Способ получения магнезиального вяжущего
METHOD FOR PRODUCTION OF MAGNESIAN BINDER

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к способу получения магнезиального вяжущего из сапонит-содержащих отходов горнодобывающей промышленности, и может быть использовано как заменитель портландцемента при изготовлении бетонов, растворов, железобетонных конструкций, для производства сухих строительных смесей, теплоизоляционных материалов и т.д.
Известен способ получения магнезиального вяжущего (РФ № 2469004, МПК: C04B 9/20; F27B 1/00, 2012), который подразумевает использование смеси магнезита и доломита с натрием хлористым подаваемым в виде водного раствора методом орошения из форсунок и последующий обжиг при температурах 600 - 750°С в течение 1 - 2 часов в зависимости от исходного минералогического состава шихты с последующим помолом в шаровой мельнице. Предполагается использование доломита фракции до 60 мм.
Недостатком данного способа является отсутствие равномерного распределения добавки в виде водного раствора натрия хлористого в объеме сырьевой смеси. Не аргументировано использование фракции сырьевой смеси 30…60 мм, очевидно, что крупный размер частиц делает невозможным процесс диффузии раствора натрия хлористого к центру зерен сырьевой смеси, что способствует неравномерному процессу протекания процесса обжига сырьевой смеси. Что ведет к снижению прочностных характеристик за счет неполного разложения основных фаз.
Известен способ получения магнезиального вяжущего (РФ № 2469970, МПК: C04B 9/20, 2010). В способе сырье - брусит - измельчают, обжигают и размалывают в порошок, причем указанное сырье измельчают до фракции 0-0,5 мм, затем смешивают со связующим ЛСТ (Лигносульфонат технический) в количестве 3-4% от массы брусита, затворяют водой с растворенным в ней бишофитом в количестве 3-5% от массы брусита, формируют гранулы и обжигают при температуре 800-850°C 1,5-2 часа, охлаждают и размалывают до остатка на сите 0,08 не более 15%. Недостатками данного состава является низкая относительная прочность при эксплуатационных температурах (по сравнению с исходной после твердения).
Известен способ получения магнезиального вяжущего, включающий обжиг гидроксида магния при 400 - 600°C и смешение продукта обжига с раствором бишофита (патент США N 4003752, C 04 B 9/04, 1977).
Недостатком известного способа является высокая температура обжига сырья (400 - 1000°C), что повышает плотность оксида магния, снижает его активность и способствует неравномерному изменению объема вяжущего при твердении, а также большое содержание примесей в продукте и сравнительно низкое содержание MgO.
Известна сырьевая смесь для получения вяжущего (RU 937396, С 04 В 9/06, 1982), содержащая серпентинит и известняк в следующем соотношении, мас.%: известняк - 3…67, серпентин - 3 …37.
Обжиг указанной смеси производится во вращающейся цементообжигательной печи при 1400°С. В полученной системе находится активный двухкальциевый силикат и окись магния в основном в активной форме и частично в связанном состоянии в виде форстерита и магнезиоферрита. Указанный магнезиальный цемент имеет довольно высокую прочность, но требует высоких температур обжига (до 1400°С), имеет весьма значительную линейную усадку, кроме того, это вяжущее наиболее эффективно при производстве огнеупоров.
Известна также сырьевая смесь для изготовления магнезиального вяжущего (RU 2089523, С 04 В 9/00, 1997), включающая доломит и серпентинизированный ультрабазит при следующем соотношении компонентов, мас.%: доломит - 0…80, серпентинизированный ультрабазит - 0…60.
Указанную смесь подвергают обжигу при температуре 780°С в течение 2 часов. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, - сокращение сроков схватывания и повышение адгезии к древесине.
Недостатком этого решения является низкая прочность камня, получаемого при твердении вяжущего, а также ограничение области использования получаемого вяжущего (применение только при изготовлении древесно-минеральных изделий), что, возможно, связано с высокими усадками в формирующемся камне при твердении вяжущего и образованием трещин в жесткой системе.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ изготовления строительных изделий на магнезиальном вяжущем, включающий смешение магнезитового порошка, минерального наполнителя и водного раствора хлорида магния, формование изделий и их отверждение. При этом смешивают компоненты в следующих соотношениях, об. %: порошок магнезитовый каустический 10-30, водный раствор хлорида магния 7-21, органический заполнитель 0,1-40, неорганический заполнитель 1-30, неорганический наполнитель остальное (патент UZ 3242, 1995). Недостатком заявленного изобретения является многокомпонентность, усложняющая процесс получения вяжущего.
Задачей изобретения является упрощение процесса получения вяжущего, утилизация отходов алмазной промышленности при получении вяжущего, а также повышение скорости твердения и конечной прочности вяжущего.
Поставленная задача решается тем, что выделенную твердую фазу сапонит-содержащего материала (ССМ) измельчают любым известным способом до размера частиц 1200-1300 нм, обжигают, после чего еще раз измельчают и смешивают полученный порошок с водным раствором хлорида магния в следующем соотношении компонентов, мас.ч.: ССМ – 2,5; раствор хлорида магния – 1.
Пример 1
0
3
В качестве исходного сырьевого материала использовали предварительно высушенный до постоянной массы при температуре 105 С сапонит-содержащий материал (ССМ) из суспензии оборотной воды, накапливающейся при обогащении кимберлитовых руд. Измельчение образца ССМ до размера частиц 1200-1300 нм осуществляли на планетарной шаровой мельнице Retsch PM100 в течение 60 минут. Затем полученный порошок помещали в муфельную печь и производили обжиг при температуре 800-900 ºС в течение 10 мин. После обжига сухую смесь затворяли водным раствором хлорида магния с плотностью 1,2 г/см в соотношении компонентов, мас.ч.: ССМ – 2,5; раствор хлорида магния – 1 до получения теста нормальной густоты (ГОСТ 1216).  Из полученной смеси формируют образцы-кубы для определения прочности на сжатие. Твердение происходило при влажности воздуха 60-80% и температуре воздуха 20±2°C в течение 28 суток.
Испытание вяжущего на прочность проводили на 1,3,7,14 и 28 сутки в соответствии с ГОСТом 1216.
Полученные результаты приведены в таблице 1:
№ п/п
Образец
Предел прочности при сжатии через 1 сутки, МПа
Предел прочности при сжатии через 3 суток, МПа
Предел прочности при сжатии через 7 суток, МПа
Предел прочности при сжатии через 14 суток, МПа
Предел прочности при сжатии через 28 суток, МПа
1
Пример 1
0,97
0,98
1,98
2,42
3,18
По полученным результатам можно сделать вывод, что побочные продукты промышленности - отходы обогащения кимберлитовых руд алмазодобывающего предприятия, состоящие преимущественно из сапонита, являются перспективным сырьем для производства магнезиальных вяжущих. Показатели, приведенные в таблице, свидетельствуют о том, что вяжущее быстро твердеет и обладает высокой прочностью на сжатие.
При промышленной разработке месторождений алмазов сапонит-содержащий отход находится в водной среде в виде суспензии, затрудняя использование технологической воды в системе оборотного водоснабжения. Это связано с низкой скоростью осветления оборотной воды и приводит к быстрому заполнению хвостохранилища отходами. В процессе обогащения кимберлитовых руд песчано-глинистые породы в обводненном состоянии направляются в хвостохранилище, где ежегодно складируется до 4 млн. тонн отходов. Использование отходов горнодобывающей промышленности, а именно сапонит-содержащей твердой фазы, в качестве магнезиального вяжущего способно снизить риск неблагоприятного экологического воздействия на окружающую среду, тем самым позволит решить экологическую проблему.