В’яжуче з використанням відходів вуглевидобутку (варіанти) і спосіб його одержання

1. В'яжуче з використанням відходів вуглевидобутку, що містить відходи у вигляді горілих порід, вапно та гіпс, яке відрізняється тим, що додатково містить суперфосфат або амонізований суперфосфат, клінкерні мінерали, хлористий кальцій СаСІ2, кремнефтористий натрій Na2SiF6 або кремнефтористий магній MgSiF6 та сульфат магнію MgSО4, причому вапно є випаленим, гіпс природний CaSO4·2H2O, або гіпсовий ангідрид CaSO4 при наступному співвідношенні інгредієнтів, мас %: - горілі породи - 40-60 - вапно - 4-5 - гіпс - 5-6 - суперфосфат або амонізований суперфосфат - 8-15 - клінкерні мінерали - 10-32 - хлористий кальцій - 3-5 - кремнефтористий натрій або кремнефтористий магній - 3-5 - сульфат магнію - 3-5 2. В'яжуче з використанням відходів вуглевидобутку, що містить відходи здебільше у вигляді горілих порід, вапно та гіпс, яке відрізняється тим, що A (54) В'ЯЖУЧЕ З ВИКОРИСТАННЯМ ВІДХОДІВ ВУГЛЕВИДОБУТКУ 38952 Відомим є спосіб виготовлення в'яжучого із відходів, які створюються від спалювання вугілля на ТЕС [1]. Спосіб передбачає випалювання висококальцієвої золи з гіпсом з подальшим помолом і введенням інших, домішок. Основним недоліком способу і одержаного при цьому в'яжучого є велика енергоємність і собівартість. Відомим є спосіб одержання в'яжучого без випалювання шляхом подрібнення відходів вуглевидобутку у вигляді глинистого сланцю, збудників інертного глинистого сланцю і активізаторів процесу перетворення складових суміші в твердий матеріал у вигляді цементу, фосфатів та гіпсу з подальшим введенням до цієї суміші окремо подрібнених інших інгредієнтів, які активізують в'яжуче [2]. Перевагою такого в'яжучого способу його одержання (прототип) є невисока собівартість через невисокі енерговитрати, а основним недоліком недостатня міцність, коли відходи вуглевидобутку містять інші складові, наприклад, у великій кількості горілі породи. Відомим є спосіб використання горілих порід в будівництві, як заповнювача бетонів і розчинів, а також як добавки до портландцементу для виготовлення пуцоланового цементу [З]. Відомі способи одержання в'яжучого з добавкою до горілої породи вапна від 10 до 50% та гіпсу в кількості 3-5% [3]. Одержане таким чином в'яжуче (прототип) мало межу міцності на стиск, яка дорівнювала 3,2-12,8 МПа після 28 днів, 1,6-6,75 МПа - після 6 місяців і 1,2-4,72 МПа після одного року. Основним недоліком цього в'яжучого є його недостатня міцність, яка під дією атмосферного впливу з часом зменшується. Основною задачею винаходу є створення на основі відходів вуглевидобутку такого в'яжучого і способу його одержання, яке б було більш міцним і стійким до атмосферного впливу. Вирішення поставленої задачі досягається тим, що відоме в'яжуче, яке містить відходи вуглевидобутку у вигляді горілих порід, териконів вугільних підприємств, вапно та гіпс згідно з винаходом і додатково містить суперфосфат або амонізований суперфосфат, клінкерні мінерали, хлористий кальцій СаСІ2, кремнефтористий натрій Na2SiF6 або кремнефтористий магній MgSiF6 та сульфат магнію MgSО4, причому вапно являється випаленим, гіпс - природний CaSO4·2H2O, або гіпсовий ангідрид CaSO4 при наступному співвідношенні інгредієнтів, мас %: - горілі породи - 40-60 - вапно - 4-5 - гіпс - 5-6 - суперфосфат або амонізований суперфосфат - 8-15 - клінкерні мінерали - 10-32 - хлористий кальцій - 3-5 - кремнефтористий натрій або кремнефтористий магній - 3-5 - сульфат магнію - 3-5 Присутні в цьому в'яжучому клінкерні мінерали містять: трьохкальцієвий силікат 3СаО SiO2; двохкальцієвий силікат 2СаО SiO2; чотирьохкальцієвий алюмо-феррит 4СаО АІ2О3 Fе2О3. Силікати кальцію складають 70-80% від маси клінкера. Для залізобетонних виробів, які потребують більш високої міцності, наприклад, для виготовлення залізобетонних балок поставлена задача вирішується при наступному співвідношенні зазначених вище інгредієнтів мас %: - відходи вуглевидобутку, здебільше горілі породи - 30-40 - вапно - 3-5 - гіпс - 5-6 - суперфосфат або амонізований суперфосфат - 4-7 - клінкерні мінерали - 40-60 - хлористий кальцій - 1-3 - кремнефтористий натрій або кремнефтористий магній - 0,5-2 - сульфат магнію - 0,1-1. Спосіб одержання в'яжучого з використанням відходів вуглевидобутку здійснюється шляхом дозування суміші відходів вуглевидобутку, збудників інертних матеріалів у вигляді хімічних з'єднань на основі фосфору, клінкерних мінералів та гіпсу і активізаторів процесу перетворення суміші складових в'яжучого при її зволоженні в твердий міцний матеріал. Згідно з винаходом як збудники інертних відходів та активізаторів процесу в суміш додатково вводять вапно СаО, хлористий кальцій СаСІ2, кремнефтористий натрій Na2SiF6 або кремнефтористий магній MgSiF6 та сульфат магнію MgSО4, причому як хімічні з'єднання на основі фосфору використовують суперфосфат, або суперфосфат амонізований, а подрібнення всіх складових в'яжучого проводять сумісно до тонни 30003500 см2/г питомої поверхні. Технічним результатом, що досягається при використанні винаходу є розширення джерел сировини для виробництва в'яжучих з задовільною міцністю і одночасно звільнення площ, займаних відвалами і териконами та зменшення забруднень території і атмосфери в місцях вуглевидобутку шляхом вдалого підбору активних хімічних реагентів і збудників для збудження хімічних реакцій при зволоженні в'яжучого. Відходи вуглевидобутку містять окислені елементи і, в першу чергу, Fе2О3, АІ2O3, MgO, ТiO2, К2O, Na2O і інші. Внесений в склад суміші в'яжучого суперфосфат при зволоженні суміші виділяє вільну фосфорну кислоту Н3РO4, яка взаємодіє з вапном і з складною системою окислів суміші. В зв'язку з цим розвивається безперервний процес її нейтралізації із створенням одно та двозаміщених кислих фосфатів. Одночасно з первинною нейтралізацією фосфорної кислоти із суперфосфату і створенням ряду кислих солей проходить розщеплення кальцитів, алевролітів, аргілітів і інших складових відходів вуглевидобутку. По мірі закінчення первинної нейтралізації вільної фосфорної кислоти починають розвиватись процеси її вторинної нейтралізації. Кислі фосфати по мірі зменшення концентрації кислоти Н3РO4 переходять у водонерозчинні з'єднання. Завершенню цих процесів сприяє гідроліз в'яжучої суміші. В результаті гідролізу окисли заліза та алюмінію, з'єднуючись з фосфорною кислотою, створюють мінерали, які мають в'яжучі влас 2 38952 тивості. Важливими збудниками хімічних процесів при зволоженні запропонованої суміші є клінкерні мінерали та вапно. Вони також створюють гідратні з'єднання. В суміші клінкерних мінералів і відходів вуглевидобутку в момент повного насичення розчину гідратні з'єднання вже не розчиняються, а знаходяться у колоїдному стані. Зайві молекули води поглинаються мінералами суміші, зменшуючи кількість вільної води і збільшуючи склеюючу властивість розчину. Більш стійкі в колоїдному стані гідроокис кальцію Са(ОН)2 та трьохкальційовий алюмінат 3Са·АІ2О3·6Н2О з часом переходять в стійкий кристалічний стан. Створені кристали зростаються і, пронизавши колоїдні маси, створюють міцний кристалічний зросток. Прискорюють процес твердіння суміші невеликі дози кремній-фтористого натрію Na2SiF6 чи магнію MgSiF6, хлористого кальцію СаСІ2 та сульфату магнію MgSО4. Випробування пропонованого способу одержання безобжигової в'яжучої речовини із відходів вуглевидобутку показали, що окисли і мінерали, які знаходяться у відходах вуглевидобутку і явля ються інертними, тобто не вступають в хімічну реакцію і не мають в'яжучої здатності навіть при їх подрібненні і зволоженні, при активізації з допомогою хімічних реагентів та збудників, активізуються при гідролізі і гідратації дають каменеподібні гелі на основі створення хімічних водонерозчинних солей алюмінатів, феритів, сульфатів, карбонатів і фосфоритів. Одержане таким чином в'яжуче забезпечує міцність на стиск виготовлених на його основі виробів 10-30 МПа з її приростом у часі на відміну від звичайних портландцементів і пуцоланових цементів, які з часом під впливом атмосферних факторів зменшують міцність. Використані джерела інформації: 1. А. С. СССР №1807024, МПК 5 С 04 В 7/28, публ. 07.04.93, Бюл. № 13. 2. Патент Російської Федерації № 2049748, МПК 6 С 04 В 7/28, публ. 10.12.95, Бюл. № 34. 3. Борщевский Ю.А. (ВНИИО Промжилстрой А.С. и А УССР). Материалы и изделия из горелых пород Донбасса (доклад на сессии А.С. и А УССР по строительным материалам и изделиям), госстройиздат УССР, Киев, 1957г. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3