СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА Российский патент 1996 года по МПК C04B28/18 C04B111/20 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении силикатного кирпича.

Известна сырьевая смесь для изготовления силикатного кирпича [1] включающая известь, феррохромовый шлак, молотый песок и песок-заполнитель. Как следует из аналога, сырьевая смесь позволяет получить силикатный кирпич с высокими физико-механическими характеристиками. Однако применение извести (4% ) приводит к ухудшению экологической обстановки, усложнению технологии изготовления, удорожанию производства.

Близкой по своему составу к заявляемой является сырьевая смесь [2] По сравнению с [1] смесь [2] содержит существенно меньше извести, однако не исключает ее полностью. Следовательно, недостатки, связанные с применением извести у данного состава, хотя и в меньшей степени, но сохраняются. Ухудшаются и физико-механические характеристики кирпича.

Сырьевая смесь (вяжущее) [3] является наиболее близкой к заявленной, так как содержит ферросплавный (феррохромовый) шлак и твердение ее сопровождается активатором, состоящим из смеси извести, гипса и хлористого кальция. Эту сырьевую смесь принимаем за прототип. Однако, так как в этой смеси используется известь и известковый материал (5-20% Ca(OH)₂ и 45-65% CaCO₃), т. е. щелочные материалы, она не приемлема по требованиям экологии и санитарной гигиены.

Известно, что феррохромовые шлаки (согласно ТУ 14-11-181-89) содержат от 3 до 8% оксида хрома. Следовательно, данный материал по санитарно-гигиеническим условиям не должен допускаться к использованию в стеновых конструкциях (в кирпиче), так как хром относится к тяжелым металлам, а все соли хромовых кислот ядовиты (Глинка Н.Л. Общая химия. Изд-во "Химия" 1965, с,635). И хотя хром в шлаке представлен в химически инертной форме, в высокощелочной среде он переходит в водорастворимое соединение (см. Авербух Т.Д. и др. Технология соединений хрома. Л. Химия, 1973; Глинка Н.Л. Общая химия. Изд-во "Химия", 1965, с.632), поэтому может проявить токсические свойства.

Примеры использования феррохромового шлака [1-3] имеют в составе вяжущего известь, которая при увлажнении смеси создает высокощелочную среду. В этих условиях хром переходит в водорастворимые соединения и в связи с этим проявляет токсические свойства. Кирпич, изготовленный из смеси [2] на Актюбинском заводе силикатного кирпича через шесть месяцев приобрел зеленый цвет (на поверхности кирпича появилась плесень зеленого цвета), т.е. под действием щелочей (извести) образовались водорастворимые соли хрома хромиты, имеющие зеленый цвет (Глинка Н.Л. "Общая химия", Изд-во "Химия", 1965, с. 632). Кроме того, активная добавка по прототипу (отход содового производства) очень загрязнена и содержит, кроме названных компонентов, такие вредные и ядовитые вещества как свинец, пикриновую кислоту, хлорпикрин и др.

Предложенная смесь содержит в качестве добавки фторангидрит или фосфогипс, или ангидрит, или гипс, не имеющие в своем составе извести и других щелочных реагентов. Эти активаторы в дозах, рекомендованных заявителем, создают щелочную среду в смесях в пределах рН 8,7-10,1. Нижний предел обеспечивает синтез низкоосновных гидросиликатов кальция и магния, а верхний ограничивает переход соединений хрома в водорастворимые соединения.

Для доказательства изложенного выполнена лабораторная работа, результаты которой представлены в табл.1. Вяжущее для силикатного кирпича готовили как по прототипу [3] так и по рецептуре, предложенной заявителем. Сырьевые смеси готовились из 30% вяжущего и 70% заполнителя-песка горного. Вяжущее готовилось из смеси шлака феррохромового 60,5% и песка горного 35,5% путем размалывания до удельной поверхности 3500-4000 см²/г. Активная добавка для прототипа (смеси 1-10) составляет 4% от массы вяжущего (1,2% от сухой смеси); для смесей 11-25 0,5-1,2% от сухой смеси.

Ферросплавные шлаки представляют собой пылевидный материал с удельной поверхностью 1800-2500 см²/г. Феррохромовые шлаки имеют следующий химический состав, мас. SiO 25,6; CaO 46,4; MgO 13,8; FeO 0,17; AlO 4,4; TlO 0,16; CrO 5,28; VO 0,35; CO 0,8; KO 0,4; NaO 0,02, а самораспадающийся шлак от выплавки феррованадия (ТУ 14-115-31-86): SiO 25, AlO 9, MgO 5, CaO 60, VO 1.

Фторангидрит представляет собой пылевидный материал с включениями до 15% гранул размером не более 100 мм, содержащий мас. нерастворимая форма ангидрита 98,4; флюорит 1,4; серная кислота остальное.

Фосфогипс имеет следующий химический состав, мас. CaO 34; SO 59; TiO 1,3: PO 1,18; п.п.п. остальное.

Ангидрит и гипс по ГОСТ 4013-82.

Природный песок следующего химического состава, мас. SiO 83,9; CaO 1,48; MgO 0,64; FeO 2,0; AlO 5,57; KO 0,9; NaO 1,35 и п.п.п. остальное.

Ферросплавные шлаки представлены на 70-80% шеннонитом (-2CaO* SiO) и на 19-13 периклазом (MgO). Шеннонит не активен, не гидратируется и не твердеет под водой. Но в присутствии ионов SO гидролиз CaO* SiO резко усиливается. В присутствии тонкоизмельченного песка при автоклавной обработке происходит синтез низкоосновных гидросиликатов кальция (CSH). Кроме того, в отсутствии извести создается низкоосновная щелочная среда (рН 8,7-10,1), в условиях которой периклаз (MgO) активно гидратируется, вступает во взаимодействие с песком с образованием гидросиликатов магния. Этот процесс предшествует синтезу гидросиликатов кальция и в результате наличие значительного количества MgO в шлаке не сказывается отрицательно на формирование структуры силикатного кирпича. В то же время низкощелочная среда сохраняет хром в инертной форме.

Сырьевые смеси увлажняют (5-7%) и формуют образцы высотой и диаметром 50 мм при давлении прессования 18 МПа. Образцы-цилиндры подвергают автоклавной обработке по режиму: 1,5-8-1,5 ч при температуре 175^оС и давлении 0,8 МПа. Затем образцы испытывались на рН, на содержание водорастворимого хрома (Cr), а также на прочность при сжатии (R_сж), морозостойкость (K_мрз) и водостойкость (К_вод.). Водородный показатель определялся потенциометрическим, хром атомно-абсорбционным методами в водной вытяжке анализируемых смесей. Суспензия готовилась в соотношении смеси к воде 1:5. Определение рН проводилось в суспензии. Хром-ион определялся в фильтрате.

В табл.1 приведены составы предлагаемой сырьевой смеси и прототипа и результаты испытаний.

В смеси 1 в качестве активатора использован твердый остаток отходов содового производства (осадок "Белого моря"). Стерлитамакского объединения "Сода". В смесях 2-10 отходы содового производства искусственно создавались из химических веществ: Ca(OH)₂ 8,5-16,5% CaSO₄ 4,5-8,25% CaCl₂ 12,5-8,5% CaCO₃ 62,75-78,75% от массы активатора, т.е. количество составляющих варьировалось в пределах содержания их в отходах содового производства. В смесях NN 11-13 в качестве активатора использовался фосфогипс, 14-16 фторангидрит, 17-19 ангидрит, 20-22 гипс, т.е. с активаторами, предложенными заявителями, соответственно:
pH 10,8-11,3; Cr 0,105-0,133 мкг/мл;
pH 8,7-10,1; Cr 0,040-0,067 мкг/мл.

Тем самым показано, что по сравнению с известными активаторами использование предлагаемых активаторов значительно (в 2-3 раза) снижает выход водорастворимого хрома и, следовательно, в такой же степени снижает вредное воздействие на окружающую среду.

Санитарно-гигиеническая экспертиза образцов силикатного кирпича на основе феррохромовых шлаков и гипохлорида кальция не выявила миграции вредных веществ и какого-либо воздействия на живые организмы (см. Заключение Пермского областного центра госсанэпиднадзора N 75 от 02.02.93); заключение прилагается. Кроме того, предлагаемый состав смеси имеет по сравнению с прототипом и более высокие прочность, морозостойкость и водостойкость.

При лабораторных исследованиях проработаны два вида шлака: феррохромовые и феррованадиевые. По своим свойствам они аналогичны, поэтому для упрощения изложения все показано применительно к одному шлаку феррохромовому. Результаты испытаний смесей 23-25 на феррованадиевом шлаке и активаторе из фторангидрита убеждают в этом: по результатам они аналогичны смесям 14-15, т.е. смесям на феррохромовом шлаке и с тем же активатором фторангидритом.

Что касается уменьшения затрат на производство силикатного кирпича из предлагаемой смеси, то оно может быть оценено, исходя из сравнения стоимости компонентов, из которых изготавливается кирпич с использованием традиционной известково-песчаной и предлагаемой смесей.

Из результатов испытаний следует, что для смесей 1-10, т.е. с активатором из отходов содового производства, значения рН и выход свободного хрома значительно выше, чем для смесей 11-22,
Как следует из табл.2, предлагаемая сырьевая смесь позволяет снизить затраты на производство силикатного кирпича в три раза.

Таким образом, как следует из представленных материалов, предлагаемая сырьевая смесь позволяет получить силикатный кирпич с лучшими экологическими и санитарно-гигиеническими показателями, а также с более высокими физико-механическими характеристиками при меньших затратах.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении силикатного кирпича. Сырьевая смесь включает песок-заполнитель, вяжущее и активную добавку. В качестве вяжущего смесь содержит шлак ферросплавного производства (феррохромовый или феррованадиевый) и молотый песок, а в качестве активной добавки - фосфогипс или фторангидрит, или ангидрит, или гипс при следующем соотношении компонентов, мас. %: ферросплавный шлак 17 - 23; молотый песок 7 - 13; песок заполнитель остальное; активная добавка 0,5 - 1,2 от 100% сухой смеси. Представленная сырьевая смесь позволяет получить кирпич с лучшими экологическими и санитарно-гигиеническими показателями, а также с более высокими физико-механическими характеристиками при меньших затратах. 2 табл.

СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА, включающая феррохромовый шлак, молотый песок, песок и добавку, отличающаяся тем, что в качестве добавки она содержит фторангидрит, или фосфогипс, или ангидрит, или гипс при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Феррохромовый шлак - 17 - 23
Молотый песок - 7 - 13
Указанная добавка - 0,5 - 1,2
Песок - Остальное от 100% сухой смеси