Способ изготовления строительных изделий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5013792/33 (22) 13.12.91 (46) 15.11.93 Бюл. Na 41-42 (71) Полевский криолитовый завод (72) Гашкова В.И.; Троян Н.В:, Бураков ЕА; Десятник

B.Í„Òîëêà÷åâà Л.Е; Левитан Б.В.; Загвоздина В.Н.;

Софронов НА; Павлович И.В.; Воротникова Э.В.; Кашин М.И.; Малков MM (73) Полевский криолитовый завод (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Использование: в химической промышленности и промышленности строительных материалов. (19) RU (11) 2002717 С1 (51) 5 С 04

Сущность изобретения: способ заключается в сме— шении в 2 стадии кислого фторангидрита, отхода производства плавиковой кислоты с предварительно подготовленной активированной известью в количестве 3 — 7 мас% с одновременной нейтрализацией и измельчением смеси до удельной поверхности 3000-5000 см /г с последующим формоваг нием, твердение изделий проводят последовательно сначала во влажных условиях затем на воздухе.

При необходимости вводят перед формованием добавку. 1 табл. сома /

Изобретение относится к способам получения строительных изделий и может быть использовано при переработке кислого фторангидрита (FA) — отхода производства плавиковой кислоты (НЕ) на строительные изделия.

Известные способы получения строительных и вяжущих материалов из ангидрита и кислого фторангидрита -- отхода производства HF имеют существенные недостатки; сложную технологическую схему, включающую стадии охлаждения FA и двухстадийную нейтрализацию кислого FA известковой мукой (10-30%) и гашеной известью (2-107; от массы материала); сложные составы сырьевых смесей с использованием. дефицитных и дорогостоящих активирующих добавок, Например, при получении ангидритового цемента вводится 5 добавок:

2 — 5 7 извести, 0,5 — 1,0 бисул ьфата или сульфата натрия, 0,5 — 1,0% железного или медного купороса, 3 — 8% обожженного при

800 — 900 С доломита и 10-15% основного доменного шлака. В других способах используются добавки портландцемента, белой сажи, модифицированной водным раствором аммиака, оксида кальция и цемента.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является способ изготовления строительных и вяжущих материалов с повышенной водостойкостью, Недостаток прототипа заключается в том, что для получения вяжущего на основе природного ангидрита или отхода химических производств предлагается одновременное использование трех-четырех дефицитн ых и доро гостоя щих добавок. сульфата калия, портландцемента, высокоглиноземистого цемента и мергеля. Кроме того, вяжущий материал (по прототипу} имеет низкую начальную прочность, что приводит к длительному выдерживанию изделий в формах до распалубки (a течение суток), увеличению продолжительности технологического цикла, а также к увеличению затрат на изготовление изделий.

Целью изобретения является повышение прочности и. водостойкости изделий, уменьшение времени их выдерживания до распалубки и удешевление способа получения строительных изделий, Это достигается тем, что способ получения строительных изделий включает следующие стадии:

I приготовление активированной извести путем обработки в инерционной мельнице до дости>кения содержания активного

СаО 91-95ф смешение кислого FA — отхода производства HF с активированной известью в дези нтеграторе; смешение и нейтрализация кислого FA с одновременным измельчением до удельной поверхности 3000-5000 см /г в шаровой мельнице; смешение в случае необходимости получения иэделий повышенного качества с добавками-активаторами (гашеной известью или малосернистыми отходами промышленности: металлургическими шлаками, золой уноса, хвостами флотации), а также при необходимости с наполнителями (песок, керамзит, недробленые шлаки и т.д.) для придания требуемых эксплуатационных свойств; формирование изделий литьем или прессованием при постепенном повышении давления до 20-50 МПа; твердение изделий a д в е e с тTа дAиMи: на первой — в течение 5-14 сут. в условиях 90—

100 Д влажности, на второй — в течение

14-23 сут на воздухе при 40 — 70 Д влажности.

При формировании изделий литьем распалубка производится после 6-12 ч, при формировании иэделий прессованием распалубка осуществляется немедленно.

Высокие показатели строительных изделий и их низкая себестоимость обеспечиваются совокупностью предложенных в заявке стадий обработки кислого фторангидрита. Во-первых, в предложенном способе исключается "мокрая" нейтрализация кислого FA гашеной известью или известняком при высокой водотвердом отношении, предусматриваемых в известных способах.

При сухой нейтрализации FA значительно упрощается технология и аппаратурное оформление процесса вследствие исключения сложной стадии фильтрации и обезвреживания большого количества сточных вод.

Однако, сухая нейтрализация FA возможна только высокоактивной тонкоизмельченной известью. Но в Уральском регионе вынуждены использовать плохообож>кенную низкосортную и некондиционную кальциевую известь с содержанием СаО 40-65 (, вследствие большого дефицита сортовой строительной извести. Поэтому одним из преимуществ предложенного способа получения строительных изделий высокого качества является воэможность работать и на укаэанной извести вследствие предусмотренной в способе стадии активации малоактивной извести в инерционной мельнице до

2002717 содержания СаО 91 — 95% с размером частиц

60 — 100 мкм.

Полнота и высокая скорость нейтрализации серной и плавиковой кислот обеспечивается использованием активированной извести, гомогенизацией кислого FA и извести в дезинтеграторе и проведений нейтрализации с одновременным измельчением

FA в шаровой мельнице. Степень измельчения фторангидрита обусловлена временем, необходимым для нейтрализации кислого фторангидрита и колеблется в интервале от

3000 до 5000 см /г, Более глубокое измельчение FA (> 5000 см /г) нецелесообразно, т.к. при этом не наблюдается улучшения вяжущих свойств.

Время нейтрализации и измельчения FA определяется содержанием. серной кислоты, которое изменяется в интервале от 0,5 до 10,0 мас. . Оксид кальция вводится в количестве, необходимом для связывания серной кислоты, кроме того, предусматривается избыток Са0 (20-60 от стехиометрии), который необходим для повышения скорости нейтрализации и улучшения вяжущих свойств нейтрализованного фторангидрита. Повышение дозировки оксида кальция

> 7% к массе кислого FA нецелесообразно, так как повышается расход извести и ухудшаются вяжущие свойства материала вследствие повышения водопотребности и уменьшения количества воды, необходимой для гидратации Са504.

Улучшение вяжущих свойств нейтрализованного и измельченного фторангидрита обусловлено присутствующими в нем мелкодисперсными Са304 2НгО (продукт нейтрализации серной кислоты) и СаГг, которые выполняют роль твердой подложки в процессе зарождения кристаллов дигидрата сульфата кальция, при этом скорость зарождения новой фазы на два порядка выше. чем в объеме раствора. Комбинированный режим твердения иэделий обеспечивает оптимальное соотношение между скоростью удаления гигроскопической влаги в процессе твердения и скоростью перехода

CaSO4 - CaS04 0,5 Нг0 - CaSO 4 2HzO. которые являются определяющими в наборе прочности, P.ðåìÿ твердения в каждом режиме обусловлено влажностью окружающей среды и составом вяжущего. Продолжительность стадии твердения изделий обусловлена достижением необходимой степени гидратации сульфата кальция и прочности изделий. Чем выше влажность на первой стадии и ниже на второй, тем меньше суммарное время твердения изделий для

55 уплотнением изготовляют изделия, которые расформовываются через 1 сут твердения и хранятся при 20 С в течение 28 сут.

Для изготовления строительных изделий по предлагаемому способу кислый фторангидрит (FA) смешивают с добавкой достижения отгрузочной и марочной прочности, которое колеблется от 11 до 22 суток.

Прочность на сжатие строительных изделий-, полученных по прессовой техноло5 гии, составляет 36-43 МПа, по литьевой—

23 — 28 МПа, коэффициент водостойкости соответственно 0,93 — 0,96 и 0.85 — 0,90.

Получение иэделий повышенного качества достигается введением перед формо10 ванием добавок. В качестве добавки используют гашеную известь или малосернистые отходы промышленности: металлургические шлаки, золу-унос, хвосты флотации с содержанием алюминия не менее 7,5

15 АЬОз и железа не более 5.0% FeO, которые вводятся в количестве 2 — 20 . В присутствии указанных добавок улучшается формуемость изделий, ускоряются процессы гидратации фторангидрита и образования

20 гидросульфоалюминатов, гидросульфоферритов кальция, в результате чего уменьшается выдерживания в формах на 20 — 50%, а также увеличивается прочность на 11 — 100% и водостойкость изделий на 3 — 12 %, что

25 расширяет область применения получаемых изделий, При необходимости в шихту перед формованием вносится наполнитель для придания требуемых эксплуатационных свойств (керамзит, песок и др.), 30 Экономическая эффективность предлагаемого способа обусловлена уменьшением затрат на эксплуатацию шламохранилища и прибылью от реализации продукции. Народохозяйственный эффект заключается так35 же в уменьшении количества вредных выбросов в атмосферу и грунтовые воды, поступающих с кислым фторангидритом, в экономии природного сырья и снижении дефицита строительных материалов.

40 При утилизации кислого FA на других заводах, выпускающих плавиковую кислоту, он возрастает более, чем в 3 раза.

Предлагаемый способ апробирован при получении опытно-промышленных партий

45 вяжущего и изделий на основе фторангидрита Полевского криолитового завода, Для изготовления водостойкого вяжущего материала по прототипу измельчают совместно (до удельной поверхности

50 2500 см /г) 660 кг ангидрита, 290 кг мергеля, г

40 г безводной извести, 10 кг сульфата калия. 1000 кг полученного материала перемешивают с 40 кг портландцементе и затворяют 350 кг воды, литьем или обычным

2002717 предварительно полученной активированной извести в количество 3-7% от массы FA в дезинтеграторе и шаровой мельнице с одновременной ней1рализацией и иэмельчением до удельной поверхности (S)

3000-5000 см /г и формуют изделия по г литьевой или прессовой технологии, которые подвергают твердению в течение 5-14 сут при 90-1000/О-ной влажности (W) и в течение 14-23 суток на воздухе при 40-70%ной влажности.

Образец 1, СаО =- 4, $. 3500 смг/г, Прессование, Условия твердения: 7 cyr npu

W = 95; и 21 сутки на воздухе при W = 60%, Образец 2, СаО = 5, S = 5000 см /r, Прессование. Условия твердения: 7 сут при

W = 95 и 14 сут на воздухе при W - 5060 / .

Образец 3. СаО "4.9, S = 4200 см /r, Литье с введением 20 наполнителя — песка. Условия твердения: 5 сут при W = 9596 и 23 сут на воздухе при W = 60-70, Образец 4. СаО = 3/,, S = 4800 см /г.

Литье. Условия твердения: 10 сут при Мl -.

9870 и 18 сут на воздухе при Л - 50 — 60 $.

Образец 5, СаО = 7/, S- 3700 см /r, Литье с введением наполнителя — 20/О песка. Условия твердения: 7 сут при W 90.—

95 и 21 сут на воздухе при W = 40-60 р, Образец 6. СаО = 7 /, $ - 3700 см /г, Литье с введением 20 песка. Условия твердения; 5 сут при W = 90-95/ и 23 сут при W = 40-60 ", Образец 7, СаО = 3%, S - 3800 смг/г.

Прессование, Условия твердения: 14 сут при

W = 90-95 / и l4 сут на воздухе при W

=50 — 60 .

Образец 8. СаО = 7 /, $ - 4000 смг/г.

Прессование. Условия твердения, 5 сут при

W = 90-95 и 23 сут на воздухе при W =

-50 — 607.

Образец 9. СаО - бзк, S - 4000 ем /r.

До ба ока 20 тг доменного шлака с 3 = 6100 см /г (химический состав шлака Нижне-Тагильского металлургического комбината, 12,80 А!гОэ, 36,13 ЯОг; 42,11 СаО; 1,24

ЕегОэ, 6,92 MgO; 1,73 $0э). Прессование, Условия твердения: 7 сут при W = 90-95 u

21 сут на воздухе при W 50-60%

Образец 10, СаО - 3%, S = 4000 си /r, Добавка гашеной извести 27. Прессование.

Условия твердения, 10 сут при Я = 90-95О/ и 18 сут на воздухе при И = 50-60 /.

Образец 11. СаО = 3 /, S=- 4500 см /г, Добавка 20 доменного шлака. $щдака

5 -5100 см /r. Литье. Условия твердения: 5 сут при W =- 95 и 23 сут при W = 40-50 /О.

Образец 12, СаО = 4, S =- 3100 см jr.

Добавка 20 золы-уноса. $З -4500 см /r

{химический состав, : 32,80 AlzOz; 0.85

10 СаО; 0,30 М90; 4,60 ЕегОз, $ 0г — остальное). Прессование. Условия твердения: 7 сут при ЧЧ = 90-95 и 21 сут на воздухе при W=

=- 50-60%, Образец 13. СаО - 5, $ = 3500 смг/г.

15 Добавка 20 эолы-уноса, $зод,1

=5000 см /г, Литье. Условия твердения: 14 г сут npu W = 95% и 14 сут на воздухе при влажности около 60 /, Вяжущие свойства и коэффициенты во20 достойкости строительных изделий представлены в таблице. Из таблицы видно, что характеристики изделий, полученных по предлагаемому способу, превосходят изделия, полученные по прототипу.

25 Изменение дозировки активированнай извести на стадии нейтрализации, степени измельчения, вида добавки и режима твердения в пределах формулы изобретения. приводит к аналогичным результатам.

30 Увеличение или уменьшение характеристик способа получения строительных изделий за пределами формулы изобретения влечет за собой ухудшение свойств изделий. (56) Комар А.Г. — Строительные материалы и

35 изделия. M„B.Ш. 1988, с,527.

Фомин В.К. идр, ЖХП, N 11, 1985,с.678, Селезнев Г.Я, — Сб. трудов "Совершенствование технологии вяжущих и бетонов".

Пермь. 1987, с,119.

40 . Чебуков M.Ф. Игнатьева Л.П„Изв. Вуэов СССР, N 10, 1958, с, 11.

Федорчук 1О,M., Курин H,П., Тураев H.Ñ. — IX Всесоюзный симпозиум по химии неорганических фторидов. ч,11. Москва. 1990, 45 с,335.

Гашкова В,И„Савинкова E,È.. Десяткин B.H. и др. ЖПК, N8,,1983, с.1774.

Морова А.А. — канд, дисс., Пермь, 1968 r.

Гашкова B.È. — канд.дисс., Свердловск, 50 1974 r..

Патент ФРГ Мбй. 3433467, кл, С 04 В 13/14, 1983. о

Вяжущие свойства и коэффициенты водостойкости строительных иэделий

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬН6!Х ИЗДЕЛИЙ, включающий перемешивание фторангидрита с добавкой и эатворение водой с последующим формованием литьем или прессованием, распалубкой и твердением,, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и водостойкости иэделий, уменьшения времени их выдерживания до распалубки, а также удешевления, в качестве добавки используют известь в количестве 3 - 7, которую предварительно измельчают в инерционной мельнице до достижения содержания активного СаО в ней 91 - 95, перемешивание осуществляют в две стадии, сначала в дезинтеграторе, затем в шаровой мельнице до достижения удельной поверхности 3000 - 5000 см /r, а твердение иэделий проводят последовательно в течение 5 — 14 сут при 90 - 100 ной влажности и в течение 14 - 23 сут на воздухе при 40- 70%-ной влажности.

2. Способ по п,1, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и еодостойкости, при эатворении вводят гашеную известь или малосернистый отход промышленности с содержанием AlzOg не менее 7,5% и РегОз не более 5, один иэ группы; металлургический шлак, зола-унос, хвосты флотации.

3. Способ по п.1. отличающийся тем, ; что после формования литьем распалубку

: осуществляют после 6- 12 ч.

4. Способ по пп, 1 и 2, отличающийся тем, что после формования прессованием распалубку осуществляют немедленно.