СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО НА ОСНОВЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2024 года по МПК C04B7/153 C04B7/52 

Описание патента на изобретение RU2814671C1

Изобретение относится к способу получения вяжущих материалов на основе промышленных отходов, которые могут быть использованы в цементной и строительной промышленности.

Известны способы получения вяжущего материала, способ получения вяжущего на основе портландцемента и пыли электрофильтров ферросплавного производства, недостатками которого являются относительно низкое качество конечного продукта и высокая энергоемкость их получения [«Вяжущее», патент РФ № 1031934 C04B7/35;опубл. 30.07.1983].

Наиболее близким по технической сущности принятым за прототипом является способ получения вяжущего материала - описанный в [«Цемент», патент РФ №2119897 C04B 7/04(2006.01), C04B 28/04, опубл. 10.10.1998], включающий способ получения вяжущего путем использования отхода производства фтористого алюминия - фторангидрита, который получают в результате взаимодействия плавиковошпатового (флюоритового) концентрата с 98,5%-ной серной кислотой. Для нейтрализации остатков серной кислоты полученный продукт обрабатывали кальцийсодержащим веществом, в качестве которого использовали технологическую пыль с электрофильтров, установленных в системе газоочистки портландцементного клинкера. Фторангидрит измельчали до размера частиц 20 мм, смешивали с предварительно размолотым и высушенным гипсовым камнем и подавали в цементную мельницу для совместного помола с портландцементным клинкером.

Недостатками данного способа получения вяжущего материала являются высокая энергоемкость его получения и низкое качество конечного продукта.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении энергоемкости, сокращении времени помола вяжущего и увеличении качества конечного продукта.

Это достигается тем, что способ получения вяжущего на основе промышленных отходов, включает помол портландцементного клинкера и промышленных отходов, при этом в качестве промышленных отходов используют отход ванадиевого производства, содержащий, мас. %: SiO2 3,22; Al2O3 0,41; CaO 36,93; MgO 5,03; V2O5 2,81; Mn2O3 17,39; SO3 33,02; потери при прокаливании 1,19, и отход обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, содержащий, мас.%: 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, смешивают указанные отходы ванадиевого производства и обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии в соотношении массовых частей 1:1 в течение 0,20 часа, добавляют 88-90 мас.% портландцементного клинкера и производят совместный помол смеси в центробежно-планетарной мельнице в течение 0,25 часа до удельной поверхности 6400 см2/г.

Готовили сырьевую смесь, состоящую из отходов ванадиевого производства и отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии в соотношении массовых частей 1:1. Затем добавляли портландцементный клинкер и измельчали до удельной поверхности 6400 см2/г.

Параметры работы центробежно-планетарной мельницы «Санд» были следующие: скорость вращения барабана 325с-1; материал мельницы и шаров - халцедон. В центробежно-планетарную мельницу загружали портландцемент 90,0 мас. %, отход ванадиевого производства и отход обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии при соотношении 1:1массовых частей в количестве 10,0 мас. % и производили помол смеси до удельной поверхности 6400 см2/г. Размеры частиц отхода ванадиевого производства, отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и портландцементного клинкера составляли 3,5-3,6 мкм. Оптимальное время помола составляло 15 минут.

В процессе совместного помола происходит механоактивация частиц отхода ванадиевого производства и частиц отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии 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. Механоактивированные частицы отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии имеют в своем составе оксиды и гидроксиды железа, которые являются центрами кристаллизации при затворении цемента и обеспечивают высокие прочностные показатели конечного продукта. Применение центробежно-планетарной мельницы позволяет снизить энергозатраты в 3 раза и сокращения времени помола более чем в 10 раз. Совместное использование отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии при соотношении 1:1 массовых частей в количестве 10-12 мас.% приводит к существенному повышению прочности.

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, ч Шаровая фарфоровая мельница с уролитовыми шарами 4,0 Цетробежно-планетарная мельница 0,25

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%.

Размер частиц отхода ванадиевого производства, отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и портландцемента влиял на прочностные характеристики конечного продукта и удельную поверхность (таблица 2).

Таблица 2

Влияние времени помола на удельную поверхность и размер частиц

Время помола, мин Удельная поверхность, см2 Размер частиц, мкм 1. 7 5800 Более 10 2. 10 6200 5,0-7,0 3. 15* 6400* 3,5-3,6* 4. 20 6550 3,4-3-5 * - оптимальные параметры

Как видно из таблицы 2, 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 боя силикатного кирпича 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.

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

Таблица 3

Портландцементный клинкер,
мас. %
Содержание смеси отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, мас. % Соотношение отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, массовые части Прочность при сжатии, МПа
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

Характеристики используемых компонентов:

1. Портландцементный клинкерпроизводства ОАО «Сребряковцемент» марки ЦЕМ II/A 42,5Н (ГОСТ 31108-2016) с удельной поверхностью 3200 см2/г следующего химического состава (таблица 4).

Таблица 4

Химический состав портландцемента, мас. %

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

2. Отход ванадиевого производства, химический состав отхода которого представлен в таблице 5 [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 5

Химический состав отхода ванадиевого производства

Мас. % 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

3. Отход обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, следующего химического состава (мас. %): 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].

Пример:

Готовили смесь, состоящую из портландцементного клинкера в количестве 8,8 кг смеси отходов ванадиевого производства и отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии при соотношении 1:1 массовых частей соответственно в количестве 1,2 кг. Полученную смесь помещали в центробежно-планетарную мельницу и производили 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.

Похожие патенты RU2814671C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ 2023
  • Бессмертный Василий Степанович
  • Бондаренко Марина Алексеевна
  • Пучка Олег Владимирович
  • Пучка Евгений Олегович
  • Дороганов Владимир Анатольевич
  • Черкасов Андрей Викторович
  • Воронцов Виктор Михайлович
  • Варфоломеева Софья Владимировна
RU2821085C1
ВЯЖУЩЕЕ НА ОСНОВЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ 2023
  • Бессмертный Василий Степанович
  • Лесовик Валерий Станиславович
  • Бондаренко Марина Алексеевна
  • Черкасов Андрей Викторович
  • Воронцов Виктор Михайлович
  • Пучка Олег Владимирович
  • Матюхин Павел Владимирович
  • Дороганов Владимир Анатольевич
  • Анфалова Евгения Борисовна
RU2811119C1
КОМПОЗИЦИОННОЕ ВЯЖУЩЕЕ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ 2023
  • Бессмертный Василий Степанович
  • Бондаренко Марина Алексеевна
  • Пучка Олег Владимирович
  • Пучка Евгений Олегович
  • Варфоломеева Софья Владимировна
  • Черкасов Андрей Викторович
  • Воронцов Виктор Михайлович
RU2814449C1
КОМПОЗИЦИОННОЕ ВЯЖУЩЕЕ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ 2023
  • Бессмертный Василий Степанович
  • Бондаренко Марина Алексеевна
  • Пучка Олег Владимирович
  • Пучка Евгений Олегович
  • Варфоломеева Софья Владимировна
  • Черкасов Андрей Викторович
  • Воронцов Виктор Михайлович
RU2814438C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА 2023
  • Бессмертный Василий Степанович
  • Здоренко Наталья Михайловна
  • Макаров Алексей Владимирович
  • Онищук Виктор Иванович
  • Варфоломеева Софья Владимировна
  • Анфалова Евгения Борисовна
  • Гокова Екатерина Николаевна
RU2813085C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ 2023
  • Бессмертный Василий Степанович
  • Бондаренко Марина Алексеевна
  • Пучка Олег Владимирович
  • Анфалова Евгения Борисовна
  • Гокова Екатерина Николаевна
  • Варфоломеева Софья Владимировна
  • Чернышева Елена Владимировна
  • Дороганов Владимир Анатольевич
RU2814674C1
ВЯЖУЩЕЕ 2023
  • Бессмертный Василий Степанович
  • Здоренко Наталья Михайловна
  • Бондаренко Марина Алексеевна
  • Черкасов Андрей Викторович
  • Макаров Алексей Владимирович
  • Воронцов Виктор Михайлович
RU2810352C1
КОМПОЗИЦИОННОЕ ВЯЖУЩЕЕ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ 2023
  • Бессмертный Василий Степанович
  • Бондаренко Марина Алексеевна
  • Пучка Олег Владимирович
  • Анфалова Евгения Борисовна
  • Гокова Екатерина Николаевна
  • Варфоломеева Софья Владимировна
  • Чернышева Елена Владимировна
  • Дороганов Владимир Анатольевич
RU2811125C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО МАТЕРИАЛА 2023
  • Бессмертный Василий Степанович
  • Здоренко Наталья Михайловна
  • Макаров Алексей Владимирович
  • Онищук Виктор Иванович
  • Варфоломеева Софья Владимировна
  • Анфалова Евгения Борисовна
  • Гокова Екатерина Николаевна
  • Киселева Марта Александровна
RU2815130C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ВЯЖУЩЕГО НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2023
  • Бессмертный Василий Степанович
  • Здоренко Наталья Михайловна
  • Макаров Алексей Владимирович
  • Онищук Виктор Иванович
  • Варфоломеева Софья Владимировна
  • Анфалова Евгения Борисовна
  • Гокова Екатерина Николаевна
  • Киселева Марта Александровна
RU2820103C1

Реферат патента 2024 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО НА ОСНОВЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к способу получения вяжущего на основе промышленных отходов, которое может быть использовано в цементной и строительной промышленности. Технический результат - снижение энергоемкости, сокращение времени помола вяжущего и повышение качества конечного продукта. Способ получения вяжущего на основе промышленных отходов включает помол портландцементного клинкера и промышленных отходов. В качестве промышленных отходов используют отход ванадиевого производства, содержащий, мас.%: SiO2 3,22; Al2O3 0,41; CaO 36,93; MgO 5,03; V2O5 2,81; Mn2O3 17,39; SO3 33,02; потери при прокаливании 1,19, и отход обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, содержащий, мас.%: 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. Указанные отход ванадиевого производства и отход обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии смешивают в соотношении массовых частей 1:1 в течение 0,20 ч, добавляют 88-90 мас.% портландцементного клинкера и производят совместный помол смеси в центробежно-планетарной мельнице в течение 0,25 ч до удельной поверхности 6400 см2/г. 5 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 814 671 C1

Способ получения вяжущего на основе промышленных отходов, включающий помол портландцементного клинкера и промышленных отходов, отличающийся тем, что в качестве промышленных отходов используют отход ванадиевого производства, содержащий, мас.%: SiO2 3,22; Al2O3 0,41; CaO 36,93; MgO 5,03; V2O5 2,81; Mn2O3 17,39; SO3 33,02; потери при прокаливании 1,19, и отход обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, содержащий, мас.%: 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, смешивают указанные отходы ванадиевого производства и обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии в соотношении массовых частей 1:1 в течение 0,20 ч, добавляют 88-90 мас.% портландцементного клинкера и производят совместный помол смеси в центробежно-планетарной мельнице в течение 0,25 ч до удельной поверхности 6400 см2/г.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2024 года RU2814671C1

ЦЕМЕНТ 1998
  • Осипов А.А.
  • Чащин С.О.
  • Широков В.И.
RU2119897C1
Бетонная смесь 2001
  • Гулев Л.П.
  • Ельников В.Н.
  • Ермолович Е.А.
  • Сухарев А.А.
  • Томаев В.К.
  • Шок И.А.
RU2220120C2
Сырьевая смесь для получения портландцементного клинкера 1979
  • Пащенко Александр Александрович
  • Лукашевич Нина Васильевна
  • Лысюк Алла Григорьевна
  • Мясникова Елена Александровна
  • Сербин Владимир Петрович
SU783262A1
СОСТАВ ЗАКЛАДОЧНОЙ СМЕСИ 2010
  • Ермолович Елена Ахмедовна
RU2430238C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА 2022
  • Бессмертный Василий Степанович
  • Воронцов Виктор Михайлович
  • Бондаренко Марина Алексеевна
  • Пучка Олег Владимирович
  • Черкасов Андрей Викторович
  • Бурлаков Николай Михайлович
  • Макаров Алексей Владимирович
  • Бондаренко Светлана Николаевна
RU2788232C1
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА 0
SU243693A1
РУСИНА В.В
Минеральные вяжущие вещества на основе многотоннажных промышленных отходов, Учебное пособие, Братск, ГОУ ВПО "БрГУ", 2007, с
Пишущая машина 1922
  • Блок-Блох Г.К.
SU37A1
БЕССМЕРТНЫЙ В.С
и др
Возможность

RU 2 814 671 C1

Авторы

Бессмертный Василий Степанович

Лесовик Валерий Станиславович

Бондаренко Марина Алексеевна

Черкасов Андрей Викторович

Воронцов Виктор Михайлович

Пучка Олег Владимирович

Матюхин Павел Владимирович

Дороганов Владимир Анатольевич

Анфалова Евгения Борисовна

Даты

2024-03-04Публикация

2023-07-12Подача