СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ БЛОКОВ
METHOD OF MAKING BUILDING BLOCKS

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно из отходов металлургического (сталеплавильного) производства.
5
Известен способ приготовления бетонной смеси, включающий смешивание в турбулентном смесителе воды, цемента, песка с последующим смешиванием полученной активированной смеси с крупным заполнителем в низкоскоростном смесителе, в котором, с целью экономии цемента, снижения энергозатрат, в турбулентный смеситель подают последовательно с интервалом 20 с воду, песок в количестве 25-50% от общей массы песка, цемент и перемешивают в течение 40-60 с, затем полученную активированную смесь смешивают в течение 50-60 с в низкоскоростном смесителе с предварительно перемешанными в течение 20-25 с крупным заполнителем и оставшейся частью песка (SU, авторское свидетельство №1645264. А1. М. кл. C04B 40/00. Способ приготовления бетонной смеси / Л.М.Глаголева, В.И.Осипова, В.И.Соломатов, С.С.Мелконов, Н.Н.Нагорняк (СССР). - Заявка №4429726/23; заявлено 26.11.1987; опубл. 30.04.1991, Бюл. №16 // Открытия. Изобретения. - 1991. - №16).
К недостаткам описанного способа применительно к решаемой нами проблеме - утилизация шлаков и травильных растворов металлургического производства и повышения прочности строительных блоков - относятся цикличность технологического процесса: перевалки смешиваемых компонентов из высокоскоростного смесителя в низкоскоростной и обратно; чисто механический контакт компонентов без вступления в какие-либо реакции замещения.
Известна сырьевая смесь для изготовления строительных блоков, содержащая цемент, песок, заполнитель и воду, в которой в ее состав в качестве заполнителя введены гранулы, полученные вторичной переработкой пластиковых бутылок или другой полиэтиленовой тары, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент
12-14
Песок
37-41
Указанные гранулы
30-34
Вода
13-14
(RU, патент №2268863. С1. МПК C04B 28/04 (2006.01), C04B 18/20 (2006.01), C04B 111/40 (2006.01). Сырьевая смесь для изготовления строительных блоков В.И.Курило (RU). - Заявка №2004122197/03; заявлено 19.07.2004; опубл. 27.01.2006).
Несмотря на привлекательность описанной сырьевой смеси, в которой в качестве вторичного сырья использован пластик, и схожесть некоторых компонентов в композиции (песок, цемент, вода), описанная нейтральная сырьевая смесь из-за гранул, полученных из полиэтиленовой тары и бутылок, не обеспечивает качества строительных блоков как по прочности, так и по качеству. Гладкие пластмассовые шарики (гранулы) из полиэтиленовой тары не обеспечивают сцепления с песком, а цемент не вступает с ними в химические реакции.
-1
Известен способ изготовления гипсобетонных блоков на гипсоцементно - пуццолановом (ГЦП) вяжущем, включающий загрузку в смеситель и перемешивание отдозированных компонентов ГЦП вяжущего, песка, опилок, замедлителя схватывания и воды затворения, вибропрессование полученной смеси в виброформе и распалубку, в котором, в непрерывно работающий смеситель одновременно подают сначала часть отдозированного песка и опилки, а затем остальной песок и воду с замедлителем схватывания, в качестве которого используют, например, упаренный фильтрат отхода производства лимонной кислоты, перемешивают не менее 20 мин, после чего в смеситель подают ГЦП вяжущее и производят окончательное перемешивание не менее 40 с, вибропрессование осуществляют в течение 17-25 с, с усилением прессования 3,5-4,7 МПа, частота колебаний 3000 мин и амплитудой 1-2 мм, а распалубку производят с последующей выдержкой блоков не менее 20 мин.
Известна также сырьевая смесь для изготовления гипсобетонных блоков на ГЦП вяжущем, состоящем из строительного гипса и пуццоланового портландцемента, включающая ГЦП вяжущее, кварцевый песок, опилки, замедлитель схватывания, в которой в качестве замедлителя схватывания использован упаренный фильтрат отхода производства лимонной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%
Строительный гипс
30,92-34,00
Пуццолановый портландцемент
5,46-6,0
Кварцевый песок М<sub>кр</sub> ≥2
53,22-58,34
Опилки
4,4-4,95
Упаренный фильтрат отхода
производства лимонной кислоты
0,33-0,38
а воду вводят до получения
водовяжущего отношения
0,26 - 0,32
6
(RU, патент №2086409. С1. МПК B28B 3/00, C04B 28/14. Способ изготовления гипсобетонных блоков и сырьевая смесь для их изготовления / Е.В.Скляров, М.П.Солодовников, А.А.Цупикова, Р.Н.Алешина, А.М.Крупкин. - Заявка №95107953/03; заявлено 22.05.1995; опубл. 10.08.1997).
К недостаткам описанных способа изготовления блоков и сырьевой смеси относятся большие энергозатраты на производство строительных блоков, в которой в качестве наполнителя использованы опилки древесных культур, которые в период эксплуатации набирают влагу.
Известна сырьевая смесь для изготовления строительных блоков, содержащая цемент, кварцевый песок, шлак металлургического производства, вспениватель и воду, которая содержит шлак металлургического производства электросталеплавильный окислительный фракции 3-12 мм в качестве наполнителя, шлак металлургического производства электросталеплавильный окислительный или восстановительный фракции 0-3 мм совместно с отработанным травильным раствором сернокислотного травления черных металлов в качестве вспенивателя при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент
13-17
Кварцевый песок
4-7
Указанный отработанный
травильный раствор
4-8
Шлак электросталеплавильный
окислительный или
восстановительный фракции 0-3 мм
18- 24
Шлак электросталеплавильный
окислительный фракции
3-12 мм
24-48
Шлак электросталеплавильный
сухой газоочистки фракций
5-100 мкм
8-12
Вода
5-8
(RU, патент №2312091. С1. МПК C04B 38/10 (2006.01). Сырьевая смесь для изготовления строительных блоков / А.П.Фоменко (RU), Г.К.Лобачева (RU), A.M.Салдаев (RU). - Заявка №2006116083/03; заявлено 10.05.2006; опубл. 10.12.2007, Бюл. №34 // Изобретения. Полезные модели. - 2007. - №34).
К недостаткам описанной сырьевой смеси для изготовления строительных блоков из шлаков металлургического производства и отработанных травильных растворов черных металлов, содержащих в своем составе окислы цветных и черных металлов, относятся недостаточная их прочность и долговечность из-за низкой молекулярной связи компонентов композиции сырьевой смеси.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - расширение сырьевой базы для строительных материалов за счет утилизации отходов сталеплавильного и металлургического производств.
Технический результат - повышение эксплуатационных свойств и прочностных характеристик.
кр
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления строительных блоков, предпочтительно из отходов сталеплавильного и металлургического производств, включающем получение композиций из цемента, песка кварцевого, шлака электросталеплавильного окислительного или восстановительного фракции 0-3 мм, шлака электросталеплавильного окислительного фракции 3-12 мм, шлака электросталеплавильного сухой газоочистки фракции 5-100 мкм, отработанные травильные растворы сернокислотного травления черных металлов и воду, перемешивание отдозированных компонентов композиций, подачу воды до получения водовяжущего отношения, раскладку смеси в виброформу, отверждение, распалубку и дозревание, согласно изобретению в однородную вспененную газами подвижную пульпу из металлургического шлака окислительного (первичного) с размерами фракций 0-3 мм и отработанного травильного раствора сернокислотного травления черных металлов при активном перемешивании подают кварцевый песок с модулем крупности М ≥2,5, портландцемент марки М 400, шлак окислительный (первичный) фракции 3-12 мм в качестве наполнителя, активированный постоянным магнитным полем с индукцией 0,15(0,25 Тл при подаче шлака со скоростью 0,5…2,0 м/мин, католит с окислительно-восстановительным потенциалом 970…1150 мВ с pH=10,6…12,8 в качестве воды затворения и шлак сухой газоочистки сталеплавильного производства фракции 5-100 мкм в качестве отвердителя, активированного постоянным магнитным полем с индукцией 0,25…0,3 5 Тл при подаче шлака со скоростью 0,5…2,5 м/мин.
Изобретение поясняется примерами и иллюстрируется табличными данными.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.
Способ изготовления строительных блоков из отходов сталеплавильного и металлургического производств включает получение композиции, загрузку в смеситель и перемешивание отдозированных компонентов композиции, подачу воды до получения водовяжущего отношения, раскладку смеси в виброформу, отверждение, распалубку, дозревание. В композицию для изготовления строительных блоков включены компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Цемент портланд марки М400
13-17
Песок кварцевый с М<sub>кр</sub> ≥2,5
4-7
Отработанные травильные растворы сернокислотного травления черных металлов
4-8
Шлак плавильного производства фракции 0-3 мм
18-24
Шлак плавильного производства фракции 3-12 мм
24-48
Шлак сухой газоочистки фракции 5-100 мкм
8-12
Вода
5-8
Исходными материалами для осуществления способа изготовления строительных блоков из отходов металлургического и сталеплавильного производств являются следующие материалы.
Цемент портланд марки М 400.
кр
Песок кварцевый строительный с модулем крупности М ≥2,5 по ГОСТ 8736-85 с влажностью 5%.
Отработанный травильный раствор сернокислотного травления черных металлов имеет следующий состав: свободная серная кислота - 9,58-12,1%; железо - 40,64 г/л; медь - 23,52 г/мг/л; никель - 525,9 мг/л; цинк - 5,3 мг/л; марганец - 18,6 мг/л, другие элементы - 0,6-2,8 мг/л.
Шлак плавильного производства окислительный (первичный) подвергают измельчению и сепарированию. После механического дробления и размола первичный шлак имеет зерновой состав щебня, который представлен в таблице 1. Фракцию с размерами зерен 0-3 мм используют в качестве вспенивателя для получения пористого и высокопористого шлакоблока в качестве тепло- и звукоизоляционного материала. Внешний вид шлака электросталеплавительного окислительного (первичного) - камнеобразная ячеистая масса темно-серого цвета.
Шлак плавильного производства фракции 3-12 мм используют в качестве наполнителя. Химический состав шлаков (первичного и вторичного) представлен в таблице 2. Внешний вид шлака электросталеплавильного восстановительного (вторичного) - порошкообразная масса светло-серого цвета. Химический состав шлаков и отходов металлургического производства ЗАО «ВМЗ «Красный Октябрь» приведен в таблице 3.
Шлак сухой газоочистки сталеплавильного производства фракции 5 - 100 мкм при производстве строительных блоков использован в качестве отвердителя.
Отработанный травильный раствор сернокислотного травления черных металлов смешивают с металлургическим шлаком окислительным (первичным) с размерами фракций 0-3 мм в массовом отношении твердой фазы (Т - шлак) к жидкой фазе (Ж - раствор травильный) как (3,0…4,5):1.
При механическом перемешивании и протекании химических реакций образуется вспененная газами подвижная однородная пульпа. Температура смеси при смешивании с 38-40°С увеличивается до 76-82°С. Процесс нейтрализации травильного раствора автотермичен. Время смешивания вспененной массы не менее 15 минут. Водородный показатель пульпы pH=6,0-6,5.
кр
В однородную вспененную газами подвижную пульпу из металлургического шлака окислительного (первичного) с размерами фракций 0-3 мм и отработанного травильного раствора сернокислотного травления черных металлов при интенсивном перемешивании подают предварительно подготовленный кварцевый песок с модулем крупности М ≥2, портландцемент марки М 400, шлак окислительный (первичный) фракции 3-12 мм в качестве наполнителя. Указанный наполнитель, шлак фракции 3-12 мм, активируют постоянным магнитным полем с индукцией 0,15…0,25 Тл. Массу шлака фракции 3-12 мм перемещают над электромагнитами ленточным транспортером со скоростью 0,5…2,0 м/мин. Качественные и прочностные характеристики строительных блоков после обработки магнитным полем с индукцией 0,05…0,50 Тл представлены в таблице 4. С увеличением индукции магнитного поля пропорционально увеличивается и скорость подачи шлака фракции 3-12 мм, используемого в качестве наполнителя.
В качестве воды затворения в смеситель для интенсивного перемешивания компонентов композиции подают католит с окислительно-восстановительным потенциалом - 970-1150 мВ с pH=10,6…12,8.
2
Установка для электрохимической активации воды затворения состоит из корпуса, выполненного из диэлектрического материала. В крышке установки смонтирован водоподводящий трубопровод. В корпусе установки размещены катодные и анодные камеры, которые разделены между собой полупроницаемыми перегородками. В нижней части корпуса предусмотрены патрубки для отвода воды с положительным потенциалом (анолит) и отрицательным потенциалом (католит). Патрубки соединены с трубопроводами для подачи воды в смеситель. Патрубки на корпусе установки снабжены вентилями для изменения величины расхода активированной воды. При работе установки поток воды под давлением не более 0,2 МПа (2 кгс/см) направляют по водоподводящему трубопроводу в корпус установки. Обрабатываемая вода поступает в катодные и анодные камеры. При подаче потенциала напряжением 24 В или 36 В на катоды и аноды в камерах начинается процесс электролиза воды. Вследствие этого в анодной камере получают анолит с pH=3,1…4,6 и окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП), равным +430…980 мВ. В катодной камере собирается католит с pH=10,6…12,8 м и ОВП в пределах - 970…1150 мВ. В смеситель подается либо анолит, либо католит.
В таблице 5 представлена характеристика воды затворения при обработке в электролизере с напряжением на концах электродов 24 В и 36 В.
В таблице 6 приведены экспериментальные данные по прочности строительных блоков при подаче в смеситель воды затворения из анолита с pH 3,1-4,6 и ОВП, равным +430-980 мВ, водопроводной воды и католита с pH 10,6 - 12,8 и ОВП, равным - 970-1150 мВ.
В качестве отвердителя подают в смеситель шлак сухой газоочистки сталеплавильного производства фракции 5-100 мкм. Шлак фракции 5-100 мкм активируют постоянным магнитным полем с индукцией 0,25…0,35 Тл. В индуктор шлак фракции 5,0-100 мкм подают со скоростью 0,5…2,5 м/мин. С повышением скорости транспортера подачи шлака фракции 5-100 мкм индукцию магнитного поля с 0,25 Тесла увеличивают до 0,35 Тесла. Обработка шлака сухой газоочистки сталеплавильного производства фракции 5-100 мкм в магнитном поле с индукцией 0,25…0,35 Тл изменяет структуру смеси и в целом - строительного блока. Это качественно изменяет прочностные характеристики блоков (см. таблицу 7).
Описанные технологические операции по активированию шлака фракции 3-12 мм в качестве наполнителя и шлака фракции 5-100 мкм в качестве отвердителя, а водопроводную воду затворения заменить на католит с pH 10,6…12,8 с ОВП - 970…1150 мВ качественно на новом уровне изменяет процессы взаимодействия компонентов строительной композиции, химические реакции и нейтрализацию среды до pH 6…7 при отверждении блоков. Этим обеспечивается нанотехнология, стимулирующая протекание химических реакций на молекулярном уровне, и получение прочных по механическому составу и экологически безопасных строительных блоков с размерами 190×190×390 мм.
Указанные выше отличительные признаки каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи - утилизации отходов сталеплавильного и металлургических производств и получения дешевого строительного материала - и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков в известных уровнях технологий (способов) и сырьевых смесях не обнаружено, следовательно, предлагаемые технология и композиция сырьевой смеси соответствуют критерию патентоспоспособности - «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общеизвестными обеспечивает решение поставленной задачи, является неочевидной для специалистов в данной отрасли и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Имеющиеся в производстве технологическое оборудование, оснастка, установки и аппараты позволяют осуществить все технологические операции в указанных пределах, т.е. заявленный способ соответствует критерию - техническая производимость и тиражирование для получения указанного выше технического результата.
Примеры осуществления изобретения. Настоящее изобретение конкретно иллюстрируется следующими примерами реализации заявленного способа изготовления строительных блоков, предпочтительно из отходов сталеплавильного и металлургического производств, которые иллюстрируют и характеризуют сущность технологии и сырьевой смеси, но не ограничивают объем правового использования изобретения.
3
Пример 1. Металлургический шлак окислительный (первичный) электросталеплавильного цеха №1 ЗАО «Волгоградский металлургический завод «Красный Октябрь» путем размола в шаровой мельнице и на виброгрохоте разделяют на фракции в диапазоне помола 0-3 мм, 3-12 мм, 12-31 мм, 31-63 мм (см. табл.1). Содержание пылеватных и глинистых частиц не превышает 3,6% (колонка 12 табл.1). Насыпная масса - 1,76 т/м. Модуль крупности М кр ≥2 (2,16 и 2,40). 18 мас. частей размолотого шлака фракции до 3 мм (см. данные рецептуры сырьевой смеси в таблице 8, колонка 4) смешивают с четырьмя массовыми частями отработанного травильного раствора травления черных металлов при удалении оксидной пленки с металлов прокатки или волочения. Массу перемешивают в течение 15 минут. В однородную вспененную газами химической реакции подвижную пульпу из металлургического шлака окислительного (первичного) с размерами фракций 0-3 мм и отработанного травильного раствора сернокислотного травления черных металлов при интенсивном перемешивании подают 4 массовые части кварцевого песка с модулем крупности М кр ≥2 по ГОСТ 8736-85 с влажностью 5-8% и при перемешивании массы равномерно подают в нее 13 массовых частей цемента марки М 400.
3
3
Согласно данным таблицы 4 (см. строки 5 и 6) шлак окислительный (первичный) фракции 3-12 мм активируют постоянным магнитным полем с индукцией 0,25 Тесла, пропуская шлак фракции 3-12 мм через индуктор со скоростью подачи 0,5 м/мин. Указанный активированный шлак фракции 3-12 мм подают в смеситель в качестве наполнителя и перемешивают в течение 16 минут (см. 1 строку табл.9). Добавляют от 5 до 8 частей католита с pH 12,8 и ОВП - 1150 мВ в качестве воды затворения (см. данные таблиц 5 и 6). Время смешивания вспенивателя, наполнителя, песка, цемента, воды затворения (католита) - 14 минут (см. табл.9). Для отверждения равновесной массы добавляют нерастворимые оксиды неметаллов и металлов из шлака сухой газоочистки фракции 5-100 мкм, активированные в магнитном поле с индукцией 0,35 Тл при скорости подачи 0,5 м/мин (см. данные таблицы 7) от 8 до 12 массовых частей для получения стеклообразной формы смеси. Полученную композицию перемешивают в течение 15 минут. При перемешивании компонентов происходит поляризация макро- и микроструктур, интенсивное протекание химических реакций и подавление щелочной среды до стояния смеси с pH 6…7. Таким образом создается строительная нейтральная смесь с поляризацией молекул ее компонентов. Насыпная плотность полученной вспененной массы по базовой технологии 1386 кг/м, а в заявленном способе блоки имеют плотность массы 1428 кг/м(см. табл.8). Прочность на сжатие блоков в данной композиции с 6,8 увеличилась до 8,4 МПа, а морозостойкость повысилась с 27 до 31 циклов. Дозирование материалов осуществляют объемными или весовыми дозаторами. На однородность песко-шлако-цементной смеси влияет как последовательность загрузки компонентов смеси, так и длительность перемешивания.
Тщательно перемешивают сырьевую смесь, транспортируют и укладывают в виброформы для образования строительных блоков в виде параллелепипедов с размерами 190×190×380 мм и 190×390×390 мм. Готовые изделия снимают с виброформы не ранее 5-7 минут и выдерживают в течение 12-18 часов при температуре +18…+24°С. После полного вызревания блоков их транспортируют потребителю. В результате получают строительные блоки, отвечающие требованиям стандарта с размерами 190×190×390 мм и 190×390×390 мм. Время схватывания сырьевой смеси после введения активированного отвердителя не превышает 20 минут (см. табл.8-10).
Пример 2. Электросталеплавильный шлак цеха №1 и цеха №2 ЗАО «ВМЗ «Красный Октябрь» в качестве компонента в предлагаемую сырьевую смесь готовят так же, как и в примере 1. В состав сырьевой смеси (см. таблицу 8) вводят 15 мас.% цемента марки М 400, 5,5 мас.% кварцевого песка с модулем крупности М кр ≥2,6 мас.% отработанного травильного раствора сернокислотного травления черных металлов, 21 мас.% активированного магнитным полем шлака сталеплавильного производства фракции 0-3 мм, 36 мас.% активированного в магнитном поле шлака фракции 3-12 мм в качестве наполнителя, 10 мас.% шлака сухой газоочистки после магнитной обработки и 8 мас.% католита рН 12,8 и ОВП - 1150 мВ в качестве воды затворения.
3
Время смешивания отработанных травильных растворов и шлака фракции 0-3 мм составляет 18 минут. Время перемешивания нейтральной вспененной массы (pH до 7,0) с наполнителями в виде песка и активированного в магнитном поле шлака фракции 3-12 мм - 18 минут. Время смешивания гомогенной вспененной массы, активированных наполнителя и отвердителя в виде цемента и шлака сухой газоочистки фракции 5-100 мкм с католитом рН 12,8 и ОВП - 1150 мВ в качестве воды затворения - 18 минут (см. табл.9). Время выдержки строительной смеси, активированной в магнитном поле, в формовочной опалубке - 9 минут. Время дозревания блоков при температуре +20…22°С - не менее 18 часов (см. табл.9). Концентрация жидкости в описанной композиции - 14,29 мас.%. Температура сырьевой смеси при съеме из смесителя - 17,3°С. Плотность сырьевой смеси - 1420 кг/м (см. табл.10). Прочность при сжатии в сухом состоянии блока при изготовлении по известной технологии 8,9 МПа, а по заявленному способу 10,9 МПа (см. табл.8). Морозостойкость - 24 цикла по известной технологии и 27 циклов в заявленном способе. Таким образом, представленный способ и композиция вполне приемлемы при изготовлении строительных блоков с привлечением отходов металлургического производства.
3
Пример 3. В рецептурах, представленных в таблице 8, показано нарастание массовой доли цемента марки М 400 (соответственно 13, 15 и 17 мас.%), шлака сухой газоочистки фракций 5-100 мкм (соответственно 8, 10 и 12 мас.%), отработанного сернокислотного раствора (соответсвенно 4, 6 и 8 мас.%), шлака плавильного производства фракции 0-3 мм (соответственно 18, 21 и 24 мас.%) и снижение массовой доли шлака плавильного производства с 48 мас.% до 36 и 24 мас.%. Это привело к увеличению объемной массы строительных блоков в сухом состоянии с 1386 до 1479 кг/м. Одновременно с этим увеличивается прочность на сжатие строительных блоков 6,8 до 9,2 МПа по базовой технологии (см. таблицу 8) и с 8,4 до 11,3 МПа по заявленному способу. Морозостойкость испытуемых блоков в известном способе составила 27, 24 и 29 циклов, а заявленном способе - 31, 27 и 33 цикла, соответственно. Общее время на выполнение технологического процесса в первом примере составило 45 минут, а во втором примере - 54 минуты, в третьем примере - 56 минут (см. таблицу 9). Во всех трех примерах (1, 2, 3, см. таблицу 10) концентрация жидких фракций нарастает соответственно с 9,89 и 14,28 до 16,00 мас.%. Прочность строительных блоков в обеих технологиях в примере 3 достигла 9,2 и 11,3 МПа в сухом состоянии испытуемых блоков.
Пример 4. В рецептуру строительной смеси введены 9 мас.% цемента той же марки, 2 мас.% песка кварцевого, 10 мас.% отработанного сернокислотного раствора, 16 мас.% восстановительного шлака фракции 0-3 мм, 54 мас.% окислительного шлака фракции 3-12 мм в качестве напонителя, 10 мас.% шлака сухой газоочистки фракции 5-100 мкм и 8 мас.% католита в качестве воды затворения. Время смешивания компонентов приведено в таблице 9, однако приведенная композиция привела к тому, что время отверждения строительной смеси в виброформе увеличилось до 13 минут, а время полного дозревания составило 24 часа. Тем не менее магнитная обработка шлака фракции 3-12 мм и 5-100 мкм и введение в смесь католита в качестве воды затворения (см. табл.8) прочность на сжатие испытуемых блоков с 7,1 МПа увеличили до 8,7 МПа, а их морозостойкость увеличилась с 21 до 24 циклов. Представленные данные в таблицах 8, 9 и 10 свидетельствуют о том, что заявленный способ эффективен и для обработки компонентов в композиции, указанной в примере 4, она имеет право на осуществление, однако время технологического цикла заметно увеличивается.
Пример 5. Шлаки электросталеплавительного производства в качестве компонентов сырьевой смеси готовят аналогичным образом, как в примерах 1-4. В состав сырьевой смеси (см. таблицу 8) вводят 15 мас.% цемента марки М 400, 6,5 мас.% песка кварцевого, 11 мас.% раствора сернокислотного травления черных металлов, 21,5 мас.% шлака фракции 0-3 мм, 30 мас.% шлака фракции 3-12 мм, 8 мас.% шлака сухой газоочистки фракции 5-100 мкм и 8 мас.% воды затворения. В таблице 9 представлены сведения о времени, затраченном на смешивание компонентов. В данной композиции увеличивается время на отверждение блоков в формовочной опалубке и время дозревания каждого блока в естественных условиях. Наблюдается снижение прочности абсолютно сухого блока и его морозостойкость (см. приведенные данные в таблицах 8, 9 и 10). Однако те же компоненты для строительной смеси, активированные в магнитном поле с указанной индукцией, позволяют существенно изменить как прочность, так и морозостойкость блоков (см. строки 11, 12 и 13 табл.8).
3
Пример 6. Рецептура и сравнительные показателя сырьевой смеси приведены в таблице 8. В данной смеси существенно увеличено содержание цемента марки М 400 до 21 мас.%. При объемной массе 1436 кг/м прочность блоков при изготовлении по базовой технологии снизилась до 5,2 МПа, а при изготовлении по заявленному способу лишь до 6,4 МПа. Морозостойкость блоков составила 13 и 15 циклов.
Таким образом, заявленный способ изготовления строительных блоков с использованием отходов сталеплавильного и металлургического производств промышленно применимо, способствует утилизации шлака и травильных растворов металлургического производства. Изготовление строительных блоков с предлагаемым составом, рецептуры и активацией компонентов, по сравнению с известными из уровня техники технологиями и сырьевыми смесями, не требует капитальной реконструкции существующих технологических линий.
Циклоновые камеры для смешивания компонентов сырьевой смеси, установки для электролиза воды, приборы для контроля воды, транспортеры, индукторы имеют широкое распространение. В предложенных композициях в качестве наполнителя и пенообразователя использован активированный электросталеплавильный шлак окислительный (первичный). При использовании активированного электросталеплавильного восстановленного (вторичного) в виде порошка светло-серого цвета прямые затраты на производство строительных блоков снижается на 55-68%. Вторичный шлак требует только сепарации на фракции и удаления железа.
Таблица 2Химический состав отходов металлургического производства ЗАО «ВМЗ «Красный Октябрь»
№ п/п
Наименование ингредиентов
Шлам мокрых газоочисток ЭСПЦ-1 и ЭСПЦ-2, %
Шлак окислительный со шлакового двора ЭСПЦ-1 и ЭСПЦ - 2, %
Шлак восстанови-тельный со шлакового двора ЭСПЦ- 1 и ЭСПЦ-2, %
Окалина прокатного производства, %
Шлам - кек ТСЦ, %
Пыль печи-ковша ЭСПЦ-2, %
Пыль газоочистки неорганизован-ных выбросов в ЭСПЦ - 1 (шлак сухой газоочистки), %
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
SiO<sub>2</sub>
7,79
21,3
23,0
11,5
0,8
11,9
7,76
2
MnO
4,37
7,9
U3
1,89
-
5,92
2,29
3
MgO
8,63
14,9
18,1
2,8
1,0
14,3
24,5
4
Al<sup>2</sup>O<sup>3</sup>
1,06
4,0
7,7
-
-
-
0,93
5
Fe общ.
0,046
14,9
3,1
46,77
-
17,24
-
6
Ca*
5,77
29,4
42,6
3,5
36,0*
-
21,3
7
С
-
-
-
0,13
-
-
-
8
Cr общ.
1,5
0,66
0,07
0,7
0,2
0,7
1,0
9
T102
0,122
0,41
-
3,47
-
-
0,099
10
FeO
4,77
16,3
2,69
25,5
0,9
-
3,91
11
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
56-61,7
-
-
-
2,66
-
32,02
12
CaF<sub>2</sub>
4,54
2,6
4,9
3,7
-
-
5,26
13
P
-
0,151
0,019
0,04
-
-
0,04
14
H<sub>2</sub>O
-
-
-
-
остальные
-
-
15
S
-
0,09
0,24
-
-
15,384
-
16
Фториды
-
-
-
-
-
12,3
-
17
Примечание: * при прокаливании СаО - 86,9 %
-
Таблица 3Анализ отходов сталеплавильного производства в ЗАО «Волгоградский металлургический завод «Красный Октябрь» (по данным центральной заводской лаборатории ЗАО «ВМЗ «Красный Октябрь»)
№ п/п
Наименование показателя
Массовая доля показателя, %
Шлак окислительный (первичный)
Шлак восстановительный (вторичный)
1
Железо общее (Fe)
7,28
6,58
2
Диоксид кремния (SiO<sub>2</sub>)
22,35
16,35
3
Оксид кальция (СаО)
26,13
41,17
4
Оксид магния (MgO)
20,61
6,43
5
Оксид марганца (MnO)
2,46
3,48
6
Оксид алюминия (Al<sub>2</sub>O<sub>2</sub>)
8,61
7,42
Таблица 5Сравнительная характеристика воды затворения в анодной и катодной камерах
№ п/п
Наименование показателей
Напряжение на электродах
24 В
36 В
1
Минерализация воды, г/л
1,27
1,27
2
Сила тока, А
1,32
1,26
3
Вольт-амперная характеристика, Вт
31,68
45,36
4
Расход воды, л/с (л/ч)
11,5…12,0
21,0…24,0
5
Время электрохимической обработки, мин.
20…30
15…20
6
Параметры анолита: pH ОВП, мВ
4,6 430
ЗД 980
7
Параметры католита: pH ОВП, мВ
10,6 970
12,8 1150
8
Энергозатраты, кВт-ч/м<sup>3</sup>
1,1-1,03
0,47-0,63
Таблица 8Рецептура и сравнительные показатели сырьевых смесей
№ п/п
Компоненты
Компоненты строительной смеси в известном аналоге, кг
Содержание компонентов в композициях, мас.%
Номинальные значения
Предельные значения
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Пример 5
Приме 6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
Цемент марки М 400
2,5
13
15
17
9
15
21
2
Песок кварцевый Мкр ≥2,5
1,0
4
5,5
7
2
6,5
11
3
Раствор отработанный сернокислотный
-
4
6
8
10
11
12
4
Шлак плавильного производства фракции 0-3 мм
18
21
24
16
21,5
27
5
Шлак плавильного производства фракции 3-12 мм
10,0
48
36
24
54
30
14
6
Шлак плавильного производства фракции 5-100 мкм
8
10
12
10
8
6
7
Вода затворения
1,5
5
6,5
8
7
8
9
8
Показатели базовой технологии: объемная масса в сухом состоянии, кг/м<sup>2</sup>
1066,5
1386
1420
1479
1586
1622
1436
9
Прочность при сжатии в сухом состоянии, МПа
3,8
6,8
8,9
9,2
7,1
6,4
5,2
10
Морозостойкость, цикла
16
27
24
29
21
18
13
11
Показатели заявленного способа: объемная масса в сухом состоянии, кг/м<sup>2</sup>
1170
1428
1481
1501
1528
1581
1496
12
Прочность при сжатии, МПа
4,7
8,4
10,9
11,3
8,7
7,8
6,4
13
Морозостойкость, цикла
18,4
31,0
27,4
33,3
24,0
20,7
15,0
Таблица 9Технологические параметры и рецептура сырьевой смеси на основе отходов сталеплавильного производства ЗАО «Волгоградский металлургический завод «Красный Октябрь»
№ п/п
Композиция согласно примерам в таблице 8
Время смешивания отработанных травильных растворов и шлака с фракцией 0-3 мм, мин.
Время перемешивания вспенивателя и наполнителя (песок + шлак + фракции 3-12 мм), мин.
Время смешивания вспенивателя и наполнителя, отвердителя (цемент + шлак сухой газоочистки ) и воды затворения, мин.
Время отверждения в формовке, мин.
Время дозревания при t=10…20°C, час
Прочность в абсолютно сухом состоянии, МПа
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Пример 1
15
16
14
17
16
7,48
2
Пример 2
18
18
18
9
18
9,34
3
Пример 3
20
20
16
5
17
9,75
4
Пример 4
12
10
12
13
24
7,81
5
Пример 5
24
12
20
15
30
6,72
6
Пример 6
10
22
18
10
28
5,51