СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО Российский патент 2024 года по МПК C04B7/52 C04B18/04 

Изобретение относится к способам получения вяжущих и может найти применение в производстве строительных материалов и в строительстве.

Известен ряд способов получения вяжущих, включающий усреднение и совместный помол основного компонента с различными техногенными отходами промышленности, недостатком которых являются низкие прочностные свойства вяжущего и высокая энергоемкость его получения.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения цемента [Патент РФ №2497767], включающий смешивание и совместный помол портландцементного клинкера с гипсом и активной минеральной алюминий-кремнийсодержащей добавкой, в качестве активной минеральной добавки используют техногенные термообработанные алюминий-кремнийсодержащие отходы переработки минерального сырья в виде золы- уноса ТЭС от сжигания углей, термообработанной при 950-1050°С и/или в виде золы терриконов - горелой породы шахтных отвалов угольных месторождений, термообработанной при 600-850°С, которые подают на смешивание в количестве 5-25% от веса клинкера.

Недостатками аналога являются низкие прочностные свойства вяжущего и высокая энергоемкость его получения.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении вяжущего с повышенными прочностными свойствами при снижении энергоемкости при его получении.

Технический результат достигается тем, что способ получения вяжущего включает смешивание и совместный помол портландцемента и промышленного отхода, причем в качестве промышленного отхода используется отход ванадиевого производства в количестве 7,5-10,0 мас.%, который домалывают совместно с портландцементом до удельной поверхности 6400 см²/г с получением частиц размером 3,4-3,6 мкм с добавлением суперпластификатора Melflux 1641 сверх 100% - 0,16%.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что в качестве промышленного отхода используется отход ванадиевого производства в количестве 7,5-10,0 мас.%, который домалывают совместно с портландцементом до удельной поверхности 6400 см²/г с получением частиц размером 3,4-3,6 мкм с добавлением суперпластификатора Melflux 1641 сверх 100% - 0,16%.

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.

Таблица 1

Известный способ –
Патент РФ №2497767
«Способ получения цемента» Предлагаемый способ Смешивание и совместный помол портландцементного клинкера с гипсом с добавлением добавки в виде техногенных термообработанных алюминий-кремнийсодержащих отходов переработки минерального сырья в виде золы- уноса ТЭС от сжигания углей, термообработанной при 950-1050°С и/или в виде золы терриконов - горелой породы шахтных отвалов угольных месторождений, термообработанной при 600-850°С, которые подают на смешивание в количестве 5-25% от веса клинкера. Смешение и совместный помол портландцемента и отхода ванадиевого производства в количестве
7,5-10,0 масс % до удельной поверхности 6400 см²/г с получением частиц размером
3,4-3,6 мкм с добавлением суперпластификатора Melflux 1641
сверх 100% - 0,16%. Прочность на сжатие (МПа)
45,24 Прочность на сжатие (МПа)
56,9

В процессе совместного помола происходит домалывание компонентов и механоактивация частиц отхода ванадиеваго производства с частицами портландцемента с добавлением суперпластификатора Melflux 1641, что приводит к протеканию твердофазных реакций за счет увеличения поверхностной и внутренней энергии всех частиц и смещения лимитирующей стадии из диффузионной области в кинетическую, что ускоряет процесс аморфизации кристаллических фаз, а при затворении водой увеличивает количество гидратных фаз на 10-15% и повышает качество конечного продукта при снижении времени помола в 7 раз, уменьшая энергоемкость получения вяжущего. Кроме того, для ускорения технологического процесса, снижения энергозатрат в 2-3 раза и сокращения времени помола более чем в 10 раз с целью механоактивации частиц необходимо использовать из целого ряда помольного оборудования – планетарные мельницы.

Экспериментально полученные параметры помола и механоактивации смеси представлены в таблице 2.

Таблица 2

Время помола компонентов вяжущего до удельной поверхности 6400 см²/г

№
п/п Наименование мельницы Время помола, час Шаровая фарфоровая мельница с уролитовыми шарами 4,0 Центробежно-планетарная мельница 0,25

Оптимальные соотношения компонентов вяжущих материалов, полученные экспериментальным путем, представлены в таблице 3.

Таблица 3

Оптимальные соотношения компонентов вяжущих материалов

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

Пример 1

В качестве исходного материала брали цемент производства ОАО «Сребряковцемент» марки ЦЕМ II/A 42,5Н по ГОСТ 31108-2016 следующего химического состава (таблица 4).

Таблица 4

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

Таблица 5

Химический состав отхода ванадиевого производства

Химический состав отхода ванадиевого производства

Содержание оксидов, % CaO SO₃ Mn₂O₃ MgO SiO₂ V₂O₅ Al₂O₃ ППП Прочее 36,93 33,02 17,39 5,03 3,22 2,81 0,41 1,13 0,06

Пример 1

Брали 9 весовых частей портландцемента и 1 часть отхода ванадиевого производства. Смесь помещали в центробежно-планетарную мельницу «Санд». Параметры работы центробежно-планетарной мельницы были следующие: скорость вращения барабана 325с^-1; материал мельницы и шаров – халцедон. Размеры частиц отхода ванадиевого производства и портландцемента составляли 3,4-3,6 мкм. Время домалывания составляло 15 минут. 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.

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 6).

Таблица 6

Влияние времени помола на удельную поверхность и размер частиц

№ Время помола, мин Удельная поверхность, см²/г Размер частиц, мкм 7 5800 Более 10 10 6200 5,0-7,0 15 6400 3,5-3,6 20 6450 3,4

Как видно из таблицы 6, 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 оптимальным вариантом снижалась до 6200 см²/г, а средний размер частиц лежал в пределах 5,0-7,0 мкм, что существенно снижало марочность вяжущего- менее марки М400.

Дисперсность измельченных частиц исходного портландцемента, отхода ванадиевого производства и смеси после домалывания определяли на лазерном анализаторе размеров частиц ANALYSETTE 22 NanoTecplus. Прочность на сжатие кубиков проводили на гидравлическом прессе ПМГ-100 МГ4. Средняя прочность пяти образцов составляла 56,9 МПа, что соответствовало марки цемента М 500.

Пример 2

Готовили смесь портландцемента и отхода ванадиевого производства по примеру 1 при соотношении портландцемента 92,7 мас.% и отхода ванадиевого производства 7,5 мас.%

Формовали образцы и испытывали на прочность по примеру 1.

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

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

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

Изобретение относится к способу получения вяжущих и может найти применение в производстве строительных материалов и в строительстве. Технический результат заключается в получении вяжущего с повышенными прочностными свойствами при снижении энергоемкости при его получении. Способ получения вяжущего включает смешивание и совместный помол портландцемента и промышленного отхода, причем в качестве промышленного отхода используется отход ванадиевого производства в количестве 7,5-10,0 мас.%, который домалывают совместно с портландцементом до удельной поверхности 6400 см²/г с получением частиц размером 3,4-3,6 мкм с добавлением суперпластификатора Melflux 1641 сверх 100% - 0,16%. 6 табл.

Способ получения вяжущего, включающий смешивание и совместный помол портландцемента и промышленного отхода, отличающийся тем, что в качестве промышленного отхода используется отход ванадиевого производства в количестве 7,5-10,0 мас.%, который домалывают совместно с портландцементом до удельной поверхности 6400 см²/г с получением частиц размером 3,4-3,6 мкм с добавлением суперпластификатора Melflux 1641 сверх 100% - 0,16%.