Способ получения железоокисных пигментов из отходов сталепроволочно-канатного производства Российский патент 2024 года по МПК C09C1/24 C22B7/00 C04B18/14 C04B14/00 C01G49/02 

Заявляемое изобретение относится к способам получения неорганических пигментов из отходов сталепроволочно-канатного производства и может быть использовано преимущественно в строительной промышленности при изготовлении пигментов для окрашивания строительных материалов, таких как мелкоштучные изделия в виде бетонных тротуарных плит или брусчатки и бордюрных камней, а также лаков, красок и других.

Известен способ получения железоокисного пигмента, включающий гидротермальную обработку отходов металлургических цехов, отмывку полученного продукта, сушку и сбор готовой продукции (патент РФ №2057154, МПК С09С1/24, опубл. 27.03.1996).

Недостатками известного способа являются значительная трудоемкость и сложность процесса при недостаточном качестве готового пигмента.

Известен способ получения пигмента путем приготовления рабочего раствора из железосодержащего сырья, его обезвоживания, модифицирования, сушки и диспергирования. При этом в качестве железосодержащего сырья используют железосодержащий концентрат, получаемый на металлургических комбинатах в процессе термической переработки отработанных травильных сернокислотных и (или) солянокислотных растворов, который подвергают репульпации водой до концентрации железосодержащего концентрата 300-350 г/куб. дм, окисляют соли двухвалентного железа до трехвалентного бертолетовой солью в кислой среде при pH 2,5-4 и нейтрализуют белитом порошкообразным техническим до pH 5,5-6 и после фильтрации пасту модифицируют смолой меламинформальдегидной в количестве 2-6% от массы пигмента в пересчете на сухую массу (патент РФ №2090582, МПК С09С1/22, С09С1/24, опубл. 20.09.1997).

Недостатком способа является сложная многостадийная технология, требующая много дополнительных компонентов, а также массовая доля хлоридов (0,35%), в некоторых составах превышающая допустимые значения для применения в бетонах и растворах. При этом у данного пигмента высокий показатель укрывистости, который составил 10-15 г/м².

Наиболее близким является способ получения пигментов, при котором железооксидный шлам, являющийся отходом водоочистки, сушат, прокаливают и измельчают. При этом, прокаливание осуществляют путем постепенного нагрева высушенного железооксидного шлама или до температуры 600°С для получения шоколадно-коричневого цвета пигмента, или до температуры 800°С для получения ярко-красного цвета пигмента, или до температуры 1050°С для получения черного цвета пигмента. Изобретение позволяет утилизировать отходы станций водоподготовки с получением железооксидных пигментов для цветных бетонов, тротуарной плитки, грунтовок, эмалей, красок (патент РФ №2471836, МПК С09С 1/24, опубл. 10.01.2013).

Недостатком способа является сложная многостадийная технология, требующая дополнительных энергозатрат при прокаливании до температур 600-1050°С, а также значительное снижение показателей прочности при использовании до 3% пигмента в цементных растворах и бетонах.

Задачей изобретения является получение железоокисных пигментов повышенного качества, а также расширение ассортимента пигментов.

Техническим результатом является пигмент, обеспечивающий повышение прочности цементных растворов и бетонов.

Технический результат достигается тем, что в способе получения железоокисных пигментов из отходов сталепроволочно-канатного производства, при котором отход сушат и измельчают, при этом перед измельчением отход в течение 5-10 минут перемешивают с водой в равных массовых соотношениях, полученную массу перемешивают в течение 5-7 минут с 5% масс. раствором бикарбоната натрия, при массовом соотношении отхода сталепроволочно-канатного производства : NaHCO₃ = 1:0,05 и промывают под напором воды, а измельчение осуществляют одновременно с сушкой при 200°С.

Железоокисные пигменты получают на основе отхода сталепроволочно-канатного производства, содержащего, масс. %: Fe₂O₃ - 69,9%, CaО - 11,2%, Cl - 10,86%, SiO₂ - 3,89%, Al₂O₃ - 1,02% и другие - 3,13%. Согласно ГОСТ Р 56585-2015 «Пигменты для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия», общее содержание хлоридов в пигменте не должно быть более 1,0% массы пигмента для неармированных бетонов и не более 0,1% для армированных бетонов. При этом показатели прочности растворных и бетонных образцов при регулировании цветовой гаммы путем различной дозировки не должны снижаться, что расширяет ассортимент применяемых пигментов.

Примеры реализации способа получения железоокисных пигментов из отходов сталепроволочно-канатного производства

Пример 1. Исходный материал - отход сталепроволочно-канатного производства в виде кека с влажностью около 50% масс. поступает в приемный бункер для утилизируемых отходов, откуда подается в смеситель (миксер) для нейтрализации хлористых соединений, в котором в течение 5 минут перемешивается с таким же количеством воды (массовое соотношение отхода сталепроволочно-канатного производства : вода = 1:1). После перемешивания в полученную массу вводится 5% масс. раствор бикарбоната натрия (сода) - NaHCO₃ для нейтрализации хлористых соединений, при массовом соотношении отхода сталепроволочно-канатного производства в виде кека с влажностью около 50% масс. : NaHCO₃ = 1:0,05. Полученную массу перемешивают в течение 7 минут. Происходит активная реакция нейтрализации и образуется вязкая «кефирообразная» масса, которая поступает в промывочный аппарат, где происходит ее промывка под напором воды для удаления соединений кальция в виде свободного оксида, негативно влияющего на цвет пигмента и его прочностные характеристики. Полученный после промывки шлам одновременно сушат и измельчают в шаровой мельнице, в которую подается теплоноситель с температурой 200°С.

Готовый пигмент коричневого цвета можно применять для окрашивания строительных материалов.

Пример 2. Осуществляется аналогичнко примеру 1 при условии перемешивания отхода с водой в течение 10 минут и перемешивания полученной массы с 5% масс. раствором бикарбоната натрия в течение 5 минут. Готовый пигмент коричневого цвета можно применять для окрашивания строительных материалов.

При необходимости получения различных оттенков вплоть до красного цвета полученный пигмент коричневого цвета можно прокаливать в печи. Прокаливание осуществляют путем постепенного нагрева высушенного железооксидного шлама до температуры 500°С для получения красного цвета пигмента или до температуры 750°С для получения темно-фиолетового цвета пигмента. После остывания в печи материал поступает в шаровую мельницу для тонкого помола продукта.

Готовый пигмент с размерами частиц до 3-4 мкм фасуется в металлическую или стеклянную тару, а также в специальные герметичные мешки из полимерных материалов.

Получаемый по предлагаемому способу пигмент из отходов сталепроволочно-канатного производства по содержанию хлоридов удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 56585-2015. Также в соответствии с указанным ГОСТ Р 56585-2015 были проведены испытания пигмента на соответствие его технической и технологической совместимости для применения в бетонах и растворах.

Установлено, что начало схватывания цемента с пигментом не менее 60 минут, что удовлетворяет требованиям указанного нормативного документа. Показатель укрывистости пигмента составил 7-10 г/м².

Для применения полученного пигмента в строительных растворах и бетонах были проведены испытания различных составов с добавкой полученного пигмента и определены показатели прочности при сжатии.

Для испытаний коричневого пигмента использовался контрольный состав без применения полученного пигмента, а также составы с различным содержанием пигмента в массовых процентах по отношению к расходу цемента и по массе.

Составы испытуемых растворных образцов и их прочностные характеристики представлены в таблице.

Таблица Состав № Цемент, г Песок, г Вода, г Пластификатор СП-3, г Полученный пигмент,
% масс. / г Прочность на сжатие, МПа 1 500 1500 240 3,5 0 40,8 2 500 1500 240 3,5 1 / 5 43,3 3 500 1500 240 3,5 3 / 15 44,4 4 500 1500 240 3,5 5/ 25 43,6 5 500 1500 240 3,5 10 / 50 40,9

Анализ испытаний после затвердевания образцов показал, что наибольший прирост прочности при сжатии наблюдался у состава №3, у которого прочность увеличилась на 8% по отношению к прочности контрольного состава №1 без применения пигмента. Во всех остальных составах прочность также была выше прочности контрольного состава без использования полученного пигмента.

Содержание оксидов железа в полученном пигменте способствует при определенных дозировках сохранению механической прочности цементных растворов, что свидетельствует о применимости пигмента для окрашивания цементных растворов и бетонов.

Таким образом, способ получения железоокисных пигментов из отходов сталепроволочно-канатного производства, при котором отход в течение 5-10 минут перемешивают с водой в равных массовых соотношениях, полученную массу перемешивают в течение 5-7 минут с 5% масс. раствором бикарбоната натрия, при массовом соотношении отхода сталепроволочно-канатного производства : NaHCO₃ = 1:0,05 и промывают под напором воды, а затем одновременно сушат и измельчают, при этом перед измельчением отход измельчение осуществляют при 200°С, позволяет получать пигмент, обеспечивающий повышение прочности цементных растворов и бетонов.

Изобретение относится к получению неорганических пигментов из отходов сталепроволочно-канатного производства и может быть использовано преимущественно в строительной промышленности при изготовлении пигментов для окрашивания строительных материалов, таких как мелкоштучные изделия в виде бетонных тротуарных плит или брусчатки и бордюрных камней, а также лаков, красок и других. Способ получения железоокисных пигментов из отходов сталепроволочно-канатного производства включает сушку и измельчение отходов. Перед измельчением отходы в течение 5-10 мин перемешивают с водой в равных массовых соотношениях. Полученную массу перемешивают в течение 5-7 мин с 5 мас.% раствором бикарбоната натрия при массовом соотношении отхода сталепроволочно-канатного производства : NaHCO₃ = 1:0,05 и промывают под напором воды. Измельчение осуществляют одновременно с сушкой при 200°С. Обеспечивается получение пигмента, повышающего прочность цементных растворов и бетонов. 1 табл., 2 пр.

Способ получения железоокисных пигментов из отходов сталепроволочно-канатного производства, включающий сушку и измельчение отходов, отличающийся тем, что перед измельчением отходы в течение 5-10 мин перемешивают с водой в равных массовых соотношениях, полученную массу перемешивают в течение 5-7 мин с 5 мас.% раствором бикарбоната натрия при массовом соотношении отхода сталепроволочно-канатного производства : NaHCO₃ = 1:0,05 и промывают под напором воды, а измельчение осуществляют одновременно с сушкой при 200°С.