Способ получения сульфатного цемента или заполнителей из сульфатного цемента

 

Изобретение относится к способу получения сульфатного цемента или заполнителей из сульфатного цемента, причем гидравлически активные синтетические шлаки с основностью шлака CaO/SiO2 между 1,35 и 1,6, как, например, шлаки от сжигания мусора и/или доменные шлаки в смеси со шлаками от производства стали после восстановления оксидов металлов в расплаве, и с содержанием Al2O3 10-20 вес. %, и с содержанием оксидов железа менее 2,5 вес.% смешивают с 5-20 вес.%, относительно полной массы смеси, сульфата щелочноземельного металла, как, например, необожженного гипса, гипса из дымовых отходов, гипса из установок для удаления соединений серы из дымового газа, гипса или ангидрида в размолотом, соответственно измельченном виде. Технический результат - получение цемента или заполнителей цемента с повышенной стойкостью к сульфату и к морской воде. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способу получения сульфатного цемента или заполнителей из сульфатного цемента.

Уже в начале этого столетия было обнаружено, что гидравлическое затвердевание гранулированных доменных шлаков может быть вызвано не только с помощью извести или портландцемента, но и что можно обеспечивать затвердевание таких шлаков с помощью комбинаций с гипсом в количестве около 10 -15 вес. %. Однако, несмотря на это открытие, его техническое применение оставалось ограниченным, поскольку гипс в качестве представителя таких сульфатов может вызвать вспучивание гипса. Возникающая при вспучивании гипса местная потребность в пространстве богатых кристаллической водой продуктов реакции приводит к взрывному воздействию. Это относится прежде всего к таким случаям, когда, как в известных сульфатно-шлаковых цементах, начальное затвердевание может быть инициировано только за счет примеси портландцементного клинкера в качестве носителя извести. В известных сульфатно-шлаковых цементах доменные шлаки размалывают с 15 вес.% сульфата кальция в виде необожженного гипса и добавляют около 2 вес.% портландцемента. Присутствие гидроокиси извести на первой стадии затвердевания оказалось необходимым, поскольку иначе первоначально образуется плотный слой геля, прежде чем вообще начнется сульфатное затвердевание.

В этой связи имеет значение то, что механизм затвердевания сульфатно-шлаковых цементов нельзя сравнивать с щелочным возбуждением процесса гидратации в портландцементах. В шлаковом цементе достаточно присутствия гидроокиси извести для инициирования гидратации, в то время как в случае известных сульфатно-шлаковых цементов должна пройти настоящая реакция, в ходе которой гипс переводится в сульфоалюминат кальция. Только этот сульфоалюминат приводит к необходимому затвердеванию, причем то обстоятельство, что необходимо надежно предотвратить вспучивание гипса, привело к тому, что для известных шлаковых цементов необходимо выдерживать тонкость помола по меньшей мере 4000 - 6000 см2/г. Кроме того, было установлено, что большинство доменных шлаков не пригодны для получения сульфатно-шлакового цемента. Это справедливо и потому, что, как правило, обычные доменные шлаки имеют относительно низкое содержание глинозема, так что желательное образование сульфоалюминатов не удается или удается только в недостаточной степени, так что опять сохраняется опасность вспучивания гипса. Наконец, необходимо высокое содержание извести, которого также не наблюдается в доменных шлаках. По указанным причинам сульфатно-шлаковые цементы не получили распространения в строительной практике.

Изобретение имеет целью создать способ указанного в начале типа, с помощью которого возможно получать цемент или заполнители цемента с отличной стойкостью к сульфату и к морской воде и который можно использовать, например, в качестве цемента для буровых скважин, причем надежно предотвращается опасность вспучивания гипса. Для решения этой задачи способ согласно изобретению состоит в основном в том, что гидравлически активные синтетические шлаки с основностью шлака CaO/SiO2 между 1,35 и 1,6, например, шлаки от сжигания мусора и/или доменные шлаки в смеси со шлаками от производства стали после восстановления оксидов металлов в расплаве, и с содержанием Al2O3 10-20 вес.%, и с содержанием оксидов железа менее 2,5 вес.% смешивают с 5-20 вес. %, относительно полной массы смеси, сульфата щелочноземельного металла, например, необожженного гипса, дымового гипса, гипса из установок для удаления серы из дымового газа, гипса или ангидрита в размолотом или измельченном виде. За счет того что используются неестественно образующиеся шлаки, которые, как правило, никоим образом не соответствуют предъявляемым условиям, а гидравлически активные синтетические шлаки, удается создать предпосылки для полного предотвращения вспучивания гипса и получить цемент или цементный заполнитель, который отличается повышенной стойкостью к морской воде и повышенной стойкостью к сульфатам. За счет того, что используются синтетические шлаки, удается уже при синтезе шлаков установить основность шлаков между 1,35 и 1,6, которую, как правило, не достигают доменные шлаки, причем это, например, удается за счет того, что перемешивают шлаки от сжигания мусора с шлаками от производства стали и восстанавливают содержащиеся в таких шлаках оксиды металлов. Если это не обеспечивается выбранными исходными шлаками, то можно в расплаве довести содержание Al2O3 до заданного значения от 10 до 20 вес.%, причем посредством восстановления жидких шлаков необходимо довести содержание не только тяжелых металлов, но и содержание оксидов железа до менее 2,5 вес.%, для того чтобы впоследствии не иметь нежелательных побочных эффектов. За счет того что используется такой высокоочищенный синтетический шлак, можно в качестве носителей сульфатов щелочноземельных металлов использовать ряд трудно поддающихся обезвреживанию материалов, как, например, гипс из установок по удалению серы из дымового газа, необожженный гипс, гипс из дымовых отходов, а также гипс и ангидрит. При этом шлаки необходимо размолоть до значительно меньшей тонкости помола, чем это требовалось для известных сульфатно-шлаковых цементов, и, в частности, нет необходимости производить помол шлаков вместе с гипсом, как это было необходимо в прошлом для обеспечения соответственно хорошего, равномерного перемешивания. Обычное при производстве сульфатно-шлаковых цементов перемешивание необожженного гипса с доменным шлаком приводит при помоле к ряду трудностей. Гипс в таких смесях имеет тенденцию к проявлению смазывания, так что непросто достичь желаемой тонкости помола. Поэтому с большим трудом удается достичь требуемой высокой тонкости для гомогенного распределения гипса, как это необходимо для сульфатно-шлаковых цементов. В противоположность этому при выборе синтетического шлака согласно изобретению достаточно размолоть этот шлак до значительно меньшей тонкости помола и затем подмешать гипс также с соответственно меньшей тонкостью помола, причем, несмотря на это, можно достичь желаемой гомогенности смеси.

При реализации изобретения поступают предпочтительно так, что выбирают тонкость помола синтетических шлаков между 2800 и 3500 см2/г, причем эта тонкость помола значительно ниже, чем требуемая для известных сульфатно-шлаковых цементов тонкость помола.

Для обеспечения впоследствии желаемой реакции сульфоалюмината устанавливают содержание Al2O3 предпочтительно между 12 и 18 вес.%.

Используют предпочтительно CaSO4 в количестве между 8 и 15 вес.%, причем соответствующее быстрое затвердевание обеспечивается тем, что основность шлака выбирают более 1,45, предпочтительно около 1,5.

Содержание Al2O3 можно особенно простым образом регулировать добавкой глины или глинозема, причем такое регулирование можно производить в жидкой фазе шлака.

Обычно в шлаках от производства стали содержится около 16 вес.% SiO2, 50 вес.% CaO и 1 вес.% Al2O3. Тем самым такие шлаки от производства стали можно использовать в качестве носителей извести для регулирования основности других шлаков, как, например, шлаков от сжигания мусора, которые в большинстве являются кислыми шлаками. Доменные шлаки, как правило, также являются кислыми шлаками и только в редчайших случаях имеют основность шлака более 1,1 или 1,2. Обычно доменные шлаки содержат SiO2 в количестве около 37 вес.% и CaO в количестве около 32 вес.% Однако в таких доменных шлаках содержится Al2O3, как правило, в количестве около 13 вес.%, так что смеси из шлаков от производства стали и доменных шлаков в жидком виде после соответствующего регулирования основности содержания Al2O3 и после снижения слишком высокого содержания хрома и железа шлаков из производства стали, например, с применением ванны расплавленного металла, пригодны для синтетического шлака, который затем можно перерабатывать в сульфатный цемент. Аналогично поступают при применении шлаков из установок для сжигания мусора или пыли, которые также необходимо предварительно очистить посредством соответствующего восстановления с помощью ванны расплавленного металла из-за содержащихся в них оксидов металлов, для того чтобы их можно было использовать в соответствующем составе в качестве синтетического шлака для получения сульфатного цемента. Шлаки от сжигания мусора также, как правило, являются кислыми шлаками, причем такие шлаки отличаются, как правило, содержанием Al2O3 порядка 10 - 25 вес.% и основностью менее 0,5. Таким образом, такие шлаки содержат большие доли SiO2, чем CaO, и сами по себе без соответствующего регулирования основности и соответствующего восстановления оксидов металлов также не пригодны в качестве исходного материала. Здесь также необходимо регулировать подходящую смесь шлаков в жидкой фазе для получения необходимого гидравлически активного синтетического шлака, чтобы обеспечить желаемую величину основности между 1,35 и 1,6, причем только эта основность может обеспечить то, что становится возможной реакция сульфоалюмината без применения первичной гидратации с применением гидроокиси извести, соответственно портландцемента, так как в противном случае образование слоя геля будет препятствовать этой реакции.

Для сравнения был получен сульфатно-шлаковый цемент и его сравнили с полученным согласно изобретению цементом. В результате этого сравнения было установлено, что изменение прочности на сжатие цемента согласно изобретению отличается тем, что его конечная прочность выше при незначительно меньшей прочности после 3 дней. Прочность на сжатие для сульфатно-шлакового цемента после 3 дней составляла 41 H/мм2по сравнению с 38 H/мм2 для цемента согласно изобретению. После 28 дней прочность на сжатие сульфатно-шлакового цемента достигла 76 H/мм2, в то время как прочность на сжатие цемента согласно изобретению составила 82 H/мм2. Прочность на изгиб цемента согласно изобретению была примерно в два раза выше, чем известных сульфатно-шлаковых цементов. Сульфатно-шлаковый цемент имел прочность на изгиб 7 H/мм2, в то время как цемент согласно изобретению имел прочность на изгиб 14 H/мм2.

В ходе этих сравнительных испытаний было установлено, что цемент согласно изобретению отличается значительно меньшей склонностью к усадке. В то время как в шлаковых цементах и в обычных смешанных доменных шлаковых цементах наблюдалось образование трещин, то в цементе согласно изобретению вследствие значительно меньшей склонности к усадке образование трещин максимально исключается и при испытаниях не наблюдалось.

Тонкость помола измеряли в ходе испытаний методом Блэйна в соответствии со стандартом Американского общества по испытанию материалов (ASTM) С 204-55. Использованный для сравнительных испытаний сульфатно-шлаковый цемент был со значительно большими затратами помолот значительно тоньше и использован с тонкостью помола 5000 см2/г, в то время как использованный для сравнительных испытаний цемент согласно изобретению был помолот только до тонкости помола 3000 см2/г.

Формула изобретения

1. Способ получения сульфатного цемента или заполнителей из сульфатного цемента, отличающийся тем, что гидравлически активные синтетические шлаки с основностью шлака СаО/SiO2 между 1,35 и 1,6, как, например, шлаки от сжигания мусора и/или доменные шлаки в смеси со шлаками от производства стали после восстановления оксидов металлов в расплаве, и с содержанием Al2O3 10-20 вес.%, и с содержанием оксидов железа менее 2,5 вес.% смешивают с 5-20 вес. %, относительно полной массы смеси, сульфата щелочноземельного металла, как, например, необожженного гипса, гипса из дымовых отходов, гипса из установок для удаления соединений серы из дымового газа, гипса или ангидрита в размолотом, соответственно измельченном виде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тонкость помола синтетических шлаков выбирают между 2800 и 3500 см2/г.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержание Al2O3 устанавливают между 12 и 18 вес.%.

4. Способ по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что CaSO4 используют в количествах между 8 и 15 вес.%.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что основность шлака выбирают более 1,45, предпочтительно около 1,5.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что содержание Al2O3 регулируют путем добавления глин или глинозема.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства стеновых материалов, в частности для производства безобжигового кирпича и стеновых блоков полусухого прессования

Изобретение относится к способу утилизации пыли, образующейся при восстановлении железной руды

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам получения стали и гидравлически активных связующих

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству и применению цементов с добавками, в том числе шлаков

Вяжущее // 2110493
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в производстве декоративных строительных растворов и бетонов
Изобретение относится к строительным материалам

Изобретение относится к строительной индустрии и предназначено для получения заполнителя и гидравлического вяжущего из высокоосновных шлаков металлургического производства

Изобретение относится к способам очистки фосфорного шлака от фосфина, фтористого водорода и сероводорода
Вяжущее // 2005697
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к изготовлению шлакоблоков, шлакоплит, а в композиции с различными наполнителями- бетонных смесей

Вяжущее // 1813752
Изобретение относится к составам вяжущих и

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к получению пористых искусственных изделий, и может быть использовано при производстве гранулированного теплоизоляционного материала

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к эпоксидным композитам для изготовления санитарно-технических изделий

Изобретение относится к утилизации отходов промышленного производства и может быть использовано на алюминиевых заводах для переработки дисперсных фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления облегченных стеновых блоков при малоэтажном строительстве

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству легких заполнителей из отходов промышленности

Связующее // 1825760

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к технологии производства безобжигового кирпича и облицовочной плитки
Наверх