Сырьевая смесь для синтеза сульфатированного цемента
Владельцы патента RU 2469968:
Общество с ограниченной ответственностью "УралЭкоМет" (RU)
Изобретение относится к составу сырьевой смеси для синтеза сульфатированного цемента и может найти применение в промышленности строительных материалов. Технический результат - снижение энергоемкости, повышение прочности цемента. Сырьевая смесь для синтеза сульфатированного цемента, содержащая известняк, глинистый и сульфатный компоненты, в качестве сульфатного компонента содержит гидратный шлам, включающий, мас.% СаО 24,8-25,2, SiO2 0,38-0,43, Аl2О3 4,8-4,9, Fе2О3 8,7-8,9, SO3 33,5-34,1, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: известняк 54,8-70,8, глинистый компонент 16,5-25,2, указанный гидратный шлам 4,0-28,7. 3 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области производства цемента и может быть использовано в промышленности строительных материалов.
Известна сырьевая смесь для приготовления портландцемента, состоящая из известняка и глины (Тейлор, X. Химия цемента / Х.Тейлор. Пер с англ. - М.: Мир, 1996. - 560 с) [1]. Для ускорения клинкерообразования цементов на основе известной сырьевой смеси используют природный гипс, положительное влияние которого на процессы клинкерообразования сводится к взаимодействию сульфата кальция с имеющимися в сырьевой смеси примесями Na2O и KiO. При этом образуются легкоплавкие и летучие сульфаты щелочных элементов, способствующие образованию маловязкой жидкой фазы при более низких температурах и превращению сульфата кальция в эффективный плавень, способствующий ускоренному образованию клинкерных минералов. Недостатком введения природного гипса в портландцемент при его синтезе является стабилизация свободной извести и белита, являющаяся причиной торможения или даже отсутствия образования алита в продуктах обжига.
Известна сырьевая смесь для синтеза сульфосиликатного цемента, содержащая глину, известняк и фосфогипс (Атакузиев, Т.А. Сульфоминеральные цементы на основе фосфогипса / Т.А.Атакузиев, Ф.М.Мирзоев. - Т.: Из-во «ФАН», 1979. - 152 с.) [2]. Синтезируемый на основе известной сырьевой смеси цемент относится к малоэнергоемким, т.к. синтезируется при температуре до 1350°С. Данный цемент обладает повышенной сульфатостойкостью и скоростью твердения, но низкой прочностью, составляющей в среднем 20-30 МПа. Для повышения прочности получаемого цемента авторы использовали дорогие и дефицитные бокситы вместо глины, однако достичь существенного повышения прочности цемента им не удалось.
Известно применение низкоалюминатных сырьевых материалов для синтеза сульфосиликатного цемента (Сычева Л.И. Получение и свойства сульфатсодержащих цементов на основе низкоалюминатных сырьевых материалов / Л.И.Сычева, Д.В.Бакеев // Цемент и его применение, 2009. №6, с.117-120) [3]. Известная сырьевая смесь содержит известняк, фосфогипс, глину или золу уноса. За счет высокого содержания в клинкере цемента сульфат иона синтезируемый цемент является сульфатостойким и быстротвердеющим. Прочность цемента в 28 суточном возрасте при Sn=1 достигает 70 МПа. Используемая для приготовления данного цемента сырьевая смесь содержит в качестве сульфатирующего агента фосфогипс, который в своем составе содержит значительное количество фосфатов в растворимом состоянии. Фосфаты, попадая в клинкер цемента, являются причиной замедленного схватывания и набора прочности цемента. Кроме СаО и SO3 в составе фосфогипса не содержится в достаточном количестве иных, полезных для синтеза цемента, оксидов. Имеет значение и то, что не во всех регионах имеются запасы фосфогипса, достаточные для производства цемента в промышленных масштабах.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке сырьевой смеси для синтеза малоэнергоемкого, высокопрочного и сульфатостойкого цемента. Для решения поставленной задачи сырьевая смесь содержит известняк, глинистый и сульфатный компоненты, при этом в качестве сульфатного компонента смесь содержит гидратный шлам, включающий, мас. % СаО - 24,8…25,2, SiO2 - 0,38…0,43, Аl2О3 - 4,8…4,9, Fе2О3 8,7…8,9, SO3 - 33,5…34,1, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Известняк - 54,8-70,8;
Глинистый компонент - 16,5-25,2;
Гидратный шлам - 4,0-28,7.
Сущность заявленного изобретения заключается в вовлечении в производство цемента сульфатсодержащих отходов промышленного производства, в составе которых помимо сульфата содержатся иные, полезные для производства цемента, оксиды, в частности оксиды алюминия и железа, и совсем не содержится фосфатов, которые могут отрицательно влиять на сроки схватывания и твердения цемента. Полезные для технологии цемента оксиды Аl2O3 и Fе2О3 учитываются при расчете сырьевой смеси и способствуют повышению прочности сульфатированных цементов на основе такой сырьевой смеси. Комплексное воздействие полезных оксидов и отсутствие фосфатов в сырьевой смеси позволяет получить цемент с высокими механическими свойствами и хорошей кинетикой твердения. При максимальном содержании в сырьевой смеси известняка и минимальном содержании гидратного шлама смесь шихтуется на получение в цементе минимального количества сульфатированных минералов, только сульфоалюмината кальция С4А3СS, при этом по содержанию сульфатов цемент удовлетворяет требованиям действующих нормативных документов, а модульные характеристики цемента составляют Кн=1. Сн=0. При минимальном содержании в сырьевой смеси известняка и максимальном содержании гидратного шлама смесь шихтуется на получение в цементе максимального количества сульфатированных минералов, а модульные характеристики цемента составляют Кн=1. Сн=1. При этом цемент по содержанию сульфатов не отвечает требованиям действующих нормативных документов, но является высокопрочным, быстротвердеющим и сульфатостойким.
ПРИМЕР.
Для приготовления сульфатированного цемента использовались компоненты, химический состав которых приведен в табл.1.
Сырьевая смесь для приготовления цемента с модульными характеристиками: Кн=1, Сн=1 на основе гидратного шлама имела в своем составе, мас.%:
Известняк - 54,8;
Глина - 25,2;
Гидратный шлам - 28,7.
Сырьевая смесь для приготовления цемента с модульными характеристиками: Кн=1, Сн=1 на основе фосфогипса имела в своем составе, мас.%:
Известняк - 59,2;
Глина - 20,1;
Фосфогипс - 20,7.
Сырьевая смесь для приготовления цемента с модульными характеристиками: Кн=1, Сн=0 на основе гидратного шлама имела в своем составе, мас.%:
Известняк - 70,8;
Глина - 16,5;
Гидратный шлам - 4,0.
Сырьевая смесь для приготовления цемента с модульными характеристиками: Кн=1, Сн=0 на основе фосфогипса имела в своем составе, мас.%:
Известняк - 71,4;
Глина - 25,6;
Фосфогипс - 3.
В качестве гидратного шлама использовались отходы (осадки) от реагентной очистки сточных вод. Сырьевые смеси для приготовления цементов гомогенизировались путем совместного помола, прессовались при усилии прессования 200 МПа и подвергались обжигу при температуре 1300°С. Полученный подобным образом клинкер измельчался до остатка на сите №008 не более 15% и у них определялись физико-механические свойства. Результаты определения физико-механических свойств цементов представлены в табл.2 и табл.3.
Результаты испытаний свидетельствуют, что цемент на основе гидратного шлама имеет меньшие сроки схватывания и ускоренный набор прочности, чем цемент на основе фосфогипса. Прочностные свойства цемента, синтезированного из сырьевой смеси с гидратным шламом выше, чем у цемента на основе фосфогипса, приблизительно на 10%.
Сырьевая смесь для синтеза сульфатированного цемента
Таблица 1 | ||||||||
Химический состав сырьевой смеси и клинкера, мас.% | ||||||||
Компонент | СаО | SiO2 | Al2O3 | Fе2О3 | SO3 | P2O5 | Δmпрк | Сумма |
Известняк | 56,35 | 0,041 | 0,064 | 0,038 | 0,01 | 0,014 | 42,8 | 99,4 |
Глина | 1,21 | 50,7 | 20,9 | 12,8 | 1,4 | 0,17 | 12,5 | 99,68 |
Гидратный шлам | 24,82 | 0,38 | 4,82 | 8,74 | 33,57 | 0 | 27,14 | 99,47 |
Фосфогипс | 31,6 | 0,87 | 0,02 | 1,22 | 44,8 | 1,32 | 20,1 | 99,93 |
Клинкер на основе гидратного шлама | 52,37 | 17,93 | 8,85 | 7,48 | 13,02 | 0,336 | 0 | 99,98 |
Клинкер на основе фосфогипса | 52,99 | 19,66 | 7,65 | 4,91 | 14,29 | 0,488 | 0 | 99,98 |
Сырьевая смесь для синтеза сульфатированного цемента
Таблица 2 | ||||||||||
Результаты испытаний портландцемента* | ||||||||||
Тип клинкера | Вещественный состав | SO3, % | S, м2/кг | R008, % | НГ, % | Сроки схватывания, ч-м | В/Ц | РК | ||
клинкер | гипс | нач. | кон. | |||||||
На основе гидратного шлама с Кн=1, Сн=0 | 96,0 | 4,0 | 3,8 | 349 | 9,6 | 28,3 | 2-35 | 4-45 | 0,4 | 115 |
На основе фосфогипса с Кн=1, Сн=0 | 96,0 | 4,0 | 3,8 | 342 | 12,5 | 26,2 | 6-25 | 7-45 | 0,4 | 115 |
На основе гидратного шлама с Кн=1, Сн=1 | 100 | 0 | 13,0 | 348 | 5,6 | 31,9 | 2-15 | 3-45 | 0,4 | 116 |
На основе фосфогипса с Кн-1, Cн=1 | 100 | 0 | 14,3 | 336 | 8,9 | 32,3 | 4,25 | 7-40 | 0,4 | 114 |
* S - удельная поверхность; R008 - остаток на сите №008; В/Ц - водоцементное соотношение; НГ - нормальная густота; РК - расплыв конуса
Таблица 3 | ||||
Результаты испытаний цемента | ||||
Тип клинкера | Предел прочности при сжатии, МПа, через, суток | |||
2 | 7 | 14 | 28 | |
На основе гидратного шлама с Кн=1, Сн=0 | 21,8 | 31,1 | 42,5 | 48,2 |
На основе фосфогипса с Кн=1, Сн=0 | 19,4 | 27,8 | 38,5 | 43,3 |
На основе гидратного шлама | 23,5 | 34,5 | 45,3 | 49,9 |
На основе фосфогипса | 20,6 | 28,1 | 39,4 | 44,2 |
Сырьевая смесь для синтеза сульфатированного цемента, содержащая известняк, глинистый и сульфатный компоненты, отличающаяся тем, что в качестве сульфатного компонента смесь содержит гидратный шлам, включающий, мас.%: СаО 24,8-25,2, SiO2 0,38-0,43, Аl2О3 4,8-4,9, Fе2О3 8,7-8,9, SO3 33,5-34,1, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Известняк | 54,8-70,8 |
Глинистый компонент | 16,5-25,2 |
Гидратный шлам | 4,0-28,7 |