СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТА Российский патент 2010 года по МПК C04B7/36 C09K8/46 

Изобретение относится к строительным материалам, а более конкретно к производству облегченных тампонажных цементов для умеренных температур (по ГОСТ 1581-96).

Известен способ получения цемента тампонажного, который заключается в смешивании и измельчении портландцементного клинкера, гипса и минеральной добавки в виде кремнеземистой осадочной породы - опоки (см а.с. №610814, 1978 г.).

Полученный таким способом цемент имеет недостаточно высокую прочность из-за повышенной плотности цементного раствора, низкого водоцементного отношения и недостаточной прочности образцов из него в виду низкой концентрации брендстедовских и льюисовских кислотных центров на поверхности минералов гидратных фаз.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения цемента путем смешения и измельчения портландцементного клинкера и минеральной добавки в виде кремнеземистой осадочной породы, причем перед смешением и измельчением перечисленных компонентов 75-85% кремнеземистой осадочной породы нагревают до 200-300°С и добавляют 15-25% не сушеной (мокрой) породы. Кроме того, перед смешиванием дополнительно вводят 1-2% углесодержащего компонента при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцементный клинкер 43-52 Гипс 5-7 Кремнеземистая осадочная порода 45-60 Углесодержащий компонент 1-2

К недостаткам известного способа следует отнести слабые прочностные свойства получаемого цемента из-за переменной влажности кремнеземистой осадочной породы, так как при ее пересушке исчезают активные центры гидроксильных групп (-ОН), а при недосушке - возможна гидратация клинкерного материала в цементе. В том и другом случае это отрицательно сказывается на прочностных свойствах получаемого цемента. Наличие в составе смеси углесодержащего компонента не влияет на качество получаемого цемента, а служит стабилизатором процесса его сушки.

Техническим результатом, на решение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение прочностных свойств цемента, за счет активации центров гидроксильных групп (-ОН) кремнеземистой осадочной породы.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения цемента, путем высушивания кремнеземистой осадочной породы - опоки, трепела или диатомита, смешивание и измельчение ее с портландцементным клинкером и гипсом, высушивание кремнеземистой осадочной породы осуществляют при температуре 150-190°С, до влажности 0,3-0,7%. Кроме того, перед измельчением дополнительно вводят углесодержащий компонент в количестве 0,2-0,4% (по углероду).

При температуре менее 150°С кремнеземистая осадочная порода имеет в своем составе достаточное количество физической влаги, чтобы частично гидратировать клинкерные минералы в цементе и уменьшить его активность (в зависимости от сезона, влажность кремнеземистой осадочной породы колеблется от 20 до 60%), а при температуре более 190°С происходит ее пересушка и исчезают активные центры гидроксильных групп (-ОН). Экспериментально установлено, что при влажности кремнеземистой осадочной породы в пределах 0,3-0,7% активация центров гидроксильных групп (-ОН) кремнеземистой осадочной породы, прочностные свойства цемента повышаются.

В качестве кремнеземистой осадочной породы могут быть использованы не только трепел, опока или диатомит, но и их сочетание. Кроме того, для снижения силы сцепления частиц при помоле указанных компонентов и оптимизации процесса помола перед измельчением в нее дополнительно вводят углесодержащий компонент в количестве 0,2-0,4% по углероду от всей смеси. В качестве углесодержащего компонента может быть любое вещество, содержащее не менее указанных пределов по углероду и служащее как бы присадкой к основным компонентам при помоле, это может быть уголь, угольная пыль, сажа и т.п. Таким образом, углесодержащий компонент в заявленном изобретении служит для оптимизации процесса помола и его добавляют в мельницу, в то время как в наиболее близком аналоге он служит для стабилизации процесса сушки и его вводят в печку.

Возможность осуществления заявленного способа подтверждается испытаниями, проведенными в лаборатории Сухоложского завода металлофлюсов (г.Сухой Лог, Свердловской области) в августе 2008 года.

Пример 1

Кремнеземистую осадочную породу фракции 40-100 мм через приемный бункер подавали во вращающуюся печь и высушивали. Далее высушенную кремнеземистую осадочную породу смешивали и измельчали с портландцементным клинкером и гипсом. Качественный и количественный состав этой смеси составляет для данного примера, мас.%: портландцементный клинкер 50; гипс 5; кремнеземистая осадочная порода 45.

Пример 2

Кремнеземистую осадочную породу фракции 40-100 мм через приемный бункер подавали во вращающуюся печь и высушивали. Далее в высушенную кремнеземистую осадочную породу дополнительно вводили углесодержащий компонент, смешивали и измельчали с портландцементным клинкером и гипсом. Качественный и количественный состав этой смеси составляет для данного примера, мас.%: портландцементный клинкер 45; гипс 6; кремнеземистая осадочная порода 46, углесодержащий компонент 0,3.

В качестве углесодержащего компонента использовали каменный уголь Буланашевского месторождения. Режимы десяти конкретных примеров заявляемого способа получения цемента представлены в таблице. У полученного цемента исследовали прочность на изгиб, а полученные результаты также заносили в таблицу. При соответствии результатов испытаний ГОСТу готовый цемент отправляли на склад.

Анализируя полученные результаты таблицы, можно сделать вывод, что для умеренных и повышенных температур прочность при изгибе (в МПа при времени - 2-х суток) возрастает примерно в 2,5 раза (по ГОСТ 1581-96 прочность на изгиб составляет на менее 1,0 МПа).

Примеры получения цемента Пример № Крем. осадочн. порода Температура
сушки, град Влажность,
% Углесод.
компонент,
% Прочност. свойства получаемого цемента, МПа 1. трепел 150 0,3 - 2,5 2. трепел 150 0,3 0,3 2,5 3. диатомит 160 0,7 - 2,7 4. диатомит 160 0,7 0,4 2,7 5. трепел 170 0,6 - 3,0 6. трепел 170 0,6 0,3 3,0 7. трепел 180 0,5 - 2,8 8. трепел 180 0,5 0,4 2,8 9. опока 190 0,4 - 2,6 10. опока 190 0,4 0,2 2,6

Изобретение относится к строительным материалам, к производству облегченных тампонажных цементов для умеренных температур. Технический результат изобретения - повышение прочностных свойств цемента за счет активации центров гидроксильных групп (-ОН) кремнеземистой осадочной породы. В способе получения цемента, включающем высушивание кремнеземистой осадочной породы - опоки, трепела, диатомита, смешивание и измельчение ее с портландцементным клинкером и гипсом, указанное высушивание осуществляют при температуре 150-190°С до влажности 0,3-0,7%. Перед измельчением дополнительно вводят углесодержащий компонент в количестве 0,2-0,4% по углероду. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения цемента, включающий высушивание кремнеземистой осадочной породы - опоки, трепела, диатомита, смешивание и измельчение ее с портландцементным клинкером и гипсом, отличающийся тем, что указанное высушивание осуществляют при температуре 150-190°С до влажности 0,3-0,7%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед измельчением дополнительно вводят углесодержащий компонент в количестве 0,2-0,4% по углероду.