способ получения строительных материалов из карбонатных отходов камнедробления

Формула изобретения

Способ получения строительных материалов из карбонатных отходов камнедробления, включающий обжиг при температуре 900°С, охлаждение и гашение извести, отличающийся тем, что гашение извести осуществляют 64% воды от массы СаО, необходимыми для получения гашеной извести и высококачественной щебенки следующего химического состава, %:SiO₂ - 31,44; Al₂O₃ - 4,11; Fe₂O₃ - 2,63; MgO-1,52; СаО - 36,30; SO₃ - 0,38, а в качестве топлива при обжиге используют попутный нефтяной газ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным материалам, и может быть использовано при производстве извести и заполнителя для приготовления бетона.

Известен способ - аналог приготовления строительного щебня, например черного, для дорожного строительства, включающий пропитку известнякового щебня расплавленным при 110-120°С вязким битумом, при этом просушенный до постоянной массы известняковый щебень предварительно пропитывают жидким натриевым стеклом с модулем 2,7 при температуре 20-22°С под избыточным давлением 1,0-6,0 МПа в течение 60-180 с, а пропитку расплавленным битумом, взятым в количестве 3,0% от массы щебня, осуществляют перемешиванием до равномерного обволакивания щебня (RU № 2204538, опубл. 20.05.2003).

Недостатком известного способа является его сложность приготовления при определенной температуре и давления с добавлением битума.

Известен способ - аналог приготовления известнякового строительного щебня, включающий пропитку известнякового щебня в водном растворе лигнусольфонатов при температуре 50-60°С в соотношении лигносульфонаты (ЛСТ) - вода 1:(8÷12) и выдержку в течение 12 часов с последующей сушкой при температуре 120-180°С до постоянной массы (RU № 2408550, опубл. 10.01.2011).

Недостатком указанного способа является сложность приготовления в связи с длительной сушкой и подбора раствора лигносульфоната при определенной температуре.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ, включающий обжиг при температуре 900°С, охлаждение и гашение извести (патент № 2366626 от 10.09.2009 г., С04В 2/12).

Недостатком способа - прототипа является использование газообразного топлива, а процесс обжига проходит в три зоны, что повышает затраты и усложняет процесс получения строительного материала и экологическую обстановку.

Технический результат снижения затрат на производство строительных материалов.

Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что гашение извести осуществляют 64% воды от массы СаО, необходимыми для получения гашеной извести и высококачественной щебенки следующего химического состава (%): SiO₂ - 31,44; Al₂O₃ - 4,11; Fe₂O₃ - 2,63; MgO - 1,52; СаО - 36,30; SO₃ - 0,38, а в качестве топлива при обжиге используют попутный нефтяной газ.

Способ осуществляется следующим образом.

Основным процессом производства извести и высококачественного заполнителя из карбонатных отходов камнедробления является обжиг, при котором известняк декарбонизируется. Диссоциация карбонатных паров сопровождается поглощением теплоты. Реакция разложения углекислого кальция зависит от температуры и парциального давления углекислого газа. Диссоциация углекислого кальция достигает заметной величины при температуре свыше 600°С. Нормальной температурой диссоциации считают 900°С и более.

В данном техническом решении мы производим обжиг при температуре 900°С, так как при такой температуре происходит разложение карбоната кальция на оксид кальция и углекислый газ. Обжиг карбонатных отходов камнедробления производится в шахтной печи, в качестве топлива используется нефтяной попутный газ.

В результате обжига полностью теряется двуокись углерода и получается комовая, негашеная известь в виде кусков белого или серого цвета, при этом объем продуктов уменьшается:

СаСО₃ СаО+CO₂

После охлаждения обожженной смеси приводится гашение извести:

CaO+H₂O Ca(OH)₂+Q

с выделением теплоты - экзотермическая реакция.

Известно, что г/моль СаО выделяет 65,5 кДж тепла, 1 кг извести-кипелки - 1160 кДж. Стехиометрически для гашения извести в пушонку необходимо 32% воды от массы СаО. Практически же количество воды берут в 2, а иногда и в три раза больше, так как в результате выделения тепла при гашении происходит парообразование и часть воды удаляется с паром.

После окончания гашения извести проводится отделение нерастворившейся части, т.е. силикатной составляющей части смеси, которая может использоваться в качестве высококачественного заполнителя бетона.

Способ позволит снизить затраты на получение строительных материалов из отходов камнедробления.

Проводились испытания в соответствии с ГОСТ 8267-93 по определению прочности по дробимости и стираемости, влажности и водопоглощения. В качестве исходных компонентов были использованы отходы камнедробления Аргунского карьера Чеченской Республики фракции до 5 мм и обожженные при температуре 900°С отходы камнедробления той же фракции.

Заполнитель, полученный предлагаемым способом, имеет более высокую прочность, чем щебень аналогичной фракции, не подвергшийся обжигу.

До проведения обжига отходов камнедробления, т.е. исходное сырье имело марку по истираемости И-2, а результате же обжига был получен заполнитель с маркой истираемости И-1. Также изменилась водопоглощение полученного заполнителя - увеличилась примерно в 1,5 раза, влажность же заполнителя по сравнению с исходным сырьем осталась на одном уровне.

При этом необходимо отметить что снижаются затраты на получение заполнителя извести из-за утилизации отходов.

Пример конкретного применения.

Отходы камнедробления загрузили в печь и обожгли при температуре 900°С. В качестве топлива использовался нефтяной попутный газ. В результате обжига теряется двуокись углерода (СО₂) и в последствии этого получается негашеная комовая известь (таблица).

По истечении времени обжига обожженная смесь была охлаждена до температуры 100-130°С, извлечена из печи и провели гашение извести. При гашении произошла экзотермическая реакция - выделение тепла. Для гашения извести необходимо 32% воды от массы СаО. Но практически же было использовано в 2 раза больше воды, т.е. 64%.

После окончания гашения извести провели отделение нерастворившейся части, т.е. силикатной составляющей части смеси (таблица), которая и была использована в качестве высококачественного заполнителя бетона и уже с данной частью смеси проводились испытания согласно ГОСТ 8267-93.

Таким образом, за счет использования отходов камнедробления и нефтяного попутного газа снижаются затраты на производство строительных материалов.

Химический состав отсева дробления щебня
№ п/п	Основные оксиды	Содержание в %
1	SiO2	31,44
2	Al2O3	4,11
3	Fe2O3	2,63
4	MgO	1,52
5	СаО	36,30
6	SO3	0,38