Способ получения сульфатно-силикатного продукта

Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к промышленному получению быстротвердеющих высокопрочных цементов, изготовлению бетонных и железобетонных изделий. В способе получения сульфатно-силикатного продукта сырьевую смесь, состоящую из цеолитсодержащей породы, включающей SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, K₂O, TiO₂, Na₂O, Fe₂O₃, и серной кислоты, сухую цеолитсодержащую породу обрабатывают 15% серной кислотой при соотношении соответственно 1:3 с последующим обжигом отфильтрованной сырьевой смеси в течение 35-45 минут. Технический результат - повышение прочности цементных композиций в возрасте 3 суток и снижение себестоимости строительных материалов на их основе. 2 табл.

 

Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к промышленному получению быстротвердеющих высокопрочных цементов, изготовлению бетонных и железобетонных изделий, кроме того, может быть использовано и в других отраслях промышленности.

Известен способ получения сульфоалюминатного продукта, заключающийся в том, что из каолина (глины), воды и сульфатирующего модификатора готовится суспензия, которая затем обжигается при температуре 550-600°С (Рояк Г.С., Рояк С.М. Специальные цементы. - М.: Стройиздат, 1993. С.231-233 ).

К недостаткам получения такой добавки можно отнести не только жесткие требования к исходному сырью, но и достаточно высокую температуру обжига. Все это повышает стоимость получаемого продукта.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ получения сульфатно-силикатного продукта путем обжига сырьевой смеси, состоящей из алюмосиликатного материала, в качестве которого берут цеолитсодержащую породу следующего состава: SiO₂ ; Al₂О₃; Fe₂О₃; CaO; MgO ; К₂О; TiO₂; Na₂O ; Р₂O₅, а также сульфатирующего модификатора - концентрированной серной кислоты и воды. Обжиг сырьевой смеси проводят при температуре 480-500°С в течение 20-50 минут (RU 2233251, МПК 7 С04В 7/52, опубл. 27.07.2004).

К наиболее существенным недостатком известного способа можно отнести, использование в качестве модификатора концентрированной серной кислоты. В процессе модификации цеолитсодержащей породы концентрированной серной кислотой наблюдается выделение в атмосферу значительного количества вредных газообразных веществ. Более того, данная технология предполагает, что непрореагировавшая часть концентрированной серной кислоты испаряется в атмосферу при тепловой обработке сырьевой смеси. Эти процессы представляют опасность для окружающей среды и предполагают существенные затраты на локализацию вредных выбросов в атмосферу. Данные обстоятельства повышают стоимость получаемого продукта.

Технический результат заключается в повышении прочности цементных композиций с сульфатно-силикатным продуктом. Кроме того, снижается себестоимость строительных материалов на их основе.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения сульфатно-силикатного продукта путем обжига сырьевой смеси, состоящей из цеолитсодержащей породы состава SiO₂, Al₂О₃, Fe₂О, CaO, MgO, К₂О, TiO₂, Na₂O, F₂O₃, сульфатирующего модификатора, например серной кислоты, сухую цеолитсодержащую породу обрабатывают 15% серной кислотой при их соотношении соответственно 1:3 с последующим обжигом отфильтрованной сырьевой смеси в течение 35-45 минут.

Способ осуществляют следующим образом. Вначале готовят сырьевую смесь: сухую цеолитсодержащую породу состава, мас.%: SiO₂ - 70,87-58,66; Al₂O₃ - 8,98-12,34; Fe₂О₃ - 4,37-6,24; CaO - 10,64-14,51; MgO - 1,84-2,14; К₂О - 2,48-3,05; TiO₃ - 0,48-1,65; Na₂O - 0,2-0,85; F₂O₃ - 0,14-0,56 размельчают до крупности 5 мм. Затем полученную массу обрабатывают сульфатирующим модификатором - 15% серной кислотой, при соотношении породы и модификатора соответственно 1:3, т.е. при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цеолитосодеращая порода	20,00-30,00
15% серная кислота	70,00-80,00

По истечении одних суток, необходимых для окончания протекания химических реакций, смесь отфильтровывают и подвергают термической обработке при температуре 480-500°С в течение 35-45 минут. После обжига полученный сульфатносиликатный продукт резко охлаждают и вводят в портландцементный клинкер при его помоле (Прошедшую через фильтры непрореагировавшую кислоту доводят до требуемой концентрации и вновь используют в производстве добавки)

Оптимальное время обжига составляет 35-45 минут. При недостаточном времени термической обработке сырьевой смеси (менее 20 минут) - обжиг будет не завершен, а продолжительность его более 50 минут экономически не выгодна.

Исследуют влияние полученного продукта на свойства композиций при их наполнении в количестве 5% от массы вяжущего. Водоцементное отношение принимают равным 0,251. Начало схватывания определяют на приборе Вика. Часть образцов подвергают тепловлажностной обработке (ТВО) при температуре 45-50°С по режиму 2+4+10+ естественное остывание и определяют предел прочности при сжатии в возрасте одних суток, другие хранят в нормально влажностных условиях (НВУ) и испытания проводят в возрасте 28 суток. Составы сырьевых смесей представлены в таблице 1. Результаты физико-технических испытаний приведены в таблице 2.

Анализируя результаты исследований можно однозначно утверждать об эффективности получения сульфатно-силикатного продукта на основе природных цеолитсодержащих пород, который можно использовать как добавку к цементным вяжущим. Из таблицы 2 видно, что при 5% наполнении композиций полученным продуктом их прочность в возрасте 28 суток повышается до 30% по сравнению с бездобавочными, а после тепловлажностной обработки - до 45%, а в возрасте трех суток составляет 80-90% от марочной прочности не наполненных композиций (в возрасте 28 суток).

Необходимо отметить, что начало схватывание цементного теста с продуктом наступает быстрее, чем без нее, и при 5% наполнении вяжущего приближается к ГОСТу для портландцемента. Однако, опираясь на полученные экспериментальные данные, можно прогнозировать, что большее введение полученного продукта в цемент приведет к более ранней потери пластичности его теста, что, в свою очередь, позволит отнести такое вяжущее к разряду быстротвердеющих.

Таким образом, использование сульфатно-силикатного продукта, получаемого по предлагаемому способу и ведущего себя в цементных системах как ускоритель твердения, позволит значительно повышать гидратацию вяжущего при прогреве, кроме того, снижать в них содержание цемента. Все это приведет к улучшению эффективности производства бетона и снижению его себестоимости. Кроме того, полученный сульфатно-силикатный продукт может быть использован как сорбент или катализатор в химической промышленности.

Способ получения сульфатно-силикатного продукта путем обжига сырьевой смеси, состоящей из цеолитсодержащей породы состава SiO₂, Al₂О₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, K₂O, TiO₂, Na₂O, Fe₂O₃, сульфатирующего модификатора - серной кислоты, отличающийся тем, что сухую цеолитсодержащую породу обрабатывают 15%-ной серной кислотой при их соотношении соответственно 1:3 с последующим обжигом отфильтрованной сырьевой смеси в течение 35-45 мин.