Mortare CU Deseuri DE Sticla Crt

Politehnica

Mortare CU Deseuri DE Sticla Crt

Byadmin ianuarie 1, 2024

MORTARE CU DEȘEURI DE STICLĂ CRT

CUPRINS

Partea I. PARTEA TEORETICĂ

1.Obiectivele proiectului

1.1 Prezentarea generală a cimentului Portland

2. Studiu de literatură

2.1. Istoricul procesului

2.2. Studiul de soluție tehnologică. Alegerea variantei optime

2.3. Mortare cu deșeu de sticlă CRT

3. Analiza desfășurării procesului

3.1 Chimismul procesului de bază

3.2. Calculul rețetei pentru amestecul brut de clincher

3.3. Încadrarea în sistemul oxidic

3.3.1. Calculul compoziției mineralogice a clincherului

3.4. Schema de operații

3.5. Bilanțul de materiale

3.6. Schema fluxului tehnologic

4. Proiectarea tehnologică.

4.1. Dimensionarea cuptorului rotativ

4.1.1. Predimensionarea cuptorului rotativ

4.1.2. Calculul bilanțului termic

4.1.3 Calculul combustiei

4.1.4. Calculul consumului specific de materii prime

4.1.5. Calculul consumului specific de minerale provenite de la materiile prime

4.1.6. Bilanțul termic al procesului termic

4.1.7. Bilanțul termic general al cuptorului

4.2. Predimensionarea răcitorului grătar

5. Aspecte ecologice și de protecția mediului

Partea II. PARTEA EXPERIMENTALĂ

1. Generalități

2. Materiale și metode

2.1 Prezentarea liantului

2.1.1. Starea de conservare

2.1.2. Constanța de volum

2.2. Prezentarea agregatelor

2.2.1. Nisip

2.2.2. Deșeu de sticlă CRT

2.2.3. Apa

3. Compoziții și metode experimentate

3.1. Compoziții experimentate

3.2. Mod de preparare

4. Rezultate și discuții

4.1. Densitatea aparentă

4.2. Rezistențele mecanice

4.3. Conductivitatea termică

4.4. Rezistența la atac chimic

5. Concluzii

Partea III.

1. Concluzii generale

2. Bibliografie

3. Anexe

3.1 Anexa 1

Anexa 2

Anexa 3

Anexa 4

Anexa 5

I PARTE TEORETICĂ

1. Obiectivele proiectului

Proiectarea unui flux tehnologic de obținere a cimentului Portland prin procedeul umed, cu o productivitate a cuptorului de 800 t/zi.

Studii privind posibilitățile de utilizare a unor deșeuri de sticlă ca agregate pentru mortare.

1.1. Prezentarea generală a cimentului Portland

Datorită proprietățior sale chimice și fizico-mecanice deosebite, cimentul Portland este liantul mineral cu cea mai largă întrebuințare. Prin compoziție și prin caracteristicile sale cimentul Portland este de mai multe tipuri.

Cimentul Portland rezultă prin măcinarea fină a clincherului Portland cu un mic adaos de ghips sau/și cu alte substanțe pentru reglarea timpului de priză.

Clincherul Portland se obține prin arderea până la topire parțială a unui amestec brut dozat și omogenizat, obținut de obicei din calcar și argilă. Calcarul este componenta purtătoare de CaO, iar oxizii de siliciu, aluminiu și fier (SiO2, Al2O3 și Fe2O3) sunt, în general, conținuți de componentul argilos.

Compoziția chimică a amestecului brut numai din calcar și argilă,se poate corecta prin adăugarea în cantități mici de materiale de corecție. Acestea conțin, în cantități foarte ridicate, oxizii necesari – deficitari în principalele materii prime. Astfel, pentru sporirea conținutului de silice se utilizează diatomitul, iar pentru creșterea conținutului în Fe2O3 – cenușa de pirită. Zgura de furnal este utilizată rareori drept componentă a amestecului brut.

Materiile prime trebuie să răspundă unor cerințe referitoare la conținutul în MgO, SO3, K2O, Na2O, TiO2, etc., care peste anumite limite, fie că introduc dificultăți tehnologice, fie că influențează negativ proprietățile clincherului obținut.

În tabelul 1. sunt date condițiile de admisibilitate pentru cimentul portland normal P 40 conform STAS 388-8/80.

Tabelul 1 Condiții de admisibilitate pentru cimentul Portland normal

Structura și compoziția mineralogică a clincherelor de ciment portland, chiar și atunci când au o compoziție oxidică foarte apropiată, pot fi cu totul diferite, în funcție de natura mineralogică a materiilor prime, de modul în care s-a efectuat arderea amestecului brut, de tratamentul termic la răcirea clincherului. Ca urmare, raportul dintre faza vitroasă și cea cristalină, precum și proporția și compoziția constituenților cristalini, pot varia între limite foarte largi.

Mineralele clincherului nu sunt combinații pure, ci faze cristaline mixte care conțin, în cantități mici, și componenții altor faze. Ele mai cuprind, de asemenea, și celelalte substanțe chimice de însoțire a clincherului, care pot forma faze independente. Aceasta este cauza pentru care, pentru a diferenția combinațiile pure de mineralele clincherului, s-au menținut pentru mineralele principale ale clincherului, C3S și C2S, denumirile de alit și belit, așa cum au fost introduse de Tornebohm în 1897. Acesta a identificat fazele pe cale microscopică, fără a cunoaște, însă, compoziția lor chimică.

Principalele faze cristaline ale clincherelor portland sunt: alit, belit, aluminat tricalcic și ferit aluminat tetracalcic. Alături de acestea, coexistă în proporție redusă multe alte faze.

Constituenții mineralogici ai cimentului participă în mod diferit la obținerea rezistențelor mecanice ale acestuia, ordinea descrescătoare fiind C3S C2S C3A C4AF.

Cimenturile Portland se caracterizează print-o căldură de hidratare cu atât mai mare, cu cât vor fi mai bogate în C3A și mai sărace în C2S.

Priza determinată pe pasta de consistență normală să nu înceapă mai repede de o oră și să se sfârșească după 10 ore.

Constanța de volum determinată pe turte de consistență normală, cât și cu ajutorul inelului Le Chatelier trebuie să îndeplinească următoarele condiții: turtele să nu prezinte încovoieri sau crăpături de la margine spre centru; mărirea de volum la acele inelului Le Chatelier să fie mai mică de 10 mm; finețea de măcinare , care se determină prin cernere pe sita de 009 trebuie să fie de maxim 12%.[1]

2.Studiu de literatură

2.1. Istoricul procesului

Utilizarea materialelor de cimentare datează din timpuri îndepărtate. Vechii egipteni foloseau ghipsul impur calcinat. Grecii și romanii foloseau calcarul, iar mai târziu au învățat să adauge la amestecul de var și apă materiale cum sunt: nisipul și piatra spartă sau cărămizi și ceramică spartă. Acesta a fost primul beton din istorie. Mortarul de var nu se întărește sub apă, astfel că pentru construcțiile sub apă romanii amestecau varul cu o cenușă vulcanică sau cu ceramică de argilă arsă măcinată fin. Silica și alumina de cenușă, active, împreună cu ceramica spartă, se combinau cu varul, dând ceea ce se cunoaște sub denumirea de ciment pozzolanic, după numele localității Pozznoli, de lângă Vezuviu, de unde s-a luat prima dată cenușa vulcanică.

În Evul Mediu a avut loc un declin general în calitatea și folosirea cimentului și de-abia în secolul al XVIII-lea se poate vorbi de un progres în cunoștințele despre cimenturi. John Smeaton, însărcinat în 1756 să reconstruiască farul Eddystone din Cornuvall, a constatat că cel mai bun mortar pe care l-a obținut a fost acela rezultat din amestecul pozzolanei cu calcar, având un conținut ridicat de material argilos. Convingându-se de rolul argilei, până atunci considerată indezirabilă, Smeaton a fost primul care a înțeles proprietățile chimice ale varului hidraulic.

A urmat apoi dezvoltare a altor cimenturi hidraulice, între care “cimentul roman” obținut de Joseph Parker, prin calcinarea bulgărilor de calcar argilos, culminând cu patentul pentru “cimentul Portland” obținut de Joseph Aspdin, un constructor din orașul Leeds (Anglia), în 1824. Acest ciment a fost preparat prin încălzirea unui amestec de argilă fină și calcar într-un cuptor, până când CO2 era eliminat; această temperatură era mult mai joasă decât aceea necesară pentru clincherizare.

Prototipul cimentului modern a fost realizat în anul 1845 de Isaac Johnson, care a ars un amestec de argilă și cretă, până la clincherizare, adică până când s-au produs reacțiile necesare pentru formarea unor compuși de cimentare puternici.

Numele de ciment Portland, dat inițial datorită asemănării culorii și calității cimentului întărit cu piatra de Portland (un calcar exploatat în Dorset) s-au păstrat până în zilele noastre, cu semnificația ciment obținut prin amestecul intim al unor materii prime calcaroase și argiloase sau a altor materiale care conțin silice, alumină și oxid de fier, încălzite la o temperatură de clincherizare și apoi măcinând clincherul rezultat împreună cu un adaos de ghips, pentru reglarea timpului de priză.[1]

2.2. Studiu de soluție tehnologică. Alegerea variantei optime

Studiul de soluție tehnologică se concentrează asupra tehnologiilor disponibile, prezentând o analiză critică comparativă a acestora cu recomandarea celei optime pe baza conversiei, selectivității și randamentului. [2] Procesul de fabricație a cimentului Portland presupune trei etape principale: prepararea amestecului brut; arderea amestecului brut până la vitrifiere; măcinarea clincherului cu ghips.

Prepararea amestecului brut (măcinarea materiilor prime concasate, amestecarea lor, omogenizarea și corectarea amestecului rezultat, în vederea obținerii unei compoziții oxidice date) se poate realiza în prezența apei sau cu materiile prime în stare uscată; în funcție de modalitatea aleasă pentru prepararea amestecului brut se vor distinge, ca urmare, două procedee de fabricație: umed și uscat.

În cazul procedeului umed amestecul brut se obține sub forma unei paste, având între 30 și 45 % apă și care se introduce în cuptor fie ca atare, fie sub formă nodulizată (tăieței) după ce pasta a fost supusă filtrării. În acest din urmă caz se vorbește, adeseori, de procedeul semiumed.

În cazul procedeului uscat, amestecul brut corectat se prezintă sub forma unei pulberi fine, care se introduce în cuptor fie ca atare, fie după ce în prealabil a fost nodulizată (granulată).

Nodulizarea (granularea) fiind legată de folosirea unei anumite cantități de apă, în cazul alimentării cuptoarelor cu noduli (granule), procedeul poartă numele de semiuscat.

În figura .1 se prezintă comparativ cele două procedee de fabricație a cimentului Portland, precum și variantele lor.[2-3]

Fig.1 Schema procedeelor de fabricare a cimentului portland

În cazul procedeului umed, materiile prime dure după concasare, sunt măcinate fin în prezența apei, formând un șlam. Materiile prime moi, după o eventuală concasare prealabilă sunt supuse deleierii; se formează, de asemenea, un șlam care, după necesitate se macină fin în moară. Șlamurile obținute se trec apoi în bazine de omogenizare și corecție și apoi pasta corectată este trimisă la cuptor. În cazul procedeului umed, cele mai utilizate cuptoare sunt cuptoarele rotative lungi, cu lanțuri, de asemenea sunt de menționat cuptoarele rotative cu concentrator, cum și cuptoarele rotative scurte cu preîncălzitor, pentru procedeul semiumed.

La utilizarea procedeului uscat, materiile prime sunt concasate, uscate și apoi fin măcinate împreună. Făina (pulberea) obținută este omogenizată tre, cu semnificația ciment obținut prin amestecul intim al unor materii prime calcaroase și argiloase sau a altor materiale care conțin silice, alumină și oxid de fier, încălzite la o temperatură de clincherizare și apoi măcinând clincherul rezultat împreună cu un adaos de ghips, pentru reglarea timpului de priză.[1]

2.2. Studiu de soluție tehnologică. Alegerea variantei optime

Studiul de soluție tehnologică se concentrează asupra tehnologiilor disponibile, prezentând o analiză critică comparativă a acestora cu recomandarea celei optime pe baza conversiei, selectivității și randamentului. [2] Procesul de fabricație a cimentului Portland presupune trei etape principale: prepararea amestecului brut; arderea amestecului brut până la vitrifiere; măcinarea clincherului cu ghips.

Prepararea amestecului brut (măcinarea materiilor prime concasate, amestecarea lor, omogenizarea și corectarea amestecului rezultat, în vederea obținerii unei compoziții oxidice date) se poate realiza în prezența apei sau cu materiile prime în stare uscată; în funcție de modalitatea aleasă pentru prepararea amestecului brut se vor distinge, ca urmare, două procedee de fabricație: umed și uscat.

În cazul procedeului umed amestecul brut se obține sub forma unei paste, având între 30 și 45 % apă și care se introduce în cuptor fie ca atare, fie sub formă nodulizată (tăieței) după ce pasta a fost supusă filtrării. În acest din urmă caz se vorbește, adeseori, de procedeul semiumed.

În cazul procedeului uscat, amestecul brut corectat se prezintă sub forma unei pulberi fine, care se introduce în cuptor fie ca atare, fie după ce în prealabil a fost nodulizată (granulată).

Nodulizarea (granularea) fiind legată de folosirea unei anumite cantități de apă, în cazul alimentării cuptoarelor cu noduli (granule), procedeul poartă numele de semiuscat.

În figura .1 se prezintă comparativ cele două procedee de fabricație a cimentului Portland, precum și variantele lor.[2-3]

Fig.1 Schema procedeelor de fabricare a cimentului portland

În cazul procedeului umed, materiile prime dure după concasare, sunt măcinate fin în prezența apei, formând un șlam. Materiile prime moi, după o eventuală concasare prealabilă sunt supuse deleierii; se formează, de asemenea, un șlam care, după necesitate se macină fin în moară. Șlamurile obținute se trec apoi în bazine de omogenizare și corecție și apoi pasta corectată este trimisă la cuptor. În cazul procedeului umed, cele mai utilizate cuptoare sunt cuptoarele rotative lungi, cu lanțuri, de asemenea sunt de menționat cuptoarele rotative cu concentrator, cum și cuptoarele rotative scurte cu preîncălzitor, pentru procedeul semiumed.

La utilizarea procedeului uscat, materiile prime sunt concasate, uscate și apoi fin măcinate împreună. Făina (pulberea) obținută este omogenizată și corectată în silozurile speciale, după care este alimentată în cuptor. Cele mai folosite cuptoare în cazul procedeului uscat sunt cele rotative prevăzute cu schimbătoare de căldură cu materialul în suspensie cu gaze; pentru procedeul semiuscat sunt tipice cuptoarele Lepol (cu grătar preîncălzitor).

La alegerea procedeului tehnologic de fabricație trebuie să se ia în considerație proprietățile și starea de zăcământ a materiilor prime, precum și factori de ordin economic și tehnic.

Procedeul uscat implică un consum de energie calorică cuprins între 3000 și 5000 kJ/kg clincher, în timp ce la fabricarea după procedeul umed se consumă 5000 – 7000 kJ/kg clincher.

Consumul de energie electrică este, în cazul procedeului uscat, cu până la 20% mai mare decât la procedeul umed.

Procedeul uscat devine economic atunci când umiditatea de zăcământ a materiilor prime este mică, iar prelucrarea pentru obținerea unui amestec brut de înaltă omogenitate nu implică un consum ridicat de energie electrică.

Când materia primă are umidități ce depășesc 18 – 20 %, consumul total de căldură necesar uscării și apoi arderii crește, astfel încât avantajul pe care procedeul uscat îl prezintă din punctul de vedere al consumului caloric, față de procedeul umed, devine îndoielnic. Umiditatea ridicată a materiilor prime face să crească și consumul de energie electrică.

Duritatea ridicată și neomogenitatea compozițională a materiilor prime introduc dificultăți în prepararea amestecului brut după procedeul uscat, în ce privește stăpânirea omogenizării și corecției amestecului, consumul sporit de energie electrică. În condițiile păstrării avantajului procedeului uscat din punctul de vedere al consumului caloric, trebuie avut în vedere raportul care se stabilește între costurile combustibilului și energiei electrice.

Pe lângă cele arătate, trebuie avută, de asemenea, în vedere posibilitatea de asimilare și exploatare a utilajelor aferente diferitelor procedee de fabricație, unele dintre acestea fiind mai pretențioase în cazul procedeului uscat (instalații de preparare, instalații de desprăfuire).

În concluzie, vorbind despre avantajele procedeului umed în raport cu procedeul uscat se pot aminti următoarele:

procesul de omogenizare a pastei se desfășoară cu mai mare ușurință decât a făinii,

rezultând un amestec și în final un clincher de bună calitate;

măcinarea materiilor prime se realizează cu eficiență sporită chiar și pentru

materiile prime cu aptitudine scăzută la măcinare;

consumul de energie electrică pe care îl reclamă această operație este mult mai

redus, decât în cazul procedeului uscat; deși consumul de combustibil este ridicat, la ardere se poate utiliza un combustibil ieftin;

degajările de praf la sectorul de preparare a materiilor prime, în special, sunt

reduse.

Având în vedere caracteristicile materiilor prime din zona noastră și avantajele pe care le prezintă prepararea amestecului brut în prezența apei; pentru proiectarea liniei de fabricație a cimentului Portland, vom alege procedeul umed.[3]

2.3 Mortare cu deseuri de sticlă CRT

Mortarul este un amestec bine omogenizat de liant, nisip și apă, care în urma procesului de întărire capătă o structură asemănătoare cu cea a gresiilor

Condiții pentru utilizarea mortarelor:

să capete rezistențe mecanice corespunzătoare solicitărilor la care sunt supuse;

să fie stabile în timp, fără a suferi modificări sau degradări sub acțiunea factorilor

fizico-chimici cu care vin în contact.

Mortarele se pot clasifica în funcție de materialele componente, de proprietățile betonului, de modul de prelucrare și de domeniul de utilizare.

În funcție de natura agregatului,s-au testat mai multe tipuri de deșeuri., utilizate în mortare.[4]

Deșeuri de sticlă CRT

Deșeurile de sticlă CRT de la monitoare de televizoare și PC-uri , vor începe să scadă ca o consecință directă a tehnologiei emergente de afișare cu ecran plat. Totuși în următorii ani vor continua să existe deșeuri CRT, deci trebuie gasită o alternativă pentru recircularea acestor deșeuri. [5]

Studiile au arătat că eliminarea CRT-urilor în depozite de deșeuri prin procedee de leșiere, din cioburi de sticlă zdrobită, poate contamina apa freatică.

Directiva de echipamente electrice și electronice (DEEE) stabilește reguli stricte pentru reciclare și recirculare, atunci când este vorba despre echipamente care conțin deșeu de CRT. Aceste norme trebuie cuplate cu normele raportate către Catalogul European al deșeurilor care clasifică CRT-urile ca și deșeuri periculoase și face eliminarea depozitelor de material CRT costisitoare.

Cantitatea mare de deșeuri CRT produsă peste tot în lume implica faptul că reciclarea sa în prezent este necesară, nu numai datorită costurilor ridicare pentru eliminarea acestor deșeuri, ci și ca o consecință a obiectivului „zero deșeuri” care trebuie să fie obiectivul final al tuturor activităților umane viitoare.

În scopul de a propune o nouă opțiune pentru reciclarea sticlei din deșeuri CRT, a fost cercetată producția de mortare stabile realizate cu agregate care conțin pe lângă nisip și deșeu de sticlă CRT. [6-8]

Adaosul de deșeu de sticlă poate duce la mortare cu absorbție redusă de apă și proprietăți mecanice ridicate.

S-a demonstrat că utilizarea de deșeuri de sticlă în mortare , poate dezvolta acticitatea puzzolanică care este afectată de titrul de sticlă și compoziția chimică. Aceste proprietăți pot afecta de asemenea lucrabilitatea, puterea și durabilitatea mortarelor. Un conținut ridicat de substanțe alcaline poate provoca reacții alcalii-silice și expansiune în mortare.

În schimb, utilizarea deșeurilor de sticlă de la deșeuri electronice (cu conținut redus

de substanțe alcaline), îmbunătățește rezistența la compresiune și rezistența la reacții alcalii- silice ( reacții ce au loc cu dilatare). [13-18]

3.Analiza desfășurării procesului

3.1. Chimismul procesului de bază

În timpul arderii amestecului de materii prime se desfășoară atât reacții în stare solidă cât și reacții în topitură, însă cele în stare solidă au loc mai întâi. Componenții mineralogici care rezultă conferă acestor lianți caracterul hidraulic.

Procesele care au loc la arderea amestecului de calcar și argilă sunt prezentate schematic în Fig. 2.

La temperaturi cuprinse între 1100C și 2000C se produce eliminarea apei libere și a substanțelor volatile. Între 4500C și 5000C argila pierde apa de cristalizare, trecând într-o structură cvasistabilă, în care SiO2 și Al2O3 se găsesc în stare activată.

Încălzirea peste 6000C determină descompunerea calcarului, care este mult accelerată de prezența SiO2 și Al2O3 activi din argilă; echilibrul reacției de disociere este deplasat spre dreapta, deoarece CaO este îndepărtat din sistem prin legarea sub formă de aluminați și silicați de calciu. Primul component care se formează este aluminatul monocalcic, CaO·Al2O3. Pe la 9000C reacționează și SiO2 formând silicatul dicalcic, 2CaO·SiO2 (notat C2S), iar aluminatul monocalcic mai leagă oxid de calciu și se transformă în trialuminat pentacalcic, 3Al2O3·5CaO. În același timp, impuritățile Fe2O3 din argilă se combină cu CaO formând feritul dicalcic, 2CaO·Fe2O3. Toate aceste reacții chimice se produc în fază solidă, fără apariția unei topituri, conducând în final la un material poros. Această situație se păstrează până la temperatura de 12500C – 13000C și este caracteristică lianților hidraulici neclincherizați.

Încălzind peste 13000C, aluminații și feriții de calciu încep să se topească, favorizând legarea chimică a unor noi cantități de CaO cu formarea aluminatului tricalcic, 3CaO·Al2O3 (notat C3A) și a feritaluminatului tetracalcic, 4CaO·Al2O3 Fe2O3 (notat C4AF), cunoscut și sub numele de brownmillerit.

Fig.2 Chimismul formării lianților hidraulici silicioși

La 14500C, în fază lichidă, o parte din silicatul dicalcic reacționează cu CaO și formează silicatul tricalcic, 3CaO·SiO2 (C3S). Transformarea silicatului dicalcic nefiind completă, în produs se va găsi și o cantitate din acest compus.

Compușii care se formează la temperaturi mai mari de 1300 0C sunt caracteristici lianților hidraulici silicioși clincherizați (cimentului portland). În lianții silicioși clincherizați, compușii chimici nu se găsesc ca atare, ci sub formă de soluții solide, în care, pe lângă substanța de bază, se găsesc dispersate în cantități mici diverse impurități ce modifică proprietățile compușilor puri. De aceea, este mai rațională utilizarea noțiunii de componenți mineralogici. Componenții mineralogici prezenți în cimentul portland sunt: alitul, belitul, celitul I și celitul II.

Alitul, cel mai valoros component al cimentului portland, este alcătuit din silicat tricalcic 3CaO·SiO2, care conține în soluție solidă aluminat tricalcic între 4% și 7% și alți oxizi în cantități mici (MgO, Cr2O3. La răcire bruscă, nu se descompune, ci rămâne ca atare în stare subrăcită, bogată în energie. De aceea, reacționează puternic cu apa. Fig 3.

Belitul este o soluție solidă de silicat dicalcic, 2CaO·SiO2, care conține diverse impurități de oxizi metalici, în special de fier, crom, mangan și sodiu. Prin răcire bruscă rămâne stabil sub formă de α și β 2CaO·SiO2. La răcire lentă se descompune în forma polimorfă (γ 2CaO·SiO2), lipsită de proprietăți hidraulice. Belitul în comparație cu alitul este mai sărac în energie și reacționează mai lent cu apa. Celitul I este o soluție solidă în care predomină 4CaO·Al2O3 Fe2O3. Celitul II corespunde soluțiilor solide în care predomină 3CaO·Al2O3. În produsul clincherizat, în afară de cei patru compuși mineralogici menționați, mai există și o fază sticloasă (amorfă), formată din topitura de aluminați care nu au avut timp să cristalizeze din cauza răcirii rapide. Această fază este bogată în energie și reacționează cu apa. [4]

Fig.3. Componenții mineralogici ai cimentului

3.2. Calculul rețetei pentru amestecul brut

Calculul compoziției amestecului brut pentru obținerea clincherului de ciment Portland care să îndeplinească condițiile impuse în tema de proiectare se face pe baza compoziției oxidice a materiilor prime și a valorilor stabilite pentru gradul de saturare în calce SK = 0,97 și a modulilor de silice MSi = 2,23 și respectiv de alumină MAl = 2,03.

Compoziția oxidică a materiilor prime.

Tabel 2 Compoziția oxidică a materiilor prime

Cimentului i se adaugă la măcinare 5% ghips, pentru reglarea timpului de priză. Calculul compoziției amestecului brut se face pentru 1 parte greutate calcar, x părți greutate argilă, y

părți greutate cenușă de pirită.

Rezultă: 1+x+y părți greutate amestec brut.

Dacă se consideră:

C1; F1; S1; A; – compoziția în CaO, Fe2O3, SiO2, Al2O3 a calcarului

C2; F2; S2; A2; – compoziția în CaO, Fe2O3, SiO2, Al2O3 a argilei

C3; F3; S3; A3; – compoziția în CaO, Fe2O3, SiO2, Al2O3 a piritei

C0; F0; S0; A0; – compoziția în CaO, Fe2O3, SiO2, Al2O3 a amestecului brut.

Compoziția oxidică a amestecului brut se scrie astfel:

(1)

Expresia gradului de saturare în calcar este:

(2)

Expresia modulului de silice este:

(3)

Înlocuind în relațiile (2) și (3) expresiile (1) se va obține sistemul:

a1x + b1y =c1

a2x + b2y =c2 (4)

unde: a1 = SK (2,8S2 + 1,1A2 + 0,7F2) – C2

b1 = SK (2,8S3 + 1,1A3 + 0,7F3) – C3

c1 = C1 – SK (2,8S1 + 1,1A1 + 0,7F1)

a2 = MSi (A2 + F2) – S2

b2 = MSi (A3 + F3) – S3

c2 = S1 – MSi (A1 + F1)

Înlocuind valorile SK și MSi și rezolvând sistemul de ecuații (4) se obțin soluțiile:

x = 0,30 părți argilă

y = 0,0076 părți cenușă de pirită

Pentru verificarea rezultatelor obținute se vor calcula valorile SK și MSi (verificare modulară):

Astfel, la o parte calcar vom avea 0,30 părți argilă și 0,0076 părți pirită. Exprimând în procente fiecare din cei trei componenți vom avea:

1,3076 p.g. amestec brut 1 p.g .calcar 0,3 p.g. argilă 0,0076 p.g. pirită

100 p.g. amestec brut X Y Z

X = 76,21

Y = 23,21

Z = 0,58

Deci, compoziția procentuală a amestecului este:

calcar = 76,21%

argilă = 23,21%

pirită = 0,58%

Calculul compoziției oxidice a amestecului brut, a materiilor prime și a clincherului este dată în tabelul 3. [9]

Tabelul 3 Calculul compoziției oxidice pentru materii prime și clincher.

3.3. Încadrarea în sistemul oxidic

Principalii compuși mineralogici ai clincherului de ciment sunt: alitul, belitul, celitul, aluminatul tricalcic. Pe lângă produșii mineralogici (faza cristalină) clincherul de ciment este format din faza vitroasă ce conține în principal oxizi legați în soluții solide sau combinații duble cu constituenții clincherului. Faza vitroasă umple spațiile dintre cristale de alit și belit alături de faza celitică. Ea reprezintă resturile de topitură care nu au apucat să cristalizeze datorită răcirii rapide. Constituenții din clincher, care conțin elemente alcaline peste o anumită valoare, sunt de ne dorit. Prezența alcaliilor în clincher se poate evidenția ca sulfați, iar când cantitatea de SO3 adusă în sistem de amestecul brut și combustibil nu poate asigura legarea lor integrală, ele se pot găsi ca soluții solide. Sodiu, regăsit în compusul NC8A3, în cantități mari, peste 0,71% în soluția solidă cu C3S, Na2O determină descompunerea silicatului tricalcic C3S în silicat bicalcic C2S și oxid de calciu liber CaO.

Alături de compușii mineralogici și faza vitroasă, clincherele de ciment mai pot conține oxizi liberi: oxid de calciu nelegat, oxid de magneziu sub formă de periclaz; existența acestora fiind un inconvenient deoarece imprimă inconstanță de volum.[4]

3.3.1. Calculul compoziției mineralogice a clincherului

Structura și compoziția mineralogică a clincherelor de ciment depind de compoziția oxidică a amestecului brut de materii prime, de modul cum s-a făcut arderea și răcirea acesteia.

În “practică” se utilizează calculul compoziției mineralogice a clincherelor răcite lent (condiții de echilibru) cu formarea de compuși cristalini în sistemul alit – belit – aluminați – feriți – aluminați de Ca. Ținând cont de faptul că MAl > 0,64, drept compuși mineralogici se formează: C4AF, C3A, C3S și C2S.

Calculul compoziției mineralogice în cazul solidificării la echilibru termodinamic, presupunând clincherele plasate în subsistemul de echilibru termic C3S C2S – C3A – C4AF, se va face cu ajutorul relațiilor lui Bogue. obținând astfel procentul în cei patru componenți

%C4AF = 3,04 %Fe2O3 = 3,04 3,02 = 9,18

%C3A = 2,65 %Al2O3 – 1,65 %Fe2O3 = 2,65 6,13 – 1,69 3,02 = 11,12

%C3S = 4,07 %CaO – 7,6 %SiO2 – 6,72 %Al2O3 – 1,42 %Fe2O3 =

= 4,07 66,43 – 7,6 21,32 – 6,72 6,13 – 1,42 3,02 =62,86

%C2S = 8,6 %SiO2 + %Al2O3 + 1,07 %Fe2O3 – 3,05 %CaO =

= 8,6 21,32 + 5,06 6,13 + 1,07 3,02 – 3,05 66,43 = 14,98

C4AF + C3A + C3S + C2S = 9,18 + 11,12 +62,86 + 14,98 = 98,14%

Această sumă trebuie să fie egală cu suma oxizilor: CaO, SiO2, Al2O3 și Fe2O3 din clincher. [3]

CaO + SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 = 66,43 + 21,32 + 6,13 + 3,02 = 97,9 ≈ 98

Plasarea masei în diagrama modulară în sistemul cuaternar

Fig.4 Clasificarea modulară a cimenturilor Portland

În sistemul cuaternar CaO – SiO2 – Al2O3 – Fe2O3 se delimitează zona caracteristică cimenturilor Portland în general, dată de subsistemul CaO – C2S – C12A7 – C2F, care cuprinde toți compușii mineralogici corespunzători clincherului. Din acest sistem prezintă interes doar subsistemele care include ca unul dintre componenți C3S. Subsistemul C3S – C2S – C3A – C4AF cuprinde cea mai mare parte a cimenturilor Portland (figura 5).

Ținând seama de faptul că gradul de saturare trebuie să fie mai mic decât 1, pentru a evita existența calcei libere, se ajunge la circumscrierea relativ exactă a domeniului clincherului de ciment Portland normal vitrifiabil

Fig.5 Subsistemul cuaternar CaO – C2S – C12A7 – C2F

În concluzie, cimentul pentru a cărei compoziție oxidică și mineralogică s-au făcut calculele, se încadrează în clasa cimenturilor Portland, acesta fiind verificată atât modular cât și din punct de vedere a compușilor mineralogici. [3]

3.4. Schema de operații

Se concepe pe baza cunoștințelor acumulate prin studiul datelor de literatură și a primelor informații primite de la grupa de cercetare a procedeului. În cadrul acestei scheme nu apar utilajele tehnologice ca atare, ele sunt grupate pe operații principale, ordonate în sensul de desfășurare a procesului tehnologic.[3]

Acest lucru este prezentat în schema de operații a fluxului tehnologic (Anexa 1)

3.5. Bilanțul de materiale

Capacitatea cuptorului este de 800 t în 24 ore. Cunoscând capacitatea de producție a cuptorului pentru calcularea bilanțului de materiale se pleacă tocmai de la ardere. [9]

Ardere:

Q = 800 t/zi

P = O + N + Q + L

N = 0,36P

Celelalte pierderi se raportează la cantitatea de material uscat q:

q = P – N

q = O + Q + L

q = 0,3573q + 800 + 0,18q

(1- 0,3573 – 0,18)q = 800

O = 0,3573q = 0,35731728,9821 = 617,7653 O = 617,7653 t/zi

L = 0,18q = 0,181728,9821 = 311,2168 L = 311,2168 t/zi

P – N = q

P – 0,36P = q

0,64P = q

P=2701,5345 t/zi

N = 0,36P = 0,362701,5345 = 972,5524 N = 972,5524 t/zi

Purificare:

L = M + K

K = 0,1L = 0,1311,2168 = 31,1217 K = 31,1217 t/zi

M = 0,9L = 0,9311,2168 = 280,0951 M = 280,0951 t/zi

În concluzie, pentru a obține o producție de 800 t/zi clincher se va folosi:

1315,8630 t/zi calcar

9,1168 t/zi cenușă de pirită

416,6610 t/zi argilă

42,0204 t/zi ghips

788,4620 t/zi apă

Rezultatele obținute în urma calculului bilanțului de materiale se vor trece în Anexa 3

Calculul consumului specific de materii prime

La calculul consumului specific de materii prime, am luat în considerare cantitatea de materie primă rezultată din bilanțul de materiale pe care l-am raportat la cantitatea de ciment obținut.

Pentru calcar:

Pentru argilă

Pentru cenușă de pirită

Pentru ghips

Pentru apă

3.6. Schema fluxului tehnologic

Procesul tehnologic de fabricație a cimentului Portland presupune trei etape principale:

prepararea amestecului brut

arderea amestecului brut până la vitrifiere

măcinarea clincherului cu ghips

Principalele materii prime necesare pentru fabricarea pastei sunt calcarul și argila. Pe lângă aceasta se va adăuga și cenușa de pirită ca adaos de corecție, având rolul de a ridica procentul de oxid de fier în amestecul de materii prime micșorând prin acesta modulul de aluminiu, având și rolul de a forma o lipitură pe cărămida din cuptor pe care o protejează contra temperaturii înalte.

În cadrul procesului de pregătire a materiilor prime se vor efectua următoarele operații:

concasarea calcarului și a argilei

deleierea argilei

măcinarea amestecului de calcar, argilă și cenușă de pirită

omogenizarea și corectarea pastei

Calcarul necesar fabricării pastei, transportat din carieră cu ajutorul vagoanelor de cale ferată de 25 t este deversat în buncărele de alimentare a benzilor ce transportă calcarul la concasoarele cu ciocane “Titan”. La ieșirea din concasor, calcarul cu dimensiunea sub 30 mm este transportat cu ajutorul unui releu de benzi în hala de materii prime sau în silozurile morilor.

Argila este transportată din cariera de argilă cu ajutorul vagoanelor de cale ferată de 20 t și este deversată în buncărul de alimentare a benzii metalice a concasorului “Wedag” unde se concasează de la dimensiunea de 700 mm la maximum 40 mm. Argila concasată este transportată cu ajutorul unui releu de benzi în hala de materii prime sau este deleiată în deleioare de beton. Procesul de deleiere se produce prin agitarea mecanică a amestecului de argilă și apă cu ajutorul unor pluguri rotative atârnate de un cadru metalic în formă de cruci. Alimentarea cu argilă se face pe la partea superioară, iar evacuarea argilei deleiate are loc printr-o deschizătură cu grătar și sită ajungând în bazinele colectoare, de unde este transportată cu ajutorul pompelor centrifuge prin conducte în bazinul tampon al morilor sau în bazinul rezervor.

Cenușa de pirită se descarcă din vagoanele CFR cu ajutorul podului rulant în hala de materii prime. De aici se face alimentarea buncărului benzilor transportoare și se transportă în silozurile morilor.

Dozarea calcarului, argilei concasate și cenușei de pirită se face volumetric folosind alimentatoare cu bandă, iar dozarea argilei deleiate se face cu ajutorul dozatoarelor cu cupe.

Măcinarea materiilor prime are loc în mori tubulare cu bile compartimentate în trei camere unde calcarul, argila deleiată și cenușa de pirită sunt mărunțite de la dimensiuni de aproximativ 30 mm la dimensiunea medie de ordinul zecilor de microni.

Pasta rezultată în urma măcinării cu umiditatea între 32 – 40% este deversată într-un canal înclinat care comunică cu conductele de preluare care duc la pompele centrifuge. Pompele centrifuge transportă pasta în bazinele de corecție pentru stocare. Aici are loc o barbotare a pastei cu ajutorul aerului comprimat (3,0 atm.) pentru evitarea sedimentării.

Din bazinele de corecție pasta este extrasă și dirijată cu ajutorul pompelor centrifuge în bazinele de omogenizare, unde pentru omogenizarea pastei și evitarea sedimentării, barbotarea se face cu aer comprimat prin țevi fixate pe un pod care rulează pe o șină și care antrenează pasta.

Din bazinele de omogenizare, pasta este transportată cu ajutorul pompelor la alimentarea cuptoarelor CR 800 într-un bazin tampon sau de serviciu. Din acest bazin pasta curge prin intermediu unui ventil, cu posibilități de reglare a debitului în dozatorul celular. Din cuvă pasta este preluată de două cupe ale dozatorului prin rotirea acestuia și deversată într-un jgheab în vasul de control al debitului de alimentare. În timpul funcționării cuptorului, vasul de control este închis, iar pasta curge în cuptor printr-un așa numit “buzunar” care este atașat de vasul de control.

Reglarea debitului de alimentare în funcție de turația cuptorului se face prin sistemul Word-Leonard, adică cuptor pe încet și dozator pe încet și invers. De la dozator pasta curge printr-o conductă în cuptor, iar la baza vasului conducta este prevăzută cu un sifon pentru a împiedica ieșirea gazelor în timpul staționării cuptorului în camera de alimentare, după aceasta conducta se înclină la 450 și intră în cuptor.

Arderea clincherului constituie o treaptă intermediară în procesul de fabricație a cimentului, dar datorită complexității procesului și a fenomenelor care au loc în cuptor, sectorul de ardere devine veriga conducătoare a întregului proces de fabricație.

La formarea clincherului în cuptor are loc simultan fenomene fizice și chimice care sunt influențate de: natura materiilor prime, de compoziția și gradul de omogenizare, de suprafața lor specifică precum și de condițiile în care are loc arderea. În urma arderii rezultă clincherul care din punct de vedere chimic este un amestec de minerale artificiale de tipul silicaților, aluminaților și feritaluminaților de Ca.

Procesul de ardere a clincherului se realizează în cuptorul rotativ și constă în încălzirea treptată a materiilor prime până la temperatura de 1400 – 15000 C, menținerea la această temperatură un timp limitat și apoi răcirea clincherului cât mai aproape de temperatura mediului ambiant. Mișcarea de înaintare a materialului în cuptor se datorează efectelor combinate de înclinație a acestuia de cca. 40 față de orizontală și mișcării de rotație a cuptorului.

Alimentarea cu pastă se face la partea din amonte și avansează în contracurent cu gazele calde obținute prin arderea gazului metan.

Gazul metan este introdus chiar în interiorul cuptorului prin intermediul arzătorului care va fi fără aer primar și pentru a se înlătura ventilatorul de aer primar și reduce astfel consumul de energie electrică.

Circulația gazelor în cuptor și în electrofiltre este asigurată cu ajutorul tirajului natural, asigurat de către coș și a tirajului artificial produs de un exhaustor.

La capătul rece al cuptorului se află camera de fum care face legătura între coș, cuptor și electrofiltru. Camera de fum se prevede astfel încât să îndeplinească funcția de primă treaptă de desprăfuire. Desprăfuirea va continua în electrofiltru în care se va realiza o epurare de 99%.

De asemenea se va avea în vedere ca debitul de pastă cu care se alimentează cuptorul să fie în concordanță cu capacitatea cuptorului și cu turația acestuia pentru a se menține constant gradul de încărcare.

Interiorul cuptorului se căptușește pentru a proteja mantaua de temperatură și de agresivitatea gazului și a materialului. Căptușeala se va face cu cărămizi refractare a căror natură și calitate depinde de zona de utilizare, după cum urmează:

în zona de lanțuri, beton refractar

în zona de preîncălzire, cărămidă de șamotă

în zona de decarbonatare, cărămidă de șamotă

în zona de trecere de la decarbonatare la clincherizare, cărămidă de șamot-rezistentă la șocuri termice și uzură

în zona de clincherizare, cărămidă magnezitică și cromomagnezitică

în zona de răcire, șamotă.

În timpul procesului de clincherizare pe diverse porțiuni ale cuptorului are loc o corodare mai pronunțată a căptușelii refractare, în timp ce în alte zone acest fenomen se produce lent. Pentru a proteja căptușeala refractară de aceste acțiuni se va avea în vedere formarea unui strat de lipitură. După ce s-a format stratul protector se va începe alimentarea cu pastă în vederea obținerii clincherului. Operația de răcire se va conduce cu multă atenție, deoarece influențează în final compoziția clincherului.

Dacă răcirea se conduce lent, clincherul se îmbogățește în componentul mineralogic de bază C3S (alit). O viteză mică de răcire se va putea realiza prin mărirea zonei de răcire și printr-un regim termic adecvat în această porțiune de cuptor, de asemenea și în răcitorul de clincher.

Agentul de răcire circulă în contracurent cu clincherul, iar după ce se încălzește pe seama căldurii cedate de acesta, intră în cuptor. Clincherul răcit curge prin tuburile răcitorului în cupele transportorului montat sub platforma cuptorului, cupe care îl vor ridica până la elevator. Din elevator clincherul va fi deversat pe banda transportoare din cauciuc, ajungând la silozul de clincher.

Măcinarea clincherului reprezintă operația finală în fabricarea cimentului. Dozarea strictă, alimentarea uniformă și măcinarea la parametrii convenabili de suprafață specifică și spectru granulometric determină calitatea ridicată a cimentului.

Sub silozul de clincher se va monta un extractor cu melc, iar sub silozul de ghips, care este în cantitate mai mică și care necesită o dozare mai precisă se va monta un dozator celular.

Clincherul și ghipsul cad pe o bandă de cauciuc care merge la gura de alimentare a morii, deservindu-le în vederea mărunțirii lor. Moara este prevăzută pentru funcționare în circuit închis.

Antrenarea materialului ajuns la finețea dorită se va face pe seama aerului comprimat care se va trimite în moară. Viteza agentului de antrenare este astfel aleasă încât să antreneze finul, iar grosierul care nu a ajuns încă la dimensiunea dorită va cădea, rămânând în continuare în utilaj în vederea mărunțirii.

Aerul încărcat cu particule de ciment va ajunge în ciclonul desprăfuitor montat după moară unde se va reține produsul măcinării. Pentru o desprăfuire mai avansată aerul va fi trecut și printr-un electrofiltru.

Ca instalații de transport a cimentului de la electrofiltru și ciclon se va folosi rigola pneumatică și pompa Fϋller. Aceste instalații au un consum redus de energie, realizează un transport eficient al cimentului, până la silozul în care acesta se va depozita.

În siloz, cimentul va staționa în jur de 10 zile, în vederea omogenizării lui și a îmbunătățirii calității. Silozul pentru ciment va fi prevăzut cu instalație de aer comprimat la partea inferioară, pe unde materialul este extras în vederea transportului la însăcuire.

Livrarea cimentului se poate face fie în saci, fie în vrac. În vederea ambalării cimentului în saci acesta ajunge la mașina de însăcuit tip carusel. Sacii de ciment vor fi preluați de un sistem de benzi transportoare și depus fie în depozitul fabricii, fie direct în mijloacele de transport la beneficiar. Livrarea în vrac este mult mai economică deoarece: se elimină costul sacilor și consumul de energie și manoperă la ambalare.[3]

Fig.6 Schema fluxului tehnologic [10]

1.Calcar, argilă (marnă); 2.Concasor; 3.Uscător; 4.Moară; 5.Silozuri de omogenizare-corecție; 6.Alimentator; 7.Cuptor rotativ; 8.Ciclon; 9.Separator; 10.Cărbune; 11.Concasor; 12.Moară; 13.Ventilator; 14.Silozuri pentru ciment; 15.Buncăr zgură; 16.Buncăr ghips; 17.Buncăr clincher; 18.Hală de clincher; 19.Moară liant mixt; 20.Instalație de însăcuit.

4.Proiectarea tehnologică

4.1.Dimensionarea cuptorului rotativ

Date inițiale

1. Părțile componente ale instalației: cuptorul rotativ lung, răcitorul grătar și sisteme de desprăfuire.

2. Producția cuptorului: 800 t/zi

3. Caracteristicile amestecului brut: umiditatea cca.36%, rest pe sita cu 950 ochi/cm2 – maxim 4%; rest pe sita cu 4700 ochi/cm2 – maxim 14%

4. Combustibil folosit: gaze naturale cu 93,0%CH4; 3,1%C2H6; 0,9% C3H8; 0,5% C4H10; 0,8% CO2; 1,7% N2 și puterea calorifică inferioară Hi=36740 kJ/m3N

4.1.1. Predimensionarea cuptorului rotativ

Cuptorul rotativ este format dintr-un tambur cilindric din tablă de oțel, căptușit în interior cu cărămidă refractară. Materialul este introdus în cuptor prin dispozitivul de încărcare și circulă în contracurent cu gazele rezultate din arderea combustibilului la capătul opus. [3]

Tamburul este înclinat, având o pantă de 4%, pentru a permite alunecarea materialului.

Prin rotirea cuptorului are loc și o amestecare a materialului, ceea ce contribuie la încălzirea sa uniformă.

Pentru predimensionarea cuptorului ne folosim de un indice intensiv de productivitate și un raport L/D obținuți prin analiza datelor de funcționare a unor instalații asemănătoare

Calculul volumului util al cuptorului se face folosind relația următoare:

, m3 în care:

P = productivitatea cuptorului, t/zi

P = 800 t/zi

pv= productivitatea specifică, t/m3zi

pv = 2

m3

Ținând cont de forma cilindrică a cuptorului diametrul util se calculează cu relația:

unde: L/D – raportul dintre lungime și diametru util; L/D = 40

m

iar lungimea cuptorului va fi:

Lt = 40D = 402,335 = 93,4 m

Se admite că grosimea căptușelii refractare a cuptorului este de 0,2 m, se deduce diametrul nominal al cuptorului.

Dn = 2,335 + 20,2 = 2,735 m

Lungimea zonei de uscare și preîncălzire va fi:

LI = 0,25Lt = 0,2593,4 = 23,35 m

Lungimea zonei de decarbonatare va fi:

LII = 0,2Lt = 0,293,4 = 18,68 m

Lungimea zonei reacțiilor exoterme

LIII = 0,2Lt = 0,293,4= 18,68 m

Lungimea zonei de clincherizare

LIV = 0,2Lt = 0,293,4= 18,68 m

Lungimea zonei de răcire din cuptor

LV = 0,15Lt = 0,1593,4= 14,01 m

4.1.2. Calculul bilanțului termic

Pentru calcularea efectului termic se face bilanțul termic al procesului chimic, iar pentru determinarea consumului specific de combustibil, bilanțul termic general al cuptorului. În prealabil se determină elementele bilanțului de materiale, care intervin în calculul bilanțului termic. Raportarea întregului calcul se face la 1 kg clincher.[9]

Calculul elementelor de bilanț de material

1.Consumul de materie primă este:

în care

PC = pierderile la calcinare a materiei prime

2. Consumul de apă nelegată chimic se calculează astfel:

în care

u = umiditatea

3. Consumul de apă de amestec este:

unde

= conținutul de CaO în materia primă, =33,96

4. Consumurile de CaCO3 și MgCO3 vor fi:

unde:

aCaO = conținutul de CaO în materia primă; aCaO = 42,7

5. Consumul de CO2 este:

4.1.3. Calculul combustiei

Pentru realizarea arderii se folosesc combustibili cu următoarea compoziție

volumică : Gaze naturale cu 93,0 % CH4 ; 3,1 % C2H6 ; 0,9 % C3H8 ; 0,5 % C4H10 ; 0,8 % CO; 1,7 % N2. cu puterea calorică inferioară Hi = 36740 kj/ Nm3 .

Aerul natural este caracterizat de parametrii: temperatura 20⁰C și umiditatea relativă ϕ= 70 % . Se citesc de pe diagrama i-x , x= 0,007 kg/ kg

Reacțiie ce au loc la ardere sunt : CH4 + 2 O2 –> CO2 + 2 H2O

C2H6 + 7/2 O2 –> 2CO2 + 3 H2O

C3H8+ 2 O2 –> 3.CO2 + 4 H2O

Excesul de aer λ= 1.1. Cantitatea teoretică de aer uscat se calculează cu relația :

= 1,1 * 9,79 = 10,769 Nm3/ Nm3 combustibil.

Omin = 2VCH4 + 7/2 VC2H6 + 5VC3H8

Cantitatea de gaze rezultate în urma arderii:

Vgaz = VCO2 + VH2O + VN2 + VO2

VCO2 = VCH4 +2VC2H6 + 3VC3H8

VCO2 = 1,007 Nm3 CO2 / Nm3 combustibil.

Omin = 2* 0,93 + 7/2* 0,031 + 5* 0,005 = 1,994 Nm3 O2 / Nm3 combustibil

Areal = Oreal + 3,76 * Oreal

Oreal = Omin * λ

Oreal = 2,193 Nm3 / Nm3 combustibil

Areal = 10,44 Nm3 / Nm3 combustibil

VH2O = 2VCH4 + 3 VC2H6 + 4VC3H8

VH2O = 1,973 Nm3 H2O / Nm3 combustibil

VN2 = 3,76 * Oreal + VN2inițial

VN2 = 8,263 Nm3 N2 / Nm3 combustibil

VO2 = Oreal – Omin

VO2 = 0,199 Nm3 O2 / Nm3 combustibil

Compoziția procentuală a gazelor de ardere

% CO2 = (1,007 /11,442) * 100 = 8, 801 %

% H2O = (1,973 /11,442) * 100 = 17,244 %

% N2 = (8,263 /11,442) * 100 = 72, 216%

% O2 = (0,199 /11,442) * 100 = 1,739%

4.1.4. Calculul consumului specific de materii prime

La ardere se introduc 112, 564 t/h amestec de materii prime măcinate cu umiditatea

u= 36% , iar în urma arderii rezultă 46,3 t/h clincher ars. Piederile la calcinare P.C. = 35,73 % = 25, 74 t/h.

Compoziția procentuală masică a clincherului de ciment :

Argila : 23,12 %

Cenușă de pirită : 0,58 %

Calcar : 76, 21 %

u = 36 % = 40,52 t/h apă îndepărtată => 64 % reprezintând 72,04 t/h material uscat

Calcar : 76, 21 / 100* 72,04 = 54,902 t/h

Argilă : 23,21 / 100* 72,04 = 16, 720 t/h

Cenușă de pirită : 0,58 / 100 * 72,04 = 0,418 t/h

Consumul specific: Amestec brut uscat : 72,04 / 46,3 = 1,556 kg/kg clincher

Calcar : 54,902 / 46,3 = 0,361 kg/kg clincher

Argilă : 16,72 / 46,3 = 0,361 kg/kg clincher

Cenușă de pirită : 0,418 / 46,3 = 0,009 kg/kg clincher

Apă : 36 / 46,3 = 0,778 kg/kg clincher

4.1.5. Calculul consumului specific de minerale provenite de la materiile prime

Calcar : componentul mineralogic principal din calcar este carbonatul de calciu – CaCO3 restul fiind considerate impurități-

Determinarea consumului specific de CaCO3

CaCO3 CaO + CO2

100 kg CaCO3………56 kg CaO…………..44 kg CO2

x……………….0,99*55,5/100 kg CaO……….y

x = 1,186 kg CaO /kg clincher

y = 0,522 kg CO2 /kg clincher

Argilă

Determinarea caolinitului: se consideră că tot Al2O3 este legat în caolinit

Al2O3*2SiO2*2H2O Al2O3 +2SiO2 +2H2O

100 kg argilă…………15,7 kg Al2O3

0,361 kg argilă……….x x =0,057 kg Al2O3

258 kg argilă………….102 kg Al2O3…………2*60 kg SiO2……..2*18 kg H2O

x………………………0,057……………………..y…………………………z

x = 0,144 kg argilă/ kg clincher

y = 0,067 kg SiO2/ kg clincher

z = 0,02 kg H2O / kg clincher

100 kg argilă…………56,44 kg SiO2

0,361 kg argilă…………x

x = 0,203 kg SiO2/ kg clincher

Determinarea CaSO4

CaSO4 CaO + CO2

100 kg argilă………..7,2 kg CaO………….1,2 kg SO3

0,361 kg argilă…………..x…………………………..y

x = 0,026 kg CaO / kg clincher

y = 0,004 kg SO3 kg clincher

Se consideră că tot SO3 este sub formă de CaSO4

136 kg CaSO4……………56 kg CaO………………80 kg SO3

x…………………………..y…………………….0,136 * 1,18 / 100

x = 0,0072 kg CaSO4 / kg clincher

y = 0,003 kg CaO / kg clincher

CaO (calcar) = CaO (total) – CaO (sulfat de calciu)

CaO (calcar) = 7,2 / 100 – 0,003 = 0 0,069 kg CaO / kg clincher

Determinarea CaCO3

100 kg CaCO3…………..56 kg CaO………………44 kg CO2

x ………………….0,361* 0,069 kg CaO…………y

x = 0,045 kg CaCO3 / kg clincher

y = 0,02 kg CO2 / kg clincher

Determinarea MgCO3

MgCO3 MgO + CO2

84 kg MgCO3…………….40 kg MgO…………..44 kg CO2

x………………………0,361*1,97 /100………………y

x = 0,0034 kg MgCO3 / kg clincher

y = 0,0078 kg CO2 / kg clincher

Determinarea Fe2O3 liber

100 kg argilă………………..5,51 kg Fe2O3

0,361 kg argilă…………………x

x = 0,02 kg Fe2O3 / kg clincher

SiO2 liber = SiO2 total – SiO2 caolinit = 0,56 – 0.067 = 0,493 kg SiO2/ kg clincher

PC = H2O + SO3 + CO2 = 0,02 + 0,522 + 0,0078 = 0,5538 kg PC / kg clincher

Cenușa de pirită

Determinarea CaCO3. Se consideră că tot CaO se găsește legat sun formă de wollastonit (CaO*SiO2)

100 kg cenușă de pirită……………2,74 kg CaO

0,009 kg cenușă de pirită…………………..x

x = 0,0002 kg CaO/ kg clincher

Determinarea wollastonitului

116 kg CaO*SiO2…………….56 kg CaO…………………..60 kg SiO2

x……………………..0,009*0,00056 kg CaO…………..y

x = 1,04 * 10 ^‾4 kg CaO*SiO2 / kg clincher

y = 0,54* 10^‾5 kg SiO2

SiO2 liber = SiO2 total – SiO2 Wollastonit = 6,28 * 10 ^‾4 kg SiO2 / kg clincher

Determinarea Al2O3liber

100 kg cenușă de pirită……………………4,93 kg Al2O3

0,0009 kg cenușă de pirită …………………..x

x = 0,000005 kg Al2O3 / kg clincher

Determinarea Fe2O3liber

100 kg cenușă de pirită………………………….84,48 kg Fe2O3

0,009 kg cenușă de pirită………………………………x

x = 0,0076 kg Fe2O3 / kg clincher

Argila

0,361 kg argilă………………..0,102 kg PC

100 kg argilă……………………….x

x = 30,194 %

Calcar

1,186 ………………..0,435 kg PC

100 kg calcar……………..x

x = 36,68 %

Restul mineralelor s-au considerat sub formă de impurități.

Tabel.4. Compoziția mineralogică a clincherului de ciment Portland [9]

4.1.6. Bilanțul termic al procesului chimic

I. Consumurile de căldură (inclusiv conținuturile de căldură la intrare) sunt prezentate în Anexa 4

Consumul total de căldură este:

II. Cantitățile de căldură cedate (inclusiv conținuturile de căldură la ieșire) sunt următoarele:

La formarea mineralelor clincherului, în intervalul de temperaturi 1000-14000C

Q1 = 92,23 kcal /kgclincher

2. La formarea metacaolinitului la 4500C,folosind indicele termic de 1,55kcal/kg

Q2 = 9,5 kcal /kgclincher

3. La răcirea clincherului de la 14000C la 200C cunoscând c3"= 0,26kcal/kg grad

Q3 = 358,8 kcal /kgclincher

4. La răcirea CO2 de la 9000C la 200C, cunoscând c4" = 0,26 kcal/kggrad

Q4 = 121,035 kcal /kgclincher

5. Prin răcire de la 4500C a vaporilor și a condensării apei de hidratare

Q5 = 22 kcal /kgclincher

Căldura totală cedată este:

Efectul termic este:

∑Q ’-∑Q ” = 1064,42 – 603, 565= 460,855 kcal / kgclincher

4.1.7. Bilanțul termic general al cuptorului

Se consideră necunoscut consumul de combustibil Gc , kg/kgcl .

Activul este format din conținutul de căldură la intrare și aportul de căldură:

1. Căldura potențială a combustibilului este:

unde:

Qi = puterea calorifică inferioară; Qi = 36740 kJ/m3N = 8776,88 kcal

2. Conținutul de căldură al combustibilului la intrare, cunoscând c=0,5kcal/kggrad este:

unde:

t = temperatura de introducere a materialului

3. Conținutul de căldură al materiei prime la intrare, cunoscând c=0,21kcal/kggrad se calculează astfel:

4. Conținutul de căldură a apei nelegate chimic este:

5. Conținutul de căldură al aerului de combustie este:

unde:

Vaer = cantitatea de aer umed necesară arderii

Cantitatea teoretică de aer uscat se calculează cu relația :

Cantitatea de aer umed necesar arderii este:

Suma tuturor acestor conținuturi de căldură la intrare este:

Pasivul este format din conținutul de căldură la ieșire, consumuri și pierderi de căldură și anume:

1. Efectul termic a fost calculat mai sus:

2. Conținutul de căldură al gazelor arse la ieșire este:

3. Conținutul de căldură al CO2 provenit din procesul tehnologic, cunoscând

c = 0,419 kcal/kggrad este:

4. Conținutul de căldura al apei de hidratare și nelegate chimic se calculează astfel:

5. Conținutul de căldură al clincherului la ieșire, cunoscând c = 0,198 kcal/kggrad este:

6. Pierderile de căldură în mediul înconjurător sunt:

Suma tuturor acestor conținuturi de căldură la ieșire este:

Se face bilanțul termic

Consumul specific de căldură va fi:

Știind că 1kcal = 4,186 kJ consumurile specifice se pot exprima și astfel:

consumul specific de combustibil (Anexa 5).

Gc = 0,795 kJ/kgcl = 360 mN3/tcl

consumul specific de căldură

q = 6980,615 kJ/kgcl

4.2. Predimensionarea răcitorului grătar

Răcitorul grătar prezintă avantajul unei răciri bruște și avansate în condițiile unor cuptoare de mare capacitate, ceea ce permite obținerea unui clincher de bună calitate. Randamentul termic este situat între 65 – 75%.

Ținând seama de capacitatea de producție a cuptorului în cazul de față se optează pentru un răcitor cu grătar înclinat cu 3%, cu două grătare acționate independent.

Răcitoarele grătar se dimensionează pe baza unei productivități specifice cuprinsă între 800 și 1500 kg/m2h. Estimând productivitatea specifică a răcitorului proiectat la 800 kg/m2h se obține suprafața utilă a acestuia.[9]

, m2

unde Q = capacitatea de producție a cuptorului, kg/h

q = productivitatea specifică a răcitorului, kg/m2.h

m2

Lățimea grătarului se alege la 84% din diametrul cuptorului:

B = 0,842,335 = 1,96 2 m

Lungimea utilă a grătarului este:

, m

m

Pentru cuptorul de 800 t clincher pe zi se va utiliza un răcitor grătar cu:

lungimea 20,835 m

lățimea 1,96 m

5.Aspecte ecologice și de protecția mediului

În industria materialelor de construcții este foarte importantă îmbunătățirea continuă a performanței de mediu,un pilon important al strategiei Grupului în domeniul sustenabilității

Poluarea atmosferei duce la distribuția , în cantități nocive a substanțelor periculoase pentru sănătate , în atmosferă

O clasificare a Comunității Europene împarte substanțele periculoase în :

Substanțe cu toxicitate acută: foarte toxice , toxice , dăunătoare , corozive , iritante;

Substanțe cu proprietăți toxice specifice: alergice , cancerigene , cu efect asupra

reproducerii , cu efect genetic;

Substanțe cu proprietăți fizico-chimice specifice:extrem de inflamabile ,foarte

inflamabile, inflamabile , oxidante , explozive;

Substanțe cu impact dăunător asupra mediului.

Primele două categorii de substanțe toxice au efect direct dăunător asupra sănătății,

ultimele două acționează indirect asupra omului. Acestea pătrund ăn organism : oral (prin gură, direct în stomac) , dermic (prin piele) și inhalare (prin căile respiratorii).

Toxicitatea substanțelor se stabilește cu ajutorul indicelui mediu mortal (LD50 ) , și

reprezintă doza la care jumătate din lotul experimental de animale moare .

Tabel 5. LD50 (oral)

Încă din faza de proiectare , pentru a controla toxicitatea materialelor, trebuie luate

următoarele măsuri privind:

Depozitarea și transportul în condiții de etanșeitate;

Echipamente și instalații de purificare a gezelor reziduale;

Asigurarea unei ventilații corespunzătoare condițiilor de muncă;

Asigurarea echipamentelor de urgență în caz de accident.[11]

Problema principală în procesul de fabricare al cimentului o reprezintă emisia de

praf rezultată din diverse faze ale procesului tehnologic.

În cuptoare NOx (NO + NO2) se formează în urma oxidării azotului din aerul de

combustie și a azotului din combustibil.

Formarea SOx (SO2 + SO) are loc tot în cuptor prin oxodarea sulfului din materia

primă și combustibil

Raportul sulf – alcalii, prezența sulfurii în materiile prime , cantitatea de sulf intrată

în sistem , cantitatea de oxigen la capătul cuptorului, sunt factori de care depinde emisia de SO2 [12]

II PARTE EXPERIMENTALĂ

1.Generalități

Tubul catodic al monitoarelor de calculator conține sticlă CRT în proporție de 85%. Aceasta poate fi separată și curățată prin diferite tehnici adecvate. Sticla CRT este singura componentă a monitoarelor a cărei reciclare e dificilă, în timp ce pentru materialul plastic și metale există diferite procedee de reciclare. Reciclarea sticlei CRT este dificilă deoarece părțile componente ale CRT-urilor se împart în patru categorii: panou, con, gât și spliter, fiecare având proprietăți chimice diferite.

Sticla conținută de partea de gât și de con conține Pb și alte substanțe periculoase, iar cea de panou conține metale grele ca Ba și Sr. Aceste metale fac imposibilă reutilizarea sticlei pentru producerea de panouri și fibre de sticlă. De aceea este nevoie de noi aplicații pentru deșeurile de sticlă CRT, pentru a reduce impactul adus mediului de aceste elemente periculoase din sticlă. Sticla frontală se poate utilizeaza în mortare deoarece nu conține Pb sau alte metale grele cu potențial levigabil. [19-22]

2. Materiale și metode.

Prezentarea generală a mortarelor În realizarea mortarelor s-a utilizat ca liant un ciment Portland, ca agregat, nisip de rău și deșeu de sticlă CRT și apă.

2.1. Prezentarea liantului

Liantul folosit pentru prepararea mortarelor este cimentul Portland compozit EN 197-1:2011- CEM II/B-M(S-LL) 42,5 N, produs de Holcim SA.

Domeniile de utilizare ale cimentului sunt: betoane armate pentru fundații, stâlpi, grinzi, centuri, planșee, pereți; betoane simple și armate pentru produse prefabricate betoane simple pentru fundații, egalizări, șape. Înainte de punerea în operă a cimentului, acestuia i s-au verificat proprietățile în pulbere și în pastă.

2.1.1. Starea de conservare

În urma verificarii vizuale, cimentul nu prezintă aglomerări pietrificate, așadar acesta poate fi utilizat în realizarea mortarelor. În figura 7 este prezentată pulberea de ciment, iar în figura 8 pasta de ciment în stare crudă.

Fig. 7 Pulbere de ciment fină Fig. 8 Mortar proaspăt

2.1.2. Constanța de volum

Constanța de volum se realizează pentru verificarea comportamentului liantului în contact cu apa, după întarire. Piatra de ciment întărită poate prezenta contracții excesive sau expansiuni care pot degrada produsul finit. Determinarea constanței de volum se face prin metoda inelelor Le Chatelier, combinată cu metoda turtelor. În figurile 9, 10 și 11 sunt prezentate etapele principale în cadrul determinării.

Fig. 9 Inelul Le Chatelier cu probă Fig.10 Proba de mortar Fig.11 Proba de mortar

partea superioară partea laterală

În urma determinării, se constată că cimentul nu prezintă expansiune și se poate utiliza pentru realizarea mortarelor.

2.2. Prezentarea agregatelor

2.2.1. Nisip

Determinarea impurităților organice

Determinarea conținutului de impurități se face cu ajutorul unui cilindru gradat în care se pune agregatul peste care se adaugă soluție de NaOH de 3%, se acoperă și se lasa în repaos 24 de ore. După acest interval se apreciază culoarea soluției de NaOH: incolor, galben deschis, galben, brun roscat, brun. Limita maximă admisă este galben. În figura 12 este prezentat cilindrul cu proba după 24 ore.

. Fig.12 Aspectul probei după 24 ore

După expirarea timpului de imersare, se observă culoarea soluției ca fiind galben deschis, ceea ce înseamnă că nisipul are un conținut redus de impurități și poate fi folosit în realizarea mortarelor.

Granulometria agregatelor

Din punct de vedere al dimensiunii, agregatele utilizate în cadrul determinarilor (nisip și deșeu de sticlă CRT), se încadrează în sortul 0-4 mm. Granulometria agregatelor este prezentată în Tabelul 6.

Tabel 6 Granulometria agregatelor

Din compararea datelor de granulometrie se poate constata ca dimensiunile agregatelor sunt apropiate, deșeul de sticlă CRT avand un interval dimensional tinzând spre valori mai mici. Acest fapt este de dorit pentru obtinerea unei bune omogenitati si ca atare o compactitate similara în mortare.

2.2.2. Deșeu de sticlă CRT

Deșeul de sticlă obținut din dezmembrarea ecranelor de monitoare se mărunțește într-un concasor de laborator cu fălci până la dimensiuni sub 4 mm.

Fig.13 Procesul de mărunțire al sticlei CRT -aspectul deșului înainte (a) și după concasare (c) și concasorul folosit (b- concasor cu fălci Jaw Crushers)

Compoziția chimică

Compoziția chimică a deșeului de sticlă CRT a fost determinată în laborator prin metoda tradițională, în solutie și este prezentată în Tabelul 7.

Tabel 7. Compoziție oxidică a sticlei CRT

Deșeul de sticlă CRT are un conținut ridicat in SiO2 dar și în BaO și alcalii; nu este prezent PbO deoarece părțile conținând plumb au fost separate.

2.2.3. Apa

Apa fiind una din substanțele indispensabile vieții, pentru orice ramură de activitate economică, intervine în majoritatea proceselor fizico-chimice de pe scoarța terestră. Apa nu se găsește pură în natură, ci sub formă de soluții de diferite diluții, fiind una dintre cele mai raspândite substanțe din natură, aproape 70,6% din suprafața globului pămantesc este acoperită cu apă. După natura lor apele pot fi:

– ape meteorice (ploaie, zăpadă);

– ape de suprafață (ape curgătoare, lacuri);

– ape subterane (de infiltrație, minerale, de izvor);

– apa mărilor și oceanelor.

Cea mai mare parte din apa de pe suprafața globului se găsește în stare solidă, în regiunile polare.

În unele materiale de construcții, de tipul pietrelor artificiale (mortare, betoane), apa fiind un component de bază, trebuie să indeplinească o serie de condiții. Se poate afla sub formă de :

– apă liberă, care e absorbită de porii și fisurile materialelor;

– apă legată: – chimic- apa de constituție și de cristalizare

– fizic – apa higroscopică și peliculară (capilară)

Construcțiile din beton vin în contact cu ape de diferite proveniențe, a căror acțiune asupra betonului trebuie să fie cunoscută. Apele dulci sunt mai periculoase decât apele dure deoarece prezența ionului de Ca2+, micșorează solubilitatea Ca(OH)2 din piatra de ciment, dar apele dure pot provoca pete pe suprafața elementului de construcție, sau pot duce la cristalizarea unor săruri în interiorul porilor, ceea ce poate duce la mărire de volum și astfel provoacă degradarea produsului.

Duritatea apei este dată de totalitatea sărurilor de Ca și Mg dizolvate în apă.

Transferul termic este micșorat de prezența custei depusă de sărurile de Ca și Mg mai greu solubile. [23]

3. Compoziții si metode experimentate

3.1 Compoziții experimentate

S-au preparat 4 compoziții de mortar, înlocuind treptat catitatea de nisip necesară mortarului, cu diferite cantități de deșeu de sticlă. Prima compoziție reprezintă proba etalon, care nu conține deșeu de sticlă. Pentru celelalte compoziții s-a înlocuit nisipul în procente masice de 30, 40 și 50% cu deșeu de sticlă CRT. Compozițiile proiectate sunt prezentate în tabelul 8.

Tabel 8 Compoziții de mortar experimentate

Raportul apa/ciment folosit este de 0,5 pastrat pentru toate compozitiile experimentate.

3.2 Mod de preparare:

După dozarea fiecărui component, acestea au fost omogenizate într-un malaxor cu paletă. Prima dată se adaugă apa și cimentul, conform rețetei; se pornește malaxorul la viteză redusă, amestecându-se cimentul cu apa timp de 30 de secunde. Fără a opri malaxorul, se intoduce în vas amestecul sorturilor de nisip și sticlă (acestea au fost puse împreună și omogenizate în prealabil) într-un interval de 30 de secunde. Se trece la viteză mare, timp de încă 30 de secunde. După acest timp, se oprește malaxorul 90 de secunde, timp în care se curăță mortarul de pe pereții vasului de amestec și se amestecă cu restul mortarului din vas. Se continuă malaxarea la viteză mare timp de 60 de secunde. Timpul total de preparare al mortarului este de 4 minute. [24]

După preparare mortarul a fost turnat în matrițe metalice, pentru a obține epruvete prismatice de dimensiunile 0,04×0,04×0,16 m. Pentru fiecare rețetă s-au realizat 6 epruvete, care au fost decofrate după 24 de ore și păstrate în mediu umed timp de 28 de zile.

În figura 14 sunt prezentate componentele folosite pentru mortar; figura 15 reprezintă epruvetele în formele prismatice; în figura 16 este prezentat aspectul epruvetei după decofrare.

Fig 14 Materii prime pentru mortare Fig 15 Epruvete proaspăt turnate

Fig 16 Prismă de mortar decofrată

Pentru determinarea conductivitații termice s-au realizat aceleași compozitii, dar cu o cantitate mai mare de material care corespunde pentru realizarea de epruvete cu dimensiunile 0,3×0,3×0,03 m.

Determinarea s-a realizat cu un aparat de determinare a conductivității termice de

tip Netzsch-Hfm 436 Lambda.

În figura 17 este prezentat aspectul epruvetei de mortar utilizată pentru încercarea conductivițății termice.

Fig.17 Epruvetă pentru determinarea conductivității termice

4. Rezultate și discuții.

4.1 Densitatea aparentă

Densitatea aparentă este definită ca și masa probei raportată la volumul aparent

[kg/m3]

unde : m – masa probei, în kg,

Va – volumul aparent al epruvetei (probei) incluzând volumul porilor si al

golurilor interioare în m3.

Densitatea aparentă redusă indică bune proprietăți fono și termoizolante. Aceasta

se folosește în calculul greutății construcțiilor.

După decofrare, epruvetele au fost cântarite în aer, cu ajutorul balanței tehnice și au fost măsurate dimensiunile acestora cu ajutorului unei rigle gradate. Rezultatele sunt prezentate în figura 18. Din analizarea datelor se observă că odată cu creșterea conținutului de sticlă din mortar, crește densitatea aparentă.

Fig.18 Densitatea aparentă a prismelor de mortar

Creșterea densității aparente a mortarelor implică creșterea fono-termoizolării construcțiilor.

4.2. Rezistențele mecanice

Rezistența la compresiune reprezintă clasa mortarului și se determină la un interval de 28 de zile de la prepararea amestecului. Epruvetele sunt păstrate în condiții standardizate (apă sau aer). Determinarea se face pe bucățile rezultate din încercarea rezistenței la încovoiere a mortarului.

Rezistența la compresiune se calculează cu formula:

Rc =Fmax /A [daN/ cm2]

unde: Fmax -forta maxima ce a produs distrugerea

A –suprafața

Rezistența la încovoiere se determină pe epruvetele prismatice și se calculeaza cu formula:

[daN/cm2],

unde:

F – forța de rupere, în N;

l – distanța dintre reazeme, în cm;

b – lățimea medie a secțiunii transversale, în cm;

h – înalțimea medie a secțiunii transversale, în cm.

Rezistențele prismelor la încovoiere și apoi la compresiune au fost testate cu

ajutorul presei hidraulice tip CONTROL. Valorile rezistențelor la încovoiere sunt prezentate în figura 19.

Fig. 19 Rezistența la încovoiere a mortarelor experimentate

Se observă că rezistențele la încovoiere cresc comparativ cu cea a mortarului etalon.

Rezistența la compresiune se determină pe jumătațile de prisme rezultate de la încovoiere, încercările se fac perpendicular pe direcția de turnare, deoarece aceea este direcția cu rezistențele cele mai mici, datorate efectului de segregare al mortarelor.

Valorile obținute pentru rezistențele la compresiune sunt prezentate în figura 20. Din examinarea valorilor se poate evidenția faptul că rezistențele mortarului cresc cu creșterea conținutului de deșeu de sticlă.

Fig. 20 Rezistența la compresiune a mortarelor experimentate

În concluzie, se poate spune că atât rezistența la încovoiere, cât și cea la compresiune, cresc odata cu creșterea conținutului de deșeu de sticlă din mortar. Acest lucru reflectă beneficiile aduse de către deșeul de sticlă în mortare – cresc rezistențele mecanice, scade prețul de cost și se valorifică anumite deșeuri.

4.3. Conductivitatea termică

Conductivitatea termică reprezintă capacitatea unui material de a transmite căldură,

când este supus unei diferențe de temperatură. Valorile conductivității termice sunt trecute

în Tabelul 9.

Tabel 9 Conductivitatea termică

După decofrare, plăcile au fost păstrare în mediu umed timp de 28 de zile, pentru a dobândi rezistențele mecanice necesare. Rezultatele arată o scădere a conductivității termice, odată cu creșterea conținutului de sticlă. Rețeta cu 50% sticlă prezintă cea mai bună capacitate de izolare termică

4.4 Rezistența la atac chimic

Pentru determinarea rezistenței la atac chimic probele (bucăti de prisme rezultate în urma încercărilor mecanice) au fost imersate în solutie de sulfat de sodiu 14% și menținute timp de o luna. Dupa această perioada probele au fost vizualizate cu ochiul liber nefiind sesizate urme de formare a noi compuși sau atacul asupra agregatelor sau matricii liante (figurile 21, 22, 23, 34).

Fig.21 Mortar fără deșeu de sticlă Fig.22 Mortar cu 30 % deșeu de sticlă

Fig.29 Mortar cu 40% deșeu de sticlă Fig.30 Mortar cu 50% deșeu de sticlă

Probele vor fi în continuare examinate prin microscopie optică în lumină polarizantă, în secțiuni subțiri, pentru a evidenția efectul soluțiilor bazice asupra mortarului.

5.Concluzii

În cadrul experimentelor s-au proiectat și realizat compoziții de mortare cu deșeuri de sticlă CRT pentru a evidenția posibilitatea de valorificare a acestor deșeuri în mortare.

Densitatea aparentă a prismelor de mortar crește cu creșterea conținutului de deșeu de sticlă din compoziția mortarului, iar acest lucru indică o bună izolare fono-termică.

Rezistențele mecanice la compresiune, respectiv la încovoiere, cresc prin creșterea

conținutului de sticlă. Acest lucru implică scăderea efectului de segregare în mortare. Deoarece deșeul de sticlă nu conține pori, rezultă absorbție mai redusă de apă, care duce la un necesar mai mic de apă de lucrabilitate, respectiv crește conținutul de apă de hidatare a componenților cimentului.

Conductivitatea termică scăzută reprezintă o bună izolare termică a mortarului,

acesta putând fi utilizat ca mortar de rezistentă și izolație.

În concluzie, motarul cu deșeu de sticlă CRT prezintă proprietăți mai bune față de

cele ale unui mortar obișnuit

Partea III

Concluzii generale

În prima parte a lucrării de diplomă s-a făcut o prezentare generală a cimentului Portland,s-a prezentat deșeul de sticlă CRT și diferite studii făcute pe mortare cu deșeu de sticlă CRT; și s-a prezentat chimismul procesului.

S-a proiectat cuptorul rotativ pentru arderea clincherului de ciment Portland cu o productivitate de 800 t/zi. S-a obținut o lungime a cuptorului de L= 93,4 m, diametrul nominal de Dn= 2,735 m.

S-a proiectat răcitorul grătar cu lungimea de L= 21 m și lățimea de l= 2 m.

În cadrul părții experimentale s-au realizat diferite compoziții de mortare cu deșeu de sticlă CRT. În urma determinărilor mecanice pe aceste mortare au reieșit rezistențe superioare față de mortarele obișnuite.

Folosirea deșeurilor de sticlă CRT are efect economic și ecologic prin scăderea prețului de cost a mortarelor și valorificarea deșeurilor.

Bibliografie

[1] I.Teoreanu,(1975), Bazele Tehnologiei Lianților,Ed. Tehnică, Bucuresti.

[2] Al.Ozunu, R.Mișca,(1995) Introducere în proiectarea instalațiilor chimice, Editura Genesis, Cluj-Napoca,

[3] I.Teoreanu, D.Becherescu, Em.Belich, H.Rehner, (1979),Instalații termotehnologice, lianți,sticlă,ceramică, Ed.Tehnică, București.

[4] M.Gorea, Notițe de curs –Chimia și tehnologia lianților și betoanelor.

[5]Recycling Glass Cullet from Waste CRTs for the Production of High Strength Mortars, 18 February 2013;

[6] C. Lee and C. Hsi, “Recycling of scrap cathode ray tubes,” Environmental Science and Technology, vol. 36, no. 1, pp. 69–75, 2002.

[7] V. Corinaldesi, G. Gnappi, G. Moriconi, and A. Montenero, “Reuse of ground waste glass as aggregate for mortars,” Waste Management, vol. 25, no. 2, pp. 197–201, 2005

[8]A. Saccani and M. C. Bignozzi, “ASR expansion behavior of recycled glass fine aggregates in concrete,” Cement and Concrete Research, vol. 40, no. 4, pp. 531–536, 2010

[9] I.Teoreanu, H.Rehner, M.Thaler, D. Radu, (1984), Calcule de operații, utilaje și instalații termotehnologice din industria silicaților, Ed. Didactică și Pedagogică, București.

[10] I.Teoreanu, (1982),Bazele tehnologiei lianților anorganici, EDP, București

[11] Al.Ozunu, Călin I.Anghel,(2007), Evaluarea riscului tehnologic și securitatea mediului, Ed.Accent, Cluj-Napoca.

[12] Al.Ozunu, (1995), Elemente de hazard și de risc în industrii poluante, Ed. Genesis, Cluj-Napoca.

[13] S. Mostaghel and C. Samuelsson, “Metallurgical use of glass fractions from waste electric and electronic equipment (WEEE),” Waste Management, vol. 30, no. 1, pp. 140–144, 2010.

[14] F. Andreola, L. Barbieri, E. Karamanova, I. Lancellotti, and M. Pelino, “Recycling of CRT panel glass as fluxing agent in the porcelain stoneware tile production,” Ceramics International, vol. 34, no. 5, pp. 1289–1295, 2008.

[15] R. Dhir, T. Dyer, A. Tang, and Y. Cui, “Towards maximising the value and sustainable use of glass,” Concrete, vol. 38, no. 1, pp. 38–40, 2004.

[16]C. H. Chen, R. Huang, J. K. Wu, and C. C. Yang, “Waste E-glass particles used in cementitious mixtures,” Cement and Concrete Research, vol. 36, no. 3, pp. 449–456, 2006.

[17] D. Kim, M. Quinlan, and T. F. Yen, “Encapsulation of lead from hazardous CRT glass wastes using biopolymer cross-linked concrete systems,” Waste Management, vol. 29, no. 1, pp. 321–328, 2009.

[18] T. Ling and C. Poon, “A comparative study on the feasible use of recycled beverage and CRT funnel glass as fine aggregate in cement mortar,” Journal of Cleaner Production, vol. 29-30, pp. 46–52, 2012. Scopus

[19] T.-C. Ling and C.-S. Poon, “Feasible use of recycled CRT funnel glass as heavyweight fine aggregate in barite concrete,” Journal of Cleaner Production, vol. 33, pp. 42–49, 2012

[20] M. Husem, “The effects of bond strengths between lightweight and ordinary aggregate-mortar, aggregate-cement paste on the mechanical properties of concrete,” Materials Science and Engineering A, vol. 363, no. 1-2, pp. 152–158, 2003.

[21] C. Shi and K. Zheng, “A review on the use of waste glasses in the production of cement and concrete,” Resources Conservation and Recycling, vol. 52, pp. 234–247, 2007.

[22] R. Siddique, “Use of municipal solid waste ash in concrete,” Resources, Conservation and Recycling, vol. 55, no. 2, pp. 83–91, 2010.

[23] A.G.Netea, D.L.Manea, C.Aciu , (2010), Materiale de construcții și chimie aplicată, Ed.UTPRESS, Cluj-Napoca.

[24] Ș.A.Todinca, (1996),Îndrumător de laborator pentru tehnologia lianților și betoanelor, lucrare multiplicată în cadrul Universității "Politehnica" Timișoara.

Anexe

Anexa 3.1 Schema de operații

Anexa 3.2 Diagrama Sankey

Anexa 3.3 Bilanț de materiale

Anexa 3.4 Tabel Efecte termice la formarea produsului

Anexa 3.5 Consumul de căldură pe etape