СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЯЖУЩИХ, СОСТОЯЩИХ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ИЗ ОКСИДОВ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ
METHOD OF PRODUCING BINDING MATERIALS MAINLY CONSISTING OF CALCIUM AND MAGNESIUM OXIDES

Изобретение относится к области производства извести и каустического магнезита или доломита из сырья, состоящего из карбонатов кальция или магния, путем диэлектрического нагрева.
Известно, что известь (кальциевую, магнезиальную и доломитовую), а также каустический магнезит и доломит получают путем обжига карбонатного сырья - известняков, доломитов и магнезита (А.В.Волженский и др. «Минеральные вяжущие вещества» М., Стройиздат 1979). Целью обжига является декарбонизация, разложение карбонатов кальция и магния. Нагревание и массообмен обеспечиваются путем контакта с теплоносителем - газовой фазой, образующейся при сжигании топлива.
Известно также, что нагревание диэлектриков можно осуществить путем обработки переменным электромагнитным полем в диапазоне частот 0,3-300 мГц (БСЭ, т.8, стр.354. Советская энциклопедия М., 1974).
Достоинством диэлектрического нагрева является равномерное нагревание материала, с высокой скоростью. Недостаток - сравнительно высокие затраты на обработку. Эта технология применяется при сушке древесины, бумаги, приготовлении чистых сплавов и др.
Известно также явление резонанса, заключающееся в том, что амплитуда колебаний атомов и групп атомов в кристаллической структуре твердого тела достигает максимума при определенной частоте внешнего воздействия на структуру. Резонанс колебаний наступает при совпадении частоты собственных свободных колебаний атомов и групп атомов с частотой колебаний внешнего контура (управляемая частота). В резонансе амплитуда колебаний атомов в структуре резко возрастает при сравнительно невысоких затратах энергии.
Ближайшим из аналогов является способ получения вяжущего из карбонатного сырья в результате воздействия электромагнитного поля (СВЧ) (RU 2170118, 10.07.2001).
Цель изобретения - снижение энергозатрат при сохранении прочности получаемых вяжущих извести (кальциевой, магнезиальной, доломитовой) из карбонатного сырья (известняков, доломита), а также вяжущих, состоящих преимущественно из MgO (каустический магнезит и доломит) путем обработки сырья внешним электромагнитным полем резонансной частоты. При этом необходимо осуществить реакции декарбонизации:
Резонансные частоты колебаний атомов и групп атомов в кристаллической структуре зависят от концентрации примесных атомов и их следует определять опытным путем для каждого типа используемого сырья.
-1
-1
2-
3
Предварительно резонансная частота может быть определена по данным инфракрасного спектроскопического анализа (ИКС) кристаллов кальцита магнезита или доломита. На спектрах ИКС минералов, относящихся к группе карбонатов (кальцита, арагонита, фатерита, магнезита и доломита имеются максимумы поглощения энергии, соответствующие валентным (волновые числа 850-900 см) и деформационным (1370-1450 см) колебаниям групп СО .
3
2-
Поставленная цель достигается тем, что по спектрам ИКС определяется частота валентных или деформационных колебаний групп СО  в структуре карбоната и далее с помощью генераторов различных систем (индукционные печи и др.) производится обработка измельченного карбонатного сырья внешним электромагнитным полем резонансной частоты, которая обеспечивает декарбонизацию карбоната, его превращение в оксид кальция (известь) или магния (каустический магнезит и доломит).
Примеры осуществления изобретения.
уд
2
-1
Известь получена из коелгинского мрамора (99,1% кальцита). Мрамор измельчен в шаровой мельнице до S≈3000 см/г (метод воздухопроницаемости), остаток на сите с сеткой №2 - 3,7%. Декарбонизация проведена в лабораторном индукторе, резонансные частоты - 870-1400 см. Получена известь 1 сорта по ГОСТ 9179-77.
уд
2
Каустический магнезит изготовлен путем декарбонизации магнезита Саткинского месторождения (г.Сатка). Содержание магнезита в сырье -96,4% по массе. Магнезит предварительно измельчен до S≈2600 см/г (метод воздухопроницаемости). Условия декарбонизации приведены выше. После обработки вяжущее затворялось водным раствором хлорида магния (концентрация раствора 25° по Боме). При испытании образцов - балочек 4×4×16 см, изготовленных из жесткой растворной смеси состава 1:3 по массе предел прочности при сжатии в возрасте 1 сутки составил 42 МПа.
Пример 1.
2
В лабораторных условиях из измельченного мрамора Коелгинского месторождения (99,1% кальцита) в инфракрасном излучателе мощностью 1000 Вт. Обработка проведена электромагнитным полем с длиной волны 7,1 мкм (длина резонансная для валентных колебаний). Удельная поверхность мрамора 3000 см/г, максимальный размер частиц - 120 мкм, толщина слоя измельченного сырья в индукторе - не более 2 мм. Кинетика декарбонизации определена методом рентгеновского фазового анализа по изменению интенсивности дифракционного отражения кальцита. Продолжительность обработки до полной декарбонизации составила 42 с при полной мощности излучателя в однородном электромагнитном поле.
Пример 2
Измельченный мрамор по п.1 обработан в излучателе электромагнитным полем с длиной волны - 11,50 мкм (длина резонансная для деформационных колебаний). Продолжительность обработки до полной декарбонизации составила 46 с. При полной мощности индуктора в однородном электромагнитном поле. В обоих случаях получена быстрогасящаяся известь 1 сорта по ГОСТ 9179.
Пример 3
Обработка в индукторе проведена по примерам 1 и 2 электромагнитным полем с длиной волны 0,5 мкм (без резонанса). Продолжительность обработки при постоянной мощности индуктора составила 108 с, т.е. повышение потребленной мощности превысило 150%. Из примеров 1, 2 и 3 следует, что электромагнитную обработку можно проводить при частотах внешнего поля, соответствующих как деформационным, так и валентным колебаниям. Различие потребленной на декарбонизацию мощности не превышает 10%, при общем снижении затрат на 150%, по сравнению с обработкой без резонанса.