Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к способам получения строительных растворов и бетонов, в состав которых входят отходы производства.

Известен способ получения строительного материала, в котором в цемент и в качестве затворителя вводят воду (Ванюа М. Цементы и бетоны в строительстве. М.: Стройиздат, 1980, с. 69-92).

Недостатком указанного способа являются замедленные сроки схватывания, так как при затворении цемента водой процессы гидратации его минералов и последующего набора прочности происходят медленно. Так, нормативный возраст достижения марочной прочности бетона, находящегося в нормальных условиях (температура 20°С и влажность более 95%), составляет 28 суток, что в современных условиях считается неприемлемым.

Уменьшает этот недостаток наиболее близкий по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому строительный материал, содержащий цемент и затворитель в виде водного раствора плавиковой кислоты с концентрацией кислоты в пределах 0,25÷1,5% (Патент РФ №2467969, Химическая добавка для ускорения твердения цемента, МПК С22В 22/08, от 10.09.2012).

Недостатками наиболее близкого аналога являются опасные условия работы, сложный и вредный процесс получения затворителя, загрязнения окружающей среды. Плавиковую кислоту получают из минерального сырья - плавикового шпата при обработке его серной кислотой с дальнейшей переработкой по сложной экологически опасной технологии.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение безопасности получения строительного материала, упрощение его производства, улучшение экологической обстановки окружающей среды.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения строительного материала, включающем введение в цемент затворителя, согласно предлагаемому решению в цемент вводят в качестве затворителя техногенный раствор от переработки ванадийсодержащего сырья, имеющий рН 10÷10,5, с солесодержанием 50÷100 кг/м³ в количестве 2,17÷7,70 мас.% к массе цемента, образующийся в результате обработки известковым молоком сливных вод после осаждения пятиокиси ванадия.

В технологии переработки ванадийсодержащего сырья образуются техногенные растворы с высоким солесодержанием 50÷100 кг/м³, требующие переработки. Так, в ОАО «Чусовской металлургический завод» при переработке ванадийсодержащих конвертерных шлаков (V₂O₅ - 12-16 мас.%) проводят окислительный обжиг с добавкой карбоната натрия для получения растворимых ванадатов натрия. Дальше проводится стадия выщелачивания ванадия растворами серной кислоты и отделение твердого остатка фильтрацией. Из полученных растворов выделяют осадок технической пятиокиси ванадия (V₂O₅ - 80-90 мас.%) и после фильтрации отделяют маточный раствор (далее - сливные воды). Сливные воды имеют рН 1,55-1,7 и содержат, кг/м³: 0,2-0,5 V₂O₅; до 1,4 Mn; до 1,2 SiO₂; до 0,8 Fe₂O₃; до 0,5 Cr₂O₃; 0,3-0,8 СаО; до 10 Na₂O (Na₂SO₄ до 28,7 кг/м³).

Сливные воды нейтрализуют известковым молоком. В результате нейтрализации образуется пульпа, содержащая до 30 кг/м³ осадка. Затем осадок (до 4 мас.% V₂O₅) отфильтровывают, а жидкую фазу - техногенные растворы - используют в оборотном цикле.

При обороте растворов солесодержание как в сливной воде, так и в техногенном растворе повышается до 50÷100 кг/м³ за счет накопления в основном сульфата натрия. Из-за повышенного солесодержания снижается степень извлечения ванадия на стадии выщелачивания и ухудшается качество пятиокиси ванадия. Поэтому периодически необходимо выводить из технологического цикла данный техногенный раствор, поскольку он имеет высокое солесодержание (50÷100 кг/м³), высокий показатель рН (10-10,5) и содержит V₂O₅ до 0,005 кг/м³, который не подлежит сбросу в окружающую среду и требует утилизации.

Концентрация солей в техногенном растворе обусловлена количеством циклов-оборотов их на стадию выщелачивания или для других целей, т.е. полностью зависит от параметров, обеспечивающих эффективность технологии и качества выпускаемой пятиокиси ванадия.

То, что строительный материал содержит в качестве затворителя техногенный раствор переработки ванадийсодержащего сырья с солесодержанием 50÷100 кг/м³ и с рН 10-10,5, позволит использовать отходы производства в составе материала, устранив их слив в специальные отстойники, загрязняющие земельные площади. Это позволит улучшить экологию окружающей среды. Исключение в производстве строительных материалов опасной плавиковой кислоты позволит обезопасить процесс получения строительных материалов. Использование техногенного раствора исключает сам процесс получения затворителя, т.к. этот раствор уже существует и загрязняет окружающую среду.

Снижение вводимого в цемент затворителя менее 2,17 мас.% к массе цемента приводит к недостаточному количеству жидкой фазы для смачивания сухих ингредиентов, увеличение количества вводимого затворителя более 7,70 мас.% к массе цемента приводит к снижению прочностных свойств строительного материала в связи с чрезмерно жидкой консистенцией смеси.

Концентрация солей в техногенном растворе менее 50 кг/м³ приводит к снижению прочности из-за недостаточного количества жидкой фазы, а увеличение концентрации более 100 кг/м³ также ведет к снижению прочности вследствие избыточного количества солей в затворителе.

Использование техногенного раствора с рН менее 10 ведет к уменьшению прочности строительного материала, а использование раствора с рН более 10,5 невозможно получить технологически.

Способ получения строительного материала осуществляется следующим образом.

Вначале смешивают в механической мешалке отдозированные сухие ингредиенты - цемент и заполнитель (если он предусмотрен в строительном материале) в течение примерно 60 секунд. После этого вводят заявляемое количество затворителя и снова перемешивают в той же мешалке в течение 5 минут. После перемешивания производят выгрузку из мешалки полученной смеси.

Предлагаемый способ опробован на техногенном растворе, полученном по технологии ОАО «Чусовской металлургический завод», описанной выше. Получены три техногенных раствора, используемых в качестве затворителя.

Примеры приведены в таблице. Опыт №2 проведен на растворе 50 кг/м³, полученном после 2-х циклов оборота растворов. Концентрация 75 кг/м³ получена за 4 цикла (опыт 3), а в 100 кг/м³ получена за 9 циклов (опыт №4).

Предлагаемый способ получения строительного материала найдет применение в производстве бетонных оснований в дорожном строительстве с последующим покрытием асфальтобетоном, при подготовке оснований под полы в жилых и общественных зданиях, при изготовлении штукатурных растворов, а также в качестве стяжки в производстве рулонной кровли.