Способ переработки шлакового расплава

 

Использование: для переработки шлакового расплава, используемого в дальнейшем в качестве вяжущего для дорожного строительства. Сущность изобретения: в способе переработки шлакового расплава в качестве корректирующей добавки используют кальцийсодержащие вещества, разлагающиеся при температуре плавления шлака до выделения свободной окиси кальция, которая в полученной шлаковой массе должна находиться с окисью кремния в массовом соотношении от 1,82: 1 до 2,1: 1, для образования двухкальциевого силиката при медленном естественном охлаждении, после чего осуществляют легкое измельчение полученной шлаковой массы и сухую магнитную сепарацию. Способ обеспечивает получение вяжущего для дорожной смеси, имеющей продолжительный равномерный рост прочности во времени, что позволяет получить дорожное покрытие с высокими эксплуатационными характеристиками. 1 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для переработки шлакового расплава, используемого в дальнейшем в качестве вяжущего для дорожного строительства.

Известен способ переработки шлакового расплава, включающий введение в расплав корректирующей добавки, охлаждение полученной шлаковой массы и размалывание ее [1]. В качестве корректирующей добавки используют известь. Смешивание доменного шлака с известью происходит в электрической печи при температуре 1500-1600^oС, при которой образуется трехкальциевый силикат. Содержание извести в шлаковой массе при этом доводят до 66%, а массовое соотношение окиси кальция и окиси кремния при этом равно 3:1. Трехкальциевый силикат является активным цементным минералом.

Недостатком описанного способа является то, что в результате смешивания расплава доменного шлака с известью при температуре 1500-1600^oС образуется трехкальциевый силикат, имеющий высокую прочность и требующий двухстадийного измельчения, что приводит к большим энергозатратам.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки шлакового расплава, включающий введение в расплав корректирующей добавки, охлаждение и измельчение полученной шлаковой массы, в качестве корректирующей добавки используют стронцийсодержащие отходы обогащения руд редких металлов, которые предварительно подвергают термической обработке при температуре 700-900^oС в течение 10-15 мин, а при охлаждении расплава шлака на него воздействуют электромагнитным полем напряженностью 5-20 А/м [2].

Недостатком описанного способа является то, что в результате переработки расплава доменного шлака с добавлением в него стронцийсодержащих отходов полученная шлаковая масса требует для раскрытия вяжущих свойств двухстадийного измельчения и смешивания с цементом. Кроме того, используемые стронцийсодержащие отходы в качестве корректирующей добавки являются весьма редким продуктом, а сам способ переработки шлакового расплава - сложным и дорогостоящим.

В основу изобретения поставлена задача получения легкорассыпающегося двухкальциевого силиката (γ C₂S), решение которой позволит получить, путем простой и дешевой технологии, вяжущее, обеспечивающее получение дорожной смеси, имеющей продолжительный равномерный рост прочности во времени, что позволяет получить дорожное покрытие с высокими эксплуатационными характеристиками.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки шлакового расплава, включающем введение в расплав корректирующей добавки, охлаждение его и измельчение полученной шлаковой массы, в качестве корректирующей добавки используют кальцийсодержащие вещества, разлагающиеся при температуре плавления шлака до выделения свободной окиси кальция (например, известняк или гипс, или доломит, или другие вещества, содержащие карбонаты, или сульфаты, или гидроокись кальция), которая в полученной шлаковой массе должна находиться с окисью кремния в массовом соотношении от 1,82:1 до 2,1:1, для образования двухкальциевого силиката при медленном естественном охлаждении, затем производят измельчение полученной шлаковой массы при минимальных энергозатратах и подают ее на сухую магнитную сепарацию.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый способ переработки шлакового расплава отличается от известного использованием в качестве корректирующей добавки кальцийсодержащих веществ, разлагающих при температуре плавления шлака до выделения свободной окиси кальция (например, известняка, или гипса, или доломита, или других веществ, содержащих карбонаты, или сульфаты, или гидроокись кальция), которая в полученной шлаковой массе должна находиться в окисью кремния в массовом соотношении от 1,82:1 до 2,1:1 для образования при медленном естественном охлаждении двухкальциевого силиката более простым измельчением и последующей сухой магнитной сепарацией.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что способ не известен из уровня техники, что свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Использование в качестве корректирующей добавки кальцийсодержащих веществ, распадающихся при температуре плавления шлака до свободной окиси кальция, вступающей в реакцию с основными компонентами шлака, в первую очередь, с геленитом (2СаО·Аl₂O₃·SiO₂), а также с псевдоволластонитом (СаО·SiO₂), аккерманитом (2СаО^oМgO^o2SiO₂) приводит к образованию двухкальциевого силиката, а также трехкальциевого силиката и алюминатов кальция.

При медленном естественном охлаждении шлаковой массы, при достижении температуры 760^oС, происходит полиморфный переход образовавшегося двухкальциевого силиката из неустойчивой формы β в форму γ, что вызывает расширение объема минерала и приводит при достаточном количестве двухкальциевого силиката к частичному разрушению структуры остывшей шлаковой массы.

Кроме того, образовавшиеся в результате разложения кальцийсодержащих компонентов газы вспенивают остывающую массу, обеспечивая ее высокую хрупкость после остывания и, следовательно, легкость ее измельчения.

При прохождении легкорассыпавшейся или измельченной шлаковой массы через сухую магнитную сепарацию достигается высокая степень извлечения металла.

Таким образом, введение в расплав шлака кальцийсодержащих веществ, распадающихся при температуре плавления шлака до свободной окиси кальция, при массовом соотношении ее к окиси кремния от 1,82:1 до 2,1:1 и прохождение медленноостывшей и измельченной шлаковой массы через сухую магнитную сепарацию позволяет получить вяжущее для дорожной смеси, имеющей продолжительный равномерный рост прочности во времени, с помощью простой и дешевой технологии.

Сущность изобретения для специалиста не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Возможность использования заявляемого способа переработки шлакового расплава в отечественной промышленности позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "промышленная применимость".

Способ переработки шлакового расплава осуществляется следующим образом. Производят смешивание расплавленного шлака с кальцийсодержащим веществом, распадающимся при температуре плавления шлака до свободной окиси кальция (например, известняком, или гипсом, или доломитом, или другими веществами, содержащими карбонаты, или сульфаты, или гидроокись кальция). Количество шлака и корректирующей добавки подбирают исходя из их химического состава таким образом, чтобы массовое соотношение окиси кальция и окиси кремния в полученной шлаковой массе находилось в пределах от 1,83:1 до 2,1:1.

Свободная окись кальция при смешивании со шлаковым расплавом вступает в реакцию с основными компонентами шлака, в первую очередь с геленитом (2СаО·Al₂O₃SiO₂), а также с псевдоволластонитом (СаО·SiO₂) и аккерманитом (2СаО·MgO·2SiO₂) и образует двухкальциевый силикат (2СаО·SiO₂), трехкальциевый силикат (3СаО·SiO₂) и алюминаты кальция.

При медленном охлаждении шлаковой массы, при достижении температуры 650^oС, происходит полиморфный переход образовавшегося двухкальциевого силиката из неустойчивой формы β в форму γ, что вызывает расширение объема минерала и приводит к частичному разрушению структуры остывшей шлаковой массы. В результате разложения кальцийсодержащих веществ образуют газы, которые вспенивают остывающую шлаковую массу, обеспечивая ее высокую хрупкость.

Перемешивание жидкого шлакового расплава и кальцийсодержащих веществ осуществляется либо подачей последних в струю выливаемого из ковша шлака, либо в специальных аппаратах типа вращающегося барабана.

Получившуюся шлаковую массу в виде порошка и легкоизмельчающихся зерен после измельчения, не требующего мощных дробилок, подают на сухую магнитную сепарацию для извлечения корольков запутавшегося в шлаке железа.

Немагнитная часть шлаковой массы используется как вяжущее при производстве дорожных строительных смесей.

Пример. Производим смешивание расплава металлургического шлака с кальцийсодержащим веществом, например,известняковым отсевом, содержащим 95% карбоната кальция (СаСО₃).

Смешивание происходит путем всыпания карбоната кальция в струю жидкого металлургического шлака.

При температуре плавления шлака карбонат кальция разлагается до свободной окиси кальция: Свободная окись кальция вступает в реакцию с силикатными составляющими шлака, например, геленитом: Образовался двухкальциевый силикат: 2СаО·SiO₂ (C₂S).

При медленном естественном остывании шлаковой массы, например в земляной яме, при температуре 760^oС происходит полиморфный переход двухкальциевого силиката из модификации β в модификацию γ.

Чтобы добиться массового соотношения окиси кальция и окиси кремния, равного 1,82:1, нужно перемешать шлак, с содержанием 40% окиси кальция и 28% окиси кремния, и известняковый отсев в массовом соотношении 7:1. Тогда в остывшей шлаковой массе содержание двухкальциевого силиката будет составлять 43,6%, что позволит получить содержание в шлаковой массе частиц размером менее 1 мм около 23,2%.

При смешивании шлака и известнякового отсева и соответствии 2:1 при содержании в шлаке окиси кальция 33,5%, а окиси кремния 33:0%, массовое соотношение окиси кальция и окиси кремния в полученной шлаковой массе получится равным 1,95:1. При этом количество образовавшегося двухкальциевого силиката составит 52%, а количество частиц в шлаке, размер которых меньше 1 мм, будет соответствовать 31,4%.

При смешивании шлака и известнякового отсева в соответствии 1,8:1, при содержании в шлаке окиси кальция 33,5%, а окиси кремния 33,0%, массовое соотношение окиси кальция и окиси кремния в полученной шлаковой массе получится равным 2,1: 1. При этом количество образовавшегося двухкальциевого силиката составит 60,0, а количество частиц в шлаковой массе, размер которых меньше 1 мм (то есть часть шлаковой массы, не требующая даже легкого измельчения), будет соответствовать 62,0%.

Данные примеров приведены в таблице.

Использование в предлагаемом способе переработки шлакового расплава в качестве корректирующей добавки кальцийсодержащих веществ, разлагающихся при температуре плавления шлака до выделения свободной окиси кальция, способствующей образованию при взаимодействии с основными компонентами шлака двухкальциевого силиката, рассыпающегося при медленном охлаждении до частиц менее 1 мм, дает возможность получить, путем простой и дешевой технологии вяжущее, обеспечивающее получение дорожной смеси, имеющей продолжительный равномерный рост прочности во времени, что позволяет получить дорожное покрытие с высокими эксплуатационными характеристиками.

Формула изобретения

Способ переработки шлакового расплава, включающий введение в расплав корректирующей добавки, охлаждение и измельчение полученной шлаковой массы, отличающийся тем, что в качестве корректирующей добавки используют кальцийсодержащие вещества, разлагающиеся при температуре плавления шлака до выделения свободной окиси кальция, которая в полученной шлаковой массе должна находиться с окисью кремния в массовом соотношении от 1,82 1 до 2,1 1, после медленного естественного охлаждения и измельчения шлаковая масса поступает на сухую магнитную сепарацию.

РИСУНКИ

Рисунок 1