Патент на изобретение №2376258
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ИЗВЕСТКОВО-КРЕМНЕЗЕМИСТОЕ ВЯЖУЩЕЕ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗВЕСТКОВО-КРЕМНЕЗЕМИСТОГО ВЯЖУЩЕГО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПРЕССОВАННЫХ СИЛИКАТНЫХ ИЗДЕЛИЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, конкретно к получению прессованных изделий автоклавного твердения. В способе получения известково-кремнеземистого вяжущего, включающем раздельный помол негашеной извести и кварцевого песка с последующим их смешением, помол кварцевого песка осуществляют мокрым способом с получением высококонцентрированной суспензии с влажностью 12-20% и содержанием частиц менее 5 мкм 20-50% и при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная суспензия (на сухое) 15-25, известь негашеная 75-85. Известково-кремнеземистое вяжущее получено указанным выше способом. В способе получения формовочной смеси для производства прессованных силикатных изделий осуществляют смешение кварцевого песка с высококонцентрированной суспензией с влажностью 12-20% и содержанием частиц менее 5 мкм 20-50%, полученной мокрым помолом кварцевого песка, смешение полученной массы с молотой негашеной известью и доувлажнение до формовочной влажности при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцевый песок 70-84, указанные известь и суспензия при их соотношении, мас.%: известь 75-85 и суспензия 15-25, 16-30. Изобретение развито в зависимых пунктах. Технический результат – повышение качества изделий. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении прессованных изделий автоклавного твердения. Известно известьсодержащее вяжущее для изготовления силикатного кирпича, состоящее из песка кварцевого и обожженного карбонатита, имеющее состав, мас.%: песок 50-80%, обожженный карбонатит 20-50% (RU 2081861 C1, 6 C04B 28/20). Недостатком приведенного аналога является ограниченная доступность обожженного карбонатита по сравнению с обычной кальциевой известью. Известен способ получения вяжущего, заключающийся в совместном помоле в трубных мельницах кварцевого песка и негашеной извести. Материалы следует подавать в мельницу непрерывно, в количестве, обеспечивающем получение вяжущего с удельной поверхностью 4000 см2/кг (Вахнин М.П., Анищенко А.А. Производство силикатного кирпича. М.: Высшая школа, 1977, – 160 с., с.51-52). Недостатком данного способа является невысокая интенсивность измельчения кварцевого песка в результате совместного помола материалов (кварцевого песка и негашеной извести), обладающих различными твердостью и размалываемостью, а также отсутствие возможности активировать известково-кремнеземистое вяжущее в результате мокрого помола по причине недопустимо высокой влажности, необходимой для хранения и транспортировки в промышленных условиях полученной вяжущей суспензии. Полученная на основе такого вяжущего силикатная смесь фактически непригодна для изготовления качественных прессованных изделий на ее основе. Известен способ приготовления силикатной смеси для производства силикатного кирпича, заключающийся в использовании в качестве кремнеземсодержащего компонента вспучиваемых глинистых пород, данный способ заключается во вспучивании в результате обжига указанного компонента, размалывание его до фракции 0,4-1,2 мм, пропитывание известковой суспензией, содержащей до 10 мас.% твердого вещества, последующее смешение полученного материала с гашеной известью, доувлажненной до формовочной влажности (RU 2225378 С1, 6 С04В 28/20). Недостатком данного аналога является пониженная реакционная способность извести и недостаточное увеличение прочности получаемых таким способом силикатных изделий. В качестве прототипа выбирается известково-кремнеземистое вяжущее, имеющее состав, мас.%: молотый кварцевый песок 10,59-30,51, известь негашеная 22,00-36,99 и 1,8-8,09%-ный водный раствор медного купороса 46,61-57,63 (RU 2303013 С1, 6 С04В 28/20, С04В 111/20). Недостатком данного прототипа является высокая влажность (44-48%) получаемого мокрым способом вяжущего, низкая степень механоактивации его компонентов, непродолжительный период задержки процесса гидратации извести (до 3-х часов), неблагоприятный экологический фактор. Наиболее близким способом получения вяжущего является способ, заключающийся в смешивании тонкомолотой негашеной извести и песчаного шлама. Негашеная известь измельчалась отдельно в шаровой мельнице до полного прохождения через сито В качестве прототипа выбирается способ приготовления силикатной смеси для производства силикатного кирпича, заключающийся в приготовлении вяжущего из карбидной извести и сырьевой смеси путем помола извести с содержанием активной СаО и MgO 60-70% до удельной поверхности 9000-10000 см2/г или в смеси с песком до удельной внешней поверхности 4500-6000 см2/г, а приготовление сырьевой смеси осуществляют смешением полученного вяжущего с песком карьерной влажности и модулем крупности 0,7-1,1 при одновременном подогреве до 70-80°С при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанное вяжущее 11-22%; указанный песок 78-89% (RU 2002120664, 7 С04В 28/20). Недостатком данного способа приготовления силикатной смеси является использование вяжущего с относительно низкой удельной поверхностью молотого кварцевого песка в вяжущем, а также высокая энергоемкость и сложность технологического исполнения. В заявляемом способе получения известково-кремнеземистого вяжущего, а также получения на его основе силикатной смеси, ставились задачи: – наиболее полно использовать эффект гидратационного твердения СаО за счет применения раздельного помола кремнеземистого компонента и негашеной извести; – проводить раздельный помол негашеной извести до оптимальной удельной поверхности, величина которой зависит от вида извести. При раздельном помоле становится возможным направленное регулирование степени дисперсности получаемых компонентов; – осуществить возможность механохимической активации кремнеземистого компонента за счет мокрого помола по принципу получения высококонцентрированной вяжущей суспензии (ВКВС); – получать высококачественные изделия автоклавного типа твердения. Изобретение направлено также на повышение конкурентоспособности получаемых силикатных автоклавных изделий в результате повышения при сжатии в 1,8-2 раза по сравнению с промышленными изделиями, совершенствование технологии и расширения арсенала средств для получения силикатных автоклавных изделий. Указанные задачи достигаются способом получения известково-кремнеземистого вяжущего, включающим раздельный помол негашеной извести и кварцевого песка с последующим их смешением, в котором согласно предлагаемому решению помол кварцевого песка осуществляют мокрым способом с получением высококонцентрированной суспензии с влажностью 12-20% и содержанием частиц менее 5 мкм 20-50% и при следующем соотношении компонентов, мас.%:
В способе получения известково-кремнеземистого вяжущего указанную суспензию модифицируют органо-минеральной добавкой в количестве 0,02-0,1 мас.% от массы сухого вещества суспензии. Задачи достигаются при помощи известково-кремнеземистого вяжущего, полученного раздельным помолом негашеной извести и кварцевого песка с последующим их смешением, в котором согласно предлагаемому решению помол кварцевого песка осуществляют мокрым способом с получением высококонцентрированной суспензии с влажностью 12-20% и содержанием частиц менее 5 мкм 20-50% и при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Известково-кремнеземистое вяжущее может содержать высококонцентрированную суспензию кремнеземсодержащего сырья, которую модифицируют органоминеральной добавкой в количестве 0,02-0,1 мас.% от массы сухого вещества суспензии. Задачи достигаются также способом получения формовочной смеси для производства прессованных силикатных изделий, заключающимся в том, что осуществляется смешение кварцевого песка с высококонцентрированной суспензией кремнеземсодержащего сырья с влажностью 12-20% и содержанием частиц менее 5 мкм 20-50%, полученной мокрым помолом кварцевого песка, затем смешение полученной массы с молотой негашеной известью и последующее доувлажнение до формовочной влажности, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанная известь и суспензия при их соотношении, мас.%:
В способе получения формовочной смеси для производства прессованных силикатных изделий высококонцентрированную суспензию кремнеземсодержащего сырья модифицируют органоминеральной добавкой, в количестве 0,02-0,1 мас.% от массы сухого вещества суспензии. При использовании указанного известково-кремнеземистого вяжущего появляется возможность повысить эффективность производства силикатных автоклавных прессованных материалов путем оптимизации зернового состава исходной смеси за счет регулирования содержания в системе определенного количества нанодисперсных частиц. Установить взаимосвязь между способом помола вяжущего компонента, скоростью процесса образования гидросиликатов кальция и их типом в силикатных системах. За счет повышения степени дисперсности (в 1,5 раза) вяжущих компонентов, достигаемой мокрым измельчением по принципу ВКВС, более высокой степени аморфизации и механической активации частиц существенно понизить температуру и давление при автоклавной обработке, и на 40-50% повысить физико-механические характеристики материала. Примеры конкретного выполнения Пример конкретного выполнения 1. Для получения силикатной смеси и испытания ее пригодности для производства прессованных автоклавных материалов был выполнен ряд операций в соответствии с заявляемым способом приготовления известково-кремнеземистого вяжущего и силикатной смеси на его основе. В качестве кремнеземистого сырья для получения высококонцентрированной суспензии кремнеземсодержащего сырья могут быть использованы природные и искусственные кварцевые пески, в данном случае использовали песок Зиборовского месторождения с содержанием 98,5% SiО2, химический состав которого приведен в таблице 1. Для получения высококонцентрированной суспензии кремнеземсодержащего сырья осуществляли мокрый помол в шаровой мельнице с постадийной загрузкой материала, соблюдая основные принципы получения высококонцентрированных суспензий (Пивинский, Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны / Ю.Е.Пивинский – М.: Металлургия, 1990. 270 с.). Выбор концентрации системы на первом этапе измельчения осуществлялся с учетом коэффициента упаковки исходного материала и других его характеристик, а также габаритных размеров мельницы. На первой стадии помола обычно вводят всю жидкость, рассчитанную по конечной концентрации суспензии. Продолжительность этой стадии процесса в зависимости от многих факторов колеблется в пределах от 1 до 5 часов. В данном случае продолжительность этой стадии процесса составила 2 часа. Степень дисперсности при этом должна быть такой, чтобы средний размер частиц был, по крайней мере, в 10-20 раз меньше размера вводимого при очередной загрузке материала. Оптимальные результаты, как правило, могут быть получены в том случае, когда на первой стадии помола достигается дисперсность, характеризуемая значительным (до 20-50%) содержанием частиц фракции менее 5 мкм. В этом случае суспензия является как бы сжатой, ускоряющей процесс последующего измельчения после введения очередной порции материала. При постадийной загрузке материала по мере повышения объемной концентрации уменьшается эффективная плотность мелющих тел и существенно возрастает влажность. Благодаря постепенному понижению объемного содержания жидкости, увеличению сил трения возрастает температура процесса, которая в значительной степени определяет реологические свойства системы непосредственно в процессе измельчения, а также свойства высококонцентрированной суспензии кремнеземсодержащего сырья после измельчения. Так, с ростом температуры значительно уменьшается как общая вязкость системы, возрастает ее текучесть, так и дилатантные свойства, что позволяет вести процесс помола при повышенных концентрациях. После окончания мокрого помола полученная высококонцентрированная суспензия кремнеземсодержащего сырья имела влажность 14,5% с содержанием частиц менее 5 мкм 38%. Известь измельчалась по сухому в шаровой мельнице до удельной поверхности 9000 см2/г. Для получения сырьевой смеси (силикатной массы) требуемого качества необходимо правильно дозировать их. Дозу извести в силикатной массе определяют не по количеству извести в ней, а по содержанию той ее активной части, которая будет участвовать в реакции твердения, т.е. окиси кальция. Поэтому норму извести устанавливают, в первую очередь, в зависимости от ее активности. На производстве обычно ее устанавливают опытным путем. Среднее содержание активной извести в силикатной массе равно 6-8% (Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича/ Л.М.Хавкин, – М.: Стройиздат, 1982. 384 с.). При употреблении свежеобожженной извести без посторонних примесей и недожога количество ее может быть уменьшено; если же в извести содержится большое количество недожженного камня и посторонних примесей, а также если известь долго хранилась на воздухе, норма ее в смеси должна быть увеличена. Как недостаточное, так и излишнее количество извести в силикатной массе влечет за собой нежелательные последствия: недостаточное содержание извести снижает прочность кирпича, повышенное содержание удорожает себестоимость, но в то же время не оказывает положительного влияния на качество. Активность извести, поступающей в производство, часто изменяется, поэтому для получения массы с заданной активностью требуется часто изменять в ней количество извести. На ОАО «Стройматериалы», г.Белгород, используется известь активностью 70-85% (Технологический регламент на процесс производства силикатного кирпича. ТР 002.05307944-2006). Практически на производстве пользуются заранее составленными таблицами, позволяющими определять дозировку извести в кг на единицу продукции (1 м3 силикатной массы или 1000 шт. кирпича). Данные по дозировке извести в кг на единицу продукции приведены в Приложении 2 (таблица 1). В данном случае использовали известь с активностью 70%. Активность силикатной массы составила 7%. В процессе получения силикатной смеси на основе предлагаемого известково-кремнеземистого вяжущего происходит постадийное смешение полученной ВКВС кремнеземистого состава с немолотым кварцевым песком, затем смешение полученного компонента с тонкомолотой негашеной известью с одновременным доувлажнением смеси и последующей выдержкой до полного завершения процесса гидратации извести. Доувлажнение формовочной смеси осуществлялось исходя из необходимого расчетного количества воды на гашение силикатной смеси. Количество воды, необходимой на процесс гашения, напрямую связано с активностью извести, а также ее дисперсностью. Общий расход воды (Технологический регламент на процесс производства силикатного кирпича. ТР 002.05307944-2006) для получения силикатной массы требуемого качества составляет около 13% (отвеса массы) и распределяется следующим образом (в %): – на гашение извести – 2-2,5 – на испарение при гашении – 3-3,5 – на увлажнение массы – 5,5-6,5 Рассчитаем количество воды, необходимой для гашения в данном конкретном случае. Химическая реакция гашения извести протекает по формуле: СаО+Н2O=Са(ОН)2 Исходя из молекулярной массы реагирующих веществ составляем пропорцию: 56CаO 7CаО Тогда количество воды, необходимой для гашения, составит: Х=(7×18)/56=2,25 (%). Формовочную смесь готовили в смесительных бегунах. Формовочная влажность массы в данном случае составляла 11-12%. Далее осуществлялась выдержка формовочной смеси в герметично закрытом сосуде до полного завершения процесса гидратации извести. Влажность формовочной силикатной смеси после завершения процесса гидратации (гашения) составила 6,0-6,5%. Количество воды должно точно соответствовать норме. Недостаток воды приводит к неполному гашению извести; избыток воды, хотя и обеспечивает полное гашение, но создает не всегда допустимую влажность силикатной массы. Влага частично поступает с песком, карьерная влажность которого колеблется в зависимости от климатических условий. В процессе лабораторных испытаний в данном случае использовали высушенный обогащенный песок, остаточной влажностью которого можно пренебречь. В реальных условиях производства необходимо всегда делать поправку на естественную влажность сырьевых материалов (песка) (Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича/ Л.М.Хавкин, – М.: Стройиздат, 1982., с.95 -97). Количество воды, необходимое для доведения влажности силикатной массы до нужной величины, практически также можно заранее рассчитать в зависимости от карьерной влажности поступающего в производство песка и составить таблицу для определения расхода воды на единицу продукции (1000 шт. кирпича или 1 м3 силикатной массы) (Технологический регламент на процесс производства силикатного кирпича. ТР 002.05307944-2006). Количество воды (в л), потребное для доувлажнения силикатной массы (на 1000 шт. кирпича), в зависимости от влажности песка, приведено в Приложении 2 (таблица 2). Пример расчета приведен в Приложении 3. Необходимое расчетное количество составляющих компонентов формовочной смеси (для лабораторных составов) приведено в таблице 2. По всем разработанным составам были заформованы образцы-цилиндры диаметром и высотой 50 мм и весом 200 г при удельном давлении прессования 20МПа. Далее образцы проходили автоклавную обработку на ОАО «Стройматериалы», г.Белгород, при температуре 183°С и избыточном давлении 10 атмосфер по режиму: пуск давления – 2 ч, изотермическая выдержка – 6 ч, сброс давления – 2 ч. Далее образцы-цилиндры испытывались на прочность, плотность и водопоглощение. Результаты испытаний представлены в таблице 3. Пример конкретного выполнения 2. В качестве кремнеземистого сырья для получения высококонцентрированной суспензии кремнеземсодержащего сырья в данном случае использовали песок Разуменского месторождения с содержанием 93,02% SiO2, химический состав которого приведен в таблице 1. Для приготовления кремнеземистой составляющей известково-кремнеземистого вяжущего применяли высококонцентрированную суспензию кремнеземсодержащего сырья с выходной влажностью 16,2% и содержанием частиц менее 5 мкм 45%, с введенными в них модифицирующими добавками. Цель последних улучшить технологические и реологические свойства формовочных систем за счет устранения их дилатантных свойств, придания им необходимой пластичности. В качестве модифицирующих добавок в исходные высококонцентрированные суспензии кремнеземсодержащего сырья могут вводиться различные материалы, аналогичные по типу воздействия. Например композиция: органическая добавка на основе резорцин-фурфурольных олигомеров (суперпластификатор Белгородский
Применение модифицирующих добавок в рассматриваемых системах позволит на 30-40% улучшить основные физико-механические характеристики готовых изделий. Сравнительный анализ эффективности применения мокрого помола песка по методу ВКВС показал, даже на начальной стадии помола тонкомолотый компонент, полученный по методу ВКВС, имеет более высокую степень дисперсности частиц твердой фазы с более развитой морфологией поверхности, а следовательно, и существенно более высокую реакционную способность, что подтверждается в конечном итоге существенным улучшением технико-эксплуатационных характеристик силикатного материала. В системе ВКВС в результате механохимической активации основной твердой фазы уже на стадии помола формируется порядка 1-3% частиц наноразмерного уровня. Наличие в ВКВС наночастиц оказывает комплексное положительное влияние. Последнее касается как микроструктуры и технологических аспектов производства ВКВС, так и технико-эксплуатационных характеристик получаемых на их основе материалов. Кроме того, при мокром помоле мельницы потребляют меньше электроэнергии, их производительность на 10-15% больше. При введении ВКВС вместо кварцевого компонента в составе известково-песчаного вяжущего прочность по сравнению с заводским составом увеличилась на 25%. Кроме того, период гашения при таком способе введения ВКВС сократился почти в 2 раза – с 40 до 25 минут. С учетом проведенных исследований следует сделать вывод о высокой технологичности и перспективности наноструктурированного силикатного автоклавного материала, так как по предварительной оценке продолжительность периода гашения сокращается фактически в 2 раза и, соответственно, возможно существенное снижение энергоемкости режима автоклавной обработки, что даст дополнительный экономический эффект на существующем производстве.
Пример расчета На 1 кг формовочной смеси влажность формовочной системы на момент начала процесса гидратации принимаем 12%. Для состава 2.2. потребуется: 704 г песка, 120 г воды и 176 г вяжущего, а именно: 35,2 г ВКВС и 140,8 г извести. Зная исходную влажность ВКВС(14,5%), делаем необходимую корректировку на влажность: с ВКВС в формовочную систему поступит 5,1 г воды. Следовательно, для состава 2.2. потребуется: 704 г песка, 114,9 г воды и 176 г вяжущего
Формула изобретения
1. Способ получения известково-кремнеземистого вяжущего, включающего раздельный помол негашеной извести и кварцевого песка с последующим их смешением, отличающийся тем, что помол кварцевого песка осуществляют мокрым способом с получением высококонцентрированной суспензии с влажностью 12-20% и содержанием частиц менее 5 мкм 20-50% и при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанную суспензию модифицируют органо-минеральной добавкой в количестве 0,02-0,1 мас.% от массы сухого вещества суспензии. 3. Известково-кремнеземистое вяжущее, характеризующееся тем, что оно получено способом по п.1. 4. Известково-кремнеземистое вяжущее по п.3, отличающееся тем, что указанную суспензию модифицируют органо-минеральной добавкой в количестве 0,02-0,1 мас.% от массы сухого вещества суспензии. 5. Способ получения формовочной смеси для производства прессованных силикатных изделий, характеризующийся тем, что осуществляют смешение кварцевого песка с высококонцентрированной суспензией кремнеземсодержащего сырья с влажностью 12-20% и содержанием частиц менее 5 мкм 20-50%, полученной мокрым помолом кварцевого песка, смешение полученной массы с молотой негашеной известью и доувлажнение до формовочной влажности при следующем соотношении компонентов, мас.%:
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что указанную суспензию модифицируют органо-минеральной добавкой, при этом органo-минеральную добавку вводят в количестве 0,02-0,1 мас.% от массы сухого вещества суспензии.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
6, с.26-27. RU 2303013 C1, 20.07.2007. RU 2253635 C1, 10.06.2005. RU 2184713 C2, 10.07.2002. RU 2141460 C1, 20.11.1999. RU 2238921 C1, 27.10.2004. RU 2081091 C1, 10.06.1997. WO 9942418 A1, 26.08.1999. ХАВКИН Л.М. Технология силикатного кирпича. – М.: Стройиздат, 1982, с.128, 129.
18H2O
