Цемент с использованием отходов промышленного производства


 


Владельцы патента RU 2521684:

Стеблюк Анна Николаевна (RU)
Курдина Анна Сергеевна (RU)
Панова Валентина Феодосьевна (RU)
Плотникова Наталья Александровна (RU)
Панов Сергей Александрович (RU)

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к получению цемента из отходов, попутных продуктов промышленного производства или вторичных минеральных ресурсов. (BMP) Предлагаемый цемент получается при максимальном использовании техногенных продуктов. Главный его компонент - клинкер, получен с уменьшенными энергетическими затратами, т.е. при температуре ниже, чем производят портландцементный клинкер из природного сырья (известняк+глина), за счет введения в состав его шихты плавня в виде отхода метизного производства и термоактивированного алюмосиликатного компонента - горелой породы. Задействовано одно сырье и в составе цемента и в составе клинкера - это горелая порода. Состав предполагаемого цемента следующий, масс.%: горелая порода 5-80%; продукт коксохимического производства 4-6%; остальное клинкер. Состав клинкера для предлагаемого цемента, масс.%: горелая порода 22-24%; отход метизного производства 4-6%; остальное известняк. 1 илл.3 табл.1

 

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к получению цемента из техногенных, попутных продуктов промышленного производства или вторичных минеральных ресурсов. (BMP)

Известен цемент, например, портландцемент, содержащий клинкер, гипс и активные добавки - техногенные продукты, однако, их количество мало, до 20% [1, глава 6].

Существуют цементы с применением в составе шихты техногенных продуктов промышленности до 80%, например, пуццолановый портландцемент, состоящий из клинкера, активных минеральных добавок - BMP и гипса. [1, глава 12]

Недостатком такого цемента является то, что не все составляющие его шихты являются техногенными продуктами. При получении клинкера для выше указанных цементов используется природное сырье - известняк и алюмосиликатный компонент - глина. [1] Сульфатным активизатором этих цементов является малораспространенное природное сырье - гипсовый камень.

Наиболее близким к предлагаемому цементу с применением отходов промышленного производства является вяжущее для бетонов [2] в состав которого входит: горелая порода 8-15%, твердый продукт сульфатных вод 3-5%, отход производства пентаэритрита 0,3-0,8%; гипс 1-2,5%; портландцементный клинкер - остальное. Однако, при этом способе получения вяжущего, гипсовый камень только частично заменен на BMP, т.е. твердый продукт сульфатных вод. Клинкер, входящий в состав этого цемента относится к высокоэнергоемкому компоненту цементной шихты, т.к. получен из природного сырья: известняка и глины.

Задача изобретения - применить по максимуму в своем составе техногенные продукты: заменить сульфатный активизатор в виде твердого продукта сульфатных вод и добавку гипса на отход коксохимпроизводства, состоящего из Na2(SO)4, снизить энергоемкость получения главного составляющего цемента - клинкера за счет введения в состав его шихты, кроме известного известняка, плавня в виде отхода метизного производства, а природный алюмосиликатный компонент - глину заменить термоактивированной горелой породой.

Таким образом, предлагается цемент с использованием отходов промышленного производства, содержащий клинкер, горелую породу и отход на основе сульфата натрия, в котором, согласно изобретению, цемент содержит клинкер, полученный обжигом сырьевой шихты, содержащей известняк, алюмосиликатный компонент и отход метизного производства, а в качестве отхода на основе сульфата натрия использован отход коксохимического производства,

при следующем соотношении компонентов цемента, масс.%

Горелая порода 5-80%
Продукт коксохимического производства 4-6%
Клинкер остальное

при следующем соотношении компонентов клинкера, масс.%

Горелая порода 22-24%
Отход метизного производства 3-5%
Известняк остальное

В испытаниях для получения клинкера и цемента использована горелая порода с террикоников шахты «Байдаевская», а для клинкера известняк Гурьевского месторождения. Свойства исследованных материалов, даны в таблице 1.

Горелые породы - перегоревшие «пустые» породы, оставшиеся после отделения угля от шахтных пород, содержащие минимальное (менее 5%) количество углистых примесей и минеральную глинисто-песчаную часть, самообожженную в той или иной степени за счет остаточного углерода и кислорода воздуха. При самообжиге горелых пород происходит преобразование каолинита с образованием метакаолинита, который с повышение температуры распадается на активные оксиды SiO2, Al2O3.

Отход метизного производства (ОМП) предлагается в состав шихты для получения клинкера в качестве плавня позволяющего понизить температуру обжига. ОМП образуется в виде шлама после нейтрализации кислых железосодержащих обработанных травильных растворов. После отстаивания и сушки шлама образуется порошок красного цвета, характерный для гематита (рисунок). Удельная поверхность дисперсного материала составляет около 700 м2/кг, насыпная плотность - 650 кг/м3 в рыхлом состоянии. Применение отхода метизного производства при получении клинкера позволяет обеспечить переход Fe2O3 в плавень FeO, т.к. внутри гранулы клинкера существует восстановительная среда, это обеспечивает снижение температуры обжига клинкера на 100…150°С. Θ

Отход коксохимического производства в виде сульфата натрия Na2SO4 предлагается вместо дорогостоящего и дефицитного гипса, как сульфатный активизатор цемента. Отход представляет собой белые прозрачные кристаллы в виде ромбов удлиненной формы величиной до 6…8 мм. Плотность кристаллического порошка при 20°С - 1768 кг/м3. Насыпная плотность в зависимости от крупности кристаллов и содержания влаги колеблется в пределах 780…830 кг/м3. Данный продукт хорошо растворим в воде. Содержание N2SO4 составляет около 96%.

Активность клинкера и цементов определялась на образцах-балочках (4×4×16 см) по ГОСТ 10178-85 (таблица 2, 3). Уменьшение затрат на энергоемкости клинкера оценивалось снижением температуры обжига шихты для него.

Свойства предлагаемого цемента следующие:

Тонкость помола - 297 м2/кг; нормальная густота цементного теста - 25,42%; водоцементное отношение - 0,38; расплыв конуса - 114,7 мм; сроки схватывания: начало через 2 часа 31 минуту, конец - 4 часа 20 минут; предел прочности при изгибе через 3 суток - 46 кгс/см2, через 28 суток - 67 кгс/см2, предел прочности при сжатии через 3 суток - 303 кгс/см2, через 28 суток - 413 кгс/см2. Полученный цемент имеет марку 400 (состав №1).

В случае введения активной минеральной добавки до 80% (состав №2), активность цемента уменьшается до 200 кгс/см2 т.к. уменьшается количество клинкера (таблица 2).

Минералогический состав клинкера при коэффициенте насыщения КН - 0,89; силикатном модуле n - 2; глиноземистом модуле р - 0,76 имеет следующий состав, масс.%: C3S - 57,64%; C2S - 21,7%; C4AF - 18,5%; С3А - 2,16%.

Использование предлагаемого цемента возможно для бетонов работающих в агрессивной среде. Цемент на этом клинкере стоек против коррозии 3-го типа т.е, сульфатостоек (С3А<5%). Для предотвращения коррозии 1-го и 2-го типа, которую вызывает Са(ОН)2, выбрасываемый при гидротации силикатов кальция, в предлагаемом цементе введена горелая порода. Она содержит SiO2 и Al2O3 активные. При вступлении их в реакцию с Са(ОН)2 образуется водонерастворимые гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, особенно активно их образование идет в автоклаве или ТВО. Полученные новообразования обеспечивают дополнительную прочность цементу.

Источники информации

1. Волженский А.В. и др. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1986, - 464 с. (Глава 6; Глава 12)

2. Патент на, изобретение RU №2023695, кл С04В 7/00, 1994

Таблица 1
- Химический состав пород
Горелая порода шахты Байдаевская
MgO Fe2O3 SO3 Al2O3 CO2 CaO MnO SiO2 FeO ППП
2,4 6,4 0,02 15,63 3,46 2,11 1,26 60,21 - 8,51
Известняк Гурьевского месторождения
0,49 0,43 - 0,72 - 54,64 - 1,78 - 41,94
Таблица 2
- Состав и свойства цемента
Сырьевые компоненты для получения цемента Известный состав цемента Предлагаемый состав цемента
Состав 1 Состав 1 Состав 2
Состав цемента
Клинкер 84 75 15
Твердый продукт сульфатных вод 4 - -
Горелая порода 10 20 80
Гипс 1,5 - -
Отход коксохимического производства - 5 5
Отход производства пентаэритрита 0,5
Свойства цемента
Марка цемента, кгс/см2 400 400 200
Таблица 3
- Состав и свойства клинкера, полученного с пониженной энергоемкостью.
Сырьевые компоненты для получения клинкера Известный состав портландцементного клинкера Предлагаемый состав клинкера
Состав клинкера
Известняк 76,3 71,73
Глина (алюмосиликатная порода) 23,7 -
Гипсовый камень - -
Горелая порода (термоактивированная алюмосиликатная порода) - 23,72
Отход метизного производства (плавень) - 4,55
Свойства клинкера
t обжига, °С 1450 1300
активность клинкера, кгс/см2 500 512

Цемент с использованием отходов промышленного производства, содержащий клинкер, горелую породу и сульфатные продукты, отличающийся тем, что он содержит клинкер, полученный обжигом сырьевой шихты содержащий известняк, алюмосиликатный компонент - горелая породами отход метизного производства, а в качестве сульфатных продуктов используется отход коксохимического производства,
при следующем соотношении компонентов цемента, масс.%

Горелая порода 5-80%
Продукт коксохимического производства 4-6%
Клинкер остальное

при следующем соотношении компонентов клинкера, масс.%
Горелая порода 22-24%
Отход метизного производства 3-5%
Известняк остальное



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к составу минеральной добавки к цементу, который может найти применение при приготовлении растворов и бетонов, применяемых в промышленном и гражданском строительстве.
Изобретение относится к способу переработки пуццоланов и может найти применение при приготовлении бетонных смесей, строительных растворов и других смесей, включающих цемент.
Изобретение относится к отверждаемой цементирующей композиции, способу ее получения и к способу цементирования с использованием отверждаемой цементирующей композиции и может найти применение при первичном цементировании с использованием бурильных труб или при закупоривании и ликвидации скважин.

Изобретение относится к способу производства цемента с минеральной добавкой. .
Изобретение относится к составу минеральной добавки и может найти применение при производстве строительных материалов. .

Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к промышленному получению быстротвердеющих высокопрочных цементов, изготовлению бетонных и железобетонных изделий.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и используется при цементировании глубоких скважин в сложных геологических условиях и на месторождениях на поздней стадии разработки, в геологическом разрезе которых имеются поглощающие пласты и пласты, склонные к гидроразрыву.
Изобретение относится к составам цементов и может быть использовано для получения портландцементов, используемых в строительстве на Севере. .

Изобретение относится к составам бетонной смеси, цементу, модифицированному добавкой, и добавки для бетонной смеси и может найти применение в строительстве при изготовлении монолитных и сборных бетонных или железобетонных изделий и конструкций, в торкрет-массах, а также в нефтедобывающей отрасли при изготовлении тампонажных и изоляционных цементных материалов.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий на основе щелочных вяжущих. .

Изобретение относится к способу производства наноцемента. Способ производства наноцемента включает совместное измельчение в прессвалковой дробилке портландцементного клинкера, минеральной кремнеземистой добавки, содержащей SiO2 не менее 30 мас.%, и гипсового камня, до фракционного состава, мас.%: 15-25 мм - 10-15; 5-7 мм - 15-20; порошок - 60-75; гомогенизацию полученной смеси в смесителе с принудительным перемешиванием, с последующей ее механохимической активацией в трехкамерной шаровой мельнице до удельной поверхности 300-900 м2/кг с введением в шаровую мельницу полимерного модификатора, содержащего нафталинсульфонат натрия не менее 60 мас.%, с формированием на зернах портландцемента сплошных нанооболочек - капсул толщиной 20-100 нм состава C10H7SO3CaNa при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%: портландцементный клинкер 30,0-90,0, гипсовый камень 0,3-6,0, указанный модификатор 0,5-2,0, указанная кремнеземистая добавка - остальное. Изобретение также относится к составу наноцемента, полученного способом по п. 1. Технический результат - повышение строительно-технических свойств цемента до классов 72,5-82,5, снижение его себестоимости, радикальное уменьшение удельных затрат топлива, выбросов NOx, SO2 и СО2. 2 н.п. ф-лы, 7 ил., 11 табл.

Изобретение относится к составу и способу изготовления наноцемента (НЦ) на основе портландцементного клинкера (ПК) и модификатора (М) -нафталинсульфонатов (НС). Состав и способ могут быть использованы в цементной промышленности и строительной индустрии. ПК включает минеральные фазы - алит и белит (блочные микрокристаллы), алюминаты и алюмоферриты кальция, а частицы заключены в нанооболочки (капсулы) из НС толщиной 30-100 нм при удельной поверхности 400-600 м2/кг. В НЦ по изобретению молекулярная масса (ММ) НС в капсулах 600-800 Да. Поверх капсул расположен диффузный слой (Д-слой) из дросселированных при помоле НС с ММ 300-600 Да, а под капсулами - слой травленых минеральных фаз (ТМФ-слой) - результат контактного взаимодействия при наклеивании капсул кислотного характера на щелочную алитовую подложку. Толщина ТМФ-слоя 2-50 нм. Он включает наноблоки алита размерами 1-20 нм. Технический результат - повышение сохраняемости НЦ не менее 1 года без потерь прочности, водоредуцирующий фактор и защита цементного камня от карбонизации; ускорение роста прочности НЦ и бетона на его основе и повышение ее уровня на 3-4 класса против портландцемента. НЦ включает сульфатно-кальциевый компонент и минеральные добавки, как активные, так и наполнители. Способ изготовления НЦ - совместный помол указанных компонентов до достижения: а) полноты покрытия капсул Д-слоем по критерию минимальной степени агрегации частиц, определяемой по методу воздухопроницаемости; б) полноты покрытия ПК-компонента ТМФ-слоем по критерию двойного максимума на графике тепловыделения приготовленного из продукта помола цементного теста в процессе схватывания в калориметре. Оба показателя интегральные и характеризуют готовность продукта. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл., 5 пр.
Наверх