ВЯЖУЩЕЕ НА ОСНОВЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2024 года по МПК C04B7/04 C04B18/04 

Изобретение относится к вяжущим материалам на основе промышленных отходов, которые могут быть использованы в цементной и строительной промышленности.

Известны вяжущие материалы, включающие различные техногенные отходы промышленности, недостатком которых являются относительно низкое качество конечного продукта [«Вяжущее», патент РФ № 1031934 C04B7/35, опубл. 30.07.1983].

Наиболее близким по технической сущности принятым за прототип является вяжущий материал – цемент [«Цемент», патент РФ №2119897 C04B 7/04(2006.01), C04B 28/04, опубл. 10.10.1998], 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.

Недостатком данного вяжущего материала является его низкое качество.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении качества вяжущего материала на основе промышленных отходов.

Это достигается тем, что вяжущий материал включает портландцементный клинкер и промышленные отходы, и отличается тем, что в качестве промышленных отходов вводят смесь отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых Курской магнитной аномалии при соотношении 1:1 и дисперсностью каждого компонента 6400 см²/ г, при следующем массовом соотношении, %: портландцементный клинкер – 88,0-90,0 мас.%; промышленные отходы – 10-12 мас. %.

Предложенный вяжущий материал отличатся от прототипа тем, что вместо сульфатного компонента вводят смесь отходов ванадиевого производства и обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии дисперсностью каждый 6400 см²/г в соотношении 1:1.

Оптимальные соотношения компонентов вяжущих материалов, полученные экспериментальным путем, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Портландцементный клинкер, % Содержание отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, % Соотношение отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, весовые части Прочность при сжатии, МПа 92,0
90,0
88,0
86,0 8,0
10,0
12,0
14,0 0,5:1 41,6
43,7
47,2
45,2 92,0
90,0*
88,0*
86,0 8,0
10,0*
12,0*
14,0 1:1* 54,8
59,2*
57,9*
53,8 92,0
90,0
88,0
86,0 8,0
10,0
12,0
14,0 1:0,5 39,1
44,3
42,1
38,7

* - оптимальный вариант

В качестве исходного материала брали, например, портландцементный клинкер производства ОАО «Сребряковцемент» марки ЦЕМ II/A 42,5Н (ГОСТ 31108-2016) с удельной поверхностью 3200 см²/г следующего химического состава (таблица 2).

Таблица 2

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 1,05

Химический состав отхода ванадиевого производства представлен в таблице 3 [Возможность использования в технологии стеновой керамики отходов ванадиевого производства / Бессмертный В.С. и др. // Стекло и керамика. 2022. Т. 95, № 7. С. 43–50].

Таблица 3

Химический состав отхода ванадиевого производства

Массовое содержание, % SiO₂ Al₂O₃ CaO MgO V₂O5 Mn₂O₃ SO₃ п.п.п. 3,22 0,41 36,93 5,03 2,81 17,39 33,02 1,19

Химический состав отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (массовое содержание, %): Fe₂О₃ – 4,06; FeO – 9,45; SiO₂ – 72,74; Al₂O₃ – 2,52; CaO – 3,12; MgO – 5,84; S – 0,21; P – 0,16; K₂O – 0,65; Na₂O – 0,98; TiO₂ – 0,27. [Плазменная технология получения стекломикрошариков на основе отходов обогащения железистых кварцитов КМА /Бессмертный В.С. и др. // Стекло и керамика, 2021. №7. С. 17-28.].

Производили совместный помол портландцементного клинкера и смеси отходов ванадиевого производства и обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии в центробежно-планетарной мельнице до удельной поверхности 6400 см²/г с получением частиц размером 3,5-3,6 мкм.

Смесь извлекали и формовали образцы в виде кубиков 30х30х30 мм при водоцементном соотношении (В/Ц) 0,24. 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 85ºС., 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%.

Дисперсность измельченных частиц исходного портландцементного клинкера и отходов ванадиевого производства и обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии после помола определяли на лазерном анализаторе размеров частиц ANALYSETTE 22 NanoTecplus. Прочность на сжатие кубиков проводили на гидравлическом прессе ПМГ-100 МГ4. Прочность на сжатие определяли как среднюю прочность пяти образцов, которая составляла 59,2 МПа.

Готовили смесь, включающую портландцементный клинкер в количестве 88,0-90,0мас.%, отход ванадиевого производства и отход обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии при соотношении 1:1 весовых частей соответственно в количестве 10-12 мас,% и осуществляли совместный помол до удельной поверхности 6400 см²/г. Формовали образцы и испытывали на прочность.

Средняя прочность на сжатие кубиков составляла 57,9 МПа, что соответствует марки вяжущего материала М 500.

При увеличении в смеси отходов ванадиевого производства и обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии более 12% марочность вяжущего материала падает и становитсяниже марки М 400.

Таким образом, оптимальное содержание отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых отходов Курской магнитной аномалиипри соотношении 1:1 массовых частей в цементележит в пределах 10,0-12,0%.

Изобретение относится к вяжущему материалу на основе промышленных отходов, которое может быть использовано в цементной и строительной промышленности. Технический результат заключается в повышении физико-механических свойств. Вяжущее включает портландцементный клинкер и промышленные отходы, при этом в качестве промышленных отходов вводят смесь отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии при соотношении 1:1 и дисперсностью каждого компонента 6400 см²/г, при следующем соотношении, мас.%: портландцементный клинкер – 88,0-90,0; промышленные отходы – 10-12. 3 табл.

Вяжущее на основе промышленных отходов, включающее портландцементный клинкер и промышленные отходы, отличающееся тем, что в качестве промышленных отходов вводят смесь отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии при соотношении 1:1 и дисперсностью каждого компонента 6400 см²/г, при следующем соотношении, мас.%:

портландцементный клинкер – 88,0-90,0;

промышленные отходы – 10-12.