СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГКОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ БЕТОНА Российский патент 1997 года по МПК C04B20/00 C04B18/14 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству легких заполнителей из отходов промышленности.

Известен способ получения аглопорита из отходов добычи и обогащения угля с содержанием углерода 8-30% путем их термообработки при 800-1000^oC для доведения содержания углерода в продукте до 9,8-10,5% с последующим уплотнением продукта в процессе спекания.

Недостатком этого способа является высокая плотность получаемого заполнителя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения легкого заполнителя из органосодержащих отходов угольной промышленности с содержанием углерода 5-35% путем их переработки, введения в них кристаллогидратов сульфатов в количестве 2-5% гранулирования, предварительной термообработки в окислительной среде при 700-1000^oC в течение 30-90 мин до остаточного содержания углерода 0,01-1,5% и обжига с одновременным опудриванием гранул дисперсным огнеупорным материалом.

Недостатком этого способа является большая длительность процесса выжигания органических веществ, т.е. термоподготовки гранул перед обжигом и коррозия металлических частей оборудования под действием сернистого газа, выделяемого из шихты при разложении кристаллогидратов сульфатов. Кроме того, появление в дымовых газах сернистого газа требует специальных и дополнительных мер по их нейтрализации, т.е. увеличивает капиталоемкость строительства.

Техническая задача заключается в сокращении времени термоподготовки гранул перед обжигом и соответственно длительности технологического процесса.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе получения легкого заполнителя для бетона, включающем приготовление шихты, ее гранулирование, последующую сушку гранул, предварительную термообработку в окислительной среде и обжиг с одновременным опудриванием гранул дисперсным огнеупорным материалом, согласно изобретению, предварительную обработку гранул при 450-660^oC в течение 5-15 мин и при 800-1000^oC в течение 2-4 мин, а приготовление шихты осуществляют смешиванием, мас. 50-85 шлама мокрой газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, 3-8 железосодержащего компонента, 1-8 известьсодержащего компонента и 5-30 глинистого компонента и воды до 100, причем при приготовлении шихты может быть дополнительно введен лигносульфонат в количестве до 1,5 мас. в составе шихты и при опудривании гранул в качестве известьсодержащего компонента используют продукт сухой газоочистки печей для обжига извести, а в качестве железосодержащего компонента колошниковая пыль кислородно-конверторного производства.

В качестве железосодержащего компонента можно также использовать молотые пиритные огарки, железную руду и т.п. с массовой долей железа (в пересчете на FeO) не менее 50%
В качестве известьсодержащего компонента можно использовать также молотые известняк, доломит и т.п. с массовой долей CaO+MgO не менее 50%
Предложенный способ отличается от прототипа тем, что благодаря совокупности свойств, характеризующих каждый из компонентов шихты, а также разделению процесса на две стадии, при которых достигаются наиболее оптимальные условия выжигания органических примесей и удаления содержащихся в них летучих веществ, сокращается время термоподготовки гранул и соответственно длительность всего технологического процесса.

В частности, шлам содержит набор окислов кремния, железа, алюминия, кальция, а также органические включения и углерод. Органические включения содержат 80-90% летучих веществ, которые могут воспламеняться при 450^oC и гореть при 450-650^oC. Период горения в зависимости от температуры газов в зоне горения 5-15 мин. После сгорания летучих веществ в шихте остается углерод, количество которого 1-3% общей массы. Сгорание углерода происходит практически полностью при 800-1000^oC в течение 2-4 мин. В массе шихты остается лишь 0,1-0,8% углерода. Этого количества достаточно для окислительно-восстановительной реакции взаимодействия окислов железа в шламе с остатками углерода с выделением газовой фазы, которая приводит к вспучиванию гранул. Эта реакция происходит при 1100-1200^oC при температуре обжига.

Введение в шихту добавки железосодержащего компонента способствует интенсификации окислительно-восстановительной реакции и образованию газовой фазы вспучиванию. Кроме того, этот компонент также, как и известьсодержащий, понижает температуру расплавления тугоплавких компонентов шлама, и шихта переходит в пиропластическое состояние, необходимое для вспучивания при 1140-1200^oC.

Глина и ЛСТ увеличивают пластичность шихты, придавая ей необходимые формовочные свойства. Соотношение дозировок этих компонентов связано с качеством и количеством: с увеличением пластичности и дозировки глины уменьшается дозировка ЛСТ.

Пример. Шихту готовили с использованием материалов, характеристики которых приведены ниже.

В качестве шлама использовали предварительно обезвоженные продукты мокрой газоочистки печей цехов N 7 и N 8 Челябинского электрометаллургического комбината (ЧЭМК). Относительная влажность 30% Соотношение основных компонентов представлено в табл.1.

В качестве железосодержащего компонента использовали колошниковую пыль (сухой дисперсный порошкообразный материал со средним размером частиц 15 мкм) кислородно-конверторного цеха Челябинского электрометаллургического комбината (ЧЭМК). Соотношение основных компонентов представлено в табл.2.

В качестве известьсодержащего компонента использовали порошкообразный материал, полученный при газоочистке печей NN 1-5 цеха по обжигу извести ЧЭМК. Основные свойства характеризующие его качество, суммарное содержание CaO и МgО 75, содержание гидратной воды 1,5; содержание CO 4,5, средний размер частиц 1 мкм.

В качестве глинистого компонента использовали среднепластичную глину Безымянского месторождения (г.Самара), соответствующую ГОСТ 9169-79 "Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация".

Использовали лигносульфонат технический (ЛСТ), соответствующий ТУ 13-0281036-05-89 "Лигносульфонаты технические ЛСТ. Технические условия".

Составы шихты в расчете на твердый остаток компонентов приведены в табл. 3.

Из шихты приведенных составов в лабораторных условиях на вальцах были отформованы гранулы, в печах барабанного типа произведена сушка и обжиг по разным режимам, в том числе по режиму, соответствующему прототипу [2]
Для предотвращения спекания гранул в процессе обжига они были опудрены огнеупорными порошкообразными материалами колошниковой пылью или известьсодержащим компонентом. Готовую продукцию обожженные гранулы фракции 10-20 мм после охлаждения испытывали для определения насыпной плотности и прочности при сжатии в цилиндре по ГОСТ 9758-86 "Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний".

Результаты испытаний приведены в табл.3.

Из полученных результатов следуют следующие выводы: двухстадийный обжиг по предложенному режиму гранул, отформованных из шихты предложенного состава, позволяет получить легкий заполнитель для бетона, соответствующий требованиям стандартов по насыпной плотности и прочности на сжатие (NN 1-3); одностадийный обжиг по способу прототипа [2] такой же шихты приводит к спеканию гранул, их пережогу, в результате чего прочность заполнителя резко уменьшается (NN 6,7).

Таким образом, предлагаемый способ получения легких наполнителей для бетона позволяет решить проблему с минимальным использованием природного сырья: за счет применения техногенных сырьевых материалов отходов металлургического производства.

Использование: производство легких заполнителей для бетона из отходов промышленности. Сущность изобретения: способ получения заполнителя для бетона включает приготовление шихты смешиванием, мас.%: 50-85 шлама мокрой газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, 3-8 железосодержащего компонента, 1-8 известьсодержащего компонента, 5-30 глинистого компонента и воды до 100, гранулирование шихты, последующую сушку гранул, предварительную термообработку в окислительной среде в две стадии: 450-660^oC в течение 5-15 мин и при 800-1000^oC в течение 2-4 мин, последующий обжиг с одновременным опудриванием гранул дисперсным огнеупорным материалом. При этом в состав шихты дополнительно может быть введен лигносульфонат в количестве до 1,5 мас%, а в составе шихты и при опудривании гранул в качестве известьсодержащего компонента может быть использован продукт сухой газоочистки печей для обжига извести, а в качестве железосодержащего компонента - колошниковая пыль кислородно-конверторного производства. По предложенному способу сокращается время термоподготовки гранул перед обжигом и, соответственно, длительность технологического процесса. 3 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения легкого заполнителя для бетона, включающий приготовление шихты, ее гранулирование, последующую сушку гранул, предварительную термообработку в окислительной среде и обжиг с одновременным опудриванием гранул дисперсным огнеупорным материалом, отличающийся тем, что предварительную термообработку гранул осуществляют в две стадии, обеспечивающие обработку гранул при 450 660^oС в течение 5 15 мин и при 800 1000^oС в течение 2 4 мин, а приготовление шихты осуществляют смешиванием 50 85 мас. шлама мокрой газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, 3 8 мас. железосодержащего компонента, 1 8 мас. известьсодержащего компонента, 5 30 мас. глинистого компонента и воды до 100 мас. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при приготовлении шихты дополнительно вводят лигносульфонат в количестве до 1,5 мас. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве известьсодержащего компонента в составе шихты и при опудривании гранул используют продукт сухой газоочистки печей для обжига извести. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего компонента в составе шихты и при опудривании гранул используют колошниковую пыль кислородно-конвертерного производства.