Способ получения магнезиального вяжущего

Способ получения магнезиального вяжущего. Предложен способ получения магнезиального вяжущего из доломита с высокой активностью и стабильностью вяжущих свойств. Параметры обжига доломита (температуру и время выдержки выбирают по коэффициенту, равному отношению СО₂/ MgO и определяемому по калибровочному графику, который строят расчетным способом. 2 ил.

Изобретение относится к технологии вяжущих веществ, в частности, к производству магнезиальных вяжущих веществ, например, каустического доломита, путем обжига природных доломитов и доломитизированных горных пород и может быть использовано в промышленности строительных материалов.

Известен способ получения магнезиальных вяжущих (каустического доломита) из доломита путем обжига доломита в шахтных или вращающихся печах методом полуобжига, обеспечивающего диссоциацию карбонита магния при сохранении в готовом продукте карбоната кальция (1). Известный способ обжига имеет существенный недостаток, связанный с нестабильностью вяжущих свойств полученного продукта, низким уровнем вяжущих свойств, а также возможностью неравномерного изменения объема при твердении. Эти явления вызываются образованием в продуктах обжига низкоактивного оксида магния в результате неоптимального режима обжига.

Указанные недостатки могут быть преодолены в предлагаемом способе получения магнезиального вяжущего из доломита обжигом, который ведется по режиму, обеспечивающему коэффициент качества обжига К_к.о., равный соотношению массовых долей СО₂ и MgO в обжигаемом продукте в пределах 1,07-1,72. При обжиге доломита конкретные параметры обжига (температуру и время выдержки) выбирают по коэффициенту качества обжига, равному отношению СО₂: MgO и определяемому по калибровочному графику, который представляет расчетную зависимость содержания оксида магния (мас.) от содержания СО₂ (мас.) в обожженном продукте.

Калибровочный график строят расчетным путем исходя из химического состава исходных доломитов. Расчет калибровочного графика ведется по точкам, отвечающим количеству условно образующегося оксида магния при диссоциации MgCO₃. Например, точки можно рассчитывать через 5 мас. MgO. Рассчитав при этом количество оставшегося в системе СО₂ и других составляющих и приведя к 100% получим значение оксида магния и СО₂, которые будут координатами данной точки. Последней точкой можно взять максимальное значение содержания MgO в доломите согласно химическому анализу. По построенному таким образом графику, зная количество СО₂ в обожженном доломите, которое определяется с помощью кальциметра по ГОСТ 22688-77, находят количество оксида магния и рассчитывают коэффициент качества обжига К_к.о..

На фиг. 1 приведены калибровочные графики для доломитов с химическим составом: MgO 21,20% CaO 29,89% примеси 2,72% п.п.п. 46,25% (кривая 1) и MgO 19,92% CaO 30,06% примеси 4,64% п.п.п. 45,38% (кривая 2).

Предлагаемый способ реализуется путем назначения такого режима обжига для каждого конкретного доломита (температура и длительность), который обеспечивает значение коэффициента качества обжига (К_к.о. CO₂/MgO) в пределах 1,07-1,72. Значение коэффициента качества обжига технологической пробы, отобранной при обжиге, должно находиться в этих пределах. Если коэффициент качества обжига получился меньше нижнего предела, необходимо снизить температуру или длительность обжига, если К_к.о. больше верхнего предела необходимо увеличить температуру или длительность обжига.

Результатом соблюдения условия К_к.о. 1,07-1,72 является повышение стабильности и уровня вяжущих свойств при отсутствии неравномерного изменения объема при твердении.

Характеристика «качества обжига», определяемая с помощью коэффициента качества обжига К_к.о., включает также условие получения магнезиального вяжущего из доломита максимальной активности.

Предлагаемый способ получения магнезиального вяжущего из доломита может быть представлен в виде условной схемы (см. фиг.2).

Примеры реализации способа получения магнезиального вяжущего из доломита.

Пример 1. Доломит (химический состав: MgO 21,20% CaO 29,83% примеси 2,72% п. п.п. 46,25%) после дробления и классификации загружали в печь для обжига. В процессе обжига при температуре 700 o С и длительности 1,5 ч была отобрана проба, в которой определяли с помощью кальциметра содержание СО₂, затем по калибровочному графику (фиг.1, кривая 1) MgO и рассчитывали коэффициент качества обжига К_к.о., который оказался равным 5,00. Это значение К_к.о. значительно превышает верхний рекомендуемый предел и означает, что степень обжига недостаточна и качество продукта низкое. Увеличение температуры до 800 o С при той же длительности (1,5 ч) привело к снижению коэффициента качества обжига до 0,94, что меньше нижнего предела. Это указывает на пережог материала и снижение его качества.

Обжиг этого же доломита при температуре 750 o С и длительности 1,5 ч дает магнезиальное вяжущее, характеризуемое коэффициентом качества, равным 1,16. Это значение находится в указанных пределах значений К_к.о., что свидетельствует о хорошем качестве обжига и полученного материала.

В таблице приведены значения прочности при сжатии полученных при разных режимах обжига вяжущих материалов, которые подтверждают вышесказанное.

Пример 2. Доломит (химический состав: MgO 19,92% CaO 30,06% примеси 4,64% п.п.п. 45,38%) готовили для обжига как в примере 1. Обжигали при температуре 750 o С и длительности 1 ч. Анализ отобранной пробы показал значение К_к.о., равное 1,72 (согласно кривой 2 на фиг.1), которое является верхней границей установленного предела. Это значит, что качество обжига гарантирует хорошее качество готового продукта (см. табл.).

Обжиг при 750 o С и длительности 1,75 ч характеризуется для данного доломита значением К_к.о., равным 1,01, что свидетельствует о пережоге доломита и снижении качества магнезиального вяжущего.

Обжиг доломита при 750 o С и длительности 1,25 ч характеризуется значением К_к.о., равным 1,23, что свидетельствует о качественном обжиге.

Пример 3. Доломит, исследуемый в примере 2, обжигали при 775 o C и длительности 1,0 ч и получили коэффициент качества обжига, равный 1,33. Это значение соответствует установленному пределу и обжиг считается качественным.

Доломит, обожженный при 775 o С и длительности 0,75 ч характеризуется коэффициентом качества обжига К_к.о. 1,89, который выходит за верхнюю границу, а значит, материал плохо обожжен.

Доломит, обожженный при 775 o C и длительности 1,25 ч, характеризуется коэффициентом качества обжига, равным 1,07, что является нижней границей значений К_к.о. и, таким образом, обеспечивает хорошее качество обжига.

Доломит, обожженный при 775 o С и длительности 1,5 ч, характеризуется коэффициентом качества обжига, равным 1,02, что свидетельствует о пережоге и низком качестве обжига.

Из полученных вяжущих готовили образцы-кубики размером 30х30х30 мм для определения прочности при сжатии. Образцы готовились из теста нормальной густоты (ГОСТ 1216-87 «Порошки магнезиальные каустические») и твердели на воздухе одни сутки, после чего измерялась прочность при сжатии. Для испытания на равномерность изменения объема из теста нормальной густоты готовили образцы-лепешки диаметром 6 см и толщиной 1 см. Срок твердения лепешек одни сутки на воздухе при 20-22 o С. Результаты испытаний приведены в таблице.

Таким образом, при соблюдении режима обжига, обеспечивающего «качество обжига», характеризуемого коэффициентом качества обжига К_к.о. в пределах 1,07-1,72 гарантируется наряду с требуемой фазовой характеристикой (присутствие в обожженном доломите необходимого количества MgO при отсутствии CaO_св. ) также высокое качество готового продукта (высокий уровень вяжущих свойств).

Способ получения магнезиального вяжущего путем обжига природного доломита до разложения карбоната магния на MgO и CO₂ с последующим измельчением продукта обжига, отличающийся тем, что в продукте обжига устанавливают коэффициент качества обжига К_к.о по отношению CO₂/MgO 1,07 1,72 и в процессе обжига стабилизируют указанный коэффициент путем изменения температуры или времени обжига, при этом при К_к.о 1,72 увеличивают.

Источник

Способ получения магнезиального вяжущего

Владельцы патента RU 2286965:

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к способу получения магнезиального вяжущего из высокомагнезиальных горных пород — магнезита или брусита, содержащих гидросиликаты магния — серпентиниты, ультрабазиты и т.п., а также из специально составленной шихты магнезита с природными гидросиликатами магния, и может быть использовано для производства строительных изделий-плит и панелей для внутренней облицовки зданий, подоконных плит, лестничных ступеней, а также для производства сухих строительных смесей, теплоизоляционных материалов и изделий для устройства монолитных полов. Технический результат — получение магнезиального вяжущего высокой прочности, не склонного к растрескиванию и имеющего низкие линейные усадки при твердении, а также расширение сырьевой базы для производства магнезиального вяжущего. В способе получения магнезиального вяжущего высокомагнезиальные горные породы, содержащие 15-40 мас.% гидросиликатов магния, дробят до фракции менее 60 мм, обжигают при температуре 1050-1100°С в течение 2-3 часов, затем размалывают в порошок — проход через сито 008 — 78-84%. 3 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к способу получения магнезиального вяжущего из отходов сырья для производства магнезиальных огнеупоров, включающих высокомагнезиальные горные породы (магнезита или брусита) и гидросиликаты магния — серпентиниты, ультрабазиты и т.п., а также из специально составленной шихты магнезита с природными гидросиликатами магния.

Известна сырьевая смесь для получения вяжущего (RU 937396, С 04 В 9/06, 1982), содержащая серпентинит и известняк в следующем соотношении, мас.%:

Известняк	63. 67
Серпентинит	33. 37

Обжиг указанной смеси производится во вращающейся цементообжигательной печи при 1400°С. В полученной системе находится активный двухкальциевый силикат и окись магния в основном в активной форме и частично в связанном состоянии в виде форстерита и магнезиоферрита. Указанный магнезиальный цемент имеет довольно высокую прочность, но требует высоких температур обжига (до 1400°С), имеет весьма значительную линейную усадку, кроме того, это вяжущее наиболее эффективно при производстве огнеупоров.

Известна также сырьевая смесь для изготовления магнезиального вяжущего (RU 2089523, С 04 В 9/00), включающая доломит и серпентинизированный ультрабазит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Доломит	40. 80
Серпентинизированный ультрабазит	20. 60.

Указанную смесь подвергают обжигу при температуре 780°С в течение 2 часов. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, — сокращение сроков схватывания и повышение адгезии к древесине.

Недостатком этого решения является низкая прочность камня, получаемого при твердении вяжущего, а также ограничение области использования получаемого вяжущего (применение только при изготовлении древесно-минеральных изделий), что, возможно, связано с высокими усадками в формирующемся камне при твердении вяжущего и образованием трещин в жесткой системе.

Известно вяжущее (SU 1433924, С 04 В 9/00), включающее компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Оксид магния	25-45
Обожженный серпентин	47-67
Хлористый или сернокислый магний	остальное.

Это вяжущее обеспечивает прекрасные показатели по прочности и линейным усадкам при твердении. Недостатком являются дополнительные расходы энергии на обжиг серпентина.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ по патенту RU 2245862 (С 04 В 35/03, С 04 В 9/06).

Шламовые отходы производства талька, содержащие 73% магнезита, 20% талька, 5% хлорита и 2% других минералов, после грубой очистки, дробления и сортировки до фракции 0. 20 мм подвергают предварительной сушке, затем обжигают 3 часа в печи при 900°С, размалывают в порошок до фракции 0,08 мм для получения магнезиальных связующих. Полученное вяжущее соответствует требованиям ГОСТ 1216-87. Этот способ считается экономичным, безотходным и экологически безопасным.

Однако к вяжущим, используемым в строительстве, предъявляются требования, отличные от требований, предъявляемых к вяжущим для огнеупорных материалов. Кроме того, не приводятся данные о качестве изделий, производимых из полученных материалов: о прочности, склонности к трещинообразованию при твердении и величине линейных деформаций. Заявляемое изобретение решает задачу получения магнезиального вяжущего строительного назначения из магнезиальных пород с повышенным содержанием серпентинита, не пригодных для производства огнеупоров, обладающего высокой прочностью, не склонного к растрескиванию и имеющего низкие линейные усадки при твердении.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе получения магнезиального вяжущего используют в качестве сырья высокомагнезиальные горные породы, содержащие гидросиликаты-серпентиниты 15-40 мас.%, которые дробят до фракции менее 60 мм, обжигают при температуре 1050-1100°С в течение 2-3 часов, затем размалывают в порошок до прохода через сито 008 — 78-84 мас.%.

Дробление породы до фракции менее 60 мм обеспечивает наименьшие потери материала при последующем обжиге во вращающейся печи.

Обжиг при температуре 1050-1100°С в течение 2. 3 часов обеспечивает получение магнезиального вяжущего средней активности, характеризующегося высокими показателями по прочности, малыми линейными усадками и отсутствием склонности к растрескиванию.

Термическая обработка указанных магнезиальных пород при более низких температурах (при времени обжига до 6. 8 часов) ведет к образованию вяжущего высокой активности, подверженного растрескиванию в начальные сроки твердения и при воздействии воды.

Повышение температуры и времени обжига приводит к снижению активности основной составляющей вяжущего — оксида магния вследствие его кристаллизации и перехода в периклаз, который может вызвать растрескивание изделий на основе полученного вяжущего в более поздние сроки воздушного твердения (это явление может проявить себя в течение года) или при хранении образцов в воде (в течение 7 суток).

Химический состав исходных пород приведен в таблице 1, минералогический — в таблице 2.

Таблица 1
Порода	Содержание оксидов, мас.%
MgO	Fe₂O₃	CaO	SiO₂	ППП
Бруситовая	54. 68	0,1. 0,2	3,3. 6,8	2,1. 5,6	26. 33
Магнезитовая	42. 47	0,5. 1,2	0,5. 4,7	0,1. 4,8	49. 53
Таблица 2
Порода	Содержание минералов, мас.%
Брусит	Магнезит	Доломит	Кальцит	Гидросиликаты магния
Бруситовая	57. 80	Следы. 6	Следы. 7	Следы. 8	15. 30
Магнезитовая	—	52. 75	Следы. 5	Следы. 6	20. 40

Характеристики предлагаемых магнезиальных вяжущих представлены в таблице 3.

Из представленных в таблице данных видно, что породы магнезита и брусита, включающие серпентиниты в количестве 15. 40%, обеспечивают получение качественного вяжущего только в результате обжига при 1050. 1100°С и выдержке при указанных температурах не менее 2 и не более 3 часов. Породы, включающие незначительные примеси железа, например бруситы, после обжига образуют вяжущее с высокой белизной, что позволяет рекомендовать его использование для получения декоративных отделочных материалов, минеральных красок, шпаклевок.

Для получения строительных изделий вяжущее тщательно перемешивают с заполнителями или без них в течение 1. 3 минут и с водным раствором хлорида магния (бишофитом) плотностью 1,2 г/см 3 в количестве, обеспечивающем литую подвижность смеси, смесь заливают в формы и оставляют твердеть при температурах не ниже 10°С, предпочтительно при 20. 25°С.

Изобретение позволяет расширить сырьевую базу для производства магнезиального вяжущего, в т.ч. путем утилизации отходов производства огнеупоров. Изобретение может быть использовано при изготовлении плит и панелей для внутренней облицовки зданий, подоконных плит, лестничных ступеней, а также для производства сухих строительных смесей, теплоизоляционных материалов, монолитных полов и т.п.

Таблица 3
№	Порода	Режим обжига	Свойства
проход через сито 008, %	Склонность к трещинобразованию*	R, МПа	Δ ***, %	цвет
1	Бруситовая	700°С 2 часа	76	Образцы растрескиваются и распадаются на блоки при воздушном твердении	—	белый
2	Магнезитовая	81	Образцы растрескиваются и распадаются на блоки при воздушном твердении	—	серый
3	Бруситовая	800°С 2 часа	78	Образцы растрескиваются и распадаются на блоки при воздушном твердении	—	белый
4	Магнезитовая	83	Образцы растрескиваются и распадаются на блоки при воздушном твердении	серый
5	Бруситовая	900°С 2 часа	75	Образцы растрескиваются и распадаются на блоки через 1 сутки хранения в воде	24	белый
6	Магнезитовая	82	Образцы растрескиваются и распадаются на блоки через 1 сутки хранения в воде	20	0,42	серый
7	Бруситовая	1000°С 2 часа	78	Образцы растрескиваются и распадаются на блоки через 1 сутки хранения в воде	56	0,21	белый
8	Магнезитовая	82	Образцы растрескиваются и распадаются на блоки через 1 сутки хранения в воде	55	0,18	серый
9	Бруситовая	1050°С 2 часа	78	Образцы не растрескиваются при хранении более 7 суток в воде	74	0,03	белый
10	Магнезитовая	80	Образцы не растрескиваются при хранении более 7 суток в воде	77	0,025	серый
11	Бруситовая	1100°С 2 часа	9	Образцы не растрескиваются при хранении более 7 суток в воде	74	0,027	белый
12	Магнезитовая	2	Образцы не растрескиваются при хранении более 7 суток в воде	75	0,032	серый
13	Бруситовая	1200»’С 2 часа	2	Образцы имеют отдельные сквозные трещины при хранении более 2 суток в воде	42	—	белый
14	Магнезитовая	4	Образцы имеют отдельные сквозные трещины при хранении более 2 суток в воде	39	—	серый
* образцов-лепешек, изготовленных из цементного теста нормальной густоты

** прочность при сжатии образцов-кубиков 2*2*2 см, изготовленных из цементного теста нормальной густоты, определенная в 28 суток воздушного твердения

*** деформации (линейные усадки) образцов в 56 суток воздушного твердения

Способ получения магнезиального вяжущего, характеризующийся тем, что высокомагнезиальные горные породы, содержащие 15-40 мас.% гидросиликатов магния, дробят до фракции менее 60 мм, обжигают при температуре 1050-1100°С в течение 2-3 ч, затем размалывают в порошок — проход через сито 008 — 78-84%.

Источник