СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЯЖУЩИХ, СОСТОЯЩИХ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ИЗ ОКСИДОВ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C04B2/00 C04B9/00 

Изобретение относится к области производства извести и каустического магнезита или доломита из сырья, состоящего из карбонатов кальция или магния, путем диэлектрического нагрева.

Известно, что известь (кальциевую, магнезиальную и доломитовую), а также каустический магнезит и доломит получают путем обжига карбонатного сырья - известняков, доломитов и магнезита (А.В.Волженский и др. «Минеральные вяжущие вещества» М., Стройиздат 1979). Целью обжига является декарбонизация, разложение карбонатов кальция и магния. Нагревание и массообмен обеспечиваются путем контакта с теплоносителем - газовой фазой, образующейся при сжигании топлива.

Известно также, что нагревание диэлектриков можно осуществить путем обработки переменным электромагнитным полем в диапазоне частот 0,3-300 мГц (БСЭ, т.8, стр.354. Советская энциклопедия М., 1974).

Достоинством диэлектрического нагрева является равномерное нагревание материала, с высокой скоростью. Недостаток - сравнительно высокие затраты на обработку. Эта технология применяется при сушке древесины, бумаги, приготовлении чистых сплавов и др.

Известно также явление резонанса, заключающееся в том, что амплитуда колебаний атомов и групп атомов в кристаллической структуре твердого тела достигает максимума при определенной частоте внешнего воздействия на структуру. Резонанс колебаний наступает при совпадении частоты собственных свободных колебаний атомов и групп атомов с частотой колебаний внешнего контура (управляемая частота). В резонансе амплитуда колебаний атомов в структуре резко возрастает при сравнительно невысоких затратах энергии.

Ближайшим из аналогов является способ получения вяжущего из карбонатного сырья в результате воздействия электромагнитного поля (СВЧ) (RU 2170118, 10.07.2001).

Цель изобретения - снижение энергозатрат при сохранении прочности получаемых вяжущих извести (кальциевой, магнезиальной, доломитовой) из карбонатного сырья (известняков, доломита), а также вяжущих, состоящих преимущественно из MgO (каустический магнезит и доломит) путем обработки сырья внешним электромагнитным полем резонансной частоты. При этом необходимо осуществить реакции декарбонизации:

Резонансные частоты колебаний атомов и групп атомов в кристаллической структуре зависят от концентрации примесных атомов и их следует определять опытным путем для каждого типа используемого сырья.

Предварительно резонансная частота может быть определена по данным инфракрасного спектроскопического анализа (ИКС) кристаллов кальцита магнезита или доломита. На спектрах ИКС минералов, относящихся к группе карбонатов (кальцита, арагонита, фатерита, магнезита и доломита имеются максимумы поглощения энергии, соответствующие валентным (волновые числа 850-900 см^-1) и деформационным (1370-1450 см^-1) колебаниям групп СО₃ ^2-.

Поставленная цель достигается тем, что по спектрам ИКС определяется частота валентных или деформационных колебаний групп СО₃ ^2- в структуре карбоната и далее с помощью генераторов различных систем (индукционные печи и др.) производится обработка измельченного карбонатного сырья внешним электромагнитным полем резонансной частоты, которая обеспечивает декарбонизацию карбоната, его превращение в оксид кальция (известь) или магния (каустический магнезит и доломит).

Примеры осуществления изобретения.

Известь получена из коелгинского мрамора (99,1% кальцита). Мрамор измельчен в шаровой мельнице до S_уд≈3000 см²/г (метод воздухопроницаемости), остаток на сите с сеткой №2 - 3,7%. Декарбонизация проведена в лабораторном индукторе, резонансные частоты - 870-1400 см^-1. Получена известь 1 сорта по ГОСТ 9179-77.

Каустический магнезит изготовлен путем декарбонизации магнезита Саткинского месторождения (г.Сатка). Содержание магнезита в сырье -96,4% по массе. Магнезит предварительно измельчен до S_уд≈2600 см²/г (метод воздухопроницаемости). Условия декарбонизации приведены выше. После обработки вяжущее затворялось водным раствором хлорида магния (концентрация раствора 25° по Боме). При испытании образцов - балочек 4×4×16 см, изготовленных из жесткой растворной смеси состава 1:3 по массе предел прочности при сжатии в возрасте 1 сутки составил 42 МПа.

Пример 1.

В лабораторных условиях из измельченного мрамора Коелгинского месторождения (99,1% кальцита) в инфракрасном излучателе мощностью 1000 Вт. Обработка проведена электромагнитным полем с длиной волны 7,1 мкм (длина резонансная для валентных колебаний). Удельная поверхность мрамора 3000 см²/г, максимальный размер частиц - 120 мкм, толщина слоя измельченного сырья в индукторе - не более 2 мм. Кинетика декарбонизации определена методом рентгеновского фазового анализа по изменению интенсивности дифракционного отражения кальцита. Продолжительность обработки до полной декарбонизации составила 42 с при полной мощности излучателя в однородном электромагнитном поле.

Пример 2

Измельченный мрамор по п.1 обработан в излучателе электромагнитным полем с длиной волны - 11,50 мкм (длина резонансная для деформационных колебаний). Продолжительность обработки до полной декарбонизации составила 46 с. При полной мощности индуктора в однородном электромагнитном поле. В обоих случаях получена быстрогасящаяся известь 1 сорта по ГОСТ 9179.

Пример 3

Обработка в индукторе проведена по примерам 1 и 2 электромагнитным полем с длиной волны 0,5 мкм (без резонанса). Продолжительность обработки при постоянной мощности индуктора составила 108 с, т.е. повышение потребленной мощности превысило 150%. Из примеров 1, 2 и 3 следует, что электромагнитную обработку можно проводить при частотах внешнего поля, соответствующих как деформационным, так и валентным колебаниям. Различие потребленной на декарбонизацию мощности не превышает 10%, при общем снижении затрат на 150%, по сравнению с обработкой без резонанса.

Настоящее изобретение относится к способу производства вяжущих и может найти применение в промышленности строительных материалов. В способе производства вяжущих, состоящих преимущественно из оксидов кальция и магния путем обработки карбонатного сырья - известняка, мрамора, магнезита, доломита электромагнитным полем, обработку производят электромагнитным полем с длиной волны, резонансной деформационным или валентным колебаниям группы СО₃ ^2-. Технический результат - снижение расхода электроэнергии при сохранении качества получаемых вяжущих. 3 пр.

Способ производства вяжущих, состоящих преимущественно из оксидов кальция и магния путем обработки карбонатного сырья - известняка, мрамора, магнезита, доломита электромагнитным полем, отличающийся тем, что обработку производят электромагнитным полем с длиной волны, резонансной деформационным или валентным колебаниям группы