ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2023 года по МПК C04B7/04 C04B18/04 

Изобретение относится к вяжущим материалам, которые могут быть использованы строительной промышленности, в частности при производстве цемента.

Известны вяжущие материалы, включающие различные техногенные отходы промышленности, недостатком которых являются относительно низкое качество и высокая энергоемкость их получения.

Наиболее близким по технической сущности является вяжущий материал - цемент (Патент РФ №2119897), включающий портландцементный клинкер и сульфатный компонент, состоящий из гипсового камня и ангидрита при соотношении, мас. %: гипсовый камень 30-70, ангидрит 30-70, причем сульфатный компонент содержит в качестве ангидрита отход производства фтористого алюминия - фторангидрит, а общее содержание сульфатного компонента в цементе составляет 1-4 мас. % в пересчете на SO₃.

Недостатками данного вяжущего материала являются относительно низкое качество и высокая энергоемкость его получения.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении качества при снижении энергоемкости его получения.

Технический результат достигается тем, что вяжущее включает портландцементный клинкер и сульфатный компонент, причем в качестве сульфатного компонента вводят отход ванадиевого производства в количестве 7,5-10,0 мас. % и дисперсностью 6400 см²/г.

Предложенные вяжущие материалы отличатся от прототипа тем, что в качестве сульфатного компонента вводят отход ванадиевого производства в количестве 7,5-10,0 мас. % и дисперсностью 6400 см²/г.

Совместно с портландцементным клинкером дополнительно осуществляют помол отхода ванадиевого производства, основной фазой которого является гипс, до удельной поверхности вяжущего материала 6400 см²/г с получением частиц размером 3,5-3,6 мкм.

В процессе совместного помола с помощью шаровой фарфоровой мельницы с уролитовыми шарами происходит механоактивация частиц отхода ванадиевого производства с частицами портландцементного клинкера, что приводит к протеканию твердофазных реакций за счет увеличения поверхностной и внутренней энергии всех частиц и смещения лимитирующей стадии из диффузионной области в кинетическую, а затем применение центробежно-планетарной мельницы позволяет снизить энергозатраты в 3 раза и сокращения времени помола более чем в 10 раз.

Экспериментально полученные параметры помола и механоактивации смеси представлены в таблице 1.

Таблица 1
Время помола до удельной поверхности 6400 см²/г компонентов вяжущего Наименование мельницы Время помола, час Шаровая фарфоровая мельница с уролитовыми шарами 4,0 Цетробежно-планетарная мельница 0,25

Оптимальные соотношения компонентов вяжущих материалов, полученные экспериментальным путем, представлены в таблице 2.

Таблица 2 Портландцементный клинкер, % Отход ванадиевого производства Прочность при сжатии, МПа 95,0 5,0 41,4 92,5 7,5 51,7 90,0 10,0 56,9 85,0 15,0 39,5

В качестве исходного материала брали портландцементный клинкер производства ОАО «Сребряковцемент» марки ЦЕМ II/A 42,5Н (ГОСТ 31108-2016) с удельной поверхностью 3200 см²/г следующего химического состава (таблица 3).

Таблица 3
Химический состав портландцемента CaO SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ MgO SO₃ R₂O п.п.п. 62,44 21,29 5,72 3,37 2,09 2,83 1,21 1,10

Химический состав отхода ванадиевого производства представлен в таблице 4 (Бессмертный В.С., Здоренко Н.М., Черкасов А.В., Варфоломеева С.В., Бондаренко М.А., Макаров А.В., Платов Ю.Т., Платова Р.А. Возможность использования в технологии стеновой керамики отходов ванадиевого производства // Стекло и керамика. 2022. Т. 95, № 7. С. 43 - 50).

Таблица 4
Химический состав отхода ванадиевого производства п.п.п./ прочее Массовое содержание, % SiO₂ Al₂O₃ CaO MgO V₂O5 Mn₂O₃ SO₃ 1,13/0,06 3,22 0,41 36,93 5,03 2,81 17,39 33,02

Пример 1:

Параметры работы центробежно-планетарной мельницы «Санд» были следующие: скорость вращения барабана 325с^-1; материал мельницы и шаров - халцедон. В центробежно-планетарную мельницу загружали портландцемент и отход ванадиевого производства при соотношении 9:1 весовых частей и производили дополнительный помол смеси до удельной поверхности 6400 см²/г. Размеры частиц отхода ванадиевого производства и портландцементного клинкера составляли 3,4-3,6 мкм. Время помола составляло 15 минут.

Смесь извлекали и формовали образцы в виде кубиков 30х30х30 мм при водоцементном соотношении (В/Ц) 0,23. После твердения на воздухе в течение 24 часов кубики извлекали из формы и подвергали тепловлажностной обработке в пропарочной камере LOIP в течение 6 часов при температуре 85°С., а затем осуществлялось твердение образцов на воздухе в течении 28 суток.

В качестве пластифицирующей добавки использовали суперпластификатор «Melflux 1641», который добавляли в смесь сверх 100% - 0,16%.

Размер частиц отхода ванадиевого производства и портландцемента влиял на прочностные характеристики конечного продукта и удельную поверхность (таблица 5).

Таблица 5
Влияние времени помола на удельную поверхность и размер частиц № Время помола, мин Удельная поверхность, см²/г Размер частиц, мкм 1. 7 5800 Более 10 2. 10 6200 5,0-7,0 3. 15* 6400* 3,5-3,6* 4. 20 6450 3,4

^{•- оптимальные параметры}

Как видно из таблицы 5, оптимальное время помола составляло 15 минут. При увеличении времени помола до 20 минут удельная поверхность увеличивалась незначительно, а энергозатраты на помол увеличивались на 25%. При времени помола 10 минут - удельная поверхность по сравнению с оптимальными параметрами, снижалась до 6200 мм²/г, а средний размер частиц лежал в пределах 5,0-7,0 мкм, что существенно снижало марочность вяжущего материала менее марки вяжущего материала М400.

Дисперсность измельченных частиц исходного портландцементного клинкера, отхода ванадиевого производства и смеси после дополнительного помола определяли на лазерном анализаторе размеров частиц ANALYSETTE 22 Nano Tecplus. Прочность на сжатие кубиков проводили на гидравлическом прессе ПМГ-100 МГ4. Средняя прочность пяти образцов составляла 56,9 МПа, что соответствует марки вяжущего материала М 500.

Пример 2:

Готовили смесь портландцементного клинкера и отхода ванадиевого производства по примеру 1 при содержании 92,5 мас. % и 7,5мас. % соответственно. Формовали образцы и испытывали на прочность по примеру 1.

Прочность на сжатие кубиков составляла 51,7 МПа, что соответствует марки вяжущего материала М 500.

При увеличении в смеси отхода ванадиевого производства более 10% марочность вяжущего материала ниже марки М 400.

Таким образом, оптимальное содержание отхода ванадиевого производства в вяжущем материале лежит в пределах 7,5-10,0%.

Изобретение относится к вяжущим материалам, которые могут быть использованы в строительной промышленности, в частности при производстве цемента. Технический результат заключается в повышении физико-механических свойств при снижении энергоемкости его получения. Вяжущее включает портландцементный клинкер и сульфатный компонент, причем в качестве сульфатного компонента вводят отход ванадиевого производства в количестве 7,5-10,0 мас. % и дисперсностью 6400 см²/г. 5 табл.

Вяжущее, включающее портландцементный клинкер и сульфатный компонент, отличающееся тем, что в качестве сульфатного компонента вводят отход ванадиевого производства в количестве 7,5- 10,0 мас. % и дисперсностью 6400 см²/ г.