СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНЕЗИАЛЬНОГО ВЯЖУЩЕГО
METHOD FOR PRODUCTION OF MAGNESIA BINDER

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к получению магнезиальных вяжущих.
В качестве сырья для производства магнезиального вяжущего используют различные высокомагнезиальные породы: магнезит, брусит и доломит. Наиболее качественное вяжущее строительного назначения можно получить при обжиге брусита. Известно, что вяжущими свойствами обладает материал, полученный обжигом бруситовой породы при температуре 400-450°C, его относят к жженой магнезии. Недостатками такого вяжущего при использовании его в строительстве являются высокие активность и экзотермичность, приводящие к неравномерности изменения объема и образованию в камне трещин при твердении, что не допускается требованиями ТУ 5745-004-70828456-2005 «Магнезиальное вяжущее».
2
2
2
2
4
Известен способ получения извести, в котором для снижения температуры обжига известняк пропитывают солевым раствором - природным рассолом в количестве 0,9-1,6% от массы обжигаемого материала. Рассол включает: CaCl, NaCl, MgCl, KCl, SrBr, NaSO (Патент РФ №2098369, заявл. 04.03.1996, опубл. 10.12.1997). Пропитанное рассолом сырье обжигают при температуре 850-900°C и получают высококачественную известь.
Известен способ получения обжигового магнезиальнохлоридного цемента, заключающийся в высокотемпературной обработке карбоната магния с добавкой хлорида магния, вводимой в количестве 1…3% от массы исходной породы. Обжиг производится термоударом, с использованием твердого теплоносителя (Федоров Н.Ф. Обжиговый магнезиальнохлоридный цемент / Н.Ф.Федоров, М.А.Андреев // Цемент и его применение. - Май-июнь 2006 г. - С.76-78). Недостатком способа является отсутствие данных по равномерности изменения объема образцов вяжущего.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ получения магнезиального вяжущего, в котором высокомагнезиальные горные породы, содержащие 15-40 мас.% гидросиликатов магния, дробят до фракции менее 60 мм, обжигают при температуре 1050-1100°C в течение 2-3 часов, затем размалывают в порошок - проход через сито 0,08 - 78-84% (Патент РФ №2286965, заявл. 23.05.2005, опубл. 10.11.2006). Магнезиальное вяжущее, полученное этим способом, обладает высокой прочностью, обладает равномерностью изменения объема, то есть не склонно к растрескиванию при твердении, а также имеет низкие линейные усадки, но энергоемко из-за высокой температуры обжига исходного сырья.
Предлагаемое изобретение решает задачу получения магнезиального вяжущего, обладающего высокой прочностью и равномерностью изменения объема при одновременном снижении температуры обжига.
Это достигается тем, что бруситовое сырье измельчают до фракции 0-0,5 мм, смешивают с сухим связующим - лигносульфонатом техническим (ЛСТ) в количестве 3-4% от массы брусита, затворяют раствором бишофита, формируют гранулы, обжигают при температуре 800-850°C, далее обожженные гранулы охлаждают и размалывают до порошкообразного состояния.
Добавка ЛСТ позволяет скреплять частицы измельченного материала и формовать гранулы для снижения пылеуноса обжигаемого материала из печи и повышения ее коэффициента полезного действия (КПД).
Количество ЛСТ менее 3% от массы брусита недостаточного для скрепления частиц измельченного материала и формования гранул. Увеличение количества ЛСТ более 4% от массы брусита нерационально, приводит к ненужному перерасходу материала.
Бишофит является модифицирующей добавкой-минерализатором, которая на стадии нагрева бруситовой породы активизирует процесс дегидратации как брусита, так и серпентинов благодаря дестабилизирующему действию на кристаллическую решетку минералов ионов магния и образованию жидкой фазы, а при охлаждении способствует формированию кристаллов оксида магния за счет появления зародышей кристаллизации.
Обжиг при температуре 800-850°C, с добавкой 3-5% бишофита, позволяет получить вяжущее, обладающее равномерностью изменения объема и марочной прочностью не менее 40 МПа.
При введении в бруситовую шихту бишофита менее 3% обжиг при температуре 800-850°C и выдержке при этой температуре 1,5…2 часа не позволяет получить среднеактивное вяжущее. При обжиге такой шихты получается высокоактивное вяжущее, а камень, получаемый после его затворения раствором бишофита, имеет неравномерное изменение объема и разрушается в процессе твердения.
Введение добавки бишофита в количестве более 5% и обжиг при 800-850°C приводит к формированию низкоактивного вяжущего (пережога), склонного к растрескиванию из-за поздней гидратации пережога при твердении.
Обжиг исходной породы при температуре до 800°C, с введением бишофита 3-5%, приводит к получению высокоактивного вяжущего, характеризующегося равномерностью изменения объема при твердении. Вяжущее, обожженное при температуре более 850°C с добавкой бишофита в количестве 3-5%, малоактивно, обладает низкой прочностью, содержит значительное количество пережога, что ведет к образованию трещин в получаемом камне в поздние сроки твердения.
Примеры конкретного осуществления способа.
Пример 1
Брусит размалывали до остатка на сите 0,5 не более 5%, брали навеску в количестве 1000 г, что соответствовало 100%, пробу брусита смешивали всухую до однородного состояния с 3% ЛСТ. Сухую смесь затворяли 17% воды с добавлением в нее бишофита, взятого в количестве 6% от массы брусита. Из полученной смеси формировали гранулы диаметром 3-4 см, затем их помещали в печи, и производили нагрев печи с гранулами до 800°C, и далее гранулы выдерживали при этой температуре 1,5 часа, охлаждение проводили на воздухе в течение 3 часов. Затем гранулы измельчали до остатка на сите 0,08 не более 15%, из полученного порошка изготавливали образцы-кубики с ребром 2 см для определения прочности и образцы-лепешки для определения равномерности изменении объема. Испытание вяжущего проводили в соответствии с ГОСТом 1216.
Твердение происходило при влажности воздуха 60-80% и температуре воздуха 20±2°C в течение 28 суток.
Пример 2
Брали следующий состав, %:
Брусит
100
ЛСТ
3,0
Бишофит
4,0
Вода
17,0
Температура обжига
800°C
Время изотермической выдержки
1,5 ч
Изготавливали образцы по методике, изложенной в примере 1.
Пример 3
Брали следующий состав, %:
Брусит
100
ЛСТ
3,0
Бишофит
4,0
Вода
17,0
Температура обжига
800°C
Время изотермической выдержки
2 ч
Изготавливали образцы по методике, изложенной в примере 1.
Пример 4
Брали следующий состав, %:
Брусит
100
ЛСТ
3,0
Бишофит
4,0
Вода
17,0
Температура обжига
850°C
Время изотермической выдержки
1,5 ч
Изготавливали образцы по методике, изложенной в примере 1.
Пример 5
Брали следующий состав, %:
Брусит
100
ЛСТ
3,0
Бишофит
4,0
Вода
17,0
Температура обжига
850°C
Время изотермической выдержки
2 ч
Изготавливали образцы по методике, изложенной в примере 1.
Пример 6
Брали следующий состав, %:
Брусит
100
ЛСТ
3,0
Бишофита
2,0
Вода
17,0
Температура обжига
850°C
Время изотермической выдержки
2 ч
Изготавливали образцы по методике, изложенной в примере 1.
Полученные результаты иллюстрируются данными, приведенными в таблице.
№ п/п
Состав, мас.%
Предел прочности при сжатии через 1 сутки, МПа
Предел прочности при сжатии через 28 суток, МПа
Равномерность изменения объема
1
Пример 1
1-2
28-30
Сквозные трещины
2
Пример 2
13-16
45-47
Трещины отсутствуют
3
Пример 3
12-15
41-44
Трещины отсутствуют
4
Пример 4
12-14
41-43
Трещины отсутствуют
5
Пример 5
10-13
40-42
Трещины отсутствуют
6
Пример 6
27-30
35-38
Сеть трещин, разрушение на отдельные блоки
Вяжущее, получаемое по заявленному способу, обладает высокой прочностью и равномерностью изменения объема. Возможность осуществления обжига при низких температурах позволяет уменьшить энергозатраты при производстве вяжущего.