СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ СИНТЕЗА СУЛЬФАТИРОВАННОГО ЦЕМЕНТА Российский патент 2012 года по МПК C04B7/42 

Изобретение относится к области производства цемента и может быть использовано в промышленности строительных материалов.

Известна сырьевая смесь для приготовления портландцемента, состоящая из известняка и глины (Тейлор, X. Химия цемента / Х.Тейлор. Пер с англ. - М.: Мир, 1996. - 560 с) [1]. Для ускорения клинкерообразования цементов на основе известной сырьевой смеси используют природный гипс, положительное влияние которого на процессы клинкерообразования сводится к взаимодействию сульфата кальция с имеющимися в сырьевой смеси примесями Na₂O и KiO. При этом образуются легкоплавкие и летучие сульфаты щелочных элементов, способствующие образованию маловязкой жидкой фазы при более низких температурах и превращению сульфата кальция в эффективный плавень, способствующий ускоренному образованию клинкерных минералов. Недостатком введения природного гипса в портландцемент при его синтезе является стабилизация свободной извести и белита, являющаяся причиной торможения или даже отсутствия образования алита в продуктах обжига.

Известна сырьевая смесь для синтеза сульфосиликатного цемента, содержащая глину, известняк и фосфогипс (Атакузиев, Т.А. Сульфоминеральные цементы на основе фосфогипса / Т.А.Атакузиев, Ф.М.Мирзоев. - Т.: Из-во «ФАН», 1979. - 152 с.) [2]. Синтезируемый на основе известной сырьевой смеси цемент относится к малоэнергоемким, т.к. синтезируется при температуре до 1350°С. Данный цемент обладает повышенной сульфатостойкостью и скоростью твердения, но низкой прочностью, составляющей в среднем 20-30 МПа. Для повышения прочности получаемого цемента авторы использовали дорогие и дефицитные бокситы вместо глины, однако достичь существенного повышения прочности цемента им не удалось.

Известно применение низкоалюминатных сырьевых материалов для синтеза сульфосиликатного цемента (Сычева Л.И. Получение и свойства сульфатсодержащих цементов на основе низкоалюминатных сырьевых материалов / Л.И.Сычева, Д.В.Бакеев // Цемент и его применение, 2009. №6, с.117-120) [3]. Известная сырьевая смесь содержит известняк, фосфогипс, глину или золу уноса. За счет высокого содержания в клинкере цемента сульфат иона синтезируемый цемент является сульфатостойким и быстротвердеющим. Прочность цемента в 28 суточном возрасте при Sn=1 достигает 70 МПа. Используемая для приготовления данного цемента сырьевая смесь содержит в качестве сульфатирующего агента фосфогипс, который в своем составе содержит значительное количество фосфатов в растворимом состоянии. Фосфаты, попадая в клинкер цемента, являются причиной замедленного схватывания и набора прочности цемента. Кроме СаО и SO₃ в составе фосфогипса не содержится в достаточном количестве иных, полезных для синтеза цемента, оксидов. Имеет значение и то, что не во всех регионах имеются запасы фосфогипса, достаточные для производства цемента в промышленных масштабах.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке сырьевой смеси для синтеза малоэнергоемкого, высокопрочного и сульфатостойкого цемента. Для решения поставленной задачи сырьевая смесь содержит известняк, глинистый и сульфатный компоненты, при этом в качестве сульфатного компонента смесь содержит гидратный шлам, включающий, мас. % СаО - 24,8…25,2, SiO₂ - 0,38…0,43, Аl₂О₃ - 4,8…4,9, Fе₂О₃ 8,7…8,9, SO₃ - 33,5…34,1, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Известняк - 54,8-70,8;

Глинистый компонент - 16,5-25,2;

Гидратный шлам - 4,0-28,7.

Сущность заявленного изобретения заключается в вовлечении в производство цемента сульфатсодержащих отходов промышленного производства, в составе которых помимо сульфата содержатся иные, полезные для производства цемента, оксиды, в частности оксиды алюминия и железа, и совсем не содержится фосфатов, которые могут отрицательно влиять на сроки схватывания и твердения цемента. Полезные для технологии цемента оксиды Аl₂O₃ и Fе₂О₃ учитываются при расчете сырьевой смеси и способствуют повышению прочности сульфатированных цементов на основе такой сырьевой смеси. Комплексное воздействие полезных оксидов и отсутствие фосфатов в сырьевой смеси позволяет получить цемент с высокими механическими свойствами и хорошей кинетикой твердения. При максимальном содержании в сырьевой смеси известняка и минимальном содержании гидратного шлама смесь шихтуется на получение в цементе минимального количества сульфатированных минералов, только сульфоалюмината кальция С₄А₃СS, при этом по содержанию сульфатов цемент удовлетворяет требованиям действующих нормативных документов, а модульные характеристики цемента составляют Кн=1. Сн=0. При минимальном содержании в сырьевой смеси известняка и максимальном содержании гидратного шлама смесь шихтуется на получение в цементе максимального количества сульфатированных минералов, а модульные характеристики цемента составляют Кн=1. Сн=1. При этом цемент по содержанию сульфатов не отвечает требованиям действующих нормативных документов, но является высокопрочным, быстротвердеющим и сульфатостойким.

ПРИМЕР.

Для приготовления сульфатированного цемента использовались компоненты, химический состав которых приведен в табл.1.

Сырьевая смесь для приготовления цемента с модульными характеристиками: Кн=1, Сн=1 на основе гидратного шлама имела в своем составе, мас.%:

Известняк - 54,8;

Глина - 25,2;

Гидратный шлам - 28,7.

Сырьевая смесь для приготовления цемента с модульными характеристиками: Кн=1, Сн=1 на основе фосфогипса имела в своем составе, мас.%:

Известняк - 59,2;

Глина - 20,1;

Фосфогипс - 20,7.

Сырьевая смесь для приготовления цемента с модульными характеристиками: Кн=1, Сн=0 на основе гидратного шлама имела в своем составе, мас.%:

Известняк - 70,8;

Глина - 16,5;

Гидратный шлам - 4,0.

Сырьевая смесь для приготовления цемента с модульными характеристиками: Кн=1, Сн=0 на основе фосфогипса имела в своем составе, мас.%:

Известняк - 71,4;

Глина - 25,6;

Фосфогипс - 3.

В качестве гидратного шлама использовались отходы (осадки) от реагентной очистки сточных вод. Сырьевые смеси для приготовления цементов гомогенизировались путем совместного помола, прессовались при усилии прессования 200 МПа и подвергались обжигу при температуре 1300°С. Полученный подобным образом клинкер измельчался до остатка на сите №008 не более 15% и у них определялись физико-механические свойства. Результаты определения физико-механических свойств цементов представлены в табл.2 и табл.3.

Результаты испытаний свидетельствуют, что цемент на основе гидратного шлама имеет меньшие сроки схватывания и ускоренный набор прочности, чем цемент на основе фосфогипса. Прочностные свойства цемента, синтезированного из сырьевой смеси с гидратным шламом выше, чем у цемента на основе фосфогипса, приблизительно на 10%.

Сырьевая смесь для синтеза сульфатированного цемента

Таблица 1 Химический состав сырьевой смеси и клинкера, мас.% Компонент СаО SiO₂ Al₂O₃ Fе₂О₃ SO₃ P₂O₅ Δm_прк Сумма Известняк 56,35 0,041 0,064 0,038 0,01 0,014 42,8 99,4 Глина 1,21 50,7 20,9 12,8 1,4 0,17 12,5 99,68 Гидратный шлам 24,82 0,38 4,82 8,74 33,57 0 27,14 99,47 Фосфогипс 31,6 0,87 0,02 1,22 44,8 1,32 20,1 99,93 Клинкер на основе гидратного шлама 52,37 17,93 8,85 7,48 13,02 0,336 0 99,98 Клинкер на основе фосфогипса 52,99 19,66 7,65 4,91 14,29 0,488 0 99,98

Сырьевая смесь для синтеза сульфатированного цемента

Таблица 2 Результаты испытаний портландцемента* Тип клинкера Вещественный состав SO₃, % S, м²/кг R008, % НГ, % Сроки схватывания, ч-м В/Ц РК клинкер гипс нач. кон. На основе гидратного шлама с Кн=1, Сн=0 96,0 4,0 3,8 349 9,6 28,3 2-35 4-45 0,4 115 На основе фосфогипса с Кн=1, Сн=0 96,0 4,0 3,8 342 12,5 26,2 6-25 7-45 0,4 115 На основе гидратного шлама с Кн=1, Сн=1 100 0 13,0 348 5,6 31,9 2-15 3-45 0,4 116 На основе фосфогипса с Кн-1, Cн=1 100 0 14,3 336 8,9 32,3 4,25 7-40 0,4 114

* S - удельная поверхность; R008 - остаток на сите №008; В/Ц - водоцементное соотношение; НГ - нормальная густота; РК - расплыв конуса

Таблица 3 Результаты испытаний цемента Тип клинкера Предел прочности при сжатии, МПа, через, суток 2 7 14 28 На основе гидратного шлама с Кн=1, Сн=0 21,8 31,1 42,5 48,2

На основе фосфогипса с Кн=1, Сн=0 19,4 27,8 38,5 43,3 На основе гидратного шлама 23,5 34,5 45,3 49,9 На основе фосфогипса 20,6 28,1 39,4 44,2

Изобретение относится к составу сырьевой смеси для синтеза сульфатированного цемента и может найти применение в промышленности строительных материалов. Технический результат - снижение энергоемкости, повышение прочности цемента. Сырьевая смесь для синтеза сульфатированного цемента, содержащая известняк, глинистый и сульфатный компоненты, в качестве сульфатного компонента содержит гидратный шлам, включающий, мас.% СаО 24,8-25,2, SiO₂ 0,38-0,43, Аl₂О₃ 4,8-4,9, Fе₂О₃ 8,7-8,9, SO₃ 33,5-34,1, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: известняк 54,8-70,8, глинистый компонент 16,5-25,2, указанный гидратный шлам 4,0-28,7. 3 табл., 1 пр.

Сырьевая смесь для синтеза сульфатированного цемента, содержащая известняк, глинистый и сульфатный компоненты, отличающаяся тем, что в качестве сульфатного компонента смесь содержит гидратный шлам, включающий, мас.%: СаО 24,8-25,2, SiO₂ 0,38-0,43, Аl₂О₃ 4,8-4,9, Fе₂О₃ 8,7-8,9, SO₃ 33,5-34,1, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Известняк 54,8-70,8 Глинистый компонент 16,5-25,2 Гидратный шлам 4,0-28,7