СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ИСКУССТВЕННОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ ИЗ ХВОСТОВ ОТ ГОРНОДОБЫЧНЫХ РАБОТ, ИСКУССТВЕННЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ, КОМПОЗИЦИЯ БЕТОНА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Российский патент 2023 года по МПК C04B14/06 C04B18/30 C04B18/02 C04B18/12 C04B7/12 C04B7/52 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[001] Настоящее изобретение относится к способу производства искусственного заполнителя из хвостов от рудных отвалов. Песчаные хвосты от железной руды смешиваются с вяжущим и в результате осуществления способа смешивания и гранулирования образуют искусственный заполнитель. Произведенный искусственный заполнитель имеет сфероидальный профиль, большой размер, шероховатую поверхность и окраску, которая находится в диапазоне от розовой до темно-красной. Данный искусственный заполнитель способен замещать природный заполнитель и может быть использован при изготовлении более стойкого бетона, для основы и подосновы дорожных покрытий, в качестве декоративного элемента для садов и клумб, в дополнение к исполнению роли формы хранения хвостов от рудных отвалов в виде гранул, добавляя стоимость данным хвостам и уменьшая вредное воздействие на окружающую среду от горнодобычных работ.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Заполнители для гражданского строительства и для основы и подосновы дорожных покрытий обычно являются природными, имея своим происхождением карьеры гнейса, граниты и известняки в числе других горных пород. Данные карьеры эксплуатируют при использовании федеральных концессий на добычу минерального сырья. Использование данных горных пород в больших городах не допускается, поскольку оно создает экологические проблемы в окрестности городских агломераций. В случае дорог использование данных минералов вдоль маршрута дороги требует разрешений. Таким образом, добыча природного заполнителя является дорогостоящей и сложной, требует получения лицензий и включает бурение, разбиение на части, дробление, просеивание и промывание.

[003] Хвосты от железной руды представляют собой остатки, остающиеся от способа обогащения и концентрирования руд на производственных объектах промышленности. Вследствие типа руды и различий в способе обогащения минералов хвосты обнаруживают широкое разнообразие своих признаков, таких как: размер частиц, минералогический состав, плотность и профиль частиц. Таким образом, свойства хвостов от железной руды могут соответствовать диапазону от материалов, характеризующихся очень маленьким размером частиц и высокой пластичностью, до непластических материалов, обладающих признаками песка, (MACHADO, W. G. F. (2007). Monitoramento de Barragens de Contenção de Rejeitos da Mineração. Master’s Thesis. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo. 155 p.).

[004] Хвосты от горнодобычных работ применяют в качестве сырьевого материала для гражданского строительства, при производстве бетона. Авторы Franco et al. использовали грязь от отвалов железной руды в качестве искусственного заполнителя для замещения природного мелкого заполнителя, используемого в бетоне, с процентными уровнями содержания 0,5%, 5%, 10% и 50% (FRANCO, L. C. et al. Aplicação de rejeito de mineração como agregado para a produção de concreto. 2014. 56 Congresso Brasileiro do Concreto - Natal/RN. Ed.: IBRACON. ISSN.:2175-8182. Portuguese, p. 561 2014).

[005] Хвосты от железной руды могут быть использованы в качестве мелких заполнителей, поскольку они являются относительно инертными, и поскольку размер частиц является значительно большим, чем у цемента. Однако, хвосты от железной руды демонстрируют потенциал по замещению природного песка в качестве мелкого заполнителя, представляя собой более дешевую и экологически безопасную альтернативу, (ZHAO, S.; FAN, J.; SUN, W. Utilization of iron ore tailing as fine aggregate in ultra-high performance concrete. Construction and Building Materials, v. 50, p. 540-548. 2014; HUANG, X.; RANADE, R.; NI, W.; LI, V. C. Development of Green engineered cementitious composites using iron ore tailings as aggregates. Construction and Building Materials, v. 44, p. 757-764).

[006] Стратегии на основе использования хвостов от отвалов железной руды в качестве сырьевого материала соответствуют современному уровню техники в целях сведения к минимуму вредного воздействия на окружающую среду, представляющего собой результат использования природных материалов и инженерных работ.

[007] В патентной заявке BR1020130312606, озаглавленной «Use of tailings from iron ore dams as raw material for construction of road infrastructure», сообщается о способе применения хвостов от железной руды в качестве сырьевого материала для строительства дорожной инфраструктуры и городских дорог при использовании смеси, образованной, помимо всего прочего, из хвостов и гидравлического вяжущего, пуццолана, извести, шлака, цемента. Однако данный способ включает физическое смешивание и механическое уплотнение либо в результате химических воздействий от затвердевания смесей, либо при использовании энергии механического уплотнения, либо при объединении данных факторов.

[008] На современном уровне техники существуют и другие технологии, которые имеют дело с искусственными заполнителями для применения в отношении бетонов или дорог, в особенности заполнителями, полученными при использовании материалов промышленных отходов или хвостов для строительства в целях уменьшения стоимости утилизации и нагрузки на окружающую среду промышленных отходов. В их числе на себя обращает внимание нижеследующее.

[009] В публикации KR101631276, озаглавленной «Manufacturing method of recycled aggregates using bauxite residue», описывается жесткий искусственный заполнитель, который может демонстрировать фиксированный уровень прочности при использовании способа отверждения смеси, образованной из остаточного боксита, цемента, добавки, образованной из отвердителя, и неорганического вяжущего, который может быть применен в качестве дренажного материала и тому подобного для способа улучшения почвы.

[0010] В публикации JP2005104804, озаглавленной «Artificial Aggregate», представляется материал искусственного заполнителя, полученный в результате нагревания и спекания формованного тела, содержащего угольную золу, алюминиевую золу, цемент и воду, для использования при производстве бетона и материала пешеходных дорожек.

[0011] В публикации JP2008137842, озаглавленной «Method of manufacturing artificial aggregate using construction waste», представляется способ изготовления искусственного заполнителя при использовании строительных отходов, таких как стекло, обломки и бетон, образованные от разрушенных зданий. Такие остатки смешивают с цементом и водой и подвергают воздействию способа окатывания.

[0012] Таким образом, современный уровень техники включает искусственные заполнители с областями применения, которые ограничиваются только случаями конструкционных элементов, изготовленных из отходов гражданского строительства или промышленных отходов, таких как остаточный боксит и угольная пыль. Процитированные источники, использующие хвосты от отвалов железной руды в качестве сырьевого материала для строительства дорожной инфраструктуры, относятся к уплотненной смеси по местоположению дороги - массе, образованной из различных загружаемых материалов, которая является крепкой или уплотненной. На современном уровне техники отсутствует какая-либо методика, способная использовать хвосты от отвалов железной руды в качестве сырьевого материала для изготовления заполнителя, способного использоваться исходя из опыта в областях применения, таких как гражданское строительство.

[0013] В настоящем изобретении описывается искусственный заполнитель, полученный из хвостов от отвалов железной руды, образованных из мелких песчаных хвостов и вяжущего, такого как цемент или пуццолан, которые смешивают и гранулируют, придавая сфероидный профиль продукту, который имеет крупный размер (в диапазоне от 4,8 до 16 мм), шероховатую поверхность и окраску в диапазоне от розовой до темно-красной, обладая физическими свойствами, подходящими для использования в областях применения, таких как гражданское строительство, подоснова дорожных покрытий, хранение хвостов от отвалов в форме гранул, декоративный элемент для садов и цветочных клумб. Также описываются действенный и эффективный способ изготовления упомянутого искусственного заполнителя из хвостов от отвалов железной руды и композиция бетона для гражданского строительства, использующая упомянутый искусственный заполнитель в качестве неполного заменителя природного гравия. Искусственный заполнитель способен замещать природный заполнитель (гравий) в бетоне, что приводит к получению у бетона совместимой прочности при использовании природного заполнителя (сопротивление продольному сжатию - NBR 5739: 2007).

[0014]

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0015] Фигура 1 иллюстрирует технологическую схему способа производства искусственного заполнителя из песчаных хвостов от горнодобычных работ, предложенного в настоящем изобретении.

[0016] Фигура 2 демонстрирует гранулу искусственного заполнителя, произведенную в соответствии со способом, описанным в настоящем изобретении.

[0017] Фигура 3 демонстрирует строительные бетонные растворы в стандартной форме с природным заполнителем и смесями I и III.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Настоящее изобретение относится к способу производства искусственного заполнителя из хвостов от рудных отвалов. Песчаные хвосты от железной руды смешиваются с вяжущим и в результате осуществления способа смешивания и гранулирования образуют искусственный заполнитель. Произведенный искусственный заполнитель имеет сфероидальный профиль, большой размер, шероховатую поверхность и окраску, которая находится в диапазоне от розовой до темно-красной. Данный искусственный заполнитель способен замещать природный заполнитель и может быть использован при изготовлении более стойкого бетона, для основы и подосновы дорожных покрытий, в качестве декоративного элемента для садов и клумб, в дополнение к исполнению роли формы хранения хвостов от рудных отвалов в виде гранул, добавляя стоимость данным хвостам и уменьшая вредное воздействие на окружающую среду от горнодобычных работ.

[0019] Способ производства искусственного заполнителя реализуется при комнатной температуре и охватывает следующие далее стадии:

а. получение песчаных хвостов от горнодобычных работ, характеризующихся размером частиц в диапазоне от 0,03 до 11 мм;

b. смешивание песчаных хвостов и вяжущего, где композиция смеси включает от 65 до 85% (масс.) хвостов от горнодобычных работ и от 15 до 35% (масс.) вяжущего, на протяжении приблизительно от 30 до 60 минут вплоть до гомогенности смеси;

с. гранулирование смеси при комнатной температуре в гранулирующей машине при добавлении воды в распыленном виде;

d. отверждение гранул при комнатной температуре на протяжении периода в диапазоне от 1 до 14 дней.

[0020] Хвосты от горнодобычных работ, упомянутые на стадии «а», могут быть мелкими песчаными хвостами, имеющими своим происхождением отвалы железной руды и содержащими минералы гетит, гематит, кварц, каолинит, а предпочтительно также гиббсит.

[0021] В случае демонстрации песчаными хвостами уровня содержания влаги, составляющего менее, чем 20%, смесь должна быть произведена в смесителях непрерывного действия, обладающих следующими далее предпочтительными признаками: смесительная камера с диафрагмой для подстраивания потока, центральный ротор, смесительные приспособления лопастного типа и боковые скребки. Скорость вращения находится в диапазоне от 10 до 45 об./мин в соответствии с гомогенностью воды в смеси.

[0022] В случае содержания песчаными хвостами более, чем 20% влаги им будет необходимо пройти через способ высушивания до смешивания и гранулирования, то есть, после стадии «а». Способ высушивания может быть естественным или проводиться во вращающейся сушилке, используемой для высушивания песка от работы речного дноуглубительного снаряда. После высушивания песчаные хвосты могут быть смешаны с вяжущим в смесителе в соответствии со стадией «b», или в альтернативном варианте они могут быть смешаны с вяжущим на диске гранулятора с подстраиваемыми кромками, будучи добавляемыми в одно и то же время.

[0023] Вяжущее, упомянутое на стадии «b», может быть товарным пуццоланом или пуццоланом, произведенным при использовании пустой породы от самих горнодобычных работ после прокаливания пустой породы.

[0024] Вяжущее может представлять собой пуццолан, полученный из пустой породы от добычи железной руды, прокаленный при использовании технологии мгновенного прокаливания в диапазоне от 750 до 950°С и смешанный с портландцемента типа V (PCV)при массовом соотношении от 25 до 30% (масс.) прокаленной пустой породы и от 70 до 75% (масс.) портландцемента типа V (PCV).

[0025] На стадии «с» гранулирующая машина предпочтительно должна иметь кромку с подстраиваемой высотой. Скорость вращения должна находиться в диапазоне от 10 до 25 об./мин при использовании наклона диска в диапазоне от 40 до 50° на протяжении периода времени в диапазоне от 30 до 70 минут с учетом массы в 400 кг. Гранулирование проводят при комнатной температуре. В ходе процесса гранулирования на стадии «с» непрерывно распыляют воду при уровне содержания влаги в смеси, составляющем менее, чем 8%. Оптимальная влажность для получения гранул находится в диапазоне от 4 до 12%.

[0026] В заключение, в соответствии с описанием изобретения для стадии «d» гранулы должны быть отверждены при комнатной температуре на протяжении периода времени в диапазоне от 1 дня до 14 дней.

[0027] Искусственный заполнитель, полученный при использовании способа, описанного выше, образован из от 65 до 85% (масс.) хвостов от горнодобычных работ и от 15 до 35% (масс.) вяжущего, которые смешивают и гранулируют, придавая сфероидальный профиль продукту, который имеет крупный размер (в диапазоне от 4,8 до 16 мм), шероховатую поверхность, окраску, варьирующуюся в диапазоне от розовой до темно-красной, и предпочтительно диаметр, варьирующийся между гравием 0 (G0: - 12,5 мм+4,8 мм), гравием 00 (G00: - 9,5 мм+4,8 мм) или гравием G0/G1 (G0/G1: - 16 мм+9,5 мм).

[0028] Искусственный заполнитель на основе хвостов от рудных отвалов может быть использован при изготовлении бетона; для основы и подосновы дорог; при хранении хвостов от отвалов в форме гранул; или в качестве декоративного элемента для садов и клумб.

[0029] В настоящем изобретении, кроме того, предлагается композиция бетона, использующая искусственный заполнитель и содержащая:

от 15,3 до 18,6% (масс.) портландцемента;

от 32,8 до 34,3% (масс.) природного песка;

от 48,5 до 50,4% (масс.) заполнителя (только искусственного или искусственного и природного совместно).

[0030] Уровни процентного содержания в композиции относятся к уровню массового процентного содержания при расчете на сухое вещество. Для получения бетона к композиции должна быть добавлена вода.

[0031] Композиция бетона, использующая искусственный заполнитель, может содержать только искусственный заполнитель или может содержать искусственный заполнитель совместно с природным заполнителем (гравием).

[0032] В композиции бетона, использующей искусственный заполнитель, массовый процент заполнителя может быть разделен между 25,2% (масс.) гравия G0/G1 (G0/G1: - 16 мм+9,5 мм) и 25,2% (масс.) гравия 0 (G0: - 12,5 мм+4,8 мм); или 24,3% (масс.) гравия G0/G1 (G0/G1: - 16 мм+9,5 мм) и 24,3% (масс.) гравия 0 (G0: - 12,5 мм+4,8 мм); или 12,1% (масс.) гравия 00 (G00: - 9,5 мм+4,8 мм) и 36,4% (масс.) гравия 0 (G0: - 12,5 мм+4,8 мм).

[0033] Лучшее понимание в отношении рассматриваемого материала может быть получено из следующих далее примеров без ограничения объема изобретения.

ПРИМЕР 1 - Способ производства искусственного заполнителя

[0034] Способ получения искусственного заполнителя реализовали так, как это продемонстрировано на фигуре 1. Песчаные хвосты от железной руды, смешанные с вяжущим, при использовании способа смешивания и гранулирования при комнатной температуре обеспечивают получение материала искусственного заполнителя, способного замещать крупный природный заполнитель, придавая бетону механическое сопротивление, совместимое с бразильским стандартом NBR 5759.

[0035] Песчаные хвосты, присутствующие в отвалах железной руды, характеризуются размером частиц в диапазоне от 0,03 до 11 мм. Их минералогический состав является довольно переменным по уровням процентного содержания, но тип минерала является постоянным, будучи образованным из минералов кремния и железа.

[0036] В таблице 1 представлены минералогические составы образцов хвостов, полученных в отвалах железной руды. Как это должно быть отмечено, особенный интерес в настоящем изобретении представляет использование хвостов от рудных отвалов, в основном мелких песчаных хвостов, содержащих минералы гетит, гематит, кварц, каолинит, а предпочтительно также гиббсит, но также могут быть использованы и другие хвосты, обладающие подходящими для использования признаками.

Таблица 1 - Уровень процентного содержания минеральных компонентов в хвостах от отвалов железной руды

Образец Гетит Гематит Кварц Гиббсит Каолинит Отходы 1 48,0 21,3 16,7 2,7 11,3 Отходы 2 20,1 48,0 25,0 _ 6,9 Отходы 3 22,5 23,0 42,0 _ 12,5

[0037] Способ изготовления искусственного заполнителя начинается со смеси от 65 до 75% песчаных хвостов (с гранулометрическим составом в диапазоне от мелкого до среднего) отвалов железной руды и от 25 до 35% вяжущего.

[0038] В случае демонстрации песчаными хвостами уровня содержания влаги, составляющего менее, чем 20%, смесь должна быть произведена в смесителях непрерывного действия, обладающих следующими далее предпочтительными признаками: смесительная камера с диафрагмой для подстраивания потока, центральный ротор, смесительные приспособления лопастного типа и боковые скребки. Скорость вращения находится в диапазоне от 10 до 45 об./мин в соответствии с гомогенностью воды в смеси.

[0039] В случае содержания песчаными хвостами от отвалов более, чем 20% влаги им будет необходимо подвергнуться воздействию способа высушивания. Способ может быть естественным или проводиться во вращающейся сушилке, используемой для высушивания песка от работы речного дноуглубительного снаряда. В данном случае смеситель не требуется. Предпочтительно песчаные хвосты от отвалов после высушивания поступают на диск гранулятора с подстраиваемыми кромками в то же самое время, что и вяжущее.

[0040] Вяжущее должно представлять собой товарный пуццолан или быть произведено при использовании пустой породы от самих горнодобычных работ после прокаливания пустой породы. Пустая порода из железных рудников должна быть прокалена при использовании технологии мгновенного прокаливания в диапазоне от 750 до 950°С. Смеси из прокаленной пустой породы с цементом CPV - правомочным вяжущим - должны быть с массовым соотношением от 25 до 30% (масс.) прокаленной пустой породы и от 70 до 75% (масс.) портландцемента типа V (PCV).

[0041] На следующей стадии гомогенизированную смесь выливают в гранулирующую машину, имеющую кромку с подстраиваемой высотой. Скорость вращения и наклон диска гранулятора с подстраиваемой кромкой должны находиться в диапазонах от 10 до 25 об./мин для скорости вращения и от 40 до 50° для наклона. Время пребывания смеси в грануляторе находится в диапазоне от 30 до 70 минут, с учетом массы в 400 кг. Гранулирование проводят при комнатной температуре, то есть, отсутствуют последующие ступени обжига гранул.

[0042] В ходе способа гранулирования непрерывно распыляют воду при уровне содержания влаги в смеси, составляющем менее, чем 8%. Оптимальная влажность при получении гранул находится в диапазоне от 4 до 12%.

[0043] Получающийся в результате продукт представляет собой гранулы, имеющие приблизительно сферический профиль, шероховатую поверхность, большой размер и окраску в диапазоне от розовой до темно-красной, которые будут использоваться в качестве искусственного заполнителя. Насыпная плотность находится в диапазоне от 1800 до 2000 кг/м³.

[0044] Диаметр гранул предпочтительно может находиться в диапазоне между гравием 0 (G0: - 12,5 мм+4,8 мм), гравием 00 (G00: - 9,5 мм+4,8 мм) или гравием G0/G1 (G0/G1: - 16 мм+9,5 мм).

[0045] После способа гранулирования гранулы должны быть подвергнуты воздействию способа отверждения при комнатной температуре. Время отверждения для придания гранулам надлежащей механической прочности находится в диапазоне от 24 часов до 21 дня в зависимости от изготовленного диаметра и желательного варианта использования.

ПРИМЕР 2 - Варианты использования искусственного заполнителя

[0046] Искусственный заполнитель на основе хвостов от рудных отвалов может быть использован при изготовлении бетона; для основы и подосновы дорог; при хранении хвостов от отвалов в форме гранул; или в качестве декоративного элемента для садов и клумб.

[0047] Композиция бетона, использующая искусственный заполнитель, предложенный в настоящем изобретении, содержит от 15,3 до 18,6% (масс.) портландцемента; от 32,8 до 34,3% (масс.) природного песка; от 48,5 до 50,4% (масс.) заполнителя (только искусственного или искусственного и природного совместно).

[0048] Для получения бетона к композиции должна быть добавлена вода.

[0049] В данной композиции бетона массовый процент заполнителя разделяют между 25,2% (масс.) гравия G0/G1 (G0/G1: - 16 мм+9,5 мм) и 25,2% (масс.) гравия 0 (G0: - 12,5 мм+4,8 мм); или 24,3% (масс.) гравия G0/G1 ( G0/G1: - 16 мм+9,5 мм) и 24,3% (масс.) гравия 0 (B0: - 12,5 мм+4,8 мм); или 12,1% (масс.) гравия 00 (G00: - 9,5 мм+4,8 мм) и 36,4% (масс.) гравия 0 (G0: - 12,5 мм+4,8 мм).

[0050] Технология настоящего искусственного заполнителя, применяемая в бетоне, может заменить природный заполнитель (гравий) или может быть использована в сочетании с природным заполнителем. Природный заполнитель не обладает химическим сродством с цементом и бетоном (тиксотропия). С другой стороны, искусственный заполнитель улучшает прочность бетона вследствие шероховатости поверхности.

[0051] При дорожном строительстве искусственный заполнитель из хвостов от отвалов может быть использован для составления основы и подосновы. Использование должно быть реализовано в результате смешивания искусственного заполнителя в почве, а после этого проведения уплотнения в соответствии с современными техническими стандартами.

[0052] Сферический профиль искусственного заполнителя обеспечивает наличие большей механической прочности в дополнение к лучшему хранению, поскольку он делает возможным дренирование между сферами через свободные пространства при компоновании грудами или при хранении на открытых террасах, подверженных воздействию дождя.

[0053] Отвалы от горнодобычных работ обычно сохраняют грязь (хвосты от горнодобычных работ, характеризующиеся очень мелким размером зерна) и песок совместно с водой, что делает этот набор неустойчивым при наличии возможности обрушения. Искусственный заполнитель можно хранить в данном месте или на шине без потребности в воде или в насыпях для хранения на складских площадках. Впоследствии искусственный заполнитель может быть использован в качестве заполнителя для бетона, конструкционного элемента основы и подосновы для дорог или даже орнаментного элемента садов и клумб.

[0054] Данной технологии свойственно преимущество эффективной и экономичной мобилизации обязательств по природоохранной деятельности при добавлении стоимости хвостам от горнодобычных работ. В дополнение к этому, она обеспечивает легкость хранения вследствие ее сферического и инертного материала, а вследствие ее водопоглощающей способности благоприятствует влажности окружающей среды, что создает выгоды для областей применения искусственного заполнителя в садах и клумбах.

ПРИМЕР 3 - Испытание на предел прочности при сжатии

[0055] Результаты по пределу прочности при сжатии в зависимости от времени отверждения искусственного заполнителя демонстрируются в таблице 2. Испытание на предел прочности при осевом сжатии соответствовало методологии и нормативным предписаниям, описанным в документе NBR 5739/2007. Результаты в таблице 2 демонстрируют эволюцию прочности искусственного заполнителя с увеличением времени отверждения. Данная эволюция достигает 100% от сопротивления известнякового гравия.

Таблица 2 - Предел прочности при сжатии в зависимости от времени отверждения

Сопротивление (кгс/гранула) - 12,5 мм+9,5 мм Время отверждения (день) 0 1 2 3 6 7 14 31 Среднее сопротивление 1,40 3,12 7,83 12,35 14,80 17,50 18,80 15,50 % по отношению к 29 дням 9,0 20,1 50,5 79,7 95,5 112,9 121,3 100,0 Сопротивление (кгс/гранула) - 16 мм до 12,5 мм Время отверждения (день) 0 1 2 3 6 7 14 31 Среднее сопротивление 2,32 4,85 10,54 17,17 23,40 25,40 27,30 26,80 % по отношению к 29 дням 8,7 18,1 39,3 64,1 87,3 94,8 101,9 100,0 Сопротивление (кгс/гранула) - 19 мм до 1 мм Время отверждения (день) 0 1 2 3 6 7 14 31 Среднее сопротивление 3,77 7,10 14,53 21,03 31,40 28,70 42,20 51,30 % по отношению к 29 дням 7,3 13,8 28,3 41,0 61,2 55,9 82,3 100,0 Эволюция предела прочности при сжатии с течением времени, с учетом конечного сопротивления для 29 дней Время отверждения (день) 0 1 2 3 6 7 14 31 % среднего значения по отношению к сопротивлению для 29 дней 8,3 17,4 39,4 61,6 81,3 87,9 101,8 100,0

[0056] Согласно наблюдениям предпочтительное время отверждения составляет 14 дней.

[0057] На фигуре 2 демонстрируется облик гранулы, полученной при использовании способа настоящего изобретения. Как это можно наблюдать, от центра к кромке слои, которые образуются, являются концентрическими, представляя собой каркас для сопротивления. Как это должно быть отмечено, гранулы характеризуются очень низкой пористостью, то есть, они не поглощают воду и не растворяются при погружении. Насыпная плотность находится в диапазоне от 1800 до 2000 кг/м³.

ПРИМЕР 3 - Испытания на предел прочности при сжатии в отношении строительных бетонных растворов

[0058] Для методики формования и отверждения бетона при использовании искусственного заполнителя использовали методологию и нормативные правила, описанные в документе NBR 5738/2003. На фигуре 3 демонстрируется внешний вид строительных бетонных растворов в стандартной форме с природным заполнителем и со смесями I и III.

[0059] Строительные бетонные растворы получали стандартным образом и при различных смесях с искусственным заполнителем в соответствии с дозировками, представленными в таблице 3.

Таблица 3 - Дозировка материалов для получения стандартных строительных бетонных растворов и смешивания с искусственным заполнителем

Сырьевой материал % (масс. (при расчете на сухое вещество)) Стандарт (%) Смесь I (%) Смесь II (%) Смесь III (%) Портландцемент типа V (PCV) 16,7 15,2 18,5 18,6 Природный песок 27,8 34,3 33 32,8 Искусственный заполнитель (G₀/G₁) - 25,2 24,3 - Искусственный заполнитель (G₀₀) - - - 12,1 Природный заполнитель (G₀) 55,5 25,2 24,3 36,4 Вода (литры) 4,25 5 5,4 5,3

[0060] Испытание на сжатие строительного раствора соответствовало нормативным методологии и предписанию, описанным в документе NBR 5739/2007 - Concrete - Compression test of cylindrical specimens. Результаты по его сопротивлению по отношению к стандарту перечисляются в Таблице 4.

Таблица 4 - Предел прочности при сжатии по отношению к стандарту

Образец Предел прочности при сжатии по отношению к стандарту (%) 12 дней 17 дней 28 дней Смесь I 65,8 51,6 53,2 Смесь II 79,5 65,8 82,5 Смесь III 99,1 99,4 101,0

[0061] Сопротивление смесей, где используют искусственный заполнитель, составляет, по меньшей мере, 51,6% от сопротивления того же самого строительного раствора при использовании природного заполнителя, достигнув стандартного сопротивления.

[0062] Допускаются некоторые вариации, фокусирующиеся на объеме правовой охраны настоящего изобретения. Искусственный заполнитель настоящего изобретения имеет специальную область применения по замещению природных заполнителей в композиции бетона.

[0063] Однако, искусственный заполнитель настоящего изобретения может быть использован в большинстве разнообразных областей применения, таких как конструкционный элемент основы и подосновы для дорог, хранение хвостов в отвалах в форме гранул, а также декоративный элемент в садах и клумбах. Таким образом, подчеркивается факт отсутствия ограничений настоящего изобретения конкретными конфигурациями/вариантами осуществления, описанными выше.

Группа изобретений относится к способу производства искусственного заполнителя из хвостов от рудных отвалов. Способ производства искусственного заполнителя, включающий обеспечение песчаных хвостов от горнодобычных работ, скомпонованных в рудные отвалы и характеризующихся размером частиц в диапазоне от 0,03 до 11 мм, смешивание песчаных хвостов и вяжущего на протяжении от 30 до 60 минут вплоть до гомогенности смеси, гранулирование смеси при комнатной температуре в гранулирующей машине и отверждение гранул при комнатной температуре на протяжении периода в диапазоне от 1 до 14 дней. При этом вяжущее выбирают из товарного пуццолана или пуццолана, произведенного при использовании пустой породы от самих горнодобычных работ после ее прокаливания и смешанного с портландцементом типа V (PCV). Композиция смеси песчаных хвостов и вяжущего включает от 65 до 85 мас.% хвостов от горнодобычных работ и от 15 до 35 мас.% вяжущего. Гранулирование смеси осуществляют при комнатной температуре в гранулирующей машине при добавлении воды с распылением до влажности в диапазоне от 4 до 12%. Где время пребывания смеси в гранулирующей машине находится в диапазоне от 30 до 70 минут с учетом массы в 400 кг смеси. Причем прокаливание пустой породы проводят при использовании технологии мгновенного прокаливания в диапазоне от 750 до 950°С. Смесь прокаленной пустой породы и портландцемента типа V (PCV) характеризуется массовым соотношением от 25 до 30 мас.% прокаленной пустой породы и от 70 до 75 мас. % портландцемента типа V (PCV). Композиция бетона содержит от 15,3 до 18,6 мас.% портландцемента типа V (PCV), от 32,8 до 34,3 мас.% природного песка, от 48,5 до 50,4 мас.% искусственного заполнителя. Техническим результатом является снижение вредного воздействия на окружающую среду от горнодобычных работ. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 ил.

1. Способ производства искусственного заполнителя, включающий следующие стадии:

(а) обеспечение песчаных хвостов от горнодобычных работ, скомпонованных в рудные отвалы и характеризующихся размером частиц в диапазоне от 0,03 до 11 мм;

(b) смешивание песчаных хвостов и вяжущего, выбираемого из товарного пуццолана или пуццолана, произведенного при использовании пустой породы от самих горнодобычных работ после ее прокаливания и смешанного с портландцементом типа V (PCV), где композиция смеси песчаных хвостов и вяжущего включает от 65 до 85 мас.% хвостов от горнодобычных работ и от 15 до 35 мас.% вяжущего, на протяжении от 30 до 60 минут вплоть до гомогенности смеси;

(с) гранулирование смеси при комнатной температуре в гранулирующей машине при добавлении воды с распылением до влажности в диапазоне от 4 до 12%, где время пребывания смеси в гранулирующей машине находится в диапазоне от 30 до 70 минут с учетом массы в 400 кг смеси; и

(d) отверждение гранул при комнатной температуре на протяжении периода в диапазоне от 1 до 14 дней,

где упомянутое прокаливание пустой породы на стадии (b) проводят при использовании технологии мгновенного прокаливания в диапазоне от 750 до 950°С, и смесь прокаленной пустой породы и портландцемента типа V (PCV) характеризуется массовым соотношением от 25 до 30 мас.% прокаленной пустой породы и от 70 до 75 мас.% портландцемента типа V (PCV).

2. Способ производства искусственного заполнителя по п. 1, где на стадии «а» хвосты от горнодобычных работ содержат минералы гетит, гематит, кварц и каолинит, а необязательно гиббсит.

3. Способ производства искусственного заполнителя по п. 1, где после стадии «а» добавляют стадию высушивания песчаных хвостов в случае содержания песчаными хвостами более чем 20% влаги.

4. Способ производства искусственного заполнителя по п. 3, где высушивание песчаных хвостов является естественным или проводится во вращающейся сушилке, используемой для высушивания песка от работы речного дноуглубительного снаряда.

5. Способ производства искусственного заполнителя по п. 1, где на стадии «b» смесь производят в смесителях непрерывного действия в случае содержания песчаными хвостами менее чем 20% влаги, при этом смесители непрерывного действия обладают следующими далее предпочтительными признаками: смесительная камера с диафрагмой для подстраивания потока, центральный ротор, смесительные приспособления лопаточного типа и боковые скребки, и скорость вращения должна находиться в диапазоне от 10 до 45 об/мин.

6. Способ производства искусственного заполнителя по п. 1, где на стадии «b» смесь хвостов с вяжущим может быть получена на диске гранулятора с подстраиваемыми кромками при добавлении компонентов в одно и то же время в случае содержания песчаными хвостами, полученными на стадии «а», более чем 20% влаги.

7. Способ производства искусственного заполнителя по п. 1, где на стадии «с» гранулирующая машина имеет кромку с подстраиваемой высотой при скорости вращения в диапазоне от 10 до 25 об/мин и наклоне диска в диапазоне от 40 до 50° на протяжении периода времени в диапазоне от 30 до 70 минут.

8. Искусственный заполнитель, полученный при осуществлении способа по любому одному из пп. 1-7, где упомянутый искусственный заполнитель содержит от 65 до 85 мас.% песчаных хвостов от горнодобычных работ и от 15 до 35 мас.% вяжущего.

9. Искусственный заполнитель по п. 8, где он имеет окраску в диапазоне от розовой до темно-красной, сферический профиль, размер в диапазоне от 4,8 до 16 мм, шероховатую поверхность и диаметр, находящийся в диапазоне между гравием 0 (В0: - 12,5 мм+4,8 мм), гравием 00 (В00: - 9,5 мм+4,8 мм) или гравием В0/В1 (В0/В1: - 16 мм+9,5 мм).

10. Композиция бетона, содержащая:

от 15,3 до 18,6 мас.% портландцемента типа V (PCV);

от 32,8 до 34,3 мас.% природного песка;

от 48,5 до 50,4 мас.% искусственного заполнителя по п. 8.

11. Композиция бетона по п. 10, где она содержит природный заполнитель совместно с искусственным заполнителем, предпочтительно природный заполнитель представляет собой гравий.

12. Композиция бетона по п. 10 или 11, где уровень массового процентного содержания искусственного заполнителя разделяют между 25,2 мас.% гравия G0/G1 - G0/G1: - 16 мм+9,5 мм и 25,2 мас.% гравия 0 - G0: - 12,5 мм+4,8 мм; или 24,3 мас.% гравия В0/В1 - 16 мм+9,5 мм и 24,3 мас.% гравия 0 - G0 - 12,5 мм+4,8 мм; или 12,1 мас.% гравия 00 - G00: - 9,5 мм+4,8 мм и 36,4 мас.% гравия 0 - G0 - 12,5 мм+4,8 мм.

13. Применение искусственного заполнителя по п. 8, где его используют при изготовлении бетона, в качестве конструкционного элемента основы и подосновы для дорог, при хранении хвостов от отвалов в форме гранул или в качестве декоративного элемента для садов и клумб.