Способ получения добавки к цементу

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) j,/

ОПИСЛНИК HSOEiPETEHNR

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3432092/29-33 (22) 03.05.82 (46) 30.11.83. Бюл. М 44 (72) A.Ê.Çàïoëüñêèé, А.М.Дмитриев, Т.В.Кузнецова, Б.Э.)0дович, И.И.Дешко, Н,А.Павлова, Г.С.йамеко, О.А.Бродко, С.И.Иващенко, Г,И.Агафонов, П.В.Гласов и В.A.Õðàì÷èxèí (71) Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского АН УССР .и Всесоюзный государственный научноисследовательский институт цементной промышленности (53) 666.92(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССРlt 560852, кл. С 04 В 7/54, 1977 °

2, Авторское свидетельство СССР

N 622778, кл. С 04 В 7/38, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке h 2887787/33, кл. С 04 В 7/54, 27.02.80 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДОБАВКИ

К ЦЕМЕНТУ из нефелинового концентрата путем сульфатирования сульфатом или гидросульфатом двухвалентного железа, или серной кислотой, или их смесью, о т л и ч а ю щ и " с я тем, что, с целью упрощения способа повышения прочности цемента, процесс сульфатирования осуществляют в две стадии, причем на первой стадии нефелиновый концентрат обрабатывают

10-253-ной серной кислотой при 2090 С и выщелачивьют при 70-100 С водой, а на второй стадии полученный глиноземный остаток сульфатируют при 10-100 С, затем увлажяяют до о

40-453 и гранулируют при 160-200 С, 2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что раствор после выщелачивания сульфатированного нефелинового концентрата упаривают и подвергают дробной кристаллизации.

1 1

Изобретение относится к производству вяжущих материалов, преимущественно к способу получения добавок к цементу, повышающие его прочность и регулирующие другие стро-. ительно-технические свойства.

Известен способ получения добавки к цементу путем сульфатирования глиноземсодержащего сырья кипящей концентрированной кислотой (1) .

Недостатки этого способа заключа- ются в большом расходе дефицитной серной кислоты, в высокой температуре обработки 300-330 С и соотношении жидкое--твердое (Ж:Т) более 2, что обусловливает значительные затраты энергии на нагрев кислоты и сгущение полученной сульфатной массы. Спекание кислых суспензий при повышенной температуре приводит к значительным потерям серной кислоты . с дымовыми газами и требует очистки последних для предотвращения загряз" нения окружающей среды. Наличие в добавке примеси свободной серной; кислоты ухудшает условия работы оборудования и обслуживающего персонала при введении добавки в цемент или бетонную смесь.

Известен также способ получения добавки к цементу путем сульфатирования глинозеисодержащего материала, например водных алюмосиликатов, в суспензии с серной кислотой и последующей термообработки"при 200-400 С в,течение 3-4 ч (21.

Этому способу присущи те же недостатки, что и вышеописанному.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является спо об получения добавки к цементу из чефелинового концентрата путем сульфатирования сульфатом или гидросульфатом двухвалентного железа, или серной кислотой или их смесью (3)

Сущность этого способа состоит в том, что глиноэемсодержащий материал подвергают дегидратирующему обжигу и смешивают при 300-500 С с сульфатом и/или гидросульфатом двухвалентного железа, серной кислотой или их смесью в количестве от 0,1 до 1,5 моль SOg íà 1 моль Alg0ga глиноземсодержащем материале. Полученную реакционную смесь охлаждают естественным путем или с применением холодильников.

Недостатком известного способа является наличие термической опера057456 2 разом.

° 45 15 мин, Маточный раствор отфильтровывают,упаривают и иэ него кристаллизуют. сульфаты калия и натрия с содержанием 983 основного вещества. Глиноэемистый остаток состава,3: Si0 46,2;

50 .

А1г 0531е33;FG2033,571SOg 5,76;.

К О 5,28;Naz0 4,5; примеси 3.,3б,смешивают с 0,46 кг сульфата двухвалентного железа при комнатнои температуре.

Перемешивание осуществляют в шнековом смесителе в течение 0,5 ч. Полученную массу смешивают с 0,2 кг воды и затеи подвергают грануляционной сушке при 160 C. Получают добавку следующего химического состава, 5

35 ции - дегидратирующего обжига глиноземсодержащего сырья, что приводит к большому расходу тепла и усложнению аппаратурного оформления. Если глиноэемсодержащим сырьем являются нефелины, то в добавку попадают щелочные металлы, что не позволяют достичь максимального эффекта в повышении прочности при введении добавки в цемент, с одной .стороны, и приводит к потере полезных компонентов сырья (щелочных металлов),с другой стороны.

Цель изобретения - упрощение способа повышения прочности цемента, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения добавки к цементу из нефелинового концентрата путем сульфатирования сульфатом или гидросульфатом двухвалентного железа или серной. кислотой или их смесью, процесс сульфатирования .осуществляют в две стадии, причем на первой стадии нефелиновый концентрат обрабатывают 10-253-ной серной кислотой при 20-90 С и выщелачивают при 70-100 С водой, а на второй стадии полученный глиноземистый остаток сульфатируют при 10-200С, затем увлажняют до 40-45/,. и гранулируют при 160-200 С.

Кроме того, раствор после выщелачивания сульфатированногонефелинового концентрата упаривают и подвергают дробной кристаллизации.

Способ осуществляют следующим обНефелиновый концентрат в количестве 1 кг смешивают с 0,2 кг серной кислоты концентрацией 204 при 2ООС..

Реакционную массу перемешивают в течение 15 мин, а затеи выщелачивают водой при соотношении Ж:Т = 4. Дли-, тельность перемешивания составляет

3 1057456 мас.3: А1 0 21,3 S10 31,6; Ре 0 20,3;

S0q 22,1; прймеси 4,2. ц

Для обоснования граничных значе: ний концентрации серной кислоты, ее (. дозировки, температуры сульфатиэа- 5 т ции нефелинового концентрата и водного выщелачивания реакционной смеси проведены опыты по выявлению зависимости степени. извлечения калия и натрия от этих параметров. 10

Результаты опытов представлены в табл.1 и 2..

Данные табл.1 свидетельст.вуют о том, что наибольшее извлечение калия и натрия достигается при 10-253- 15 ной концентрации серной кислоты.

Таблица 1

Сульфатизация нефелинового конентрата при 20-90 С дает практически одинаковую степень из влече ни я натрия

72-754) и калия (65,) Повышение емпературы выше 90ОС приводит к снижению извлечения этих компонентов вследствие образования алюмокалиевых и алюмонатриевых квасцов, которые гидролизуются при водном выщелачивании и с образованием нерастворимых соединений.

Граничные значения температуры выщелачивания 70-100 С сульфатов као лия и натрия водой из реакционной смеси обусловливаются их высокой растворимостью при этих температурах.

Увлажнение реакционной смеси до р5-503 необходимо для того, чтобы материал стал жидкоподвижным. Гранич20 ные значения влажности определяются текучестью пульпы. Температура грануляционного спекания продукта была установлена при получении крента в аппарате кипящего слоя. Нйже

25 160 С продукт не гранулируется. П0до нимать температуру выше 2000С экономически нецелесообразно.

8се параметры первой стадии сульфатизации (температуры процесса, доg0 зировки и концентрации серной кислоты, температуры выщелачивания) выбраны по максимальной степени извлечения щелочных металлов,что равнозначно наилучшему качеству добавки,так как

35 присутствие щелочей в цементах отрицательно сказывается на их прочностных характеристиках (табл.3).

Так как глиноземистый концентрат обладает высокой реакционной способностью, длительность его сульфатизации обусловливается временем пребывания реагентов в реакторе, обеспечивающим.полноту взаимодействия.

Таблица 3 тепень извлечения, Ж йа 20 К20

Концентрация серной кисло ты, ", 47,4

60,7

62,9

?5,5

65,8

72,8

65,3

74,1

65,3

15,0

41,9

66,5

Йыбор дозировки серной кислоты, равный 1001 .от стехиометрии, определялся максимальным извлечением калия и натрия и минимальн 1м 40 ем алюминия и железа (табл.2).

Таблица 2

Дозировка серной кислоты,4

Температу ,ра сульфа тиэации, Степень. извлечения, 3

Na<0 К20 Al<0 Ге20

Прочность при сжатии кгс/см

2 по ГОСТ 310-76 через, сут.

1 3 7 28

568

573

570

582

54,9 36,6 1,06 1,69

90 63,8 41,2 1,42 1,56

100 75,0 65,3 1,88 2,69

110 76,2 67,6 3,65 4,56

120 77,2 68,4 3,84 4,56

10 115 245 430

30 1? 0 243 434

60 118 240 434

100 129 252 435

3 1057456 б

Состав цемента,Ф: добавка 5; гипс Фатов калия и натрия, во-вторых,улуч5; клинкер 90. шением качества добавки (ее прочност" ных свойств) за счет сведения до уровПрименение двух стадий сульфатиза . ня примесей содержания в ней щелочей. ции обусловлено, во-первых, повышени-.: 5 Увеличение прочности цемента с уменьем экономичности способа путем полу- шением содержания в добавке щелочей чения ценных попутных продуктов-суль" представлено в табл,4..Таблица 4

Состав цемента,мас.4

Прочность при сжатии кгс/см по ГОСТ 310-76 через сут

В/Ц

Добавка

Добав- Клинка кер

Г Т1

Полученная по прототипу

0,38 104 215

0,38 115 234

352 484

405 542

90

Полученная после. 1 стадии сульфи/глинозем, конц. 5

412 523

0,38 107 225

2К О + йа20 -9,784

Полученная после Я,. ст 5

0,38 120 243

434 573

gR<0<4 2 т

Таким образом, приготовление пред- процесс и лагаемой добавки, позволяет упростить мента ° увеличить прочность цеСоставитель А.Кулабухова

Редактор А. Власенко Техред M.Костик Корректор В.Гирняк

Заказ 9468/27, Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4