ЦЕМЕНТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
CEMENT USING INDUSTRIAL PRODUCTION WASTES

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к получению цемента из техногенных, попутных продуктов промышленного производства или вторичных минеральных ресурсов. (BMP)
Известен цемент, например, портландцемент, содержащий клинкер, гипс и активные добавки - техногенные продукты, однако, их количество мало, до 20% [1, глава 6].
Существуют цементы с применением в составе шихты техногенных продуктов промышленности до 80%, например, пуццолановый портландцемент, состоящий из клинкера, активных минеральных добавок - BMP и гипса. [1, глава 12]
Недостатком такого цемента является то, что не все составляющие его шихты являются техногенными продуктами. При получении клинкера для выше указанных цементов используется природное сырье - известняк и алюмосиликатный компонент - глина. [1] Сульфатным активизатором этих цементов является малораспространенное природное сырье - гипсовый камень.
Наиболее близким к предлагаемому цементу с применением отходов промышленного производства является вяжущее для бетонов [2] в состав которого входит: горелая порода 8-15%, твердый продукт сульфатных вод 3-5%, отход производства пентаэритрита 0,3-0,8%; гипс 1-2,5%; портландцементный клинкер - остальное. Однако, при этом способе получения вяжущего, гипсовый камень только частично заменен на BMP, т.е. твердый продукт сульфатных вод. Клинкер, входящий в состав этого цемента относится к высокоэнергоемкому компоненту цементной шихты, т.к. получен из природного сырья: известняка и глины.
2
4
Задача изобретения - применить по максимуму в своем составе техногенные продукты: заменить сульфатный активизатор в виде твердого продукта сульфатных вод и добавку гипса на отход коксохимпроизводства, состоящего из Na(SO), снизить энергоемкость получения главного составляющего цемента - клинкера за счет введения в состав его шихты, кроме известного известняка, плавня в виде отхода метизного производства, а природный алюмосиликатный компонент - глину заменить термоактивированной горелой породой.
Таким образом, предлагается цемент с использованием отходов промышленного производства, содержащий клинкер, горелую породу и отход на основе сульфата натрия, в котором, согласно изобретению, цемент содержит клинкер, полученный обжигом сырьевой шихты, содержащей известняк, алюмосиликатный компонент и отход метизного производства, а в качестве отхода на основе сульфата натрия использован отход коксохимического производства,
при следующем соотношении компонентов цемента, масс.%
Горелая порода
5-80%
Продукт коксохимического производства
4-6%
Клинкер
остальное
при следующем соотношении компонентов клинкера, масс.%
Горелая порода
22-24%
Отход метизного производства
3-5%
Известняк
остальное
В испытаниях для получения клинкера и цемента использована горелая порода с террикоников шахты «Байдаевская», а для клинкера известняк Гурьевского месторождения. Свойства исследованных материалов, даны в таблице 1.
2
2
3
Горелые породы - перегоревшие «пустые» породы, оставшиеся после отделения угля от шахтных пород, содержащие минимальное (менее 5%) количество углистых примесей и минеральную глинисто-песчаную часть, самообожженную в той или иной степени за счет остаточного углерода и кислорода воздуха. При самообжиге горелых пород происходит преобразование каолинита с образованием метакаолинита, который с повышение температуры распадается на активные оксиды SiO, AlO.
2
3
2
3
Отход метизного производства (ОМП) предлагается в состав шихты для получения клинкера в качестве плавня позволяющего понизить температуру обжига. ОМП образуется в виде шлама после нейтрализации кислых железосодержащих обработанных травильных растворов. После отстаивания и сушки шлама образуется порошок красного цвета, характерный для гематита (рисунок). Удельная поверхность дисперсного материала составляет около 700 м/кг, насыпная плотность - 650 кг/м в рыхлом состоянии. Применение отхода метизного производства при получении клинкера позволяет обеспечить переход FeO в плавень FeO, т.к. внутри гранулы клинкера существует восстановительная среда, это обеспечивает снижение температуры обжига клинкера на 100…150°С. Θ
2
4
2
4
3
3
Отход коксохимического производства в виде сульфата натрия NaSO предлагается вместо дорогостоящего и дефицитного гипса, как сульфатный активизатор цемента. Отход представляет собой белые прозрачные кристаллы в виде ромбов удлиненной формы величиной до 6…8 мм. Плотность кристаллического порошка при 20°С - 1768 кг/м. Насыпная плотность в зависимости от крупности кристаллов и содержания влаги колеблется в пределах 780…830 кг/м. Данный продукт хорошо растворим в воде. Содержание NSO составляет около 96%.
Активность клинкера и цементов определялась на образцах-балочках (4×4×16 см) по ГОСТ 10178-85 (таблица 2, 3). Уменьшение затрат на энергоемкости клинкера оценивалось снижением температуры обжига шихты для него.
Свойства предлагаемого цемента следующие:
2
2
2
2
2
Тонкость помола - 297 м/кг; нормальная густота цементного теста - 25,42%; водоцементное отношение - 0,38; расплыв конуса - 114,7 мм; сроки схватывания: начало через 2 часа 31 минуту, конец - 4 часа 20 минут; предел прочности при изгибе через 3 суток - 46 кгс/см, через 28 суток - 67 кгс/см, предел прочности при сжатии через 3 суток - 303 кгс/см, через 28 суток - 413 кгс/см. Полученный цемент имеет марку 400 (состав №1).
2
В случае введения активной минеральной добавки до 80% (состав №2), активность цемента уменьшается до 200 кгс/см т.к. уменьшается количество клинкера (таблица 2).
3
2
4
3
Минералогический состав клинкера при коэффициенте насыщения КН - 0,89; силикатном модуле n - 2; глиноземистом модуле р - 0,76 имеет следующий состав, масс.%: CS - 57,64%; CS - 21,7%; CAF - 18,5%; СА - 2,16%.
3
2
2
2
3
2
Использование предлагаемого цемента возможно для бетонов работающих в агрессивной среде. Цемент на этом клинкере стоек против коррозии 3-го типа т.е, сульфатостоек (СА<5%). Для предотвращения коррозии 1-го и 2-го типа, которую вызывает Са(ОН), выбрасываемый при гидротации силикатов кальция, в предлагаемом цементе введена горелая порода. Она содержит SiO и AlO активные. При вступлении их в реакцию с Са(ОН) образуется водонерастворимые гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, особенно активно их образование идет в автоклаве или ТВО. Полученные новообразования обеспечивают дополнительную прочность цементу.
Источники информации
1. Волженский А.В. и др. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1986, - 464 с. (Глава 6; Глава 12)
2. Патент на, изобретение RU №2023695, кл С04В 7/00, 1994
Таблица 1
- Химический состав пород
Горелая порода шахты Байдаевская
MgO
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
SO<sub>3</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CO<sub>2</sub>
CaO
MnO
SiO<sub>2</sub>
FeO
ППП
2,4
6,4
0,02
15,63
3,46
2,11
1,26
60,21
-
8,51
Известняк Гурьевского месторождения
0,49
0,43
-
0,72
-
54,64
-
1,78
-
41,94
Таблица 2
- Состав и свойства цемента
Сырьевые компоненты для получения цемента
Известный состав цемента
Предлагаемый состав цемента
Состав 1
Состав 1
Состав 2
Состав цемента
Клинкер
84
75
15
Твердый продукт сульфатных вод
4
-
-
Горелая порода
10
20
80
Гипс
1,5
-
-
Отход коксохимического производства
-
5
5
Отход производства пентаэритрита
0,5
Свойства цемента
Марка цемента, кгс/см<sup>2</sup>
400
400
200
Таблица 3
- Состав и свойства клинкера, полученного с пониженной энергоемкостью.
Сырьевые компоненты для получения клинкера
Известный состав портландцементного клинкера
Предлагаемый состав клинкера
Состав клинкера
Известняк
76,3
71,73
Глина (алюмосиликатная порода)
23,7
-
Гипсовый камень
-
-
Горелая порода (термоактивированная алюмосиликатная порода)
-
23,72
Отход метизного производства (плавень)
-
4,55
Свойства клинкера
t обжига, °С
1450
1300
активность клинкера, кгс/см<sup>2</sup>
500
512