Патент на изобретение №2389701

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО

(57) Реферат:

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении гипсовых вяжущих и изделий. Технический результат изобретения – снижение энергозатрат при производстве вяжущего на базе пылевидных фракций карбонатного сырья. В способе получения вяжущего, включающем нейтрализацию карбонатного сырья – шламового отхода химической подготовки воды на ТЭЦ раствором серной кислоты до рН 5-7, механоактивацию и последующую автоклавную обработку, нейтрализацию и механоактивацию проводят одновременно. 4 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении гипсовых вяжущих и изделий.

Известен способ производства вяжущих веществ на базе карбонатного сырья, в основном карбоната кальция СаСО₃, основанный на технологии обжига этого сырья при 900-1200°С. При этом размер исходного сырья должен составлять, как правило, не меньше 5 мм. На базе данной технологии производится строительная воздушная известь: негашеная комовая или молотая и гидратная (Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. – М: Стройиздат, 1986, 464 с.).

В основе данной технологии вяжущих веществ лежит высокотемпературный метод обработки сырья от 900°С и более, который является энергоемким, а также сопровождается выделением большого количества диоксида углерода, что создает “парниковый эффект” и приводит к постепенному потеплению на планете. Мелкофракционное сырье при этом остается непригодным.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения вяжущего на базе пылевидных фракций карбонатного сырья, включающий нейтрализацию карбонатного сырья – шламового отхода раствором серной кислоты и его автоклавную обработку. Причем в качестве шламового отхода используют шламовый отход химической подготовки воды на ТЭЦ (Патент РФ 2200714 С2 (Заявка 2001111124/3), опубл. 20.03.2003, Бюл. 8).

Известно применение шламов химводоочистки в качестве микронаполнителя для производства цементов, строительных растворов, бетонов (см. например, Использование 4 осадков сточных вод в производстве строительных материалов/Обзорная инф. ВНИИ-ЭСМ. Сер. П. – Вып.2. – 1989. – 45 с.).

Однако при этом не уделено внимание активизации данных продуктов и получению на их основе систем, самостоятельно обладающих вяжущими свойствами.

Характеристики шлама химической подготовки воды на Новогорьковской ТЭЦ (НГТЭЦ) приведены в таблицах 1 и 2.

Отличительной особенностью данного отхода является его высокая дисперсность.

Данный шлам относится к карбонатным, и по данным рентгеноструктурного и дифференциально-термического анализов в нем содержится до 70% карбоната кальция, содержание сульфата кальция является незначительным. При данном фазовом составе температурная обработка в интервале 200-600°С не позволяет получать вяжущее по существующим технологиям производства гипсовых вяжущих. При этом они представляют собой системы “высыхания” с низкими прочностными показателями (Сычев М.М. Неорганические клеи. – Л.: Химия, 1985. – 152 с.).

По предлагаемой технологии имеющийся в составе шлама карбонат кальция переводят в сульфатную фазу путем нейтрализации его раствором серной кислоты до рН 5-7.

Полное протекание реакции контролируют по рН водной вытяжки обработанного шлама.

Так как данный шлам является высокодисперсным продуктом, который представлен в виде кристаллических микроструктур, то дальнейшую обработку нейтрализованного шлама и получение полуводного сульфата кальция проводят в условиях автоклавной обработки. Данные условия способствуют получению кристаллов больших размеров, что позволяет увеличить прочность вяжущего за счет снижения удельной поверхности частиц и уменьшения водопотребности вяжущего.

Используемые технологические операции известны из техники и используются в способе с выполнением свойственных им функций. Однако предлагаемый способ получения вяжущего удовлетворяет условию изобретательского уровня, так как решает задачу утилизации отходов и уменьшения энергозатрат путем низкотемпературной технологии получения вяжущего.

Результаты исследования вяжущих свойств данного шлама, активированного по различным способам, представлены в табл.3.

Таблица 3
Свойства активированного шлама
Номер	Показатели
способа обработки	S*уд.1, м/кг	S* уд.2, м2/кг	н.г.	Сроки схватывания, ч, мин	Rсж, МПа	Rсж.сух. МПа	Кразм.	Vпор., %
				н.схв.	к.схв.
1	490	235	0,90	8,10	14,15	0,18	1,19	0,09	69,19
2	680	152	0,56	4,85	8,90	1,23	3,70	0,21	54,38
Примечание:
S* уд.1 – удельная поверхность до автоклавной обработки;
S* уд.2 – удельная поверхность после автоклавной обработки.

По способу 1 проводили автоклавную обработку по режиму 1-3-0,5 (подъем давления – изобарная выдержка при Р=0,25 МПа – сброс давления).

По способу 2 перед аналогичной автоклавной обработкой химически активированный шлам подвергали помолу в шаровой мельнице в течение 15 минут.

У полученного по различным способам вяжущего определяли нормальную густоту по методу Суттарда для гипсового теста и сроки схватывания. Прочностные показатели, коэффициент размягчения, а также внутрипоровый объем определялись на образцах-кубиках с размером ребра 2 см в возрасте 28 суток хранения над водой в эксикаторе.

Приведенные данные показывают, что автоклавная обработка шлама без механоактивации не дает удовлетворительных результатов по срокам схватывания, а прочностные показатели и водостойкость получаемого вяжущего невысоки.

Предварительная механоактивация в течение 15 мин придает кристаллам шлама повышенную дефектность и позволяет разрушить пассивирующие пленки, образующиеся на стадии образования шлама.

При этом уменьшается удельная поверхность получаемого вяжущего, что приводит к уменьшению нормальной густоты и, как следствие, внутрипорового объема затвердевших образцов. Сроки схватывания при этом приближаются к показателям цементных вяжущих.

Таким образом, полученное вторым способом вяжущее на базе шлама химводоочистки позволяет использовать его в качестве активной составляющей в штукатурных и кладочных растворах.

Предлагаемый способ производства вяжущего позволяет снизить энергозатраты на производство вяжущего на базе карбонатного сырья пылевидных фракций в 2-3 раза и утилизировать отходы.

Целью настоящего изобретения является утилизация отходов и снижение энергозатрат при производстве вяжущего на базе пылевидных фракций карбонатного сырья.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения вяжущего, включающем нейтрализацию карбонатного сырья – шламового отхода химической подготовки воды на ТЭЦ раствором серной кислоты до рН 5-7, механоактивацию и последующую автоклавную обработку, нейтрализацию и механоактивацию проводят одновременно.

Рабочие поверхности лабораторных бегунов перед проведением серно-кислотной механохимической активации с целью исключения их коррозии обрабатывали эпоксидной смолой. Результаты испытаний приведены в таблице 4.

Из таблицы следует, что продолжительность обработки до достижения смесью полной нейтрализации (максимального количества двугидрата сульфата кальция) составляет 30-45 минут. Это позволяет иметь относительно небольшие склады для хранения шлама перед автоклавной обработкой с учетом требований норм технологического проектирования (запас на 3-4 часа).

Таким образом, заявленный способ соответствует критерию новизна.

Формула изобретения

Способ получения вяжущего, включающий нейтрализацию карбонатного сырья – шламового отхода химической подготовки воды на ТЭЦ раствором серной кислоты до рН 5-7, механоактивацию и последующую автоклавную обработку, отличающийся тем, что нейтрализацию и механоактивацию проводят одновременно.