СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ИЗВЕСТКОВО-ПЕСЧАНОГО РАСТВОРА Российский патент 1997 года по МПК C04B28/18 C04B111/20 

Изобретение относится к способу приготовления известково-песчаного раствора.

Известен способ приготовления известково-песчаного раствора путем перемешивания в закрытом реакционном сосуде при повышенных температуре и давлении части тока с избыточным по отношению к стехиометрически необходимому для гашения извести количеством воды и избыточным по отношению к содержанию в конечном продукте количеством извести с последующим введением после гашения извести оставшегося песка.

В известном способе приготовления известково-песчаного раствора берут в два, а иногда и в три раза большее количество воды, т.к. под действием тепла, образующегося при гашении происходит интенсивное парообразование и часть воды удаляется с паром.

Один из недостатков известного способа заключается в том, что в качестве исходного материала при изготовлении известково-песчаного раствора, который может использоваться затем для изготовления кирпича, можно применять только определенные сорта извести. Исключаются, в частности, те сорта извести, которые при традиционном процессе смешивания недостаточно хорошо гидратируются в течение требуемого времени пребывания в автоклаве. Далее, исключаются сорта извести, в которых высоко содержание магния более 5 потому, что помимо трудностей с известью, окись магния не гасится вообще или гасится неудовлетворительно, в результате чего ее остатки в большом количестве присутствуют в растворе, из которого формируются "сырые" кирпичи. В автоклаве происходит упрочнение кирпича-сырца в условиях, которые таковы, что окись магния гасится из-за гидратирования, поэтому увеличивается объем кирпичей и они трескаются, что нежелательно. Проведенные испытания показали, что сегодня можно осуществлять приготовление раствора из извести и песка гораздо быстрее и что можно снять ряд ограничений, которые связаны, в частности, с применением извести как исходного материала, так что, применяя способ по изобретению, можно сегодня применять те сорта извести, которые до сих пор нельзя было использовать ввиду их неудовлетворительной способности вступать в реакцию, сопровождающую приготовление раствора; более того, возможно, используя способ по изобретению, применять те сорта извести, в которых содержание окиси магния выше, чем в сортах, использовавшихся до сих пор. Способ по изобретению обеспечивает известково-песчаный кирпич, обладающий большей, чем ранее изготавливавшийся, прочностью на сжатие.

Способ по изобретению отличается тем, что сначала перемешивают песок в количестве 20 50 мас. от общего его количества и воду в количестве в 1,5 - 3,5 раза большем стехиометрически необходимого для гашения извести, затем сразу вводят известь в избыточном количестве, обеспечивающем при ее гашении подъем температуры до величины выше 130^oC и давлении до 600 900 кПа.

Процесс выполняется преимущественно таким образом, что гашение происходит в закрытом реакторе при температуре свыше 130^oC и при давлении, возникающем из-за выработки пара, (6 9) атмосфер. Во время реакции по изобретению в реактор загружали меньше песка, чем требовалось для конечного желаемого известково-песчаного раствора, из которого можно изготавливать кирпичи (а нужное количество песка добавлялось позже), после чего проводили гашение извести. При этой причине, в процессе реакции по изобретению известь присутствует в избыточном количестве применительно к количеству поданного в реактор песка, при этом до обеднения песком в известково-песчаном растворе присутствует (20 50) требуемого по весу количества песка. Ввиду относительно низкого количества поданного в реактор песка можно получить относительно высокую температуру и относительно высокое давление. Избыток воды применительно к количеству, требуемому для гашения извести, использовали для выработки пара; преимущественно, избыток воды, подаваемой в реактор, таков, что ее количество в (1,5 3,5) раза превышает стехиометрически необходимое для гашения извести количество воды.

На фиг. 1 5 представлены графики изменений давления и температуры за определенный период времени приготовления раствора из извести и песка в разных условиях.

Как только известь вступает в контакт с водой, имеющейся в песке или добавленной в него, начинается гашение извести в соответствии со следующей реакцией:
CaO+H₂O___→ Ca(OH)₂+275 ккал/кг
Чтобы добиться оптимальной кристаллической формы, очень важно, чтобы эта реакция проходила наилучшим образом и была возможно более полной. Известные способы не дают ни малейшей гарантии, что рассматриваемая реакция завершается полностью, особенно в случаях применения дешевых и медленно реагирующих сортов извести. Вот почему обычно при дозировке завышают количество извести по сравнению с теоретически необходимыми. Это делает продукцию дороже, чем нужно, и, более того, ведет к появлению побочных эффектов в конечной продукции. До сих пор процедуру изготовления проводили cледующим образом.

Сначала определяют кривые отображения характеристик и относительной влажности песка (и других веществ, содержащих кварц) это же необходимо проделать и для добавок, если таковые имеются. Затем составляют кривую отображения характеристик сочетания песка и/или других cодержащих кварц веществ и возможных добавок, отражая ту пропорцию, в которой указанные компоненты будут присутствовать в смеси. Затем определяют, сколько надо добавлять извести, возможно распределяя общее ее количество по разным сортам извести. Наконец, рассчитывают, сколько потребуется воды для преобразования компонентов в раствор извести и песка. Указанное количество воды зависит от того количества воды, которое необходимо для гашения добавляемой негашеной извести и достижения требуемой относительной влажности раствора извести и песка, при которой будет гарантировано хорошее качество получаемых из такого раствора известково-песчаных кирпичей.

Сравнительный пример 1.

Опыты по сравнительным примерам 1 3 в соответствии с изобретением были выполнены в лабораторном смесителе емкостью 91 л. В этом смесителе перемешивали смесь 18,6 кг извести Dumont-Woutier и 57,4 кг песка, имеющего влажность 5 с 9,9 кг воды. В сравнительном примере 1 пар, который получался в работающем под давлением смесителе, выдували. Сначала в работающий под давлением смеситель вводили песок и указанное количество извести. Указанную смесь перемешивали в течение 15 с, а затем подавали воду. Подачу воды осуществляли в течение 5 с. После указанной подачи воды шло гашение извести. Поскольку образовывался пар, то наблюдалось незначительное увеличение давления около 0,75 атм, в то время, как температура достигала 111^oC. Через 2 мин материал погасился, а через 6 мин опыт был окончен. Изменения температуры и давления показаны на фиг. 1. Небольшая часть обогащенной известью смеси обеднялась песком, чтобы получить раствор, содержание извести по весу в котором составляло 6 для изготовления известково-песчаных кирпичей. Из обедненной смеси отбирали образцы для испытаний, по которым определяли прочность сырца, а часть из них после этого упрочняли. Данные, касающиеся механических свойств, обнаруженных у этих образцов, упоминаются в приводимой ниже таблице.

Сравнительный пример 2.

В этом примере канал выхода пара из работающего под давлением смесителя был закрыт, сначала в смеситель вводили песок, затем известь, а потом производили перемешивание. Через 30 с перемешивания подавали воду в течение 10 с. Сразу же после начала подачи воды и во время этой подачи проходило гашение. Во время гашения давление в смесителе возрастало до 7 атм, а температура достигала величины 162^oC. Через 1,5 мин материал был погашен, а через 6 мин работающих под давлением смеситель открыли. Изменения температуры и давления показаны на фиг. 2. И в этом случае обогащенную известью смесь обедняли в смесителе повторного перемешивания, добиваясь содержания Са(ОН)₂ (по весу) 6 из обедненной смеси отбирали смеси отбирали образцы для испытаний, по которым определяли прочность сырца; другие образцы упрочняли и затем подвергали испытаниям на прочность. Данные, касающиеся механических свойств, обнаруженных у этих образцов, упоминаются в приводимой ниже таблице. В ней также приведены результаты этих испытаний.

Cравнительный пример 3.

В этом примере использовали известь содержащую 5 MоО. Известь предварительно в течение 2 мин перемешивали с песком; уже в течение этого предварительного перемешивания имело место значительное повышение температуры. После подачи воды произошло значительное повышение давления и дальнейший рост температуры, как показано на фиг. 5. Через 5 мин давление уменьшали путем продувки и выгружали обогащенную известью смесь в смеситель повторного перемешивания, где смесь обедняли для получения содержания Са(ОН)₂ в размере 6 (по весу), добавляя песок. Получали раствор с обычным количеством извести; из обедненной смеси отбирали образцы для испытаний, по которым определяли прочность сырца. Другие образцы для испытаний упрочняли, а затем определяли их механические свойства, упоминаемые в приводимой ниже таблице.

Пример 1.

В этом примере по изобретению сначала в работающий под давлением смеситель вводили воду и песок, а затем, после их перемешивания, сразу же добавляли известь. В течение 30 с давление вырастало до 9 атм, а температура - до 173^oC. Уже по этим данным ясно, насколько интенсивной была реакция. Из результатов испытаний можно заключить, что предпочтительнее применять именно такую последовательность добавления исходных материалов. Как и в сравнительных примерах, после этого выполняли замеры характеристик обедненного раствора, проиллюстрированных в таблице.

Пример 2.

В смеситель емкостью 2000 л загрузили 1412 кг песка, влажность которого составляла 8 (1299 кг сухого песка + 113 кг воды), и 32,1 мг воды. Смесь песка и воды интенсивно перемещали и добавили к ней за один прием 284 кг извести, из которой активное количество составляло 88 (250 кг чистой СаО и 34 кг относительно инертного материала).

Полученный раствор содержал (по весу) 20 Са(ОН)₂, и после выгрузки из смесителя был обеднен песком до содержания Са(ОН)₂, равного (по весу) 6 (для этого добавили 3658 кг песка). Влажность этого добавленного песка составляла (по весу) 6 так что содержание влаги в конечном растворе было менее 5 (по весу).

Из образцов обедненного материала путем сжатия получили цилиндрические таблетки (сжатие проводили при давлении 35 Н/мм²), по которым определяли прочность кирпича-сырца. Изготовили еще несколько образцов, которые подвергали упрочнению. Упрочнение проводили в течение 6 ч под давлением пара в 12 атм.

Обедненные растворы, полученные в сравнительных примерах 1 3 и в примере 1 путем перемешивания 237,5 г сухой смеси обогащенного известью раствора, полученного из работающей под давлением смесителя 26, с 828,9 г песка, имеющего влажность 5 содержали (по весу) 6 Са(ОН)₂.

Испытания образцов, полученных в примерах I и II показали, что наилучшие результаты получались, когда сначала добавляли в смеситель воду и песок, а затем известь.

Cпособ приготовления известково-песчаного раствора путем перемешивания извести, песка, возможных добавок и воды при повышенной температуре и давлении свыше 200 кПа в закрытом автоклаве, причем сначала в него вводят перемешиваемые песок и воду, которой больше, чем требуется в конечном продукте для полного гашения извести, после чего вводят известь в избытке по отношению к количеству песка, в результате чего температура возрастает до величины более 130^oC ввиду выработки тепла при гашении извести, а также ввиду повышения давления при парообразовании, вследствие чего нет необходимости подводить тепловую энергию извне. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Способ приготовления известково-песчаного раствора путем перемешивания в закрытом реакционном сосуде при повышенных температуре и давлении части песка с избыточным по отношению к стехиометрически необходимому для гашения извести количеством воды и избыточным по отношению к содержанию в конечном продукте количеством извести с последующим введением после гашения извести оставшегося песка, отличающийся тем, что сначала перемешивают песок в количестве 20 50 мас. от общего его количества и воду в количестве, в 1,5
3,5 раза большем стехиометрически необходимого для гашения извести, затем сразу вводят известь в избыточном количестве, обеспечивающем при ее гашении подъем температуры до величины выше 130^oС и давления до 600 900 кПа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют трудногасящуюся и/или магнезиальную известь. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при перемешивании в закрытом реакционном сосуде дополнительно вводят добавки.