цемент с использованием отходов промышленного производства
Классы МПК: | C04B7/12 природные пуццоланы; природные пуццолановые цементы |
Автор(ы): | Курдина Анна Сергеевна (RU), Плотникова Наталья Александровна (RU), Стеблюк Анна Николаевна (RU), Панов Сергей Александрович (RU), Панова Валентина Феодосьевна (RU) |
Патентообладатель(и): | Курдина Анна Сергеевна (RU), Плотникова Наталья Александровна (RU), Стеблюк Анна Николаевна (RU), Панов Сергей Александрович (RU), Панова Валентина Феодосьевна (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2013-05-07 публикация патента:
10.07.2014 |
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к получению цемента из отходов, попутных продуктов промышленного производства или вторичных минеральных ресурсов. (BMP) Предлагаемый цемент получается при максимальном использовании техногенных продуктов. Главный его компонент - клинкер, получен с уменьшенными энергетическими затратами, т.е. при температуре ниже, чем производят портландцементный клинкер из природного сырья (известняк+глина), за счет введения в состав его шихты плавня в виде отхода метизного производства и термоактивированного алюмосиликатного компонента - горелой породы. Задействовано одно сырье и в составе цемента и в составе клинкера - это горелая порода. Состав предполагаемого цемента следующий, масс.%: горелая порода 5-80%; продукт коксохимического производства 4-6%; остальное клинкер. Состав клинкера для предлагаемого цемента, масс.%: горелая порода 22-24%; отход метизного производства 4-6%; остальное известняк. 1 илл.3 табл.1
Формула изобретения
Цемент с использованием отходов промышленного производства, содержащий клинкер, горелую породу и сульфатные продукты, отличающийся тем, что он содержит клинкер, полученный обжигом сырьевой шихты содержащий известняк, алюмосиликатный компонент - горелая породами отход метизного производства, а в качестве сульфатных продуктов используется отход коксохимического производства,
при следующем соотношении компонентов цемента, масс.%
Горелая порода | 5-80% |
Продукт коксохимического производства | 4-6% |
Клинкер | остальное |
при следующем соотношении компонентов клинкера, масс.%
Горелая порода | 22-24% |
Отход метизного производства | 3-5% |
Известняк | остальное |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к получению цемента из техногенных, попутных продуктов промышленного производства или вторичных минеральных ресурсов. (BMP)
Известен цемент, например, портландцемент, содержащий клинкер, гипс и активные добавки - техногенные продукты, однако, их количество мало, до 20% [1, глава 6].
Существуют цементы с применением в составе шихты техногенных продуктов промышленности до 80%, например, пуццолановый портландцемент, состоящий из клинкера, активных минеральных добавок - BMP и гипса. [1, глава 12]
Недостатком такого цемента является то, что не все составляющие его шихты являются техногенными продуктами. При получении клинкера для выше указанных цементов используется природное сырье - известняк и алюмосиликатный компонент - глина. [1] Сульфатным активизатором этих цементов является малораспространенное природное сырье - гипсовый камень.
Наиболее близким к предлагаемому цементу с применением отходов промышленного производства является вяжущее для бетонов [2] в состав которого входит: горелая порода 8-15%, твердый продукт сульфатных вод 3-5%, отход производства пентаэритрита 0,3-0,8%; гипс 1-2,5%; портландцементный клинкер - остальное. Однако, при этом способе получения вяжущего, гипсовый камень только частично заменен на BMP, т.е. твердый продукт сульфатных вод. Клинкер, входящий в состав этого цемента относится к высокоэнергоемкому компоненту цементной шихты, т.к. получен из природного сырья: известняка и глины.
Задача изобретения - применить по максимуму в своем составе техногенные продукты: заменить сульфатный активизатор в виде твердого продукта сульфатных вод и добавку гипса на отход коксохимпроизводства, состоящего из Na2 (SO)4, снизить энергоемкость получения главного составляющего цемента - клинкера за счет введения в состав его шихты, кроме известного известняка, плавня в виде отхода метизного производства, а природный алюмосиликатный компонент - глину заменить термоактивированной горелой породой.
Таким образом, предлагается цемент с использованием отходов промышленного производства, содержащий клинкер, горелую породу и отход на основе сульфата натрия, в котором, согласно изобретению, цемент содержит клинкер, полученный обжигом сырьевой шихты, содержащей известняк, алюмосиликатный компонент и отход метизного производства, а в качестве отхода на основе сульфата натрия использован отход коксохимического производства,
при следующем соотношении компонентов цемента, масс.%
Горелая порода | 5-80% |
Продукт коксохимического производства | 4-6% |
Клинкер | остальное |
при следующем соотношении компонентов клинкера, масс.%
Горелая порода | 22-24% |
Отход метизного производства | 3-5% |
Известняк | остальное |
В испытаниях для получения клинкера и цемента использована горелая порода с террикоников шахты «Байдаевская», а для клинкера известняк Гурьевского месторождения. Свойства исследованных материалов, даны в таблице 1.
Горелые породы - перегоревшие «пустые» породы, оставшиеся после отделения угля от шахтных пород, содержащие минимальное (менее 5%) количество углистых примесей и минеральную глинисто-песчаную часть, самообожженную в той или иной степени за счет остаточного углерода и кислорода воздуха. При самообжиге горелых пород происходит преобразование каолинита с образованием метакаолинита, который с повышение температуры распадается на активные оксиды SiO2, Al2O3.
Отход метизного производства (ОМП) предлагается в состав шихты для получения клинкера в качестве плавня позволяющего понизить температуру обжига. ОМП образуется в виде шлама после нейтрализации кислых железосодержащих обработанных травильных растворов. После отстаивания и сушки шлама образуется порошок красного цвета, характерный для гематита (рисунок). Удельная поверхность дисперсного материала составляет около 700 м 2/кг, насыпная плотность - 650 кг/м3 в рыхлом состоянии. Применение отхода метизного производства при получении клинкера позволяет обеспечить переход Fe2O3 в плавень FeO, т.к. внутри гранулы клинкера существует восстановительная среда, это обеспечивает снижение температуры обжига клинкера на 100 150°С.
Отход коксохимического производства в виде сульфата натрия Na2SO4 предлагается вместо дорогостоящего и дефицитного гипса, как сульфатный активизатор цемента. Отход представляет собой белые прозрачные кристаллы в виде ромбов удлиненной формы величиной до 6 8 мм. Плотность кристаллического порошка при 20°С - 1768 кг/м3. Насыпная плотность в зависимости от крупности кристаллов и содержания влаги колеблется в пределах 780 830 кг/м3. Данный продукт хорошо растворим в воде. Содержание N2SO4 составляет около 96%.
Активность клинкера и цементов определялась на образцах-балочках (4×4×16 см) по ГОСТ 10178-85 (таблица 2, 3). Уменьшение затрат на энергоемкости клинкера оценивалось снижением температуры обжига шихты для него.
Свойства предлагаемого цемента следующие:
Тонкость помола - 297 м2/кг; нормальная густота цементного теста - 25,42%; водоцементное отношение - 0,38; расплыв конуса - 114,7 мм; сроки схватывания: начало через 2 часа 31 минуту, конец - 4 часа 20 минут; предел прочности при изгибе через 3 суток - 46 кгс/см2, через 28 суток - 67 кгс/см2 , предел прочности при сжатии через 3 суток - 303 кгс/см 2, через 28 суток - 413 кгс/см2. Полученный цемент имеет марку 400 (состав № 1).
В случае введения активной минеральной добавки до 80% (состав № 2), активность цемента уменьшается до 200 кгс/см2 т.к. уменьшается количество клинкера (таблица 2).
Минералогический состав клинкера при коэффициенте насыщения КН - 0,89; силикатном модуле n - 2; глиноземистом модуле р - 0,76 имеет следующий состав, масс.%: C3S - 57,64%; C 2S - 21,7%; C4AF - 18,5%; С3А - 2,16%.
Использование предлагаемого цемента возможно для бетонов работающих в агрессивной среде. Цемент на этом клинкере стоек против коррозии 3-го типа т.е, сульфатостоек (С3 А<5%). Для предотвращения коррозии 1-го и 2-го типа, которую вызывает Са(ОН)2, выбрасываемый при гидротации силикатов кальция, в предлагаемом цементе введена горелая порода. Она содержит SiO2 и Al2O3 активные. При вступлении их в реакцию с Са(ОН)2 образуется водонерастворимые гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, особенно активно их образование идет в автоклаве или ТВО. Полученные новообразования обеспечивают дополнительную прочность цементу.
Источники информации
1. Волженский А.В. и др. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1986, - 464 с. (Глава 6; Глава 12)
2. Патент на, изобретение RU № 2023695, кл С04В 7/00, 1994
Таблица 1 | ||||||||||||||
- Химический состав пород | ||||||||||||||
Горелая порода шахты Байдаевская | ||||||||||||||
MgO | Fe2O3 | SO3 | Al2 O3 | CO2 | CaO | MnO | SiO2 | FeO | ППП | |||||
2,4 | 6,4 | 0,02 | 15,63 | 3,46 | 2,11 | 1,26 | 60,21 | - | 8,51 | |||||
Известняк Гурьевского месторождения | ||||||||||||||
0,49 | 0,43 | - | 0,72 | - | 54,64 | - | 1,78 | - | 41,94 | |||||
Таблица 2 | ||||||||||||||
- Состав и свойства цемента | ||||||||||||||
Сырьевые компоненты для получения цемента | Известный состав цемента | Предлагаемый состав цемента | ||||||||||||
Состав 1 | Состав 1 | Состав 2 | ||||||||||||
Состав цемента | ||||||||||||||
Клинкер | 84 | 75 | 15 | |||||||||||
Твердый продукт сульфатных вод | 4 | - | - | |||||||||||
Горелая порода | 10 | 20 | 80 | |||||||||||
Гипс | 1,5 | - | - | |||||||||||
Отход коксохимического производства | - | 5 | 5 | |||||||||||
Отход производства пентаэритрита | 0,5 | |||||||||||||
Свойства цемента | ||||||||||||||
Марка цемента, кгс/см2 | 400 | 400 | 200 | |||||||||||
Таблица 3 | ||||||||||||||
- Состав и свойства клинкера, полученного с пониженной энергоемкостью. | ||||||||||||||
Сырьевые компоненты для получения клинкера | Известный состав портландцементного клинкера | Предлагаемый состав клинкера | ||||||||||||
Состав клинкера | ||||||||||||||
Известняк | 76,3 | 71,73 | ||||||||||||
Глина (алюмосиликатная порода) | 23,7 | - | ||||||||||||
Гипсовый камень | - | - | ||||||||||||
Горелая порода (термоактивированная алюмосиликатная порода) | - | 23,72 | ||||||||||||
Отход метизного производства (плавень) | - | 4,55 | ||||||||||||
Свойства клинкера | ||||||||||||||
t обжига, °С | 1450 | 1300 | ||||||||||||
активность клинкера, кгс/см2 | 500 | 512 |
Класс C04B7/12 природные пуццоланы; природные пуццолановые цементы