способ получения вяжущего

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.

Описание изобретения к патенту

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.

Таблица 1
Химический состав шлама химводоочистки НГТЭЦ, %
п.п.п.	Водорастворимая часть	SiO2	R2O	Fе 2О3	CaO	MgO	SO4	СO 2
49,8	5,38	5,3	4,1	4,0	19,22	11,8	0,4	30,8

Таблица 2
Свойства шлама химводоочистки НГТЭЦ
Влажность, %	Удельная поверхность, м2/кг	Истинная плотность, кг/м3	Насыпная плотность, кг/м3	Водородный показатель, рН
52	490	1720	576	9,65

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.

Таблица 4
Изменение рН в процессе механохимической активации шлама на бегунах IN раствором серной кислоты
Время нейтрализации, мин	Расход серной кислоты, % от стехиометрии
25	50	75	100	125	150
15	6,8	6,6	6,5	6,5	1,5	1,31
30	7,0	6,69	6,8	6,9	1,64	1,33
45	7,3	7,2	6,9	7,0	1,8	1,4
60	7,8	7,5	7,2	7,1	2,0	1,4
90	8,0	7,9	7,5	7,0	2,05	1,4
120	8,0	8,0	7,6	7,0	2,1	1,4

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.