to the invention contains 78.47 wt.% of lake chalk, 10.06 wt.% of sand, 0.49 wt.% of scale and 10.98 wt.% of lime ash, in which set the contents of the main oxides are 14.07 wt.% SiO2, 3.29 wt.% Al2O3, 1.73 wt.% Fe2O3, 43.45 wt.% CaO.

Alternatywnie korzystnie zestaw według wynalazku zawiera 77,15% wag. kredy jeziornej, 8,43% wag. piasku, 0,54% wag. zendry oraz 13,88% wag. popiołu wapiennego, w którym to zestawie zawartości głównych tlenków wynoszą 13,39% wag. SO2, 4,06% wag. AI2O3, 2,03% wag. Fe2O3, 43,39% wag. CaO.Alternatively, preferably, the set according to the invention contains 77.15 wt.% of lake chalk, 8.43 wt.% of sand, 0.54 wt.% of scale and 13.88 wt.% of lime ash, in which set the contents of the main oxides are 13.39 wt.% of SO2, 4.06 wt.% of Al2O3, 2.03 wt.% of Fe2O3, 43.39 wt.% of CaO.

Alternatywnie korzystnie zestaw według wynalazku zawiera 78,60% wag. kredy jeziornej, 15,57% wag. iłu, 0,70% wag. zendry oraz 5,14% wag. popiołu wapiennego, w którym to zestawie zawartości głównych tlenków wynoszą 13,12% wag. SO2, 3,97% wag. AI2O3, 1,99% wag. Fe2O3, 42,51% wag. CaO.Alternatively, preferably, the set according to the invention contains 78.60 wt.% of lake chalk, 15.57 wt.% of clay, 0.70 wt.% of scale and 5.14 wt.% of lime ash, in which set the contents of the main oxides are 13.12 wt.% of SO2, 3.97 wt.% of Al2O3, 1.99 wt.% of Fe2O3, 42.51 wt.% of CaO.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie zestawu według wynalazku do produkcji cementu portlandzkiego.The subject of the invention is also the use of the kit according to the invention for the production of Portland cement.

Klinkier portlandzki to wytworzony półprodukt, do którego dodawany jest regulator czasu wiązania, a następnie mielony celem uzyskania cementu portlandzkiego.Portland clinker is a manufactured semi-finished product to which a setting time regulator is added and then ground to obtain Portland cement.

W zależności od założonych wymagań cement portlandzki odpowiadać powinien wartościom normowym opisanym w PN-EN 197-1:2012 „Cement - Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku”.Depending on the assumed requirements, Portland cement should comply with the standard values described in PN-EN 197-1:2012 "Cement - Part 1: Composition, requirements and conformity criteria for common cements".

Jako główną zaletę wynalazku należy wskazać to, że cement portlandzki wytworzony z zastosowaniem zestawów surowcowych według wynalazku charakteryzuje się cechami typowego CEM I o szybko wzrastającej wytrzymałości wczesnej, wysokim cieple hydratacji i krótkim czasie wiązania. Minimalna wytrzymałość normowa otrzymanych zapraw na ściskanie, po 28 dniach twardnienia, wynosi 42,5 MPa. Otrzymany cement portlandzki spełnia zakładany efekt, otrzymany w całości z materiałów nadkładowych oraz odpadowych, zgodnie z modelem gospodarki cyrkularnej, spełniający wymogi normowe i odpowiadający klasie cementu CEM I 42,5R.The main advantage of the invention is that the Portland cement produced using the raw material sets according to the invention is characterized by the features of a typical CEM I with a rapidly increasing early strength, high hydration heat and short setting time. The minimum standard compressive strength of the obtained mortars, after 28 days of hardening, is 42.5 MPa. The obtained Portland cement meets the assumed effect, obtained entirely from overlay and waste materials, in accordance with the circular economy model, meeting the standard requirements and corresponding to the cement class CEM I 42.5R.

Opis rysunkówDescription of drawings

Fig. 1 przedstawia dyfraktometry składu chemicznego surowców klinkierowych. Fig. 1A przedstawia dyfraktogram kredy jeziornej. Głównymi fazami zidentyfikowanymi w próbce są kalcyt i kwarc. Fig. 1B przedstawia dyfraktogram piasku. Główną fazą zidentyfikowaną w próbce jest kwarc. Pozostałe fazy zidentyfikowano w małych ilościach (bardzo małe intensywności refleksów linii). Fig. 1C przedstawia dyfraktogram iłu. Głównymi fazami zidentyfikowanymi w próbce są minerały kwarc, kaolinit i illit. W małych ilościach zidentyfikowano kalcyt. Fig. 1D przedstawia dyfraktogram zendry. Głównymi fazami zidentyfikowanymi w próbce są magnetyt, wustyt i hematyt. Fig. 1E przedstawia dyfraktogram popiołu wapiennego. Głównymi fazami identyfikowanymi w badanej próbce są kwarc, gelenit, anhydryt, albit i hematyt. Pozostałe fazy zidentyfikowano w małych ilościach (bardzo małe intensywności refleksów linii). Fig. 1F przedstawia dyfraktogram gipsu. Główną fazą identyfikowaną w badanej próbce jest gips. Kalcyt i kwarc występują w bardzo małych ilościach (bardzo małe intensywności refleksów linii).Fig. 1 shows diffractometers of chemical composition of clinker raw materials. Fig. 1A shows diffractogram of lake chalk. The main phases identified in the sample are calcite and quartz. Fig. 1B shows diffractogram of sand. The main phase identified in the sample is quartz. The other phases were identified in small amounts (very low line reflection intensities). Fig. 1C shows diffractogram of clay. The main phases identified in the sample are quartz, kaolinite and illite minerals. Calcite was identified in small amounts. Fig. 1D shows diffractogram of scale. The main phases identified in the sample are magnetite, wustite and hematite. Fig. 1E shows diffractogram of limestone ash. The main phases identified in the tested sample are quartz, ghelenite, anhydrite, albite and hematite. The other phases were identified in small amounts (very low line reflection intensities). Fig. 1F shows the diffraction pattern of gypsum. The main phase identified in the tested sample is gypsum. Calcite and quartz occur in very small amounts (very low intensities of line reflections).

Fig. 2 przedstawia przykładowe dyfraktogramy dla każdego wypalonego zestawu I-III uzyskane podczas procesu wypału. Fig. 2A przedstawia dyfraktogram Zestawu I. Głównymi fazami identyfikowanymi w badanej próbce są alit (Calcium silicate-czerwony), belit (dicalcium silicate-niebieski), glinian trójwapniowy (tricalcium aluminate-zielony) i brownmilleryt (brownmillerite-szary). W mniejszej ilości (bardzo małe intensywności refleksów linii) występuje wolne wapno CaOw, którego ilość oznaczona metodą glikolową wynosi 1,5%. Fig. 2B przedstawia dyfraktogram Zestawu II. Głównymi fazami zidentyfikowanymi w badanej próbce są alit, belit, glinian trójwapniowy i brownmilleryt. W mniejszej ilości występuje wolne wapno CaOw, którego ilość oznaczona metodą glikolową wynosi 1,4%. Fig. 2C przedstawia dyfraktogram Zestawu III. Głównymi fazami zidentyfikowanymi w badanej próbce są alit, belit, glinianFig. 2 shows exemplary diffraction patterns for each fired set I-III obtained during the firing process. Fig. 2A shows the diffraction pattern of Set I. The main phases identified in the tested sample are alite (Calcium silicate-red), belite (dicalcium silicate-blue), tricalcium aluminate (tricalcium aluminate-green) and brownmillerite (brownmillerite-grey). In a smaller amount (very low line reflection intensities) there is free lime CaOw, the amount of which determined by the glycol method is 1.5%. Fig. 2B shows the diffraction pattern of Set II. The main phases identified in the tested sample are alite, belite, tricalcium aluminate and brownmillerite. In a smaller amount there is free lime CaOw, the amount of which determined by the glycol method is 1.4%. Fig. 2C shows the diffraction pattern of Set III. The main phases identified in the tested sample are alite, belite, aluminate.

PL 245590 Β1 trójwapniowy i brownmilleryt. W mniejszej ilości występuje wolne wapno CaOw, którego ilość oznaczona metodą glikolową wynosi 1,7%.PL 245590 Β1 tricalcium and brownmillerite. Free calcium CaOw occurs in smaller amounts, the amount of which determined by the glycol method is 1.7%.

Fig. 3 przedstawia dyfraktogramy z pomiarów składu fazowego podczas wypalania zestawów surowcowych dla każdego wypalonego zestawu I-III. Fig. 3A przedstawia dyfraktogram Zestawu I. Głównymi fazami identyfikowanymi w badanej próbce są alit, belit, glinian trójwapniowy i brownmilleryt. W mniejszej ilości (bardzo małe intensywności refleksów linii) występuje wolne wapno CaOw (1,6%). Fig. 3B przedstawia dyfraktogram Zestawu II. Głównymi fazami identyfikowanymi w badanej próbce są alit, belit, glinian trójwapniowy i brownmilleryt. W mniejszej ilości (bardzo małe intensywności refleksów linii) występuje wolne wapno CaOw (1,3%). Fig. 3C przedstawia dyfraktogram Zestawu III. Głównymi fazami identyfikowanymi w badanej próbce są alit, belit, glinian trójwapniowy i brownmilleryt. W mniejszej ilości (bardzo małe intensywności refleksów linii) występuje wolne wapno CaOw, którego ilość oznaczona metodą glikolową wynosi 1,8%.Fig. 3 shows diffraction patterns from measurements of the phase composition during firing of raw material sets for each fired set I-III. Fig. 3A shows the diffraction pattern of Set I. The main phases identified in the tested sample are alite, belite, tricalcium aluminate and brownmillerite. In a smaller amount (very low line reflection intensities) there is free lime CaOw (1.6%). Fig. 3B shows the diffraction pattern of Set II. The main phases identified in the tested sample are alite, belite, tricalcium aluminate and brownmillerite. In a smaller amount (very low line reflection intensities) there is free lime CaOw (1.3%). Fig. 3C shows the diffraction pattern of Set III. The main phases identified in the tested sample are alite, belite, tricalcium aluminate and brownmillerite. Free calcium CaOw is present in smaller amounts (very low intensities of line reflections), the amount of which determined by the glycol method is 1.8%.

Przykłady wykonaniaExamples of execution

Przykład 1 - Skład chemiczny i fazowy surowcówExample 1 - Chemical and phase composition of raw materials

Wyniki badań składu chemicznego surowców zamieszczono w tabeli 1. Badania składu chemicznego surowców wykonano metodą fluorescencyjnej spektrometrii rentgenowskiej z dyspersją długości fali (XRF). Wyniki badań składu fazowego surowców wykonane metodą dyfraktometrii rentgenowskiej XRD przedstawiono na Figurach 1A-1F. Wszystkie surowce przed analizami XRF i XRD zostały wysuszone do stałej masy, rozdrobnione i zhomogenizowane. Flomogenizacja i mielenie surowców zostało przeprowadzone do pozostałości maksymalnie 5% na sicie 0,090 mm.The results of the chemical composition of the raw materials are presented in Table 1. The chemical composition of the raw materials was tested using wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrometry (XRF). The results of the phase composition of the raw materials were tested using X-ray diffraction (XRD) and are presented in Figures 1A-1F. All raw materials were dried to a constant mass, crushed and homogenized before XRF and XRD analyses. Flomogenization and grinding of the raw materials was carried out to a residue of maximum 5% on a 0.090 mm sieve.

Tabela 1. Skład chemiczny surowcówTable 1. Chemical composition of raw materials

Składnik Ingredient Opis surowca Raw material description Kreda jeziorna Lake chalk Piasek Sand Ił Il Zendra Zendra Popiół wapienny Lime ash Gips Plaster % masy% of mass Straty prażenia Loss on ignition 45,15 45.15 0,50 0.50 7,71 7.71 + 4,31 + 4.31 4,79 4.79 21,43 21.43 SiOj SiOj 1,48 1.48 94,72 94.72 66,62 66,62 0,42 0.42 30,71 30.71 1,13 1.13 AliOa AliOa 0,08 0.08 1,98 1.98 16,02 16.02 0,07 0.07 27,58 27.58 0,15 0.15 Fe;Oj Fe;Oh 0,16 0.16 1,30 1.30 4,56 4.56 98,01 98.01 9,11 9,11 0,17 0.17 CaO CaO 52,29 52.29 0,19 0.19 1,85 1.85 0,25 0.25 21,82 21.82 33,61 33.61 MgO MgO 0,14 0.14 0,06 0.06 1,33 1.33 0,04 0.04 1,07 1.07 0,04 0.04 so3 Sat 3 0,57 0.57 0,00 0.00 0,06 0.06 0,02 0.02 3,44 3.44 43,42 43,42 K2O K 2 O 0,02 0.02 0,88 0.88 0,80 0.80 0,00 0.00 0,16 0.16 0,01 0.01 NazO On with O 0,00 0.00 0,27 0.27 0,03 0.03 0,04 0.04 0,06 0.06 0,00 0.00 P2O5 P2O5 0,05 0.05 0,03 0.03 0,04 0.04 0,02 0.02 0,43 0.43 0,04 0.04 TiOz TiO with 0,01 0.01 0,05 0.05 0,90 0.90 0,01 0.01 0,70 0.70 0,00 0.00 Mn2O3 Mn 2 O 3 0,04 0.04 0,01 0.01 0,06 0.06 0,90 0.90 0,07 0.07 0,00 0.00 SrO Wed 0,01 0.01 0,00 0.00 0,01 0.01 0,00 0.00 0,06 0.06 0,01 0.01 ZnO ZnO 0,00 0.00 0,00 0.00 0,01 0.01 0,00 0.00 0,03 0.03 0,00 0.00

Przykład 2 - Opracowanie składów mieszanek surowcowychExample 2 - Development of raw material mixture compositions

Na podstawie składu chemicznego surowców z przykładu 1 opracowano i obliczono składy 3 zestawów surowcowych do wytwarzania klinkieru portlandzkiego, a mianowicie:Based on the chemical composition of the raw materials from Example 1, the compositions of three sets of raw materials for the production of Portland clinker were developed and calculated, namely:

Zestaw I składający się z kredy jeziornej, piasku, zendry oraz popiołu wapiennego o procentowej zawartości komponentów, odpowiednio, 78,47% wag., 10,06% wag., 0,49% wag., 10,98% wag.Set I consisting of lake chalk, sand, scale and limestone ash with the percentage of components of 78.47 wt.%, 10.06 wt.%, 0.49 wt.% and 10.98 wt.%, respectively.

PL 245590 Β1PL 245590 Β1

Zestaw II składający się z kredy jeziornej, piasku, zendry oraz popiołu wapiennego o procentowej zawartości komponentów, odpowiednio, 77,15% wag., 8,43% wag., 0,54% wag., 13,88% wag.Set II consisting of lake chalk, sand, scale and limestone ash with the percentage of components of 77.15 wt.%, 8.43 wt.%, 0.54 wt.% and 13.88 wt.%, respectively.

Zestaw III składający się z kredy jeziornej, iłu, zendry oraz popiołu wapiennego o procentowej zawartości komponentów, odpowiednio, 78,60% wag., 15,57% wag., 0,70% wag., 5,14% wag.Set III consisting of lake chalk, clay, scale and limestone ash with the percentage of components of 78.60 wt.%, 15.57 wt.%, 0.70 wt.% and 5.14 wt.%, respectively.

Dla Zestawów I do III obliczono stałe parametry dla klinkieru portlandzkiego (MN, MK, MG), tj. typowe parametry dla klinkierów przemysłowych. Wyniki obliczeń składu zestawów surowcowych przedstawiono w tabelach 2-4. W tabelach tych przedstawiono udziały surowców dla poszczególnych zestawów surowcowych oraz teoretyczne składy chemiczne i fazowe klinkierów portlandzkich. W składzie fazowym klinkierów założono udział 1,5% wolnego wapna CaOw, który dla przemysłowych klinkierów portlandzkich waha się najczęściej w przedziale 1-2, osiągając czasami nawet 3%.For Sets I to III, constant parameters for Portland clinker (MN, MK, MG) were calculated, i.e. typical parameters for industrial clinkers. The results of calculations of the composition of raw material sets are presented in Tables 2-4. These tables present the shares of raw materials for individual raw material sets and the theoretical chemical and phase compositions of Portland clinkers. The phase composition of the clinkers assumed a share of 1.5% of free lime CaOw, which for industrial Portland clinkers most often ranges from 1 to 2, sometimes reaching even 3%.

Tabela 2. Zestaw I. Klinkier o zawartości C3A wynoszącej 9%Table 2. Set I. Clinker with a C3A content of 9%

Założenia i obliczenia Assumptions and calculations MN MN 0,95 0.95 MK MK 2,80 2.80 MG MG 1,90 1.90 Skład chemiczny surowca, % masy = Chemical composition of raw material, % by weight = Surowiec: Raw material: Kreda jeziorna Lake chalk Piasek Sand Zendra Zendra Popiół wapienny Lime ash Strata prażenia Loss on ignition 45,15 45.15 0,50 0.50 4,79 4.79 SiO2 SiO 2 1,48 1.48 94,72 94.72 0,42 0.42 30,71 30.71 aizo3 and with about 3 0,08 0.08 1,98 1.98 0,07 0.07 27,58 27.58 Fe2O3 Fe2O3 ​ 0,16 0.16 1,30 1.30 98,01 98.01 9,11 9,11 CaO CaO 52,29 52.29 0,19 0.19 0,25 0.25 21,82 21.82 MgO MgO 0,14 0.14 0,06 0.06 0,04 0.04 1,07 1.07 so3 Sat 3 0,57 0.57 0,02 0.02 3,44 3.44 Na,0 Na,0 0,27 0.27 0,04 0.04 0,06 0.06 K2O K 2 O 0,02 0.02 0,88 0.88 0,16 0.16 Reszta Rest 0,11 0.11 0,10 0.10 1,15 1.15 1,26 1.26 Obliczone proporcje Calculated proportions Kreda jeziorna Lake chalk 78,47 78.47 Piasek Sand 10,06 10.06 % masy% of mass Zendra Zendra 0,49 0.49 Popiół wapienny Lime ash 10,98 10.98 100¾ mieszaniny 100¾ mixture Klinkier praktyczny Practical clinker Strata prażenia Loss on ignition 36,01 36.01 - - SiO2 SiO 2 14,07 14.07 21,98 21.98 AIA AIA 3,29 3.29 5,14 5.14 Fe2O3 Fe2O3 ​ 1,73 1.73 2,71 2.71 CaO CaO 43,45 43.45 67,90 67.90 MgO MgO 0,23 0.23 0,37 0.37 SOj SOj 0,83 0.83 1,29 1.29 Na2O On 2 O 0,03 0.03 0,05 0.05 K2O K 2 O 0,12 0.12 0,19 0.19 Reszta Rest 0,24 0.24 0,38 0.38 CaO„ CaO“ 1,50 1.50 j MODUŁY CHARAKTERYZUJĄCE KLINKIER j MODULES CHARACTERIZING CLINKER MN MN MK MK MG MG LSF LSF 0,91 0.91 2,80 2.80 1,90 1.90 98 98 POTENCJALNY SKŁAD FAZOWY KLINKIERU WG BOGUE'A POTENTIAL PHASE COMPOSITION OF CLINKER ACCORDING TO BOGUE %CjS %CjS %C2S %C 2 S %CjA %CjA %c4af %c 4 af %CŚ %CŚ 61,1 61.1 16,9 16.9 9,0 9.0 8,2 8.2 2,2 2,2

PL 245590 Β1PL 245590 Β1

Tabela 3. Zestaw II. Klinkier o zawartości CsA wynoszącej 11%. Receptura dla maksymalnej ilości popiołu wapiennego w zestawie surowcowym (dla piasku w zestawie).Table 3. Set II. Clinker with 11% CsA content. Recipe for the maximum amount of lime ash in the raw material set (for sand in the set).

Założenia i obliczenia Assumptions and calculations MN MN 0,96 0.96 MK MK 2,20 2.20 MG MG 2,00 2.00 Skład chemiczny surowca, % masy Chemical composition of raw material, % by weight Surowiec: Raw material: Kreda jeziorna Lake chalk Piasek Sand Zendra Zendra Popiół wapienny Lime ash Strata prażenia Loss on ignition 45,15 45.15 0,50 0.50 4,79 4.79 SiO2 SiO 2 1,48 1.48 94,72 94.72 0,42 0.42 30,71 30.71 AI3O3 AI 3 O 3 0,08 0.08 1,98 1.98 0,07 0.07 27,58 27.58 Pe2O3 Pe 2 O 3 0,16 0.16 1,30 1.30 98,01 98.01 9,11 9,11 CaO CaO 52,29 52.29 0,19 0.19 0,25 0.25 21,82 21.82 MgO MgO 0,14 0.14 0,06 0.06 0,04 0.04 1,07 1.07 SO, SO, 0,57 0.57 0,02 0.02 3,44 3.44 Na2O On 2 O 0,27 0.27 0,04 0.04 0,06 0.06 K2O K 2 O 0,02 0.02 0,88 0.88 0,16 0.16 Reszta Rest 0,11 0.11 0,10 0.10 1,15 1.15 1.26 1.26 Obliczone proporcje Calculated proportions Kreda jeziorna Lake chalk 77,15 77.15 Piasek Sand 8,43 8.43 % masy% of mass Zendra Zendra 0,54 0.54 Popiół wapienny Lime ash 13,88 13.88 100% mieszaniny 100% mixture Klinkier praktyczny Practical clinker Strata prażenia Loss on ignition 35,54 35.54 SiO2 SiO 2 13,39 13.39 20,77 20.77 AI2Oj AI 2 Oh 4,06 4.06 6,29 6.29 Pe2O3 Pe 2 O 3 2,03 2.03 3,15 3.15 CaO CaO 43,39 43.39 67,31 67.31 MgO MgO 0,26 0.26 0,41 0.41 so3 Sat 3 0,92 0.92 1,42 1.42 Na2O On 2 O 0,03 0.03 0,05 0.05 K2O K 2 O 0,11 0.11 0,17 0.17 Reszta Rest 0,27 0.27 0,43 0.43 1,50 1.50 MODUŁY CHARAKTERYZUJĄCE KLINKIER MODULES CHARACTERIZING CLINKER MN MN MK MK MG MG LSF LSF 0,92 0.92 2,20 2.20 2,00 2.00 100 100 POTENCJALNY SKŁAD FAZOWY KLINKIERU WG BOGUFA POTENTIAL PHASE COMPOSITION OF CLINKER ACCORDING TO BOGUF %C3S %C 3 S %C2S %C 2 S %C3A %C 3 A %C,AF %C,AF %CŚ %CŚ 59,2 59.2 14,9 14.9 11,3 11.3 9,6 9.6 2,4 2.4

PL 245590 Β1PL 245590 Β1

Tabela 4. Zestaw III. Klinkier o zawartości CsA wynoszącej 11%. Receptura dla maksymalnej ilości popiołu wapiennego w zestawie surowcowym (dla iłu w zestawie).Table 4. Set III. Clinker with 11% CsA content. Recipe for the maximum amount of lime ash in the raw material set (for clay in the set).

Założenia Assumptions Obliężeriia.................. Obliżeriia.................. MN MN 0,96 0.96 MK MK 2,20 2.20 MG MG 2,00 2.00 SKtad cnemiczny surowca, {<> masy The chemical composition of the raw material, {<> mass Surowiec: Raw material: Kreda jeziorna Lake chalk ił I Zendra Zendra Popiół wapienny Lime ash Strata prażenia Loss on ignition 45,15 45.15 7,71 7.71 4,79 4.79 SiO2 SiO 2 1,48 1.48 66,62 66,62 0,42 0.42 30,71 30.71 ΑΙΛ ΑΙΛ 0,08 0.08 16,02 16.02 0,07 0.07 27,58 27.58 Fe203 Fe 2 0 3 0,16 0.16 4,56 4.56 98,01 98.01 9,11 9,11 CaO CaO 52,29 52.29 1,85 1.85 0,25 0.25 21,82 21.82 MgO MgO 0,14 0.14 1,33 1.33 0,04 0.04 1,07 1.07 SOj SOj 0,57 0.57 0,06 0.06 0,02 0.02 3,44 3.44 Na,0 Na,0 0,03 0.03 0,04 0.04 0,05 0.05 K2O K 2 O 0,02 0.02 0,80 0.80 0,15 0.15 Reszta Rest 0,11 0.11 1,02 1.02 1,15 1.15 1,26 1.26 Obliczone proporcje Calculated proportions Kreda jeziorna Lake chalk 78,60 78.60 % masy% of mass ił I 15,57 15.57 Zendra Zendra 0,70 0.70 Popiół wapienny Lime ash 5,14 5.14 100% mieszaniny 100% mixture Klinkier praktyczny Practical clinker Strata prażenia Loss on ignition 36,93 36.93 SiOj SiOj 13,12 13,12 20,80 20.80 ai2o3 ai 2 o 3 3,97 3.97 6,30 6.30 Fe2O3 Fe2O3 ​ 1,99 1.99 3,15 3.15 CaO CaO 42,51 42.51 67,40 67.40 MgO MgO 0,37 0.37 0,59 0.59 SOj SOj 0,63 0.63 1,01 1.01 Na2O On 2 O 0,01 0.01 0,01 0.01 K2O K 2 O 0,15 0.15 0,24 0.24 Reszta Rest 0,32 0.32 0,50 0.50 CaO„ CaO“ 1,50 1.50 MODUŁY CHARAKTERYZUJĄCE KLINKIER MODULES CHARACTERIZING CLINKER MN MN MK MK MG MG LSF LSF 0,92 0.92 2,20 2.20 2,00 2.00 100 100 POTENCJALNY SKŁAD FAZOWY KLINKIERU WG BOGU E'A ’ POTENTIAL PHASE COMPOSITION OF CLINKER ACCORDING TO GOD E'A ’ %c,s %c,s %C2S %C 2 S %C,A %C,A %C,AF %C,AF %CŚ %CŚ 60,5 60.5 14,0 14.0 11,4 11.4 9,6 9.6 1,7 1.7

Przykład 3 - Wykonanie zestawów surowcowychExample 3 - Making sets of raw materials

Każdy zestaw przygotowano poprzez dokładne odważenie składników i homogenizację, zgodnie z obliczonym udziałem.Each kit was prepared by accurately weighing the ingredients and homogenizing them according to the calculated proportions.

PL 245590 Β1PL 245590 Β1

Celem przygotowania zestawów do wypału, poszczególne surowce zgranulowano, wysuszono oraz zhomogenizowano, przygotowując ok. 500 kg próby surowcowej. Homogenizację i mielenie surowców przeprowadzono do pozostałości maksymalnie 5% na sicie 0,090 mm.In order to prepare sets for firing, individual raw materials were granulated, dried and homogenized, preparing about 500 kg of raw material sample. Homogenization and grinding of raw materials was carried out to a residue of maximum 5% on a 0.090 mm sieve.

Dla Zestawu I składającego się z kredy jeziornej, piasku, zendry oraz popiołu wapiennego o procentowej zawartości komponentów, odpowiednio, 78,47% wag., 10,06% wag., 0,49% wag., 10,98% wag, odważono ok. 400 kg kredy jeziornej, ok. 50 kg piasku, ok. 2 kg zendry i ok. 50 kg popiołu wapiennego.For Set I consisting of lake chalk, sand, scale and limestone ash with the percentage of components of 78.47% by weight, 10.06% by weight, 0.49% by weight and 10.98% by weight, respectively, approximately 400 kg of lake chalk, approximately 50 kg of sand, approximately 2 kg of scale and approximately 50 kg of limestone ash were weighed.

Dla Zestawu II składającego się z kredy jeziornej, piasku, zendry oraz popiołu wapiennego o procentowej zawartości komponentów, odpowiednio, 77,15% wag., 8,43% wag., 0,54% wag., 13,88% wag, odważono ok. 400 kg kredy jeziornej, ok. 30 kg piasku, ok. 2 kg zendry i ok. 70 kg popiołu wapiennego.For Set II consisting of lake chalk, sand, scale and limestone ash with the percentage of components of 77.15% by weight, 8.43% by weight, 0.54% by weight and 13.88% by weight, respectively, approximately 400 kg of lake chalk, approximately 30 kg of sand, approximately 2 kg of scale and approximately 70 kg of limestone ash were weighed.

Dla Zestawu III składającego się z kredy jeziornej, iłu, zendry oraz popiołu wapiennego o procentowej zawartości komponentów, odpowiednio, 78,60% wag., 15,57% wag., 0,70% wag., 5,14% wag, odważono ok. 400 kg kredy jeziornej, ok. 80 kg iłu, ok. 3 kg zendry i ok. 20 kg popiołu wapiennego.For Set III consisting of lake chalk, clay, scale and limestone ash with the percentage of components of 78.60% by weight, 15.57% by weight, 0.70% by weight and 5.14% by weight, respectively, approximately 400 kg of lake chalk, approximately 80 kg of clay, approximately 3 kg of scale and approximately 20 kg of limestone ash were weighed.

Po homogenizacji zbadano skład chemiczny zestawów celem potwierdzenia poprawności odważenia udziału składników w zestawach, a tym samym w przypadku jakiegokolwiek błędu skorygowania składu zestawu na tym etapie, bez kosztownego jego wypału w piecu. Składy chemiczne zestawów przedstawiono w tabeli 5. Porównując wyniki składu chemicznego zestawów zamieszczonych w tabeli 5 z wynikami zamieszczonymi w tabelach 2-4 stwierdzono, że zestawy zostały poprawnie przygotowane i można je wypalać w piecu obrotowym.After homogenization, the chemical composition of the sets was tested to confirm the correctness of the weighed share of components in the sets, and thus, in the event of any error, to correct the composition of the set at this stage, without its expensive firing in the kiln. The chemical compositions of the sets are presented in Table 5. Comparing the results of the chemical composition of the sets given in Table 5 with the results given in Tables 2-4, it was found that the sets were correctly prepared and could be fired in the rotary kiln.

Tabela 5 - Składy chemiczne zestawów surowcowychTable 5 - Chemical compositions of raw material sets

Składnik Ingredient Oznaczenie zestawu Set designation Zestaw I Set I Zestaw II Set II Zestaw III Set III % masy% of mass Straty prażenia Loss on ignition 35,86 35.86 35,47 35.47 36,85 36.85 SiO2 SiO 2 14,11 14,11 13,58 13.58 13,45 13.45 AI;O3 AI;O 3 3,28 3.28 4,02 4.02 3,64 3.64 Fe2O3 Fe2O3 ​ 1,82 1.82 2,06 2.06 1,88 1.88 Ca O Ca O 43,02 43.02 43,10 43.10 42,55 42.55 MgO MgO 0,51 0.51 0,55 0.55 0,45 0.45 so3 Sat 3 0,72 0.72 0,73 0.73 0,55 0.55 K2O K 2 O 0,12 0.12 0,12 0.12 0,14 0.14 Na2O On 2 O 0,03 0.03 0,02 0.02 0,02 0.02 PzO5 PzO 5 0,11 0.11 0,11 0.11 0,07 0.07 TiO2 TiO 2 0,07 0.07 0,09 0.09 0,10 0.10 Mn2O3 Mn 2 O 3 0,05 0.05 0,05 0.05 0,05 0.05 SrO Wed 0,01 0.01 0,01 0.01 0,01 0.01 ZnO ZnO 0,00 0.00 0,00 0.00 0,00 0.00

Przykład 4 - Wypalenie zestawów surowcowychExample 4 - Burning of raw material sets

Zestawy zgranulowano na granulometrze talerzowym z niewielkim udziałem wody, jako tzw. medium spajającym. Po granulacji zestawy wysuszono w suszarce w temperaturze 120°C. Przygotowano po 500-550 kg zgranulowanych zestawów surowcowych do wypału/produkcji klinkierów portlandzkich.The sets were granulated on a plate granulometer with a small amount of water as a so-called bonding medium. After granulation, the sets were dried in a dryer at 120°C. 500-550 kg of granulated raw material sets were prepared for firing/production of Portland clinkers.

Zgranulowane zestawy wypalano w obrotowym, półprzemysłowym piecu obrotowym o następujących parametrach:The granulated sets were fired in a semi-industrial rotary kiln with the following parameters:

• Typ pieca: piec obrotowy, bez zewnętrznego wymiennika ciepła z chłodnikiem obrotowym.• Furnace type: rotary furnace, without external heat exchanger with rotary cooler.

• Wymiary pieca: 1,25 x 16 m, • Wydajność: 400-600 kg/h materiału (dozowano 400 kg na godzinę), • Obroty pieca: 1,5 obr/min,• Furnace dimensions: 1.25 x 16 m, • Capacity: 400-600 kg/h of material (400 kg dosed per hour), • Furnace speed: 1.5 rpm,

PL 245590 Β1 • Czas przebywania materiału w piecu 140 min, • Czas przebywania materiału w strefie spiekania 40 min, • Paliwo: olej opałowy, • Temperatura wypału: 1450-1480°C w strefie spiekania, tj. ok. 2 m od wylotu klinkieru z pieca.PL 245590 Β1 • Material residence time in the kiln 140 min, • Material residence time in the sintering zone 40 min, • Fuel: heating oil, • Firing temperature: 1450-1480°C in the sintering zone, i.e. approx. 2 m from the clinker outlet from the kiln.

Kontrolę procesu wypału prowadzono na podstawie analizy wyników badań składu fazowego próbek pobieranych podczas wypału danego zestawu oraz oznaczenia w nich zawartości wolnego wapna metodą glikolową. Z uwagi na zawartość głównego składnika (kredy) zestawy wypalano w następującej kolejności: Zestaw I, Zestaw II, Zestaw III.The control of the firing process was carried out based on the analysis of the results of the phase composition tests of samples taken during the firing of a given set and the determination of the free lime content in them using the glycol method. Due to the content of the main component (chalk), the sets were fired in the following order: Set I, Set II, Set III.

Przykładowe dyfraktogramy dla każdego wypalonego zestawu, uzyskane podczas procesu wypału, przedstawiono na Fig. 2A-2C.Example diffraction patterns for each fired set, obtained during the firing process, are shown in Figs. 2A-2C.

Wyniki analiz dyfraktogramów z pomiarów składu fazowego podczas wypałów zestawów surowcowych oraz wyniki badań zawartości wolnego wapna potwierdzają i świadczą o prawidłowym przebiegu syntezy klinkierów w piecu obrotowym w Oddziale Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie (Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Ceramiki i Materiałów budowalnych.The results of the diffraction analysis from the measurements of the phase composition during the firing of raw material batches and the results of the tests of the free lime content confirm and prove the correct course of clinker synthesis in the rotary kiln at the Glass and Building Materials Department in Kraków (Łukasiewicz Research Network - Institute of Ceramics and Building Materials.

Z wypalanych po 500-550 kg zestawów surowcowych uzyskano po ok. 200 kg „czystego” klinkieru. Takie ilości klinkierów wynikają z tego, że przy przerwie 30 minutowej w dozowaniu do pieca następnego zestawu (np. zestawu II po zestawie I) część tego pierwszego zestawu pozostawała w piecu i mieszała się z zestawem następnym. W związku z tym ten zmieszany klinkier odrzucano, a następnie odseparowywano/pobierano dobry klinkier. Uzyskane klinkiery po ok. 200 kg zostały dokładnie uśrednione przed następnymi badaniami. Wyniki analiz chemicznych klinkierów przedstawiono w tabeli 6. Dyfraktogramy klinkierów zamieszczono na figurach 3A-3C.From the fired raw material batches of 500-550 kg, approximately 200 kg of "clean" clinker was obtained. Such amounts of clinkers result from the fact that during a 30-minute break in the dosing of the next batch to the kiln (e.g. batch II after batch I), part of the first batch remained in the kiln and mixed with the next batch. Therefore, this mixed clinker was rejected and then the good clinker was separated/taken. The clinkers obtained after approximately 200 kg were accurately averaged before the next tests. The results of the chemical analyses of the clinkers are presented in Table 6. The diffractograms of the clinkers are presented in Figures 3A-3C.

Tabela 6. Składy chemiczne klinkierów portlandzkich po wypaleniu w piecu obrotowymTable 6. Chemical compositions of Portland clinkers after firing in a rotary kiln

Składnik Ingredient Oznaczenie klinkieru Clinker marking Zestaw 1 Set 1 Zestaw II Set II Zestaw III Set III % masy% of mass Straty prażenia Loss on ignition 0,08 0.08 0,07 0.07 0,09 0.09 SiO2 SiO 2 22,29 22.29 21,25 21.25 21,80 21.80 AI2O3 Al2O3 6,01 6.01 6,64 6.64 5,90 5.90 Fe2O3 Fe2O3 ​ 3,01 3.01 3,26 3.26 3,05 3.05 Ca O Ca O 67,10 67.10 67,41 67.41 67,94 67.94 MgO MgO 0,91 0.91 0,72 0.72 0,73 0.73 SO3 SO 3 0,18 0.18 0,20 0.20 0,07 0.07 K2O K 2 O 0,03 0.03 0,03 0.03 0,02 0.02 Na2O On 2 O 0,00 0.00 0,00 0.00 0,00 0.00 P2O5 P2O5 0,16 0.16 0,16 0.16 0,12 0.12 TiO2 TiO 2 0,15 0.15 0,17 0.17 0,20 0.20 Mn2O3 Mn 2 O 3 0,08 0.08 0,08 0.08 0,07 0.07 SrO Wed 0,03 0.03 0,03 0.03 0,03 0.03 ZnO ZnO 0,00 0.00 0,00 0.00 0,00 0.00

Porównując wyniki składu chemicznego zestawów zamieszczonych w tabeli 6 z wynikami zamieszczonymi w tabelach 2-4 oraz analizując wyniki badań składu fazowego (fig. 3A-3B) należy stwierdzić, że klinkiery zostały poprawnie wypalone w półprzemysłowym piecu OSiMB w Krakowie.Comparing the results of the chemical composition of the sets presented in Table 6 with the results presented in Tables 2-4 and analysing the results of the phase composition tests (Fig. 3A-3B) it should be stated that the clinkers were correctly fired in the OSiMB semi-industrial kiln in Kraków.

PL 245590 Β1PL 245590 Β1

Przykład 5 - Wykonanie i badania cementów z wypalonych klinkierówExample 5 - Production and testing of cements from burnt clinkers

Uzyskane klinkiery ześrutowano (wstępny proces przed mieleniem) i następnie zmielono w młynku kulowym do powierzchni 3800-3900 cm2/g, z dodatkiem 6% gipsu (o charakterystyce/składzie podanym w tabeli 1). Uzyskane w ten sposób cementy portlandzkie CEM I poddano badaniom podstawowych właściwości normowych wg PN-EN 197-1. Wyniki badań podstawowych właściwości normowych cementów podano w tabela 7 i 8.The obtained clinkers were shot-blasted (preliminary process before grinding) and then ground in a ball mill to a surface of 3800-3900 cm 2 /g, with the addition of 6% gypsum (with characteristics/composition given in Table 1). The Portland cements CEM I obtained in this way were subjected to tests of basic standard properties according to PN-EN 197-1. The results of tests of basic standard properties of cements are given in Tables 7 and 8.

Tabela 7. Właściwości fizyczne cementów, wykonanych z klinkierów portlandzkich wypalonych w piecu obrotowym.Table 7. Physical properties of cements made from Portland clinkers fired in a rotary kiln.

Opis próbek Sample description Powierzchnia właściwa [cm7g] Specific surface area [cm7g] Gęstość [g/cm3] Density [g/cm 3 ] Wodożądność [%] Water demand [%] Czas wiązania [min] Setting time [min] Rozpływ [cm] Flow [cm] początek beginning koniec end Zestaw I Set I 3900 3900 3,16 3.16 264 264 150 150 195 195 19,5 19.5 Zestaw II Set II 3900 3900 3,15 3.15 26,0 26.0 145 145 185 185 19,0 19.0 Zestaw III Set III 3800 3800 3,15 3.15 26,0 26.0 160 160 200 200 20,5 20.5

Tabela 8. Właściwości fizyczne (mechaniczne) cementów, wykonanych z klinkierów portlandzkich wypalonych w piecu obrotowymTable 8. Physical (mechanical) properties of cements made from Portland clinkers fired in a rotary kiln

Opis próbek Sample description Powierzchnia właściwa [cm2/g] Specific surface area [cm 2 /g] Wytrzymałość na zginanie po dniach, [MPa] Bending strength after days, [MPa] Wytrzymałość na ściskanie po dniach, [MPa] Compressive strength after days, [MPa] Zdni Zdni 7dni 7days Z8dni Z8days Zdni Days 7dni 7days Z8dni Z8days Zestaw 1 Set 1 3900 3900 3,9 3.9 6,2 6.2 7,1 7.1 22,1 22.1 38,6 38.6 53,2 53.2 Zestaw II Set II 3900 3900 4,1 4.1 6,3 6.3 7,2 7.2 23,3 23.3 39,3 39.3 54,6 54.6 Zestaw III Set III 3800 3800 4,3 4.3 6,7 6,7 7,6 7.6 27,6 27.6 41,9 41.9 56,1 56.1

Claims (6)

1. Zestaw surowcowy do wytwarzania klinkieru portlandzkiego, zawierający 75-80% wag. naturalnego wapienia, 7-17% wag. skały osadowej, 0,4-0,8% wag. zendry oraz 4-15% wag. popiołu wapiennego, w którym to zestawie zawartości głównych tlenków wynoszą 12-15% wag. S1O2, 3-4,5% wag. AI2O3, 1,6-2,2% wag. FezOs, 42-44% wag. CaO, znamienny tym, że naturalny wapień stanowi kreda jeziorna.1. A raw material set for the production of Portland clinker, containing 75-80 wt.% of natural limestone, 7-17 wt.% of sedimentary rock, 0.4-0.8 wt.% of scale and 4-15 wt.% of limestone ash, in which the contents of the main oxides are 12-15 wt.% S1O2, 3-4.5 wt.% Al2O3, 1.6-2.2 wt.% FezOs, 42-44 wt.% CaO, characterized in that the natural limestone is lake chalk. 2. Zestaw według zastrz. 1, znamienny tym, że skała osadowa jest wybrana z grupy obejmującej piasek i ił.2. The set according to claim 1, characterized in that the sedimentary rock is selected from the group consisting of sand and clay. 3. Zestaw według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera 78,47% wag. kredy jeziornej, 10,06% wag. piasku, 0,49% wag. zendry oraz 10,98% wag. popiołu wapiennego, w którym to zestawie zawartości głównych tlenków wynoszą 14,07% wag. S1O2, 3,29% wag. AI2O3,1,73% wag. Fe2C>3, 43,45% wag. CaO.3. A set according to claim 1 or 2, characterized in that it contains 78.47 wt.% of lake chalk, 10.06 wt.% of sand, 0.49 wt.% of scale and 10.98 wt.% of lime ash, in which the contents of the main oxides are 14.07 wt.% S1O2, 3.29 wt.% Al2O3, 1.73 wt.% Fe2O3, 43.45 wt.% CaO. 4. Zestaw według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera 77,15% wag. kredy jeziornej, 8,43% wag. piasku, 0,54% wag. zendry oraz 13,88% wag. popiołu wapiennego, w którym to zestawie zawartości głównych tlenków wynoszą 13,39% wag. S1O2, 4,06% wag. AI2O3, 2,03% wag. Fe2Os, 43,39% wag. CaO.4. A set according to claim 1 or 2, characterized in that it contains 77.15 wt.% of lake chalk, 8.43 wt.% of sand, 0.54 wt.% of scale and 13.88 wt.% of lime ash, in which the contents of the main oxides are 13.39 wt.% of S1O2, 4.06 wt.% of Al2O3, 2.03 wt.% of Fe2Os, 43.39 wt.% of CaO. PL 245590 Β1PL 245590 Β1 5. Zestaw według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera 78,60% wag. kredy jeziornej, 15,57% wag. iłu, 0,70% wag. zendry oraz 5,14% wag. popiołu wapiennego, w którym to zestawie zawartości głównych tlenków wynoszą 13,12% wag. S1O2, 3,97% wag. AI2O3, 1,99% wag. Fe2C>3, 42,51% wag. CaO.5. A set according to claim 1 or 2, characterized in that it contains 78.60 wt.% of lake chalk, 15.57 wt.% of clay, 0.70 wt.% of scale and 5.14 wt.% of lime ash, in which the contents of the main oxides are 13.12 wt.% of S1O2, 3.97 wt.% of Al2O3, 1.99 wt.% of Fe2O3, 42.51 wt.% of CaO. 6. Zastosowanie zestawu według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 5 do produkcji cementu portlandzkiego.6. Use of a kit according to any one of claims 1 to 5 for the production of Portland cement.
PL439921A 2021-12-20 2021-12-20 Set of raw materials for the production of Portland clinker and its application PL245590B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL439921A PL245590B1 (en) 2021-12-20 2021-12-20 Set of raw materials for the production of Portland clinker and its application

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL439921A PL245590B1 (en) 2021-12-20 2021-12-20 Set of raw materials for the production of Portland clinker and its application

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL439921A1 PL439921A1 (en) 2023-06-26
PL245590B1 true PL245590B1 (en) 2024-09-02

Family

ID=86945217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL439921A PL245590B1 (en) 2021-12-20 2021-12-20 Set of raw materials for the production of Portland clinker and its application

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL245590B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL439921A1 (en) 2023-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8568528B2 (en) Iron-doped sulfo-belitic clinker
El-Alfi et al. Preparation of calcium sulfoaluminate-belite cement from marble sludge waste
Qu et al. Characterisation of pre-industrial hybrid cement and effect of pre-curing temperature
US8177903B2 (en) Hydraulic binder with a base of sulfoaluminate clinker and portland clinker
US8852339B2 (en) Industrial process for the production of a clinker with a high content of belite
EP0812811A1 (en) Hydraulic cement with an accelerated development of high strength
Nuhu et al. Effects and control of chemical composition of clinker for cement production
DK2970009T3 (en) New phosphorus-doped sulfoblite clinker and process for its preparation
JP4494743B2 (en) Method for producing cement composition
DK2970010T3 (en) Sulfoaluminium-containing lime with a low belit content
WO2022203932A1 (en) Production of activated-belite-csa clinkers at extremely low firing temperature
JP7001318B2 (en) Low Belite CSA Cement for Construction Chemicals
KR102576649B1 (en) Low carbon and low energy cement clinker, manufacturing method of the same and manufacturing method of cement using the same
Ikumapayi et al. A review of cement production from sustainable raw materials
Abou El Leil et al. Cement raw materials blending process by using correlations models
Słomka-Słupik Marls as an Ecological Substitute for Cement with Lower Energy Consumption. Mortars Research
JP7664709B2 (en) Cement composition and method for producing concrete products
Dvorkin et al. Composite binder obtained by using of dust from clinker kilns
Halmagyi et al. NEW EXPERIMENTAL SULFOALUMINATE CLINKERS FROM NATURAL RAW MATERIAL MIXTURES
Canbek Production of low-energy cements using various industrial wastes
Qiu et al. SETTING TIME AND COMPRESSIVE STRENGTH OF AC 4 A 3$ MODIFIED PORTLAND CLINKER PREPARED WITH PHOSPHOROUS SLAG
Chenchen et al. Hydrating characteristics of modified Portland with Ba-bearing sulfoaluminate minerals
Badanoiu Moant, a, A.; Dumitrescu, O.; Nicoara, AI; Trus, ca, R. Waste Glass Valorization as Raw Material in the Production of Portland Clinker and Cement. Materials 2022, 15, 7403
Adaxamjonovich et al. INVESTIGATION OF FREE CALCIUM OXIDE IN PORTLAND CEMENT CLINKER
Jewell et al. The fabrication of value added cement products from circulating fluidized bed combustion ash