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 Кк.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 Кк.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 (Кк.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 Кк.о. больше верхнего предела необходимо увеличить температуру или длительность обжига.
Результатом соблюдения условия Кк.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 Кк.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 Кк.о., который оказался равным 
5,00. Это значение Кк.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 Кк.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 Кк.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 Кк.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 Кк.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 Кк.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 Кк.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 Кк.о. в пределах 1,07-1,72 гарантируется наряду с требуемой фазовой характеристикой (присутствие в обожженном доломите необходимого количества MgO при отсутствии CaOсв. ) 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 Кк.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 Кк.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
