сырьевая смесь для получения саморассыпающегося клинкера

Формула изобретения

Сырьевая смесь для получения саморассыпающегося клинкера, включающая известняковый, железо- и кремнеземсодержащий компоненты, отличающаяся тем, что в качестве известнякового компонента она содержит высокомагнезиальный известняк с содержанием MgO 7,2 9,65 мас. и мел, а в качестве железо- и кремнеземсодержащего компонента вскрышные породы отходы ГОКа при следующем соотношении компонентов, мас.

Высокомагнезиальный известняк 47,3 68,8

Железосодержащий компонент 15,8 36,3

Кремнеземсодержащий компонент 2,4 9,8

Мел Остальноеа

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительным материалам и представляет собой сырьевую смесь для производства саморассыпающегося клинкера, предназначенного в качестве вяжущего для изготовления изделий автоклавного твердения.

Известна сырьевая смесь для получения саморассыпающегося цементного клинкера, включающая известковый, глинистый, железосодержащий компоненты и соединения углерода [1]

Наиболее близким техническим решением по достигаемому эффекту является сырьевая смесь для получения саморассыпающегося клинкера [2] включающая известковый, глинистый, железосодержащий компоненты и дополнительно содержащая марганцовистый или медеплавильный шлак при следующем соотношении компонентов, мас.

Известковый компонент 50-75

Глинистый компонент 20-40

Железосодержащий компонент 0,1-3,0

Соединения углерода 0,5-2,0

Марганцовистый или медеплавильный шлак 1,0-5,0

Недостатком известных смесей является высокий расход топлива на обжиг при 1450^oC, а также то, что саморассыпание достигается путем меленного охлаждения в печи до 800^oC со скоростью 300^o/ч и вследствие перехода более активной клинкерной фазы -C₂S в g-C₂S, что понижает гидратационную активность вяжущего.

Цель изобретения снижение расхода топлива на обжиг клинкера с одновременным повышением прочности автоклавных изделий.

Цель достигается тем, что в сырьевой смеси для получения саморассыпающегося клинкера, включающей известковый, железо- и кремнеземсодержащий компоненты, согласно предлагаемому решению, в качестве известкового компонента содержится высокомагнезиальный известняк с содержанием MgO 7,2-9,65 мас. и мел, а в качестве железо- и кремнеземсодержащего компонента вскрышные породы отходы ГОКа, при следующем соотношении компонентов, мас.

Высокомагнезиальный известняк 47,3-68,8

Железосодержащий компонент 15,8-36,3

Кремнеземсодержащий компонент 2,4-9,8

Мел Остальное

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав саморассыпающегося клинкера отличается от известного введением новых компонентов, а именно: высокомагнезиального известняка, вскрышных пород и мела. Анализ известных составов [1 и 2] саморассыпающихся клинкеров показал, что некоторые введенные в предлагаемом решении вещества известны, например железосодержащий компонент, кремнеземсодержащий компонент и известковый компонент, содержащий CaCO₃ с примесями (количество примесей более 3 мас.). Их применение в других смесях в сочетании с другими компонентами в других количественных соотношениях не обеспечивает клинкерам такие свойства, который они проявляют в предлагаемом решении, а именно: снижение температуры обжига и, следовательно, расхода топлива на обжиг саморассыпающегося клинкера, а также саморассыпание последнего в тонкий порошок вследствие возникновения при охлаждении клинкера объемных термических напряжений и гидратации неусвоенного CaO с сохранением основной массы фазы C₂S в клинкере в b-форме, что обеспечивается введением высокомагнезиального известняка с содержанием MgO 7,2-9,65 мас. в количестве 47,3-68,8 мас. железосодержащего компонента в количестве 15,8-36,3 мас. кремнеземсодержащего компонента в количестве 2,4-9,8 мас. и чистого мела (CaCO₃) с содержанием примесей не более 1-2 мас.

Известно, что b-форма C₂S стабилизируется избытком CaO. Предусмотреть по окончании обжига в клинкере наличие CaO_св в количестве более 7-18% при условии связывания MgO в MF (магнезиоферрит в клинкере содержится в количестве 3,9-33,4 мас. см. табл. 2), было невозможно. При обжиге предлагаемой шихты формируется спек с широким спектром плотностей фаз. При охлаждении, в результате различной усадки фаз, в клинкерной грануле возникает масса микротрещин. Атмосферная влага легко мигрирует внутрь гранулы, взаимодействуя с CaO_св. В предлагаемом клинкере образуется внутрипоровое давление, достаточное для образования высокодисперсного продукта. Для самопроизвольного рассыпания материала в тонкодисперсный порошок количество CaO_св в нем должно превышать 10 мас. Процесс саморассыпания осуществляется в водной среде. Для этого применяется силосный или барабанный способ гашения. Впервые получен клинкер самопроизвольно рассыпающийся в воздушной среде при меньшем содержании CaO_св от 7% и более). Предлагаемый состав компонентов сырьевой смеси, содержащий чистый мел, а также повышенное количество MgO (5,9-9,1 мас.) и Fe₂O₃ (22,1-32,5 мас.) в клинкере, придает последнему новые свойства снижение расхода топлива за счет снижения температуры обжига и саморассыпание клинкера в тонкий порошок вследствии возникновения объемных термических напряжений в клинкере при охлаждении и последующей гидратации CaO_св с сохранением основной массы C₂S в b-форме, отличающейся более высокой гидратационной активностью по сравнению с g-C₂S.

Химический состав исходных компонентов приведен в табл. 1, в мас.

Пример конкретного выполнения. Для приготовления смеси 2 (см. табл. 2) использовали: в качестве высокомагнезиального компонента мраморовидный известняк карьера "Перевал" Иркутской области (химический состав, мас. 45,66 CaO; 0,11 Fe₂O₃; 7,20 MgO; 0,48 Al₂O₃; 8,57 SiO₂; 37,50 ППП; 99,52 S), в качестве железосодержащего компонента некондиционный сидерит Челябинской области (химический состав, мас. 1,94 CaO; 50,06 Fe₂O₃; 3,75 MgO; 20,68 SiO₂; 1,99 Al₂O₃; 18,69 ППП; 97,11 S), в качестве кремнеземистого компонента песок Стойленского ГОКа (химический состав мас. 0,30 CaO; 0,90 Fe₂O₃; 0,30 MgO; 97,60 SiO₂; 0,75 Al₂O₃; 99,86 S) и мел Белгородского месторождения (химический состав, мас. 55,33 CaO; 0,29 Fe₂O₃; 0,18 MgO; 0,70 SiO₂; 0,01 Al₂O₃; 43,37 ППП; 99,88 S). Исходные компоненты помещали в сушильный шкаф и высушивали при 140^oC в течение 1 ч, измельчали в лабораторных фарфоровых мельницах до полного прохождения через сито N 008 (до уд. поверхности 310 м²/кг), смешивали в соотношениях, приведенных в табл. 2 (смесь 2) в течение 30 мин. Из полученной смеси прессовали образцы диаметром и высотой 20 мм при уд. давлении прессования 40 МПа. Обжигали образцы в лабораторной силитовой печи. Подъем температуры осуществляли от температуры окружающей среды по режиму 200^oC за 10 мин. Образцы выдерживали при максимальной температуре 1180^oC в течение 10 мин. Охлаждали на воздухе. Аналогично готовили и ожигали остальные смеси предлагаемого состава с различным соотношением ингредиентов (см. табл. 2, смеси 3-6).

Полученные в результате обжига клинкера самопроизвольно измельчались не позднее 7 сут. Содержание CaO_св или Ca(OH)₂ в клинкерах определяли этилово-глицератным методом (ГОСТ 5382-73). Саморассыпание наблюдали при содержании CaO_св в количестве более 7-18% Фракционный состав анализировали ситовым методом: (0-80) мкм (2,67-84,00)% (80-200) мкм (14,67-84,67)% более 200 мкм (1,33-32,66)%

Химический и расчетный фазовый состав предлагаемого саморассыпающегося клинкера приведен в табл. 2. Расчет равновесного фазового состава в пятикомпонентной системе CaO-MgO-Fe₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ выполняли с помощью метода Хиза. Как видно из табл. 2 смеси 2-6 отличаются повышенным содержанием Fe₂O₃ (22,1-32,5 мас.) и MgO (5,9-9,1 мас.), а смесь 5 содержит наибольшее количество Fe₂O₃ (32,5 мас.) и MgO (мас.), что и обусловливает наименьший расход топлива на обжиг сырьевой смеси. Клинкер смеси 1 содержит 28,4 мас. Fe₂O₃, несвязанного в процессе обжига, а в клинкере смеси 7 присутствует значительное количество непрореагировавших оксидов кальция (41,0 мас.) и магния (14,1 мас.). Клинкерная смесь по прототипу содержит меньшее количество Fe₂O₃ и MgO по сравнению со смесями 2-6, что и обусловливает повышение температура обжига и расхода топлива на обжиг клинкера по прототипу. Предлагаемый состав сырьевой смеси обжигали при 1150-1190^oC.

Анализ приведенных семи смесей показал, что для получения саморассыпоющегося клинкера целесообразно готовить сырьевую смесь при следующем соотношении компонентов, мас.

Высокомагнезиальный известняк 47,3-68,8

Железосодержащий компонент 15,8-36,3

Кремнеземсодержащий компонент 2,4-9,8

Мел Остальное

Полученный самопроизвольно рассыпавшийся клинкер применяли для изготовления силикатных изделий автоклавного твердения (ГОСТ 379-79). Сырьевый смеси готовили из саморассыпающегося клинкера и шлака Челябинского металлургического завода. Компоненты смешивали в соотношениях, приведенных в табл. 3. Смеси увлажняли и прессовали образцы при уд. давлении 30 МПа. Диаметр и высота образцов 4 см. Образцы подвергали автоклавной обработке по режиму 1,5 х 6 х 1,5 ч при 180^oC и давлении водяного пара 1 МПа. Затем образцы испытывали на прочность при сжатии (ГОСТ 530-54), водопоглощение (ГОСТ 7025-67) и морозостойкость (ГОСТ 7025-78). В табл. 3 приведены результаты испытаний смесей. Из табл. 3 видно, что полученные образцы после запарки имеют прочность при сжатии 33,1-38,4 МПа, водопоглощение 10,60-11,4% морозостойкость 15 циклов. Образцы по прототипу, изготовленные на основе рассыпавшихся клинкеров, после гидротермальной обработки в течение 8 ч при 175^oC и давлении водяного пара 0,8 МПа имели прочность при сжатии 21-23 МПа, что на 36,56-40,10% ниже по сравнению с предлагаемыми составами.