Синтетический волластонит и способ его получения
SYNTHETIC WOLLASTONITE AND METHOD FOR ITS PRODUCTION

Изобретение относится к производству композиционных добавок на основе синтетического волластонита, может быть использовано как активная минеральная добавка к цементу, бетону в производстве огнеупорного и облицовочного кирпича, керамической плитки и глазурей для нее, сухих строительных смесей, лакокрасочных материалов, кровельных покрытий и других строительных материалов.
2
2
2
3
2
2
2
3
Известен синтетический волластонит и способ его получения [патент RU на изобретение №2181105, МПК С01В 33/24, опубл. 10.04.2002, бюл. №10]. Синтетический волластонит, включающий SiO, CaO, NaO, AlO содержит указанные ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: SiO - 60,0-66,0, CaO - 27,2-33,4, NaO - 5,5-6,5, AlO - 0,1-0,3.
2
2
2
2
5
2
2
Известен способ получения волластонита [патент RU на изобретение №2091304, МПК С01В 33/24, опубл. 27.09.1997]. Сущность способа заключается в плавлении смеси отходов производства фосфорных удобрений и фтористого алюминия или кварцевого песка в присутствии серы, углерода, сульфата цинка, фосфата кальция при соотношении CaO/SiO, равном 0,9/1; C/SiO, равном 0,1-0,14/1; S/SiO, равном 0,1-0,2/1; PO/SiO, равном 0,05-0,06/1; ZnO/SiO, равном 0,02-0,04/1, резком охлаждении расплава и термической обработке гранул в окислительной среде при 830-920°С в течение 80-90 мин.
2
4
2
4
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения гидросиликата кальция или волластонита (патент Румынии на изобретение №94695, кл. С01В 33/24, 1988). Способ осуществляется взаимодействием фосфогипса с эквимолекулярным количеством водного раствора силикатов калия или натрия с силикатным модулем m>1, предварительно смешанного с концентрированным аммиаком в отношении 1:2(m-1). Реакцию проводят 15 мин при 40-50°С, затем 30 мин при 120-150°С. Образующийся продукт реакции измельчают, обрабатывают (автоклавируют) водой при 60-80°С, отфильтровывают гидросиликат кальция, который затем прокаливают (обжигают) при 850-900°С в течение 15-30 мин и получают b-волластонит. Из фильтрата выделяют NaSO и (NH)SO.
Недостатками известных способов являются многостадийность, высокая температура синтеза, применение в качестве исходных веществ малодоступных силикатов калия или натрия, использование значительных количеств аммиака. Способ, выбранный в качестве прототипа, не обеспечивает получения порошков волластонита и гидросиликата кальция, однородных по размерам частиц. Все это увеличивает стоимость конечного продукта в производстве строительных материалов.
Существенными признаками изобретения в части способа совпадает следующая совокупность признаков прототипа: приготовление смеси, ее автоклавную обработку и обжиг.
Изобретение направлено на расширение ассортимента активных минеральных добавок на основе волластонита.
Это достигается тем, что синтетический волластонит включает активную минеральную добавку фосфозол, кальцинированную соду и известь гашенную, при следующем соотношении компонентов, мас.%: фосфозол - 80, кальцинированная сода - 15, известь гашенная - 5. Способ получения синтетического волластонита включает приготовление смеси, ее автоклавную обработку и обжиг. В предложенном решении предварительно готовят фосфозол путем перемешивания в механических смесителях 66,7% фосфогипса и 33,3% золы ТЭС, автоклавную обработку смеси проводят при температуре 75-80°С и давлении 1,2-1,4 атм, а обжиг - при температуре 720-900°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%: фосфозол - 80, кальцинированная сода - 15, известь гашенная - 5.
Характеристика используемых материалов:
2
5
2
3
2
3
1. Активная минеральная добавка «фосфозол» (табл. 1) - это смесь фосфогипса - 66,7% и золы ТЭС - 33,3%. Известно, что фосфогипс является побочным продуктом производства фосфорной кислоты из апатитов и фосфоритов методом сернокислотной обработки. Химическая реакция протекает по схеме: Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4= 3H3PO4 +5CaSO4+ HF. По химическому составу фосфогипс на 96-98% состоит из сернокислого кальция, который в зависимости от условий производства фосфорной кислоты может находиться в двуводной, полуводной или безводной модификациях. В качестве примесей в фосфогипсе могут присутствовать 1,0-1,5% пятиоксида фосфора (РО), некоторое количество кремнезема и полуторные оксиды (AlO и FeO). Использование фосфогипса нашло широкое применение в качестве минерализатора при обжиге портландцементных сырьевых смесей и как добавки при помоле цемента вместо гипсового камня. Однако фосфогипс, вводимый в цемент в качестве регулятора сроков схватывания, обычно содержит до 25% влаги и загрязнен примесями фосфорной и фтороводородной кислот, которые могут понижать прочность цементов, особенно в ранние сроки твердения.
2
3
2. Кальцинированная сода (NaCO) (ГОСТ 5100-85. Сода кальцинированная. Технические условия).
2
3. Известь гашенная - гидрооксид кальция Са(ОН). При соотношении 40% извести сухой и 60% воды. В качестве сухой извести применяется известь строительная (ГОСТ 9179-2018. Известь строительная. Технические условия).
3
Получение волластонита осуществляется, например, следующим способом. Предварительно фосфозол, полученный тщательным перемешиванием фосфогипса и золы ТЭС (в соотношение 66,7% и 33,3%) в механических смесителях объемом 5-6 м в течение 30 минут, обрабатывают в автоклаве. При этом подачу сырья регулируют посредством весовых датчиков. Подачу пара и воды регулируют также посредством датчиков по объему. Общее количество гидратной воды в смеси не должно превышать 30% с учетом влажности подаваемого сырья. В автоклаве при постоянном перемешивании и температуре 133°С смесь обрабатывают в течение 30 минут.
Предварительно готовят известь, гашенную в виде раствора извести сухой и воды (в соотношение 40% извести сухой и 60% воды).
3
Затем в автоклав объемом 6-10 м подают 80% фосфозола, 15% кальцинированной соды и 5% извести гашеной. В автоклаве смесь обрабатывают при температуре 75-80°С и давлении 1,2-1,4 атм в течение 35-40 минут. Полученную смесь просушивают в течение 1 часа при температуре 50-60°С. В теплое время года можно просушивать на свежем воздухе. В заключении смесь обжигают при температуре 720-900°С.
Предлагаемый синтетический волластонит используется как активная минеральная добавка при производстве цемента. Может вводиться в добавочные цементы без добавления гипса в количестве 30-40%, как регулятор сроков схватывания. Может быть наполнителем для бетона, например, следующего состава: цемента - 15%, щебень - 35% и волластонит - 45%. При таком составе смеси прочность бетона увеличивается на 15-20%.