СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ВЯЖУЩЕГО НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Российский патент 2024 года по МПК C04B7/04 C04B28/02 

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

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

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.

Недостатком аналога являются низкие прочностные свойства вяжущего.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении вяжущего с повышенными прочностными свойствами.

Технический результат достигается тем, что способ получения композиционного вяжущего на основе отходов промышленности, включающий смешивание и совместный помол портландцемента и промышленного отхода, причем промышленный отход представляет собой смесь отходов ванадиевого и керамзитового производств при соотношении компонентов 2:1, при следующем соотношении компонентов вяжущего, мас. %:

- портландцемент 84,0-86,0

- указанный промышленный отход 12,0-14,0,

которую 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 промышленный отход представляет собой смесь отходов ванадиевого и керамзитового производств при соотношении компонентов 2:1, при следующем соотношении компонентов вяжущего, мас. %:

- портландцемент 84,0-86,0

- указанный промышленный отход 12,0-14,0,

которую 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 смеси, состоявшей из отходов ванадиевого и керамзитового производств при соотношении компонентов 2:1 соответсвенно в количестве 12,0-14,0 масс. %, которую 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%. Прочность на сжатие (МПа)
39,20-45,24 Прочность на сжатие (МПа)
64,2-66,8

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

Таблица 2

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, полученных экспериментальным путем, представлены в таблице 3.

Таблица 3

Вяжущее, масс. % Отходы ванадиевого производства: отходы керамзитового производства, масс. ч. Содержание компонентов, масс. % Прочность на сжатие, МПа 90 1:2 10 48,6 88 12 50,8 86 14 52,14 84 16 49,6 90 2:1* 10 58,4 88 12* 64,2* 86 14* 66,8* 84 16 59,6 90 1:1 10 47,7 88 12 49,7 86 14 51,6 84 16 48,5 * - оптимальный вариант

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 4).

Химический состав отхода ванадиевого производства представлен в таблице 5, которая опубликована в следующей статье: 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).

Химический состав отхода керамзитового производства представлен в таблице 6 (Бессмертный В.С., Минько Н.И., Дюмина П.С., Соколова О.Н., Бахмутская О.Н., Симачев А.В. Получение лицевого кирпича методом плазменной обработки с использованием сырья техногенных месторождений// Стекло и керамика, 2008, №1. С. 17-19).

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

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

Таблица 6

Химический состав отхода керамзитового производства

п.п.п./ прочее Массовое содержание, % SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ FeO CaO MgO К₂О Na₂O SO₃ 4,12 70,51 12,23 4,03 1,20 6,13 0,70 0,25 1,14 следы

Melflux 1641 представляет собой сыпучий порошок модифицированного поликарбоксилатного эфира, высушенный распылением (BASF CONSTRUCTION POLYMER ADDITIVES, September, 2009).

В процессе совместного помола происходит домалывание компонентов и механоактивация частиц смеси, состоявшей из отходов ванадиевого и керамзитового производств, 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.

Пример:

В центробежно-планетарную мельницу загружали портландцемент в количестве 86%, отход ванадиевого производства и отход керамзитового производства при соотношении 2:1 весовых частей в количестве 14 % и производили дополнительный помол смеси до удельной поверхности 6400 см²/г с добавлением суперпластификатора «Melflux 1641» сверх 100% - 0,16%.

Параметры работы центробежно-планетарной мельницы «Санд» были следующие: скорость вращения барабана 325с^-1; материал мельницы и шаров - халцедон. Размеры частиц смеси, состоявшей из отходов ванадиевого и керамзитового производств, 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.

Размер частиц отхода ванадиевого производства, отхода керамзитового производства и портландцемента влиял на прочностные характеристики конечного продукта и удельную поверхность (таблица 6).

Как видно из таблицы 7, 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.

Таблица 7

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

Дисперсность измельченных частиц исходного портландцементного клинкера, отхода ванадиевого производства, отхода керамзитового 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 62,2 МПа, что соответствует марки вяжущего материала М 500.

Изобретение относится к способам получения вяжущих и может найти применение в производстве строительных материалов и в строительстве. 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 композиционного вяжущего на основе отходов промышленности, включающий смешивание и совместный помол портландцемента и промышленного отхода, причем промышленный отход представляет собой смесь отходов ванадиевого и керамзитового производств при соотношении компонентов 2:1, при следующем соотношении компонентов вяжущего, мас.%: портландцемент - 84,0-86,0, указанный промышленный отход - 12,0-14,0, которую 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%. 7 табл.

Способ получения композиционного вяжущего на основе отходов промышленности, включающий смешивание и совместный помол портландцемента и промышленного отхода, отличающийся тем, что промышленный отход представляет собой смесь отходов ванадиевого и керамзитового производств при соотношении компонентов 2:1, при следующем соотношении компонентов вяжущего, мас.%:

- портландцемент 84,0-86,0

- указанный промышленный отход 12,0-14,0,

которую 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%.