СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ИСКУССТВЕННЫХ КАМНЕЙ Российский патент 2009 года по МПК C04B28/18 C04B40/02 C04B111/20 

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности изделий из искусственных камней, получаемых химическим твердением влажных сырьевых смесей при повышенной температуре, и может быть использовано для утилизации золошлаковых отходов от сжигания твердого топлива на тепловых электростанциях и отвальных солевых шлаков плавки алюминиевого лома.

Известен способ получения искусственных каменных изделий из известково-песчаной (5-8% СаО), известково-шлаковой (3-12% СаО) или известково-зольной (20-25% СаО) сырьевой смеси, включающий формование изделий из исходной смеси и последующую изотермическую выдержку в атмосфере насыщенного пара в автоклаве в течение 6-8 часов при давлении 0.8 МПа и температуре 174°С (Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. - М.: Высшая школа, 1971, с.258-263).

В известном способе в процессе изотермической выдержки изделий, отформованных из исходной смеси, происходит их химическое твердение за счет приобретения кремнеземом в смеси при указанных параметрах химической активности и взаимодействия с известью с образованием гидросиликата кальция - CaO·SiO₂·nH₂O.

К недостаткам известного способа относятся:

1. Повышенная энергоемкость и техническая сложность процесса, что связано с необходимостью применения перегретого пара при высоком давлении.

2. Повышенные затраты времени на производство изделий, что связано с невозможностью увеличения скорости твердения смеси путем повышения температуры.

3. Высокий расход извести на приготовление известково-зольной сырьевой смеси.

Известен способ, принятый за прототип, получения изделий из искусственных камней, включающий изотермическую выдержку во влажной среде изделий, отформованных из известково-песчаной сырьевой смеси, отличающийся тем, что изотермическую выдержку изделий-сырцов проводят в среде водяного газа при атмосферном давлении и температуре 300-400°С в течение 3-6 ч (Патент РФ № 2096390 по заявке № 95117196 от 09.10.1995).

К недостаткам прототипа относятся:

1. Ограниченность применения в исходную сырьевую смесь золошлаковых отходов ТЭС в качестве компонента, вносящего кремнезем, из-за высокого расхода извести на приготовление сырьевой смеси.

2. Низкая скорость твердения изделий-сырцов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно: расширение диапазона компонентов сырьевой смеси за счет золошлаковых отходов, уменьшение расхода извести и увеличение скорости твердения изделий-сырцов.

Технический результат достигается тем, что в способе получения изделий из искусственных камней, включающий изотермическую выдержку изделий-сырцов, отформованных из сырьевой смеси, содержащей известь и кремнезем, в среде водяного газа при атмосферном давлении и температуре 300-400°С, согласно изобретению в сырьевую смесь, содержащую 3-5% извести, в качестве компонента, содержащего кремнезем, добавляют золошлаковые отходы ТЭС, добавляют отвальные солевые шлаки плавки алюминиевого лома в количестве 3-5% от массы сырьевой смеси, а изотермическую выдержку изделий-сырцов проводят в течение 2-3 ч.

Известно, что при работе тепловых электростанций образуется значительное количество золы и шлака, являющихся продуктами высокотемпературной обработки негорючей минеральной части углей и содержащих до 60% SiO₂ и до 30% Al₂O₃. На территории России накоплено около 1 миллиарда тонн зольно-шлаковых отходов с ежегодным их увеличением на 45-50 миллионов тонн, при этом утилизируется менее 10% от массы отходов (Равич Б.М., Окладников В.П., Лыгач В.Н., Менковский М.А. Комплексное использование сырья и отходов. - М.: Химия, 1988, с.140-157).

Известно, что при переплавке алюминиевых отходов и лома образуются солевые шлаки, состоящие в основном из хлоридов и фторидов калия, натрия, кальция и магния (20-60%), оксидов алюминия и кремния (до 50%) и металлического алюминия (5-25%) (Патент РФ № 2089630 от 30.04.93, Патент РФ № 2083699 от 09.12.96).

Солевые шлаки подразделяются на оборотные, из которых доизвлекается металлический алюминий, и отвальные мелкодисперсные (-3 мм), содержащие до 60% хлоридов натрия и калия. Отвальные солевые шлаки складируются на специальных полигонах, например, в Думчинском отвале (Орловская обл.) скопилось свыше 3 миллионов тонн мелкодисперсных солевых шлаков.

Известно, что галогениды щелочных и (или) щелочноземельных металлов при высокой температуре растворяют все оксиды металлов и переводят эти оксиды в жидкое состояние при температурах значительно более низких, чем температуры их плавления. Эти свойства галогенидов, прежде всего фторидов кальция и натрия, а также хлоридов бария, натрия и калия, широко используются для придания жидкотекучести шлаку в металлургических процессах, а также для рафинирования металлов путем растворения оксидных примесей при электрошлаковом переплаве стали и в сварочном производстве (Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. - М.: Металлургия, 1988, с.657-666).

Известно, что при высоких температурах галогениды металлов в присутствии паров воды способны образовывать с такими оксидами, как SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO и др., летучие химические соединения, посредством которых обеспечивается газофазный перенос и переотложение оксидов металлов.

Эти свойства галогенидов, прежде всего хлорида натрия, широко используются для синтеза минералов на основе оксидов (Чирвинский П.Н. Искусственное получение минералов в XIX столетии. - М.: Наука, 1995, с.33-34, 90-94).

Способ осуществляется в герметичном корпусе, оборудованном нагревателем и водяным затвором для вывода газов и слива водяного конденсата, при этом в корпусе поддерживается атмосферное давление благодаря свойству водяного пара скапливаться в верхней части герметичного корпуса и вытеснять вниз более тяжелые газы - компоненты воздуха. В процессе нагрева и последующей выдержки отформованных изделий-сырцов в среде водяного газа при атмосферном давлении и температуре 300-400°С, наряду с образованием гидросиликата кальция, оксиды золы и шлака образуют с хлоридами и фторидами летучие соединения, обеспечивая переотложение оксидов и цементацию сырьевой смеси, при этом оксиды частично растворяются в галогенидах, приобретая вяжущие свойства, ускоряя схватывание и твердение смеси и повышая прочность каменных изделий.

Примеры осуществления способа

По прототипу. Силикатный кирпич-сырец поместили в емкость, снабженную водяным затвором и электронагревателем, и нагрели при атмосферном давлении до температуры 400°С с интенсивностью 300 град/ч. Испаряющаяся из водяного затвора влага, как более легкий газ, вытесняет из емкости через водяной затвор азот и кислород воздуха и образует парогазовую среду. При этом в сырьевой смеси изделия в среде водяного газа при температуре 300-400°С активизируется химическое взаимодействие между гидратом оксида кальция и кремнеземом с образованием основного цементирующего вещества - гидросиликата кальция и процесс схватывания и твердения сырца ускоряется. После 4-часовой выдержки изделия в среде водяного газа при указанной температуре и последующего охлаждения до температуры 20°С были исследованы механические свойства полученного кирпича.

Предел прочности на сжатие равен 20 МПа.

По предлагаемому способу. Аналогично предыдущему примеру кирпич, отформованный из сырьевой смеси, содержащей 3.5% извести, 76.5% золошлаковых отходов ТЭС (SiO₂ - 61.3%, Al₂O₃ - 29.3%, FeO - 2.6%) и 20% отвальных солевых шлаков (Al₂O₃ - 30%, (NaCl+KCl+MgCl₂) - 20%), выдерживали в среде водяного газа при атмосферном давлении и температуре 400°С в течение 2 ч. После изотермической выдержки изделие охлаждали и затем исследовали.

Предел прочности на сжатие равен 15 МПа.

Таким образом, использование предлагаемого способа для получения изделий из искусственных камней из известково-золошлаковой сырьевой смеси с добавкой отвальных солевых шлаков позволяет по сравнению с прототипом расширить диапазон компонентов сырья за счет золошлаковых отходов тепловых электростанций, уменьшить расход извести и понизить энергозатраты за счет увеличения скорости твердения изделий-сырцов.

Изобретение относится к способу получения изделий из искусственных камней и может найти применение в промышленности строительных материалов. В способе получения изделий из искусственных камней, включающем изотермическую выдержку изделия-сырца, отформованного из сырьевой смеси, содержащей известь и кремнеземистый компонент, в среде водяного газа при атмосферном давлении и температуре 300-400°С, в сырьевой смеси, содержащей 3-5% извести, в качестве кремнеземистого компонента используют золошлаковые отходы теплоэлектростанций и дополнительно добавляют отвальный солевой шлак переплавки алюминиевых отходов и лома в количестве 1-3% от массы сырьевой смеси, а изотермическую выдержку изделия-сырца проводят в течение 2-3 часов. Технический результат - снижение расхода извести и увеличение скорости твердения изделий.

Способ получения изделий из искусственных камней, включающий изотермическую выдержку изделия-сырца, отформованного из сырьевой смеси, содержащей известь и кремнеземистый компонент, в среде водяного газа при атмосферном давлении и температуре 300-400°С, отличающийся тем, что в сырьевой смеси, содержащей 3-5% извести, в качестве кремнеземистого компонента используют золошлаковые отходы теплоэлектростанций и дополнительно добавляют отвальный солевой шлак переплавки алюминиевых отходов и лома в количестве 1-3% от массы сырьевой смеси, а изотермическую выдержку проводят в течение 2-3 ч.