Спосіб виготовлення вапняного в’яжучого

1. Спосіб виготовлення вапняного в'яжучого шляхом гасіння вапновмісного матеріалу, який відрізняє ться тим, що як вапновмісний матеріал використовують свіжеуловлений пил газоочищення вапняних печей, який гасять водою протягом 3,5 доби, а витримку після гасіння проводять протягом 1-1,5 доби. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що у використовуван у для гасіння воду додають бішофіт у кількості 0,3-0,5 % (у сухій масі). (19) (21) u200806194 (22) 12.05.2008 (24) 26.01.2009 (46) 26.01.2009, Бюл.№ 2, 2009 р. (72) ОЖОГІН ВОЛОДИМИР ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA, ТОМАШ ОЛЕКС АНДР АН АТОЛІОВИЧ, UA, ЛЕВЧЄНКО ВАЛЕРІЙ ІВАНОВИЧ, U A, ПЄФТІЄВ ЄВГЕН ІГОРОВИЧ, UA, ЛОЗОВИЙ ВАЛЕРІЙ ПАНТЕЛЕЙМОНОВИЧ, U A, ГАЛУШКА ОЛЕКС АНДР АНДРІЙОВИЧ, UA, ГАВРИЛОВА ОЛЬГА МИКОЛАЇВНА, UA, ЧЕРНОВА СВІТЛАНА ГЕННАДІЇВН А, UA 3 38809 4 зволяв використовува ти недорогі матеріали і відвикористовува ти такий матеріал до повного завеходи, а також не вимагав використання значних ршення його гасіння, то після схоплювання такої кількостей дорогих компонентів або небажаних суміші буде мати місце продовження гідратації, що для металургії речовин, у т.ч. сірки або диоксиду супроводжується збільшенням обсягу, сп уханням і кремнію, при цьому в'яжуче мало би достатню міруйнуванням брикетів. цність, а термін збереження, протягом якого воно Однак надмірна тривалість гасіння вапняного не втрачало би своїх в'яжучих характеристик, попилу приводить до його необоротних змін унаслівинний складати 3 доби і більш. док передчасної карбонізації і тим самим до зниПоставлена задача вирішується тим, що в ження міцності при його використанні в якості зв'яспособі виготовлення вапняного в'яжучого шляхом зуючого. гасіння вапномісткого матеріалу відповідно до коНеобхідність визначення оптимальних умов рисної моделі в якості вапномісткого матеріалу гасіння вапняного пилу випливає з наступного. використовують свіже уловлений пил газоочисток Гідратація вапна здійснюється по відомій реавапняних печей, який гасять водою протягом 3,5 кції: доби, а витримку після гасіння проводять протягом СаО+Н2О=Са(ОН)2. (1) 1-1,5 доби. При цьому у використовувану для гаТривалість гасіння вапняних матеріалів по цій сіння воду додають бішофіт у кількості 0,3-0,5% (у реакції залежить від розміру кусків і якості випалу сухій масі). вапна. Так, вапно, обпалене при високій темпераВибір вапняного пилу газоочисток печей випатурі, погано гаситься. Тривалість такого гасіння в лу вапна в якості головного компоненту в'яжучого залежності від умов його проведення може склавикликаний тим, що цей матеріал є досить розподати від 5-10хв. до декількох діб. всюдженим, дешевим і погано використовуваним Якщо процес гасіння здійснюється на відкривидом відходів. Пил повинний бути свіже уловлетому повітрі, що звичайно і робиться у виробничих ним, тому що при тривалому збереженні він активумовах, безпосередньо після утворення гашеного но поглинає вологу з повітря і карбонізується вугвапна в ньому починає здійснюватися реакція лекислим газом, що утримується в атмосфері, утворення вторинного вапняку СаСО3 шляхом акутрачаючи при цьому в'яжучі властивості. тивного поглинання вуглекислого газу з повітря, Фізичні властивості і хімічний склад вапняного що протікає по формулі: пилу не мають строго постійних значень, оскільки Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3+Н2О. (2) визначаються якістю вихідної сировини, і особлиЦей процес супроводжується падінням міцновостями технології випалу, однак у цілому він має сті в'яжучого, тому що а утогезійні властивості вапряд особливостей, до числа яких відносяться наняку істотно нижче гашеного вапна. ступні. Крім цієї реакції при надлишку СО2 і Н2О може Так, вапняний пил містить підвищену кількість йти реакція утворення гідрокарбонату кальцію: диоксиду кремнію (до 5%, зміст у вапні 1,5%), що СаСО3+Н2О+СО2=Са(НСО3)2. (3) утворює з вапном міцні силікати кальцію типу Однак гідрокарбонат кальцію утворюється в незначних кількостях, є неміцною речовиною і CaO×nSiО2, а також активне вапно і частково обпалений вапняк у масовому співвідношенні 1 : (1 ...2), розпадається, тому не робить істотного впливу на міцність в'язкого [6, с 440]. тобто у випадку використання даного матеріалу в Основний ефект первинного зміцнення ствоякості будівельного розчину не вимагає вапнякорює портландит, який добре скріплює частки, що вого наповнювача. По фракційному складі вапняутворюється при кристалізації свіжегашеного вапний пил на 98% складається з фракції менш 0,5мм, а тому не вимагає доздрібнення. на Са(ОН)2, що знаходиться аморфному стані [2, с 15]. Дослідження показують, що основний внесок у Вапняний пил утворюється при руйнуванні обпроцеси первинного зміцнення гашеного вапна палюємого в печах вапняку і дуже швидко виновносить кристалізація портландиту, яка відбуваситься з печі потоком газів, а тому частина його ється при зниженні вологості протягом 1-4 діб пісчасток не встигає цілком обпалитись. Пил складається з часток декількох типів. Частки першого ля гасіння. Зміцнення карбонізацією здійснюється з моменту гасіння і триває досить довго. Установтипу являють собою цілком обпалене вапно. Друлено, що при витримці брикетів до 30 діб і більш, гий тип часток має двошарову структур у, поверхміцність їх безупинно зростає. невий шар яких є обпаленим вапном, а внутрішній Таким чином, процес зміцнення в'яжучого в - частково обпалений вапняк. Третій тип являє собою тришарові частки, поверхневий шар яких основному визначається результатом трьох реакцій, що протікають одночасно: гідратації (тобто складається з активного вапна, у центрі частки гасіння) вапна, карбонізації гашеного вапна і крисзнаходиться вихідний вапняк, між якими розташоталізації портландиту і змінюється з часом. ваний перехідний шар частково обпаленого вапняУ процесі тривалого гасіння і витримки вапняку. Частки четвертого типу являють собою вихідний вапняк, однак їхня кількість у пилу незначна ного пилу це виражається таким чином, що деяка частина пилу ще продовжує гаситися, інша - не або навіть відсутня, оскільки більшість часток петільки встигла погаситися, але і змогла кристалізуред їхнім виносом усе-таки встигають піддатися ватися у виді портландиту, а третя - частково підвисокотемпературному впливові. далася карбонізації. Тобто при тривалому гасінні у Пористі частки першого типу гасяться протягом 5-10хв. Частки другого і третього типу, менш вапняному пилу продукти гасіння знаходяться у виді аморфного вапна, кристалічного портландиту пористі і більш щільні, чим частки першого типу, і вторинного вапняку, що утворився в результаті гасяться більш тривалий час - до декількох діб, у карбонізації. Таке в'яжуче буде мати максимальну міру проникнення вологи усередину частки. Якщо 5 38809 6 міцність тільки протягом визначеного періоду часу, результат. Іспит вапняного в'яжучого, яке виготову якому гнітюча частина вапна вже погашена, а лено по запропонованому способу, на придатність друга і третя реакції ще не одержали широкого його використання в якості зв'язуючого проводили поширення. в лабораторних умовах при техніко-економічних Для різної по якості сировини з різними добавхарактеристиках, близьким до умов промислового ками матеріалів, що активізують процеси, плин виробництва. окремих реакцій може бути зрушений в часі в ту Для цього виготовляли вапняне в'яжуче шляабо іншу сторону. Виявлення й облік цих закономіхом гасіння свіжого вапняного пилу звичайною рностей дозволить підвищити ефективність вироводою і водою з добавками бішофіту. У якості альбництва, що використовує процеси зміцнення. тернативного в'яжучого прийняте гашене вапно, Необхідність використання для цих цілей біяке одержане по способу прототипу. Пресування в'яжучих у брикети циліндричної шофіту MgCl2×6H2O з'ясовується наступним. Раніше встановлено [5, с 58], що скороченню тривалоформи діаметром 30мм і висотою 18мм вели під тиском 50МПа, що є достатнім для одержання сті гідратації вапна і його гасінню сприяє міцних промислових брикетів. Сушк у брикетів додавання в розчин невеликих кількостей хлору і здійснювали протягом 0,5год. при температурі СаСl2. Це з'ясовується утворенням різних з'єднань, 250-300°С, що забезпечує якісний спосіб зміцненбільш розчинних, чим Са(ОН)2. Зняття пересищень Са(ОН)2 навколо зерен СаО сприяє повноті і росту ня. Більш інтенсивне сушіння може привести до розтріскування брикетів. швидкості гідратації вапна. Властивостями ствоПридатність зразків визначали іспитом на міцрення активних іонів, що забезпечують більш ність шляхом їхнього роздавлювання на іспитовій швидке протікання гасіння вапномістних матеріамашині типу EU-40 з погрішністю виміру 1%. лів, можуть володіти й інші електроліти, у т.ч. луги, кислоти або солі, зокрема, NaCl. Отримані результати представлені на Фіг. При Однак кислоти і солі не завжди вносять корисцьому лінія ¾ ¾ ¾ представляє рівень мінімальні компоненти, а луги діють практично так само, як ної заданої міцності для зв'язуючих на основі вапі Са(ОН)2. При цьому СаСl2 дорогий, a NaCl увоняного пилу; лінія — à — представляє залежність дить лужний метал, що негативно позначається на міцності гашеного вапна від тривалості гасіння і стійкості футерівкиметалургійних агрегатів. Цим витримки; —  — те ж, для вапняного пилу, га шецілям найбільше відповідає бішофіт. Він не є деною звичайною водою; —х— те ж, для вапняного фіцитним матеріалом, має помірну вартість, а його пилу, га шеною водою з добавкою бішофіту в кількомпонент магній є гарним флюсуючим. кості 0,2% (у сухій масі); — s — те ж, у кількості Як матеріал, альтернативний бішофиту, най0,3%; — n — те ж, у кількості 0,5%; — + —те ж, у більше підходить соляна кислота НСl. При її реаккількості 0,6%. ції із СаО або Са(ОН)2 утвориться СаСl2, а в розЯк випливає з приведених на Фіг. даних, дочині з'являються іони СІ , необхідні для скорочення статня міцність зразків брикетів з гашеного вапнячасу гідратації вапна. По розрахунках кількість ного пилу досягається через 3,5-4 діб. При цьому соляної кислоти (у перерахуванні на 100%-ну НСl), брикети при нагріванні до температури понад еквівалентної по змісту хлору бішо фіту, потрібно 100°С або тривалому вилежуванні не збільшуютьна 25% менше. ся в обсязі, не спухають і не руйнуються, а їхня Крім того, у масиві гашеного вапняного пилу за міцність досягає заданої величини 21МПа, що доучастю хлористих солей кальцію і магнію після зволяє говорити про завершення реакцій гасіння і сушіння можуть з'являтися механічно міцні комможливості використання такого сполучного. плексні з'єднання, що утворюються в розчині по Однак міцність брикетів, виготовлених з матетипу реакцій, які проходять з утворенням магнезіріалу, витриманого ще протягом 1-1,5 діб, виявляального цементу [6, с 613]. ється істотно вище і складає 21,3-24МПа, наблиВапняний пил має знижену реакційну здатжаючи до міцності вапна, що складає 26МПа. При ність, тому незначні добавки соляної кислоти у цьому максимальну міцність здобувають зразки з воду для гасіння вапна не приводять до бурхливоматеріалу, гашеного і витриманого 4,5-5 діб. го плину реакції гідратації. Досліди показують, що При подальшій витримці матеріалу відбувареакція гасіння вапняного пилу підкисленою водою ється зниження міцності брикетів, яке викликане протікає з тією же активністю, як і гасіння вапна кристалізацією портландита і карбонізацією вапзвичайною водою. няного компонента, причому через 7-8 діб міцність При визначенні оптимального рівня обраних брикетів стає нижче заданого рівня 21МПа. Тому ознак і кількості компонентів брали до уваги те, що термін збереження такого матеріалу в залежності таке в'яжуче повинне мати міцність, що складає не від добавок бішофіту не може перевищувати 3-4,5 менш 80-90% міцності в'яжучого, яке отримано по діб. способу, зазначеному в прототипі, тобто 21Вибір оптимальної тривалості гасіння і витри23,5МПа при міцності прототипу 26МПа. мки вапняного пилу представлений у таблиці 1. Для одержання промислових брикетів на проДля визначення впливу бішофіту на тривалість понованому в'яжучому, що мають еквівалентну гасіння і витримки, а також терміну використання і міцність, кількість в'яжучого повинна бути збільміцність вапняного сполучних у воду, яка викорисшена в 1,24-1,16 рази (тобто 26:21; 26:23,5) у порітовується для гасіння, уводили бішофіт у різних внянні з прототипом, що припустимо при викорискількостях, див. Фіг. танні відходів. Вибір оптимальної тривалості гасіння і витриДля підтвердження істотності обраних ознак мки матеріалу, а також терміну його придатності виконане дослідження їхнього впливу на технічний при добавках бішофіту представлений у табл. 2. 7 38809 8 З таблиці 2 випливає, що добавки бішофіту в тності матеріалу і міцність брикетів практично не кількості менш 0,3% не забезпечують гашеному збільшується. При цьому витрати на бішофіт навапняного пилу заданих характеристик. При добастільки зростають, що приводять до невиправдавках бішофіту в кількості більш 0,5% термін приданого збільшення витрат на виготовлення в'яжучих. Таблиця 1 Вплив тривалості гасіння і витримки на міцність брикетів Тривалість гасіння і витримки матеріалу, діб менш 3,5 від 3,5 до 5 більш 5 Брикети при нагріванні до темпера- Брикети при нагріванні понад 100 Брикети при нагріванні понад тури понад 100°С, або тривалому °С або тривалому вилежуванні в 100°С або тривалому вилежувилежуванні збільшуються в обсязі, обсязі не збільшуються і не руй- ванні не руйнуються. При цьому спухають і руйнуються. Міцність нуються. Міцність брикетів відпо- міцність брикетів на роздавлюбрикетів на роздавлювання незадо- відає пропонованим до них вимо- вання зменшується таким чивільна і складає менш 21МПа при гам і складає 21-24МПа при ном, що після 7,5-8 діб вона заданої 21МПа і більш. Висновок. заданої 21МПа і більш. Висновок. складам менш 21МПа при задаЦіль корисної моделі не досягаєть- Ціль корисної моделі досягнута. ної 21МПа. ся. Висновок. Ціль корисної моделі не досягається. Таблиця 2 Вплив добавок бішофіту на тривалість гасіння і витримки матеріалу, термін його придатності і міцність брикетів менш 0,3 Тривалість гасіння і витримки матеріалу складає 3,7-4 діб. Міцність брикетів недостатня і складає 19,3-20,9МПа, що нижче заданого рівня 21МПа. Термін придатності матеріалу складає 3-3,5 діб. Висновок. Ціль корисної моделі не досягається. Кількість добавок бішофіту, % 0,3-0,5 більш 0,5 Тривалість гасіння і витримки Тривалість гасіння і витримки матеріаматеріалу складає 3,5 діб. Міц- лу складає менш 3,5 діб. Міцність бриність брикетів перевищує задані кетів зростає незначно і доходить до 21МПа і складає 21-24МПа при 24,4МПа, при цьому витрати на бішоміцності вапна 26МПа. Термін фит стають високими і не окупаються придатності матеріалу складає поліпшенням інших показників. Термін 4-4,5 діб при заданих 3 діб. Ви- придатності матеріалу складає 4,5-5 сновок. Ціль корисної моделі до- діб. Висновок. Ціль корисної моделі не сягнута. досягається. Таким чином, тривалість гасіння 3,5 діб, витримки 1-1,5 діб і добавка бішофіту в кількості 0,30,5% (у сухій масі) дозволяє цілком вирішити задачу, поставлену перед корисною моделлю. Затверділий матеріал у цих умовах має міцність і термін придатності 4,3-4,5 діб, що задовольняють поставленим вимогам. Виходячи з результатів проведених досліджень, спосіб виготовлення в'яжучого здійснюють у такий спосіб. Свіжеуловлений пил газоочисток вапняних печей гасять протягом 3,5 діб надлишком водного розчину бішо фиту в кількості 0,3-0,5% (у сухій масі) в ємностях або в спеціальних змішувача х, витримують 1-1,5 доби і використовують протягом наступних 3-х діб. Надлишок вологи беруть таким, щоб кінцева вологість забезпечувала в'яжучому гарну змішуваність з іншими матеріалами. Очікувана економія Е при брикетуванні сировини від заміни 1т гашеного вапна в'яжучим, яке виготовлено по запропонованому способу, складе: E = 320,0 : 132 + 35,0 , 15,0 × ( 25,0 : 113 + 95,0) - 5,0 = 126грн. , 12,0 де 320,0 - витрати на придбання 1т вапна, грн./т; 1,32 - вихід в'яжучого з 1т вапна, д. од.; 35,0 - вартість виготовлення 1т в'яжучого з вапняного пилу, грн./т; 15,0 - витрата вапняного в'яжучого на обгрудкування сировини, %; 12,0 - витрата гашеного вапна на обгрудкування сировини, %; 25,0 - вартість 1т вапняного пилу з доставкою, грн./т; 1,13 - вихід в'яжучого з 1т вапняного пилу, д. од.; 95,0 - вартість виготовлення 1т в'яжучого з вапняного пилу, включаючи витрати на бішофіт, грн/т. 5,0 - додаткові витрати у виробництво обгрудкованої сировини через збільшеної витрати в'яжучого з вапняного пилу, грн/т. Перелік посилань. 1. Политехнический словарь. / Гл. ред. акад. А.Ю. Ишлинский. - 2-е изд. - М.: Советская энциклопедия, 1980. - 656с. 2. Вегман Е.Ф. Окускование руд и концентратов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1984. - 256с. 9 38809 10 3. Патент 81205 Україна, МПК 7 С04В7/153, 5. Равич Б.М. Брикетирование в цветной и чё1/242. Зв'язуюче. / В.В. Ожогін, О.А. Томаш, А.В. рной металлургии. - М: Металлургия, 1975. - 232с. Остроушко й ін.; Опубл. 10.12.2007, Бюл. №20. 6. Глинка Н.А. Общая химия. - Л.: Химия, 1980. 4. Лурье Л.А. Брикетирование в чёрной и цве- 720с. тной металлургии. - М.: Металлургиздат, 1963. 324с. Комп’ютерна в ерстка В. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601