Сырьевая смесь для производства легкого заполнителя бетонов (пенозола)


 


Владельцы патента RU 2479518:

Учреждение Российской академии наук Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения РАН (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к технологии производства легких заполнителей бетонов. Техническим результатом изобретения является снижение температуры прокаливания и обжига заполнителя. Сырьевая смесь для производства легкого заполнителя бетонов содержит золу-унос от сжигания каменных углей на ТЭС и ТЭЦ, глину, неабразивный шлам карбида кремния и щебеночные отсевы магматической породы, измельченной до размера зерен менее 100 мкм, содержащей альбит, и/или кислый плагиоклаз, и/или калиевый полевой шпат, при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола-унос от сжигания каменных углей - 52,5-68,5; глина - 20-25; отсевы магматической породы - 10-20; неабразивный шлам карбида кремния - 1,5-2,5. 2 пр., 3 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к легким заполнителям бетонов, изготовленным из зол-уноса от сжигания каменных углей на ТЭС и ТЭЦ. В настоящее время в России по СНиП 23-02-03 требуется применять для строительства стеновые материалы с низкой теплопроводностью. Долговечным и негорючим теплоизоляционным материалом является пеностекло, но его производство по традиционной технологии обходится дорого. В описываемом изобретении предлагается сырьевая смесь (шихта) для производства дешевого материала типа гранулированного пеностекла из широко распространенных промышленных отходов - зол-уноса от сжигания каменных углей на ТЭС и ТЭЦ, которые могут служить эффективным заполнителем для легких бетонов с пониженной теплопроводностью. По аналогии с пеностеклом предлагается назвать легкий заполнитель бетонов, сырьевая смесь для производства которого описана в изобретении, пенозолом, так как он производится из зол-уноса, а его структура близка к ячеистой структуре пеностекла.

Как известно [1], в России ежегодно образуется свыше 100 млн т золошлаковых отходов. Еще в 1995 г. в нашей стране было заскладировано 1,5 млрд т таких отходов, для хранения которых было занято 35 тысяч га земли, причем 70-80% золошлаковых отходов представлено золами-уноса, которые особенно опасны для окружающей среды из-за своей тонкой дисперсности. Утилизация хотя бы части годового выхода золы-уноса для производства легких заполнителей бетонов позволила бы изготавливать из таких бетонов однослойные стеновые панели для крупнопанельного и сборно-монолитного домостроения, легкие бетонные блоки для малоэтажного строительства, удовлетворяющие требованиям СНиП 23-02-03, что способствовало бы успешному выполнению Государственной программы «Доступное жилье», а также улучшило бы экологическую обстановку в районах расположения крупных ТЭС и ТЭЦ, работающих на каменном угле.

По своему содержанию изобретение относится к направлению рациональное природопользование, которое было утверждено Указом №899 Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 г. как одно из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в РФ. Изобретение хорошо соответствует критической технологии №19 «Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения» из перечня критических технологий РФ, утвержденных этим Указом.

Уровень техники

Имеется много работ, в которых описываются заполнители для бетонов из зол и шлаков ТЭС и ТЭЦ и способы их производства. До введения в действие СНиП 23-02-03 было широко распространено производство аглопоритового гравия с насыпной плотностью 500-800 кг/м3 [2]. Такая высокая плотность не позволяет использовать аглопорит в современном строительстве для изготовления стеновых материалов как не удовлетворяющий требованиям СНиП 23-02-03. В статье [3] описан легкий заполнитель бетонов из зол от сжигания каменных углей на ТЭС и способ его производства. Золы плавят в течение 1 часа при температуре 1500-1550°С, а затем полученный расплав сливают в воду, после чего измельчают до удельной поверхности 2000-2500 см2/г. К этому измельченному грануляту добавляют глинистую связку в количестве 10%, из полученной шихты формуют сырцовые гранулы, которые снова обжигают для их вспучивания при температуре 1170-1230°С. Полученный пористый материал имеет объемную массу 0,31-0,90 г/см3 в зависимости от температуры обжига и состава золы.

В патенте SU 1164219 [4] описана сырьевая смесь для изготовления пористого заполнителя из стекла, полученного плавлением шихты из 47-77 массовых частей золы и 20-40 массовых частей известняка. Это стекло измельчают, добавляют 5-10 массовых частей глины и 1-3 массовых частей кокса, а затем гранулируют. Эти гранулы вспучивают при температуре 1000°С. Полученный заполнитель имеет насыпную плотность 195 кг/м3, прочность при сдавливании в цилиндре 1,12 МПа. Описанный в патенте RU 2052400 [5] пористый стекломатериал высокого качества с широкой областью применения получен из зол бурых углей КАТЭКа. Для изготовления пористого стекломатериала с насыпной плотностью 150 кг/м3 золошлаковые отходы плавят при температуре 1350-1450°С в течение 2,5 ч, а затем расплав охлаждают отливом в воду, что приводит к мгновенному вспениванию расплава. Полученный пористый стекломатериал дробят до нужной крупности, для упрочения пор нагревают до температуры 850°С, а затем снова охлаждают. Недостатком описанных материалов является большая энергоемкость способа их получения, обусловленная плавлением золы при высоких температурах, охлаждением этого расплава, а затем повторным нагреванием охлажденного стеклогранулята для получения пористых материалов или их упрочения.

Сырьевая смесь для легкого заполнителя, описанная в патенте SU 814950 [6], содержит 75-85 мас.% золы, 0,0015-0,005 мас.% фенола, 0,225-0,625 мас.% формальдегида и воды. Недостатком этой сырьевой смеси является использование в ее составе экологически вредных веществ - фенола и формальдегида.

В патенте SU 945137 [7] предложен заполнитель из золы-уноса, при получении которого зола-унос смачивалась раствором сульфитно-дрожжевой или сульфитно-спиртовой бражки плотностью 1,06 г/см3, гранулировалась и сушилась при 200°С. Высушенные гранулы тонко измельчались, этот порошок перемешивался, смачивался раствором тех же бражек с плотностью 1,04 г/см3 и снова гранулировался. Гранулы сушились до остаточной влажности 5 мас.%, а затем обжигались. При таком двукратном приготовлении гранул насыпная плотность заполнителя уменьшалась до 287-347 кг/м3 по сравнению с 434-518 кг/м3 при однократном гранулировании. Описанный способ сложней и энергоемок, что обусловлено двукратным гранулированием и двукратной сушкой гранул, а также необходимостью тонкого измельчения сырцовых гранул, полученных на первом этапе технологического процесса.

Распространенным приемом изготовления легких заполнителей бетонов из зол и шлаков от сжигания углей является добавка в сырьевую смесь (шихту) значительных количеств жидкого стекла. Так, в патенте SU 1335544 [8] предложена сырьевая смесь для изготовления гранулированного пеностекла, состоящая из 40-54% золы, 32-60% жидкого стекла и 12,4-14,23% оксида лантаноида. Из этой шихты при температуре вспенивания 175-180°С и температуре упрочения 800-830°С получены гранулы пеностекла с объемной массой 0,3-0,5 г/см3. В патенте RU 2148043 [9] описана сырьевая смесь и предложен способ получения безобжигового легкого заполнителя из 25,7-27,6% золы-уноса от сжигания углей Канско-Ачинского бассейна, 64,5-68,9% жидкого стекла и 3,5-9,8% отсева кристаллического кремния, который является отходом производства. Из этой шихты формовались гранулы, термообработку которых проводили при 120-150°С в течение 1 часа. В статье [10] описан способ производства гранулированного заполнителя для бетонов из золы гидроудаления завода по производству ферросилиция в г. Новокузнецке, шлака от сжигания угля Кузнецкого бассейна в котельной и жидкого стекла. Сырцовые гранулы не сушили вообще или сушили в течение 2 или 48 часов, а затем вспучивали при температурах от 300 до 800°С. Плотность вспученных гранул составляла от 0,32 до 1,35 г/см3 в зависимости от длительности сушки, температуры вспучивания и состава сырьевой смеси. Преимуществом описанных легких заполнителей бетонов из шихты с добавкой жидкого стекла является способ их получения при низкой температуре вспучивания или упрочения их гранул. Однако это достоинство перекрывается высоким расходом дорогостоящего жидкого стекла, количество которого иногда превышает долю золы в сырьевой смеси. Кроме того, легкие заполнители с высоким содержанием жидкого стекла могут вызвать разрушение бетонных изделий на их основе в связи с взаимодействием активного кремнезема заполнителя со щелочами цемента [11].

В патенте RU 2408559 [12] описана шихта для производства пористого заполнителя для бетонов, состоящая из 62-72% монтмориллонитовой глины, 10-20% золы ТЭС, 5-6% угля, 6-10% доломита и 1-2% жидкого стекла. Такой заполнитель представляет собой керамзит с добавкой золы ТЭС. Однако монтмориллонитовые глины имеются не во всех районах России.

В патенте US 4741782 [13] описан легкий заполнитель бетонов из сырьевой смеси, содержащей 60% золы-уноса от сжигания каменных или бурых углей, 1-25% цемента и 1-10% наполнителя из тонкозернистых промышленных отходов или горных пород с высоким содержанием кремнезема. Из этой смеси формовались гранулы, причем во время гранулирования добавляли 1-18% воды и от 0 до 3% ускорителей химических реакций, представляющих собой поверхностно-активные вещества из группы сульфатов, карбонатов, нитратов и алюминатов. Гранулы обжигались при температуре не более 150°С в атмосфере воздуха. Недостатком является использование цемента, расход которого максимален при изготовлении заполнителя из золы-уноса от сжигания каменных углей, что удорожает изготовление такого заполнителя. Кроме того, использование в смеси разнообразных ингредиентов сильно усложняет производство. Большим достоинством данного способа получения легких заполнителей бетонов является низкая температура обжига.

В заявке на патент RU 2008120779 [14] описан легкий гранулированный заполнитель для бетонов, полученный из сырьевой смеси, содержащей 1-10% цемента, 0-35% золы-уноса, 20-85% обожженной глины, 10-40% золы материалов растительного происхождения и 0-1% других добавок. Однако небольшое содержание в смеси золы-уноса не обеспечивает ее масштабную утилизацию. Преобладает обожженная глина, которая должна обладать пуццолановыми свойствами или может быть представлена отходами от производства керамзита или кирпича. Значительные требования предъявляются к золе материалов растительного происхождения, которая должна представлять собой или содержать древесную золу, полученную из свежесрубленной древесины или бывшей в употреблении слабо нагруженной древесины.

В заявке на патент JP 6437446 [15] описан легковесный материал, изготовленный из гранулированной каменноугольной золы, смешанной с гранулятом отходов стекла, и способ его изготовления. Эту сырьевую смесь обжигают при 900-1200°С и получают из нее материал с плотностью 1 г/см3. Недостатком является значительная плотность полученных материалов, а также необходимость использовать отходы стекла, которые являются дефицитным материалом, так как обычно используются стекольными заводами в собственном производстве.

Сырьевая смесь для изготовления легкого заполнителя, описанная в патенте SU 1198036 [16], состоит из 23-45% золы ТЭС, 43-67% вулканического пепла и 10-12% щелочи. Из этой смеси обжигом при температуре 850-970°С получен заполнитель легких бетонов с насыпной плотностью 310-380 кг/м3 и прочностью при сдавливании в цилиндре 1,32-1,70 МПа. К сожалению, месторождение вулканического пепла на территории России разведано только в Магаданской области. Кроме того, использование щелочи в данной сырьевой смеси требует особых мер безопасности при производстве заполнителя, а также увеличивает его себестоимость.

В патенте RU 2153476 [17] предложена сырьевая смесь для производства «керамзита», содержащая 75-90 мас.% тугоплавкой золы электростанций и 10-25 мас.% технологической добавки, представляющей собой пластификатор флюсующий газовыделяющий в виде гомогенной коллоидной суспензии из трех ингредиентов со следующими содержаниями в пересчете на сухую массу, мас.%: торф - 20, суглинки - 20 и известняковые отсевы щебеночного производства - 60. Для изготовления технологической добавки перечисленные ингредиенты перерабатывают совместно с водой в центробежном турбулизаторе до получения гомогенной коллоидной суспензии. Из предложенной сырьевой смеси получен «керамзит» с плотностью в куске 0,54-0,82 г/см3 и прочностью 2,8-2,97 МПа. Недостатком этой сырьевой смеси является сложность приготовления и сохранения технологической добавки, так как такая гомогенная коллоидная смесь неизбежно будет расслаиваться в течение короткого времени. Полученный из этой сырьевой смеси «керамзит» имеет значительную плотность, поэтому неясна возможность использования его для изготовления стеновых материалов, удовлетворяющих своей теплопроводностью требованиям СНиП 23-02-03. Название «керамзит» для описанного легкого заполнителя бетонов является неудачным, так как заявленная смесь содержит очень мало суглинка.

Пористый заполнитель, описанный в патенте RU 2023703 [18], произведен из зол-уноса ТЭС, отсевов камнедробления или плохо вспучивающихся глин, сульфитно-спиртовой барды с добавкой 0,3-2,0 мас.% отсевов засыпки печей обжига и графитации электродного производства, предварительно прокаленных в окислительной среде до содержания свободного углерода не более 5 мас.%, а затем измельченных до крупности не более 0,07 мм. Изготовленные сырцовые гранулы сушат при температуре 900°С и обжигают при температуре 1240°С в течение 10 мин. Полученный пористый заполнитель имел насыпную плотность 250-290 кг/м3, прочность при сдавливании в цилиндре 0,85-1,5 МПа. Предварительное прокаливание и тонкое измельчение отсевов засыпки печей обжига и графитации электродного производства усложняют способ производства пористого заполнителя, кроме того, способ характеризуется высокой энергоемкостью, вызванной необходимостью сушить и обжигать сырцовые гранулы.

Наиболее близким аналогом для заявляемого изобретения является патент RU 2107668 [19], в котором описана сырьевая смесь и способ ее производства для получения искусственного пористого легкого заполнителя бетонов на основе зол ТЭС и бентонитовых глин с добавкой в качестве газообразующего компонента 3-5% непрокаленных измельченных отсевов засыпки печей обжига электродов или возвратной шихты графитации электродного производства. Из этой смеси формуют гранулы, их сушат, прокаливают при 900°С и обжигают при 1280°С. При этом обжиге карбид кремния, входящий в состав газообразующего компонента, разлагается с выделением углекислого газа, который вспучивает частично расплавленный материал гранул. Полученный легкий заполнитель имеет насыпную плотность 255-400 кг/м3 и прочность при сдавливании в цилиндре 0,5-1,0 МПа и по своему качеству превосходит требования, предъявляемые ГОСТ 9757-90 к керамзиту.

Недостатком известного решения является высокая энергоемкость производства: гранулы заполнителя прокаливают при 900°С и обжигаются при 1280°С, тогда как стандартные печи для производства керамзита рассчитаны на температуру обжига не более 1250°С.

Задача изобретения

Задача изобретения состоит в разработке такого состава сырьевой смеси для изготовления легких заполнителей бетонов из зол-уноса от сжигания каменных углей на ТЭЦ и ТЭС, который обеспечит снижение температуры прокаливания и обжига гранул заполнителей и этим уменьшение энергоемкости производства таких заполнителей.

Раскрытие изобретения

Поставленная задача решается за счет того, что сырьевая смесь для производства легких заполнителей бетонов, содержащая золу-уноса от сжигания каменных углей ТЭС и ТЭЦ, глину и газообразующий компонент, содержащий карбид кремния, дополнительно включает измельченные до размера зерен менее 100 мкм щебеночные отсевы магматической породы, содержащей альбит, и/или кислый плагиоклаз, и/или калиевый, в качестве газообразующего компонента используют неабразивный шлам карбида кремния. При этом сырьевая смесь имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: зола-унос от сжигания каменных углей - 52,5-68,5; глина - 20-25; щебеночный отсев магматической породы - 10-20, неабразивный шлам карбида кремния - 1,5-2,5.

Обоснование заявляемого состава сырьевой смеси

Экспериментально установлено, что щебеночные отсевы магматической породы должны быть измельчены до размера зерен менее 100 мкм, так как при крупности зерна 140-160 мкм насыпная плотность полученного заполнителя увеличивается до 500 кг/м3. Измельчение щебеночных отсевов до размера зерен менее 70 мкм существенно не улучшает качество заполнителя. При этом в качестве газообразующего компонента используется мелкозернистый неабразивный шлам карбида кремния, размер зерен которого не превышает размер зерен измельченных щебеночных отсевов. Также экспериментально установлено, что при содержании в сырьевой смеси глины менее 20 мас.%, прочность сырцовых гранул заполнителя оказывается недостаточной, а содержание глины свыше 25% не улучшает качество пористого заполнителя, но вызывает уменьшение утилизации золы-уноса. При уменьшении содержания измельченного щебеночного отсева магматической породы менее 10 мас.% возрастает температура обжига гранул заполнителя до 1240-1250°С, а повышение содержания этого компонента свыше 20% увеличивает расходы на его измельчение, но не улучшает существенно характеристики заполнителя. При увеличении содержания в сырьевой смеси неабразивного шлама карбида кремния свыше 2,5 мас.% снижается прочность заполнителя за счет увеличения пор в нем, а уменьшение содержания этого компонента менее 1,5 мас.% приводит к возрастанию насыпной плотности заполнителя до 500-600 кг/м3.

Для получения легкого заполнителя бетонов к описанной сырьевой смеси добавляют 16-17 мас.% воды от ее веса и из получившейся массы пластическим способом формуют сырцовые гранулы заполнителя в виде цилиндров диаметром 8 мм и высотой 12 мм, которые сушат до постоянного веса при температуре 105°С, а затем прокаливают при температуре 700°С в течение 30 мин. Такое прокаливание представляет собой термоподготовку гранул, в результате которой из гранул выжигаются кусочки несгоревшего угля, присутствующие в золе-уноса. После прокаливания гранулы обжигают при температуре 1180-1200°С в течение 7-10 мин для их вспенивания. Вспененные гранулы приобретают пористую структуру, в некоторых образцах близкую к ячеистой структуре пеностекла. Они имеют насыпную плотность 300-450 кг/м3, прочность при сдавливании в цилиндре 1,1-1,8 МПа и являются эффективными заполнителями для легких бетонов. Увеличение температуры обжига гранул до 1210-1220°С в течение 5-7 мин приводило к оплавлению корки гранул и увеличению размеров пор в них, что вызывало снижение прочности гранул. Уменьшение температуры обжига гранул до 1160-1170°С в течение 10-15 мин вызывало увеличение насыпной плотности гранул до 500-550 кг/м3.

Как видно из приведенных данных, добавка к известному составу сырьевой смеси для производства пористых заполнителей легких бетонов [19] тонкоизмельченных щебеночных отсевов магматических пород приводит к снижению на 200°С температуры прокаливания гранул и уменьшает на 80-100°С оптимальную температуру обжига гранул заполнителей легких бетонов. Это значительно уменьшает затраты энергии на производство таких заполнителей из заявляемого состава сырьевой смеси.

Золы-уноса от сжигания каменных углей на ТЭЦ и ТЭС состоят в основном из кварца, муллита и магнетита [1]. Из диаграмм состояния силикатных систем известно [20], что муллит в присутствии кварца образует низкоплавкие эвтектики с калиевым полевым шпатом (температура плавления 985°С), с альбитом (температура плавления 1050°С) и анортитом (температура плавления 1345°С). Если принять, что температура плавления эвтектики муллит-плагиоклаз-кварц увеличивается прямо пропорционально содержанию анортита в плагиоклазе, то для смеси кварц-муллит-кислый плагиоклаз с содержанием анортита не более 30% температура эвтектического плавления будет 1140°С. Таким образом, добавка к золе-уноса магматических пород, содержащих калиевый полевой шпат, и/или кислый плагиоклаз, и/или альбит, значительно понижает температуру начала плавления такой сырьевой смеси за счет перечисленных низкоплавких эвтектик. Это снижение очень важно для производства заполнителей легких бетонов из зол-уноса, так как вспенивание гранул таких заполнителей происходит лишь при частичном плавлении гранул во время их обжига, когда появившийся расплав приводит материал гранул в пиропластическое состояние и ускоряет разложение карбида кремния, являющегося газообразователем, что сопровождается выделением углекислого газа, вспенивающего пиропластический материал гранул. Без эвтектических добавок минералов магматических пород золы-уноса от сжигания каменных углей приходят в пиропластическое состояние лишь при температурах 1200-1600°С [21], которые по ГОСТ 2057-94 называются «температурой полусферы», так как при нагревании до нее цилиндрический образец золы превращается в каплю, принимая форму полусферы, но еще не растекается.

Примеры изготовления гранул легких бетонов заполнителей - пентозита - из предлагаемой сырьевой смеси

Пример 1. К сырьевой смеси, состоящей из 52,5 мас.% золы-уноса от сжигания каменных углей Кузнецкого бассейна на Новосибирской ТЭЦ-5 с размером частиц 20-120 мкм, 25 мас.% глины Новоникольского месторождения в Новосибирской области, 2,5 мас.% шлама неабразивного карбида кремния, являющегося побочным продуктом производства ОАО «Волжский абразивный завод», добавляют 20 мас.% мелкозернистой части щебеночных отсевов субвулканических кварцевых трахитов (местное название - «альбитофиры»), которые разрабатываются в карьерах около поселка Горный Новосибирской области. Предварительно эти отсевы измельчают до размера зерен менее 100 мкм. Размер зерен неабразивного шлама карбида кремния в соотвествии с ТУ 2-036-022-0937.005-90 имеет размер зерен в 60% массы, не превышающий 63 мкм. Химические анализы золы-уноса ТЭЦ-5, глины Новоникольского месторождения и щебеночных отсевов кварцевых трахитов приведены в таблице 1, а в таблице 2 показан минеральный состав золы-уноса и трахитов, рассчитанный по их химическим анализам. Из таблицы 2 видно, что зола-уноса Новосибирской ТЭЦ содержит 29 мас.% муллита, а в составе кварцевых трахитов имеется 44 мас.% кислого плагиоклаза с содержанием 10 мас.% анортита и 20% калиевого полевого шпата. Из-за эвтектического плавления смеси муллита золы-уноса с кислым плагиоклазом и калиевым полевым шпатом кварцевых трахитов сырьевая смесь из золы-уноса и кварцевых трахитов имеет температуру частичного плавления с переходом в пиропластическое состояние, гораздо более низкую, чем «температура полусферы» для углей Кузбасса, которая составляет 1270°С.

Полученную сырьевую смесь тщательно перемешивают и увлажняют до 16-17%. Затем из нее готовят пластическим способом сырцовые гранулы, которые сушат при температуре 105°С до постоянного веса, прокаливают при температуре 700°С 30 мин, а потом обжигают для вспенивания при температуре от 1180 до 1200°С в течение 7 и 10 мин. После обжига были получены пористые гранулы легкого заполнителя с насыпной плотностью 300-420 кг/м3 и прочностью при сдавливании в цилиндре 1,1-1,7 МПа.

Пример 2. К сырьевой смеси из 68,5 мас.% золы-уноса от сжигания каменных углей Кузнецкого бассейна на Новосибирской ТЭЦ-5 с размером частиц 20-120 мкм, 20 мас.% глины Новоникольского месторождения в Новосибирской области, 1,5 мас.% шлама неабразивного карбида кремния, добавляют 10 мас.% мелкозернистой части щебеночных отсевов субвулканических кварцевых трахитов из карьера около поселка Горный Новосибирской области, измельченных до размера зерен менее 100 мкм. Из этой смеси изготавливают сырцовые гранулы заполнителя по той же методике, что и в примере 1, которые затем сушат, прокаливают и обжигают для вспенивания аналогично примеру 1. После обжига были получены пористые гранулы легкого заполнителя с насыпной плотностью 330-450 кг/м3 и прочностью при сдавливании в цилиндре 1,4-1,8 МПа.

В таблице 3 приведены примеры изготовления гранул легких заполнителей бетонов при различных составах сырьевой смеси.

Магматические породы, содержащие калиевый полевой шпат, кислый плагиоклаз, альбит или перечисленные минералы вместе, широко распространены в природе, поэтому они часто разрабатываются для производства щебня. Они представлены гранитами, гранодиоритами, плагиогранитами, сиенитами, кварцевыми диоритами, дацитами, риолитами и трахитами [22]. Мелкозернистая часть щебеночных отсевов таких пород размером менее 140-160 мкм, а также каменная пыль, образующаяся при их дроблении, представляют собой экологически опасные отходы производства щебня, количество которых достигает 5% от добытой горной массы. Так как в России ежегодно выпускается около 150 млн м3 щебня [23], количество таких мелкозернистых отходов щебеночного производства составляет 7-8 млн м3. Утилизация этих отходов в смеси с золой-уносом для производства пеностекольных заполнителей легких бетонов значительно улучшила бы экологическую обстановку в районах расположения крупных щебеночных карьеров и дробильно-сортировочных заводов.

Таблица 1
Химические анализы компонентов сырьевой смеси
Компоненты Содержание оксидов в массовых процентах
SiO2 TiO2 Al2O3 2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 П.п.п. Сумма
Зола-унос ТЭЦ-5
59,3 0,99 20,4 6,58 0,11 2,27 5,85 1,10 1,90 0,71 0,99 100,44
Глина 65,40 0,80 13,35 4,38 0,84 Не опр. 2,02 3,40 1,85 2,48 Не опр. 5,45 99,97
Кварцевый трахит («альбитофир»)
69,30 0,34 13,90 2,12 2,05 0,16 0,70 0,77 4,60 3,18 0,04 2,11 99,2
Таблица 2
Результаты пересчетов химических анализов золы-уноса ТЭЦ-5 и кварцевого трахита на их минеральный состав.
Содержания минералов в мас.%
Компоненты
Кислый плагиоклаз с содержанием анортита 10% Калиевый полевой шпат Клино-пироксен
Кварц Муллит Стекло Магнетит
Зола-унос 51 29 13 нет нет 7 нет
Кварцевый трахит 28 нет нет 44 20 5 3
Примечания: 1. Качественный минеральный состав золы-уноса определен рентгеноспектральным анализом, а количественный минеральный состав рассчитан по методу Висьневского [24].
2. Минеральный состав кварцевого трахита рассчитан по методу Кросса и др. [25]
Таблица 3
Примеры изготовления гранул легких заполнителей бетонов
№ примера Содержание компонентов в сырьевой смеси, мас.% Температура обжига гранул, °С Время обжига гранул, мин Физико-химические показатели легких заполнителей
насыпная плотность, кг/м3 прочность при сдавливании в цилиндре, МПа
1 2 3 4 5 6
3 Зола-унос Новосибирской
ТЭЦ-5 - 52,5 1180 10 420 1,7
Глина - 25
Шлам неабразивного карбида
кремния - 2,5
Измельченные кварцевые трахиты («альбитофиры») - 20
4 Тот же состав 1190 10 360 1,5
5 Тот же состав 1200 7 300 1,1
6 Зола-унос Новосибирской
ТЭЦ-5 - 68,5 1180 10 450 1,8
Глина - 20
Шлам неабразивного карбида
кремния - 1,5
Измельченные кварцевые трахиты («альбитофиры») - 10
7 Тот же состав 1190 10 390 1,6
8 Тот же состав 1200 10 330 1,4

Источники информации

1. Кизильштейн Л.Я., Дубов И.В., Шпицглуз А.Д., Парада С.П. Компоненты зол и шлаков ТЭС. - М:. Энергомаш, 1995, 176 с.

2. Элинзон М.П. Производство искусственных пористых заполнителей. - М.: Стройиздат, 1974. - 260 с.

3. Емельянов А.Н., Федоров В.А. Об эффективности использования зол ТЭС, обогащенных плавлением. - В сб.: Керамзит и керамзитобетон. М.: 1974, Вып.7. С.85-90.

4. Патент SU 1164219, опубл. 06.1985, С04В 14/10.

5. Патент RU 2052400, опубл. 20.01.1996, С03С 10/06.

6. Патент SU 814950, опубл. 23.03.1981, С04В 25/10.

7. Патент SU 945137, опубл. 23.07.1082, С04В 31/10.

8. Патент SU 1335544, опубл. 07.09.1987, С03С 11/00.

9. Патент RU 2148043, опубл. 27.04.2000, С04В 18/10.

10. Полубояров В.А., Волоскова Е.В., Гончар Т.В., Коротаева З.А. Теплоизолирующий материал из техногенных отходов. - В кн.: Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья: Доклады Х Юбилейной Всероссийской научно-практической конференции (26-28 мая 2010 г., г.Белокуриха)/Бийск: БТИ АлтГТУ, 2010. - С.143-147.

11. Москвин В.М., Рояк Г.С. Коррозия бетона при действии щелочей цемента на кремнезем заполнителя. - М.: Госстройиздат, 1962. 163 с.

12. Патент RU 2408559, опубл. 10.012011, С04В 38/08.

13. Патент US 4741782, опубл. 05.03.1988, С04В 18/02.

14. Заявка на патент RU 2008120779, опубл. 27.11.2009, С04В 18/00.

15. Заявка на патент JP 6437446, опубл. 08.02.1989 (РЖХ, 1990, 4М, 207П).

16. Патент SU 1198036, опубл. 15.12.1985, С04В 14/04, С04В 18/10.

17. Патент RU 215347, опубл. 27.07.2000, С04В 20/06, С04В 14/12.

18. Патент RU 2023703, опубл. 30.11.94, С04В 18/04, С04В 20/06.

19. Патент RU 2107668, опубл. 27.03.1998, С04В 18/04, С04В 20/06.

20. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. Вып.3. Тройные силикатные системы. // Торопов Н.А., Барзаковский В.П., Лапин В.В., Курцева Н.Н., Бойкова А.И. - Л.: «Наука», Ленингр. отд. 1972. 448 с.

21. Состав и свойства золы и шлака ТЭС: справочное пособие. // Пантелеев В.Г., Ларина В.А., Мелентьев В.А. и др. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд. - 1985. 285 с.

22. Петрографический кодекс России. - Санкт-Петербург: Изд-во ВСЕГЕИ, 2008. 200 с.

23. Кутолин В.А., Шулояков А.Д., Бернштейн Л.Г., Широких В.А. Пеностекольный заполнитель для легких бетонов из отходов горнодобывающей промышленности: возможность возродить крупнопанельное домостроение. - Федеральный строительный рынок, 2009, №5, с.44-45.

24. Висьневский Я.С. Универсальные таблицы для пересчета минералогического состава горных пород на химический состав и химического состава на минералогический. - Ташкент: Наука. 1965. 198 с.

25. Четвериков С.Д. Руководство к петрохимическим пересчетам. - М.: Госгеолтехиздат, 1956. 244 с.

Сырьевая смесь для производства легкого заполнителя бетонов, содержащая золу-унос от сжигания каменных углей на ТЭС и ТЭЦ, глину, газообразующий компонент, содержащий карбид кремния, отличающаяся тем, что смесь дополнительно включает щебеночные отсевы магматической породы, измельченной до размера зерен менее 100 мкм, содержащей альбит, и/или кислый плагиоклаз, и/или калиевый полевой шпат, в качестве газообразующего компонента используют неабразивный шлам карбида кремния, при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола-унос от сжигания каменных углей 52,5-68,5; глина 20-25; отсевы магматической породы 10-20; неабразивный шлам карбида кремния 1,5-2,5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, к технологии изготовления искусственных строительных конгломератов (композитов) и может найти применение при производстве бетона на различных вяжущих с использованием отходов промышленного производства, таких как доменные шлаки, некондиционные абразивы и т.п.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов. .
Изобретение относится к составам сырьевых смесей для изготовления керамзита, который может быть использован в качестве заполнителя для бетонов. .
Изобретение относится к технологиям производства пористых заполнителей, в частности к переработке золошлаков теплоэнергетики в легкий заполнитель для бетона. .

Изобретение относится к конструкциям панелей, используемых в промышленном и гражданском строительстве, а именно для изготовления наружных ограждающих конструкций, противопожарных перегородок, теплоизоляционных конструкций зданий и сооружений (стены, панели, внутренние и внешние перегородки), кровельных покрытий.
Изобретение относится к технологии изготовления особо легких заполнителей для бетонов из широко распространенных отходов деятельности горнодобывающих предприятий.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении пористых заполнителей. .
Изобретение относится к составам масс для изготовления аглопорита, используемого в качестве пористого заполнителя для легких бетонов. .
Изобретение относится к переработке отходов и может быть использовано, например, для утилизации золы от сжигания осадков, образующихся при очистке муниципальных сточных вод, сельскохозяйственных сточных вод, золы от сжигания бытового мусора, проблемного мусора.
Изобретение относится к способам утилизации бытовых и промышленных отходов. .
Изобретение касается производства пористого заполнителя для легких бетонов. Технический результат заключается в повышении морозостойкости аглопорита. Масса для изготовления аглопорита включает, мас.%: легкоплавкие глинистые породы 89,0-90,0; просеянная через сетку №5 угольная мелочь 2,0-4,0; измельченная и просеянная через сетку №5 минеральная вата 6,0-9,0. 1 табл.
Наверх