Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДОЛОМИТОВОГО ВЯЖУЩЕГО

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к получению вяжущего из доломита, доломитизированного магнезита, и может быть использовано при изготовлении тяжелых бетонов, стеновых, теплоизоляционных, отделочных изделий, ячеистых бетонов, ксилолитовых и других материалов для гражданского и промышленного строительства.

Известно, что вяжущими свойствами обладает материал, полученный в результате обжига доломитовых пород при температуре 750-850°C, его называют каустическим доломитом или доломитовым вяжущим. Недостатком производства такого вяжущего вещества является узкий температурный интервал между разложением магнезитовой и кальцитовой составляющих при обжиге. Снижение температуры обжига ниже критической для разложения магнезитовой составляющей (750°C) резко снижает активность вяжущего и, соответственно, прочность камня, получаемого на его основе, а также вызывает неравномерность изменения объема камня и появление трещин. При температуре обжига доломита выше критической (850°C) ухудшается качество вяжущего из-за появления в нем оксида кальция в результате начинающегося разложения кальцита (Вайвад А.Я., Гофман Б.Э., Карлсон К. Доломитовые вяжущие вещества. - Рига, 1958. - 283 с.), который приводит к образованию в камне также трещин при твердении, что недопустимо.

Известен способ получения извести (СаО), при котором для снижения температуры обжига пористый известняк пропитывают солевым раствором, природным рассолом, в количестве 0,9-1,6% от массы обжигаемого материала. Рассол включает: CaCl₂, NaCl, MgCl₂, KCl, SrBr₂, Na₂SO₄ (RU 2098369, заявл. 04.03.1996, опубл. 10.12.1997). Пропитанное рассолом сырье обжигают при температуре 850-900°C и получают высококачественную известь. Но этот прием дает хороший результат, во-первых, при использовании высокопористых пород, а во-вторых, при получении извести из карбоната кальция, а мы рассматриваем возможность получения вяжущего из доломитовых пород.

Известен способ получения обжигового магнезиальнохлоридного цемента, заключающийся в высокотемпературной обработке магнезита с размером кусков 3-5 мм на металлическом теплоносителе и с добавкой хлорида магния, вводимой в количестве 1...3% от массы исходной породы (Федоров Н.Ф. Обжиговый магнезиальнохлоридный цемент/ Н.Ф. Федоров, М.А. Андреев // Цемент и его применение, -май-июнь 2006 г. - С.76-78).

Недостатком предлагаемого способа является отсутствие данных по равномерности изменения объема образцов магнезиального камня, полученных из такого вяжущего, и в трудности воспроизведения в промышленных условиях этого способа.

Известна интенсификация процесса декарбонизации доломита при использовании добавки содового плава или кальцинированной соды (Кузьменков М.И., Марчик Е.В., Мельникова Р.Я Интенсификация процесса декарбонизации доломита солевыми добавками. // Материалы, Технологии, Инструменты. - 2010. - №2. - С.100-105), позволяющих снизить разложение MgCO₃ на 100-150°C относительно температуры, при которой разлагается кальцитовая составляющая доломита, и получить активное доломитовое вяжущее с прочностью при сжатии уже в возрасте 7 суток твердения 64-67 МПа. Однако равномерность изменения объема такого камня при твердении и возможность появления в нем трещин не контролируются.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения каустического доломита (RU 2158241, С04 В9/00, заявл. 15.01.98; опубл. 27.10.00), в котором исходное доломитовое сырье подвергают дроблению до размеров 5-20 мм, затем орошают раствором хлорида магния плотностью 1,2-1,3 г/см³ в количестве 0,5-3,0% от массы сырья. После этого осуществляют его термообработку нагреванием сначала до 450-550°C в течение 20-100 минут, а затем до 600-720°C в течение 5-25 минут. Далее полученное доломитовое вяжущее охлаждают и размалывают.

При использовании этого способа повышается качество доломитового вяжущего за счет интенсификации процесса обжига, увеличения доли химически активного оксида магния и уменьшения содержания в вяжущем материале свободного оксида кальция. Однако такое вяжущее получается дорогостоящим из-за введения добавки хлорида магния и недостаточно технологичным при обжиге.

Изобретение решает задачу повышения прочности и равномерности изменения объема при одновременном снижении температуры обжига и, соответственно, энергозатрат на получение вяжущего.

Это достигается тем, что доломитовое сырье измельчают до фракции 0-0,5 мм, затворяют водным раствором шлама карналлитовых хлораторов с содержанием сухого шлама 1-1,7% от массы сырья, формуют гранулы, обжигают их при температуре 550-700°C, охлаждают и размалывают в порошок с остатком на сите 008 не более 15%.

Шлам карналлитового хлоратора является модифицирующей добавкой-минерализатором, которая на стадии нагрева активизирует процесс декарбонизации карбоната магния, не влияя на температуру декарбонизации карбоната кальция, благодаря дестабилизирующему действию ионов магния на кристаллическую решетку доломита через образование жидкой фазы в интервале температур, а при охлаждении способствует формированию кристаллов оксида магния за счет наличия зародышей кристаллизации в минерализаторе.

Обжиг при температуре 550-700°C, с добавкой 1,0-1,7% шлама карналлитового хлоратора, позволяет получить вяжущее, обладающее равномерностью изменения объема и марочной прочностью (в 28 суток твердения) не менее 70 МПа.

При введении в доломитовую шихту шлама карналлитового хлоратора менее 1% обжиг при температуре 550-700°C не позволяет получить качественное вяжущее. Такой обжиг обеспечивает получение вяжущего с большим содержанием инертного карбоната магния, а камень, получаемый после его затворения водным раствором бишофита с плотностью 1,2 г/см³ (ГОСТ 1216 Порошки магнезитовые каустические) и затвердевания, имеет низкую прочность.

Введение добавки в количестве более 1,7% и обжиг при 550-700°C приводит к образованию на поверхности изделий высолов.

Обжиг исходной породы при температуре до 550°C, с введением шлама карналлитового хлоратора 1,0-1,7%, приводит к получению вяжущего с большим содержанием инертной части и, соответственно, с низкой прочностью.

Вяжущее, обожженное при температуре более 700°C с добавкой шлама карналлитового хлоратора 1,0-1,7%, содержит значительное количество оксида кальция, что ведет к образованию трещин в получаемом камне.

Способ осуществляется следующим образом.

Доломитовое сырье измельчают до фракции 0-0,5 мм, затворяют раствором шлама карналлитовых хлораторов с содержанием сухого шлама 1-1,7% от массы сырья, формуют гранулы, обжигают их при температуре 550-700°C, охлаждают и размалывают в порошок с остатком на сите 008 не более 15%.

Примеры конкретного осуществления способа

Пример 1

Доломит подвергали помолу до остатка на сите 05 не более 5%, брали навеску в количестве 1000 г. Порошок затворяли водным раствором шлама карналлитового хлоратора, полученного путем растворения 10 г шлама карналлитового хлоратора (выпускающегося по ТУ 1714-457-05785388-99 «Шлам карналлитового хлоратора») в 150 г воды. Из полученной смеси формовали гранулы диаметром 3-4 см, затем их помещали в печь и производили нагрев до 550°C, далее гранулы выдерживали при этой температуре 1,5 часа и охлаждение проводили на воздухе в течение 3 часов. Затем гранулы измельчали до остатка на сите 008 не более 15%. Из полученного порошка, путем его затворения водным раствором бишофита с плотностью 1,2 г/см³ изготавливали образцы-кубики с ребром 2 см для определения прочности и образцы-лепешки для определения равномерности изменении объема.

Твердение происходило при влажности воздуха 60-80% и температуре воздуха 20±2°C в течение 28 суток.

Пример 2

Брали следующий состав, г:

Изготавливали образцы по методике, изложенной в примере 1.

Пример 3

Брали следующий состав, г:

Изготавливали образцы по методике, изложенной в примере 1.

Пример 4

Брали следующий состав, г:

Изготавливали образцы по методике, изложенной в примере 1.

Пример 5

Брали следующий состав, г:

Изготавливали образцы по методике, изложенной в примере 1.

Пример 6

Брали следующий состав, г:

Изготавливали образцы по методике, изложенной в примере 1.

Результаты приведены в таблице.

Полученное вяжущее затворяли водным раствором хлорида магния с плотностью 1,20 г/см³, получая тесто нормальной густоты, которое при затвердевании на воздухе при нормальной температуре образовывало камень с прочностью при сжатии в возрасте 1 суток не менее 40 МПа, а в возрасте 28 суток не менее 75 МПа. Кроме того, изделия на полученном доломитовом вяжущем твердели без образования трещин и сбросов прочности. Таким образом, вяжущее, получаемое по заявленному способу, обладает высокой прочностью и равномерностью изменения объема.

Использование в качестве сырья для получения доломитового вяжущего строительного назначения доломитов или доломитизированных магнезитов и шлама карналлитового хлоратора, являющегося отходом производства металлического магния, позволяет улучшить экологическую обстановку в районах добычи магнезиальных пород и производства металлического магния, а также снизить стоимость доломитового вяжущего. Осуществление обжига доломитовых пород при пониженных на 150-200°С температурах позволяет уменьшить энергозатраты на производство доломитового вяжущего при высоком качестве.