Синтетический волластонит и способ его получения Российский патент 2022 года по МПК C01B33/24 C04B14/04 

Изобретение относится к производству композиционных добавок на основе синтетического волластонита, может быть использовано как активная минеральная добавка к цементу, бетону в производстве огнеупорного и облицовочного кирпича, керамической плитки и глазурей для нее, сухих строительных смесей, лакокрасочных материалов, кровельных покрытий и других строительных материалов.

Известен синтетический волластонит и способ его получения [патент RU на изобретение №2181105, МПК С01В 33/24, опубл. 10.04.2002, бюл. №10]. Синтетический волластонит, включающий SiO₂, CaO, Na₂O, Al₂O₃ содержит указанные ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: SiO₂ - 60,0-66,0, CaO - 27,2-33,4, Na₂O - 5,5-6,5, Al₂O₃ - 0,1-0,3.

Известен способ получения волластонита [патент RU на изобретение №2091304, МПК С01В 33/24, опубл. 27.09.1997]. Сущность способа заключается в плавлении смеси отходов производства фосфорных удобрений и фтористого алюминия или кварцевого песка в присутствии серы, углерода, сульфата цинка, фосфата кальция при соотношении CaO/SiO₂, равном 0,9/1; C/SiO₂, равном 0,1-0,14/1; S/SiO₂, равном 0,1-0,2/1; P₂O₅/SiO₂, равном 0,05-0,06/1; ZnO/SiO₂, равном 0,02-0,04/1, резком охлаждении расплава и термической обработке гранул в окислительной среде при 830-920°С в течение 80-90 мин.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения гидросиликата кальция или волластонита (патент Румынии на изобретение №94695, кл. С01В 33/24, 1988). Способ осуществляется взаимодействием фосфогипса с эквимолекулярным количеством водного раствора силикатов калия или натрия с силикатным модулем m>1, предварительно смешанного с концентрированным аммиаком в отношении 1:2(m-1). Реакцию проводят 15 мин при 40-50°С, затем 30 мин при 120-150°С. Образующийся продукт реакции измельчают, обрабатывают (автоклавируют) водой при 60-80°С, отфильтровывают гидросиликат кальция, который затем прокаливают (обжигают) при 850-900°С в течение 15-30 мин и получают b-волластонит. Из фильтрата выделяют Na₂SO и (NH₄)₂SO₄.

Недостатками известных способов являются многостадийность, высокая температура синтеза, применение в качестве исходных веществ малодоступных силикатов калия или натрия, использование значительных количеств аммиака. Способ, выбранный в качестве прототипа, не обеспечивает получения порошков волластонита и гидросиликата кальция, однородных по размерам частиц. Все это увеличивает стоимость конечного продукта в производстве строительных материалов.

Существенными признаками изобретения в части способа совпадает следующая совокупность признаков прототипа: приготовление смеси, ее автоклавную обработку и обжиг.

Изобретение направлено на расширение ассортимента активных минеральных добавок на основе волластонита.

Это достигается тем, что синтетический волластонит включает активную минеральную добавку фосфозол, кальцинированную соду и известь гашенную, при следующем соотношении компонентов, мас.%: фосфозол - 80, кальцинированная сода - 15, известь гашенная - 5. Способ получения синтетического волластонита включает приготовление смеси, ее автоклавную обработку и обжиг. В предложенном решении предварительно готовят фосфозол путем перемешивания в механических смесителях 66,7% фосфогипса и 33,3% золы ТЭС, автоклавную обработку смеси проводят при температуре 75-80°С и давлении 1,2-1,4 атм, а обжиг - при температуре 720-900°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%: фосфозол - 80, кальцинированная сода - 15, известь гашенная - 5.

Характеристика используемых материалов:

1. Активная минеральная добавка «фосфозол» (табл. 1) - это смесь фосфогипса - 66,7% и золы ТЭС - 33,3%. Известно, что фосфогипс является побочным продуктом производства фосфорной кислоты из апатитов и фосфоритов методом сернокислотной обработки. Химическая реакция протекает по схеме: Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 = 3H3PO4 +5CaSO4 + HF. По химическому составу фосфогипс на 96-98% состоит из сернокислого кальция, который в зависимости от условий производства фосфорной кислоты может находиться в двуводной, полуводной или безводной модификациях. В качестве примесей в фосфогипсе могут присутствовать 1,0-1,5% пятиоксида фосфора (Р₂О₅), некоторое количество кремнезема и полуторные оксиды (Al₂O₃ и Fe₂O₃). Использование фосфогипса нашло широкое применение в качестве минерализатора при обжиге портландцементных сырьевых смесей и как добавки при помоле цемента вместо гипсового камня. Однако фосфогипс, вводимый в цемент в качестве регулятора сроков схватывания, обычно содержит до 25% влаги и загрязнен примесями фосфорной и фтороводородной кислот, которые могут понижать прочность цементов, особенно в ранние сроки твердения.

2. Кальцинированная сода (Na₂CO₃) (ГОСТ 5100-85. Сода кальцинированная. Технические условия).

3. Известь гашенная - гидрооксид кальция Са(ОН)₂. При соотношении 40% извести сухой и 60% воды. В качестве сухой извести применяется известь строительная (ГОСТ 9179-2018. Известь строительная. Технические условия).

Получение волластонита осуществляется, например, следующим способом. Предварительно фосфозол, полученный тщательным перемешиванием фосфогипса и золы ТЭС (в соотношение 66,7% и 33,3%) в механических смесителях объемом 5-6 м³ в течение 30 минут, обрабатывают в автоклаве. При этом подачу сырья регулируют посредством весовых датчиков. Подачу пара и воды регулируют также посредством датчиков по объему. Общее количество гидратной воды в смеси не должно превышать 30% с учетом влажности подаваемого сырья. В автоклаве при постоянном перемешивании и температуре 133°С смесь обрабатывают в течение 30 минут.

Предварительно готовят известь, гашенную в виде раствора извести сухой и воды (в соотношение 40% извести сухой и 60% воды).

Затем в автоклав объемом 6-10 м³ подают 80% фосфозола, 15% кальцинированной соды и 5% извести гашеной. В автоклаве смесь обрабатывают при температуре 75-80°С и давлении 1,2-1,4 атм в течение 35-40 минут. Полученную смесь просушивают в течение 1 часа при температуре 50-60°С. В теплое время года можно просушивать на свежем воздухе. В заключении смесь обжигают при температуре 720-900°С.

Предлагаемый синтетический волластонит используется как активная минеральная добавка при производстве цемента. Может вводиться в добавочные цементы без добавления гипса в количестве 30-40%, как регулятор сроков схватывания. Может быть наполнителем для бетона, например, следующего состава: цемента - 15%, щебень - 35% и волластонит - 45%. При таком составе смеси прочность бетона увеличивается на 15-20%.

Изобретение относится к производству композиционных добавок на основе синтетического волластонита, может быть использовано как активная минеральная добавка к цементу, бетону в производстве огнеупорного и облицовочного кирпича, керамической плитки и глазурей для нее, сухих строительных смесей, лакокрасочных материалов, кровельных покрытий и других строительных материалов. Изобретение направлено на расширение ассортимента активных минеральных добавок на основе волластонита. Это достигается тем, что синтетический волластонит включает активную минеральную добавку фосфозол, кальцинированную соду и известь гашенную, при следующем соотношении компонентов, мас.%: фосфозол - 80, кальцинированная сода - 15, известь гашенная - 5. Способ получения синтетического волластонита включает приготовление смеси, ее автоклавную обработку и обжиг. В предложенном решении предварительно готовят фосфозол путем перемешивания в механических смесителях 66,7% фосфогипса и 33,3% золы ТЭС, автоклавную обработку смеси проводят при температуре 75-80°С и давлении 1,2-1,4 атм, а обжиг - при температуре 720-900°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%: фосфозол - 80, кальцинированная сода - 15, известь гашенная - 5. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

1. Синтетический волластонит, как композиционная добавка, включающая активную минеральную добавку фосфозол, кальцинированную соду и известь гашенную, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

фосфозол - 80,

кальцинированная сода - 15,

известь гашенная - 5.

2. Способ получения синтетического волластонита по п. 1, включающий приготовление смеси, ее автоклавную обработку и обжиг, отличающийся тем, что предварительно готовят фосфозол путем перемешивания в механических смесителях 66,7% фосфогипса и 33,3% золы ТЭС, автоклавную обработку смеси проводят при температуре 75-80°С и давлении 1,2-1,4 атм, а обжиг - при температуре 720-900°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

фосфозол - 80,

кальцинированная сода - 15,

известь гашенная - 5.