PL192018B1 - Kompozycja wiążąca typu cementu - Google Patents

Abstract

1. Kompozycja wiazaca typu cementu, znamienna tym, ze zawiera 90 - 10% wagowych we- glanu wapnia i 10 - 90% wagowych zasadowego tlenku magnezu z weglanem magnezu, który za- chowal 2 - 50% wagowych dwutlenku wegla, ewentualnie 0,01 - 10% wagowych kwasu siarkowego i/lub jego soli, ewentualnie 0,01 - 5% wagowych weglanu metalu alkalicznego lub metalu ziem alka- licznych, oraz ewentualnie 0,01 - 5% wagowych kwasu organicznego. 14. Kompozycja wiazaca typu cementu, znamienna tym, ze zawiera dolomit o niskiej zawar- tosci magnezu, kalcynowany w temperaturze 500 - 800°C z wytworzeniem weglanu wapnia i zasa- dowego tlenku magnezu z weglanem magnezu, który zachowal 2 - 20% wagowych dwutlenku wegla, ewentualnie dodatkowa ilosc zasadowego tlenku magnezu, który stanowi 2 - 300% wagowych ilosci weglanu wapnia zawartego w kompozycji wiazacej, ewentualnie 0,01 - 10% wagowych kwasu siar- kowego i/lub jego soli, oraz ewentualnie 0,01 - 5% wagowych kwasu organicznego. PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja wiążąca typu cementu.

Cementy są dobrze znane, a cementy nieorganiczne, takie jak cement portlandzki, są dobrze znane i stosowane do sporządzania zaprawy, betonu itp.

Cement portlandzki ma stosunkowo dużą masę na jednostkę objętości, co jest niedogodne. Inną niedogodnością związaną z cementem portlandzkim jest to, że nie nadaje się on do stosowania z wypełniaczami pochodzenia organicznego. Stosowanie cementu portlandzkiego z wypełniaczami jest zasadniczo ograniczone do ich stosowania z wypełniaczami typu mineralnego. Tak więc cement portlandzki nie będzie łatwo wiązać się z wypełniaczami zawierającymi gleby i iły. Oznacza to, że żwir i piasek stosowane jako wypełniacze do cementu portlandzkiego muszą być starannie przemyte i wolne od soli, humusu, iłów i pewnych typów kwasów.

W przypadku stosowania cementu portlandzkiego niedogodne jest to, że woda do mieszania musi być czysta i wolna od zanieczyszczeń. Nie można stosować jako wody do mieszania z cementem portlandzkim wody słonej, wody z odwiertów, wody słonawej oraz wody mającej wysoką zawartość procentową innych rodzajów soli.

Innym znanym rodzajem cementu jest cement na bazie tlenochlorku magnezu (cement Sorela), będący cementem stosowanym do prac we wnętrzach obiektów, takich jak podłogi w szpitalach i budynkach użyteczności publicznej. Ten cement wytwarza się przez dodanie do tlenku magnezu, w odpowiedniej proporcji, stężonego roztworu chlorku magnezu. Ów cement można stosować z wypełniaczami organicznymi, takimi jak mączka drzewna lub korek, oraz z wypełniaczami nieorganicznymi, takimi jak kamienie, w celu uzyskania w krótkim okresie czasu związanej masy, którą można polerować. Te cementy tlenochlorkowe można także stosować z innymi wypełniaczami organicznymi, takimi jak wióry drzewne, trociny i słoma.

Cementy na bazie tlenochlorku magnezu są niekorzystne ze względu na ich kruchość, porowatość i ich krótki dopuszczalny okres przechowywania. Ponadto trudno nimi manipulować, w przeciwieństwie do cementu portlandzkiego, który jest sypkim suchym proszkiem, łatwym w manipulacji i stosowaniu. Poza tym cementy na bazie tlenochlorku magnezu są nietrwałe w wodzie i przy długotrwałym czasie kontaktu z wodą tracą wytrzymałość.

Innym typem cementu jest cement na bazie tlenosiarczanu magnezu, który jest słabszy od cementu na bazie tlenochlorku magnezu i który otrzymuje się w wyniku reakcji tlenku magnezu i wodnego roztworu siarczanu magnezu. Te cementy są nietrwałe w wodzie.

Nieoczekiwanie okazało się, że można uzyskać kompozycję wiążącą typu cementu w postaci suchego sypkiego proszku mającego właściwość płynięcia, którym można manipulować podobnie jak sproszkowanym cementem portlandzkim. Kompozycję można mieszać z wodą dla uzyskania związania czyli stwardnienia.

Wynalazek dotyczy kompozycji wiążącej typu cementu, której cechą jest to, że zawiera 90 - 10% wagowych węglanu wapnia i 10 - 90% wagowych zasadowego tlenku magnezu z węglanem magnezu, który zachował 2 - 50% wagowych dwutlenku węgla, ewentualnie 0,01 - 10% wagowych kwasu siarkowego i/lub jego soli, ewentualnie 0,01 - 5% wagowych węglanu metalu alkalicznego lub metalu ziem alkalicznych oraz ewentualnie 0,01 -5% wagowych kwasu organicznego.

Kompozycja według wynalazku korzystnie zawiera 30 - 40% wagowych węglanu wapnia i 70 -60% wagowych zasadowego tlenku magnezu.

Kompozycja według wynalazku korzystnie zawiera 23 - 28% wagowych dwutlenku węgla zachowanego w węglanie magnezu.

Kompozycja według wynalazku korzystnie zawiera kwas siarkowy, siarczan magnezu lub siarczan glinu.

Kompozycja według wynalazku korzystnie jako węglan metalu alkalicznego zawiera węglan sodu.

Kompozycja według wynalazku korzystnie jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy, kwas lemonowy, kwas octowy, kwas glikolowy lub kwas szczawiowy.

Kompozycja według wynalazku korzystnie zawiera 3 - 15% wagowych dodatku zawierającego

- 80% siarczanu, 10 -60% kwasu organicznego i 1 -20% innej soli.

Kompozycja według wynalazku korzystnie jako siarczan zawiera siarczan glinu, a jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy.

PL 192 018 B1

Wynalazek dotyczy również kompozycji wiążącej typu cementu, której cechą jest to, że zawiera dolomit o wysokiej zawartości magnezu, kalcynowany w temperaturze 500 - 800°C z wytworzeniem węglanu wapnia i zasadowego tlenku magnezu z węglanem magnezu, który zachował 2 - 50% wagowych dwutlenku węgla, ewentualnie 0,01 - 10% wagowych kwasu siarkowego i/lub jego soli, ewentualnie 0,01 - 5% wagowych węglanu metalu alkalicznego lub metalu ziem alkalicznych oraz ewentualnie 0,01 -5% wagowych kwasu organicznego.

Kompozycja według tej postaci wynalazku korzystnie jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy, kwas lemonowy, kwas octowy, kwas glikolowy lub kwas szczawiowy.

Kompozycja według tej postaci wynalazku korzystnie zawiera 3 - 15% wagowych dodatku zawierającego 40 -80% siarczanu, 10 -60% kwasu organicznego i 1-20% innej soli.

Kompozycja według tej postaci wynalazku korzystnie jako siarczan zawiera siarczan glinu, a jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy.

Wynalazek dotyczy także kompozycji wiążącej typu cementu, której cechą jest to, że zawiera dolomit o niskiej zawartości magnezu, kalcynowany w temperaturze 500 - 800°C z wytworzeniem węglanu wapnia i zasadowego tlenku magnezu z węglanem magnezu, który zachował 2 - 20% wagowych dwutlenku węgla, ewentualnie dodatkową ilość zasadowego tlenku magnezu, który stanowi 2 - 300% wagowych ilości węglanu wapnia zawartego w kompozycji wiążącej, ewentualnie 0,01 - 10% wagowych kwasu i/lub jego soli, oraz ewentualnie 0,01 -5% wagowych kwasu organicznego.

Kompozycja według tej postaci wynalazku korzystnie zawiera kwas siarkowy, siarczan magnezu lub siarczan glinu.

Kompozycja według tej postaci wynalazku korzystnie jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy lub kwas lemonowy.

Kompozycja według tej postaci wynalazku korzystnie jako siarczan zawiera siarczan glinu, a jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy.

Określenie zasadowy tlenek magnezu obejmuje kompozycję magnezową zawierającą węglan magnezu i zdekarbonizowany węglan magnezu. To określenie obejmuje także węglan magnezu poddany obróbce, np. przez ogrzewanie dla uwolnienia dwutlenku węgla, z wytworzeniem kompozycji częściowo kalcynowanej. Dokładna struktura kompozycji i zasadowego tlenku magnezu nie jest znana, ale to określenie będzie stosowane jako obejmujące strukturę uformowaną w wyniku ogrzewania węglanu magnezu w celu jego częściowej dekarbonizacji, zwłaszcza w podanym zakresie temperatury.

Kompozycję składającą się z węglanu wapnia i zasadowego tlenku magnezu można otrzymać w wyniku obróbki dolomitu. Dolomit jest węglanem wapniowo-magnezowym występującym w naturze. Dolomit właściwy zawiera około 54% węglanu wapnia i 43% węglanu magnezu. Dolomity naturalne zawierają różnorodne zanieczyszczenia, które mogą obejmować tlenek glinu, żelazo i krzemionkę.

Zawartość procentowa węglanu wapnia i magnezu w dolomitach może różnić się. Na przykład dolomit zawierający 65% węglanu wapnia i 30% węglanu magnezu jest określany jako dolomit o niskiej zawartości magnezu. Natomiast dolomit zawierający 60% węglanu magnezu i 30% węglanu wapnia jest określany jako dolomit o wysokiej zawartości magnezu.

Stwierdzono, że ogrzewanie dolomitu będzie powodować uwalnianie dwutlenku węgla, przy czym szybkość uwalniania dwutlenku węgla można regulować i zmieniać dla uzyskania dolomitów całkowicie lub częściowo kalcynowanych.

Gdy dolomit ogrzewa się w temperaturze 1500°C, cały węglan uwalnia się w postaci dwutlenku węgla i pozostaje mieszanina składająca się z tlenku wapnia i tlenku magnezu. Tlenki te są dobrze znane jako mające zastosowanie w materiałach ognioodpornych, lecz nie są one odpowiednie jako materiał na cement.

Gdy dolomit ogrzewa się w niższej temperaturze, nie cały węglan ulega rozkładowi do dwutlenku węgla. Rzeczywiście wiadomo, że ogrzewanie można tak regulować, aby uwalnianie dwutlenku węgla zachodziło w większym stopniu z węglanu magnezu niż z węglanu wapnia.

Tak więc ogrzewanie w zakresie temperatury zwykle 500- 800°C będzie powodować preferencyjny rozkład węglanu magnezu.

Przez kontrolowanie preferencyjnego rozkładu dolomit można przetworzyć w kompozycję o zdolności wiązania się, drogą jego przemiany w kompozycję zawierającą węglan wapnia i zasadowy tlenek magnezu.

Preferencyjny rozkład dolomitu można jeszcze wzmóc przez zastosowanie takich dodatków jak sole nieorganiczne. Odpowiednią solą jest chlorek sodu, który można dodać przed ogrzewaniem w ilości 0,1 - 5%. Sól wydaje się korzystnie obniżać temperaturę dekarbonizacji MgCO3, bez znaczą4

PL 192 018 B1 cego oddziaływania na wyższą temperaturę dekarbonizacji CaCO3. Sól może zwiększyć różnicę temperatury o 100 - 200°C.

Zasadowy tlenek magnezu zawiera 2 - 50%, a korzystnie 23 - 28% dwutlenku węgla zachowanego w węglanie magnezu. Chociaż struktura cząsteczkowa może być trudna do ustalenia, może ona stanowić mieszaninę węglanu wapnia, tlenku magnezu i węglanu magnezu. Ilość dwutlenku węgla pozostałego w kompozycji ma wpływ na różne parametry, takie jak twardość i szybkość wiązania. Zawartość pozostałego dwutlenku węgla w granicach 20 - 30% pozwala na uzyskanie odpowiedniej szybkości wiązania w wielu zastosowaniach. Zwiększenie ilości dwutlenku węgla zwiększa szybkość wiązania, a zmniejszenie ilości dwutlenku węgla zmniejsza szybkość wiązania.

Kompozycję można także wytwarzać syntetycznie, przez zmieszanie węglanu wapnia z wcześniej przygotowanym zasadowym tlenkiem magnezu. W tym przypadku zasadowy tlenek magnezu można wytwarzać przez ogrzewanie węglanu magnezu w celu częściowego usunięcia dwutlenku węgla ażdo uzyskania żądanego stopnia skalcynowania.

Ponadto dolomit naturalny można ogrzewać wyżej opisanym sposobem w celu uzyskania kompozycji zawierającej węglan wapnia i zasadowy tlenek magnezu i w przypadku gdy dolomit naturalny ma deficyt magnezu (jak np. dolomit o niskiej zawartości magnezu), do mieszaniny można dodać dodatkową ilość zasadowego tlenku magnezu.

Na przykład rudę dolomitową o niskiej zawartości magnezu, zawierającą 65% węglanu wapnia i 30% węglanu magnezu oraz zanieczyszczenia, można kalcynować tak, aby przeprowadzić magnez w częściowo kalcynowany zasadowy tlenek magnezu, przy czym jednak w postaci związanej z magnezem pozostaje zasadniczo 2 -20% początkowej zawartości dwutlenku węgla.

Dzięki możliwości dodania zasadowego tlenku magnezu i węglanu wapnia, jak również możliwości zmiany składu mieszanki tych dwóch składników, możliwe jest dostarczenie kompozycji nadających się do stosowania jako cement o dowolnym z góry ustalonym składzie wagowym lub procentowej zawartości zmieszanych materiałów.

Jeżeli zachodzi taka potrzeba, można zmieniać wielkość cząstek kompozycji. Odpowiednia wielkość cząstek wynosi 50 -70 mm, przy czym 90% cząstek przechodzi przez sito o oczkach 60 mm, co pozwala na użycie kompozycji w różnych zastosowaniach. W razie potrzeby kompozycję można poddać operacji mielenia do uzyskania cząstek o żądanej wielkości i można to wykonać przed obróbką lub po niej. Można także stosować cząstki o innym zakresie wielkości, np. 10 -1000 mm.

Zawartość zasadowego tlenku magnezu może wynosić 10 -90%, a węglanu wapniowego 90 -10%, przy czym korzystna mieszanka zawiera 60 -70% magnezu i 30 -40% wapnia.

Przykładowo 1 tona dolomitu będzie zawierać 650 kilogramów (kg) węglanu wapnia (CaCO3) i 300 kg węglanu magnezu (MgCO3) plus 5% zanieczyszczeń. Węglan magnezu będzie zawierał 156,57 kg CO2. Gdy 95% tego CO2 zostanie usunięte, to ubytek masy będzie wynosił 148,74 kg. Masa dolomitu kalcynowanego będzie teraz wynosiła 851,26 kg, i materiał ten będzie zawierał 650 kg węglanu wapnia i 143,3 kg tlenku magnezu oraz 50 kg zanieczyszczeń. (CaCO3 650 kg/MgO 143,43 kg + 7,8285 kg + zanieczyszczenia 50 kg = 851,26).

Przykład:

Dolomit 1000 kg = 650 kg CaCO3 przed kalcynowaniem

300 kg MgCO₃ + 50 kg zanieczyszczeń;

Po kalcynowaniu = 650 kg CaCOą

151,258 kg zasady (MgO+7,8 kg CO₂), + żądana ilość zasadowego tlenku magnezowego, + zanieczyszczenia 50 kg.

Użyteczne kompozycje można sporządzać wtedy, gdy zawartość zasadowego tlenku magnezu stanowi 2 -300% w przeliczeniu na masę węglanu wapnia.

Kompozycje można sporządzać w postaci suchego rozdrobnionego proszku (który jest podobny do sproszkowanego cementu portlandzkiego).

Do kompozycji można dodawać różnorodne dodatki. Dodatek lub dodatki mogą przyspieszać tworzenie się silnie wiążących środków i mogą wspomagać rekrystalizację kompozycji przy jej wiązaniu się. W procesie wiązania różne dodane wypełniacze (które mogą obejmować wypełniacze organiczne i nieorganiczne, wypełniacze stałe i ciekłe, wypełniacze radioaktywne, wypełniacze toksyczne i tym podobne) mogą zostać uwięzione w związanej matrycy. Jeden z dodatków może stanowić siarczan, którymożna dodawać w ilości 0,01 - 10%. Do odpowiednich siarczanów zalicza się kwas siarkowy lub siarczan metalu, taki jak siarczan magnezu lub siarczan glinu.

PL 192 018 B1

Innym pożądanym dodatkiem jest dodatek działający w kompozycji jako źródło dwutlenku węgla do karbonizacji kompozycji, ułatwiające proces wiązania. Korzystny jest węglan, który może rozkładać się lub reagować z uwalnianiem dwutlenku węgla. Jednym z odpowiednich dodatków może być węglan metalu, taki jak węglan sodu. Innym odpowiednim dodatkiem może być kwas karboksylowy lub polikarboksylowy, który może reagować z uwalnianiem dwutlenku węgla. Inną korzyścią związaną z węglanem sodowym jest to, że będzie on karbonizował dowolne użyte całkowicie utlenione wypełniacze (np. popiół węglowy).

Do innych dodatków zalicza się kwas cytrynowy, kwas lemonowy, kwas octowy, kwas glikolowy, kwas szczawiowy, inne kwasy di- lub polikarboksylowe albo inne środki zakwaszające.

Dodatki te można stosować w ilościach 0,01 - 5%. Jeżeli dodatki (takie jak kwas cytrynowy lub kwas lemonowy) są ciałami stałymi, można je wstępnie zemleć i sproszkować w celu umożliwienia ich efektywnego zmieszania z pozostałymi składnikami kompozycji. Mielenie można stosować do wymiaru < 61 mm (250 mesh). Siarczanem glinu może być handlowy siarczan glinu o stopniu uwodnienia wynoszącym 14H2O. Oczywiście można także stosować siarczany glinu o wyższym lub niższym stopniu uwodnienia, z odpowiednim dostosowaniem masy.

Innym środkiem zakwaszającym może być kwas siarkowy i można go zmieszać z wodą w ilości do 5% wagowych.

Korzystnymi dodatkami są siarczan glinu i kwas cytrynowy (lub kwas równoważny, taki jak kwas glikolowy lub kwas octwy). Dodatkowo można zastosować taką sól jak chlorek sodu.

Korzystnie dodatki są wstępnie mieszane i dodawane do kompozycji. Ilość dodanej przedmieszki może zmieniać się, np. może wynosić 3 - 10% lub więcej. Wygląda na to, że gdy stosuje się wypełniacze w postaci drobnych cząstek (np. o wielkości poniżej 70 mm), ilość dodanej przedmieszki powinna być większa (około 10%), podczas gdy wypełniacze w postaci grubszych cząstek umożliwiają stosowanie mniejszej ilości przedmieszki (np. 3 - 7%).

Gdy przedmieszka zawiera (a) siarczan glinu, (b) kwas organiczny i (c) sól, korzystne jest aby zawartość składnika (a) wynosiła 40 - 80%, składnika (b) 10 - 60%, a składnika (c) 1- 20%.

Nie wiążąc się jakąkolwiek teorią sądzi się, że składnik (a) zapewnia wczesną wytrzymałość kompozycji o zdolności wiązania się i może ułatwiać tworzenie się brucytu (Mg(OH)2) i galaretowatego polimeru wodorotlenku glinu, które oba pomagają w początkowym wiązaniu się kompozycji. Wydaje się także, że składnik (a) nadaje właściwości wodoodporne.

Składnik (b), np. kwas cytrynowy, wydaje się sprzyjać karbonizacji MgO i Mg(OH)2 prowadzącemu do rekrystalizacji kompozycji w materiał związany. Ten kwas może również działać jak ligand, tworząc kompleksy wokół wypełniaczy (np. jonów metali), pomagając w uwięzieniu ich w wiązanym lub związanym podłożu. Proces karbonizacji może trwać przez długi okres czasu, co umożliwia uzyskanie długotrwałej wytrzymałości związanego materiału. Składnik (c) wydaje się sprzyjać osiąganiu wczesnej wytrzymałości kompozycji.

Kompozycję według wynalazku można mieszać z różnymi wypełniaczami i środkami wzmacniającymi, w celu dostarczenia szeregu odpowiednich produktów handlowych. Do odpowiednich wypełniaczy należą, lecz nie wyłącznie, popiół z elektrowni, popiół wulkaniczny, tlenek glinu, szlam czerwony, tłuczeń skalny, piasek, koral, pumeks, szkło, cenosfery, perlit, wermikulit, perełki styrenu, trociny, szarpana guma, słoma, łupiny ryżowe, włókno kokosowe, wióry drzewne, kora drzewna, papier, tektura, tworzywa sztuczne, gruz betonowy, gleba, koncentrat ołowiowy, glejta ołowiana, wełna ołowiana, bor, lit, kadm, baterie L A, pyły metali i chemicznie strącony gips. Do odpowiednich środków wzmacniających należą stal, włókno szklane, włókno węglowe, kevlar, monomer SRI, polipropylen, wełnę żużlową, bawełnę i słomę. Można wytwarzać takie produkty jak cegła, bloczki, kostka brukowa, dachówka, zaprawy, rury, płyty, panele, okładziny, materiały na nawierzchnię drogową, elementy konstrukcyjne, posągi, pomniki, podkłady kolejowe, stojaki, słupy, zbiorniki, łodzie, pale, nabrzeża i baseny portowe.

Kompozycje według wynalazku można wytwarzać w postaci suchego sypkiego proszku mającego właściwość płynięcia, który można workować i przechowywać przez nieograniczony okres czasu. Do proszku można dodać takie wypełniacze jak piasek i żwir (znane wypełniacze), lecz, w przeciwieństwie do cementu portlandzkiego, można dodać także takie wypełniacze organiczne jak słoma, korek, mączka drzewna, trociny itp. W celu wytworzenia zaprawy, materiału do tynkowania albo betonu, do mieszanki można dodać wody i, w przeciwieństwie do cementu portlandzkiego, można stosować wodę zasoloną i wodę słoną, przy czym woda nie musi być doskonale czysta.

PL 192 018 B1

Wynalazek ilustrują następujące przykłady.

P r z y k ł a d 1. Dolomitowa kompozycja wiążąca zawierała naturalną rudę dolomitową, która przed kalcynowaniem zawierała 54% wagowych węglanu wapnia (CaCO3), 43% wagowych węglanu magnezu (MgCO3) i 3% wagowych uwięzionych w niej zanieczyszczeń dowolnego typu. Rudę dolomitową poddano częściowej kalcynacji do usunięcia tylko 95% wagowych dwutlenku węgla znajdującego się w węglanie magnezu. Ruda po kalcynowaniu zawierała 54% wagowych węglanu wapnia (CaCO3), 20,16% częściowo skalcynowanego zasadowego tlenku magnezu (19,12% MgO + 1,04% CO2) oraz 3% zanieczyszczeń. Tę częściowo skalcynowaną rudę dolomitową rozkruszono i zmielono do rozdrobnienia 61 mm (250 mesh). Częściowo skalcynowaną sproszkowaną rudę dolomitową zmieszano z siarczanem glinu (Al2(SO4)3) w ilości 5% wagowych i kwasem cytrynowym (C6H8O7) w ilości 1% wagowych, przy czym obydwa dodane składniki zostały rozdrobnione do 61 mm (250 mesh). Po zmieszaniu wszystkich tych materiałów z cieczą lub wodą dowolnego rodzaju otrzymano zawiesinę o wcześniej ustalonej lepkości. Wylewanie, formowanie, wytłaczanie, prasowanie, natryskiwanie pneumatyczne gotowej mieszaniny, pozwoli na wytworzenie po wysuszeniu i związaniu szerokiego asortymentu doskonałych i atrakcyjnych produktów dla budownictwa.

P r z y k ł a d 2. Cementująca dolomitowa kompozycja wiążąca zawierała wstępnie skalcynowany, pokruszony i sproszkowany do 61 mm (250 mesh) dolomit o niskiej zawartości magnezu, skalcynowany tak, by zasadowy tlenek magnezu (MgO) znajdujący się w dolomicie zawierał 10% wagowych dwutlenku węgla (CO2), do którego dodano zasadowy tlenek magnezu (MgO) w postaci handlowego niezależnego produktu mineralnego, który wstępnie selektywnie skalcynowano tak, aby zawierał podobne ilości dwutlenku węgla (CO2) jak zasadowy tlenek magnezu (MgO) zawarty w dolomicie. Masa dodanego zasadowego tlenku magnezu (MgO) wynosiła od 1% wagowych do trzykrotnie większej ilości w przeliczeniu na masę częściowo skalcynowanego zasadowego tlenku magnezu zawartego w dolomicie stanowiącym składnik mieszaniny. Częściowo skalcynowany sproszkowany dolomit zmieszano z siarczanem glinu (Al2(SO4)3) w ilości 5% wagowych i kwasem cytrynowym (C6H8O7) w ilości 1% wagowych, przy czym obydwa dodane składniki zostały rozdrobnione do 61 mm (250 mesh).

P r z y k ł a d 3. Dolomitową kompozycję wiążącą wytworzono sposobem opisanym w przykładzie 1, z tym że do wody używanej do mieszania dodano odmierzoną ilość 10% kwasu siarkowego (H2SO4). Otrzymana zawiesina podobna do betonu wykazywała dobrą wytrzymałość i osiągała początkowe wiązanie w 2 godziny.

P r z y k ł a d 4. Inną dolomitową kompozycję wiążącą wytworzono sposobem opisanym w przykładzie 2, lecz dodawszy taką samą ilość kwasu siarkowego (H2SO4) jak w przykładzie 3.

P r z y k ł a d 5. Kompozycję z przykładu 1 lub z przykładu 2 zmieszano z siarczanem glinu w ilości 7% wagowych. Mieszanina uległa początkowemu związaniu i uzyskała dobrą wytrzymałość, lecz stwierdzono, że wytrzymałość pogarszała się już po kilku miesiącach, prawdopodobnie z powodu za słabej krystalizacji podczas karbonizacji.

P r z y k ł a d 6. Kompozycję z przykładu 1 lub z przykładu 2 zmieszano z mieszaniną dodatków składającą się z siarczanu glinu i chlorku sodu. Całkowita ilość mieszaniny dodatków wynosiła 7%, przy czym stosunek siarczanu glinu w mieszaninie wynosił 60% przy stosunku chlorku sodu 20%. Kompozycja osiągnęła dobre związanie, lecz początkowo wykazywała wysoką przepuszczalność dla wody. Wytrzymałość związanej kompozycji obniżyła się po kilku miesiącach, prawdopodobnie i tym razem z powodu za słabej karbonizacji, lecz okazało się, że przepuszczalność dla wody związanego produktu obniżyła się i chłonność wody produktu była umiarkowana.

P r z y k ł a d 7. Kompozycję z przykładu 1 lub z przykładu 2 zmieszano z dwoma dodatkami, siarczanem glinu i kwasem cytrynowym. Całkowita ilość dodatków wynosiła 7%, przy czym ilość siarczanu glinu stanowiła około 80% całkowitej ilości dodatków, a ilość kwasu cytrynowego stanowiła około 20%. Materiał po związaniu miał dobrą wytrzymałość, przy czym wytrzymałość wzrosła po 30 dniach, zapewniając doskonałą trwałość przez długi okres czasu. Związany produkt wykazywał także od początku niską przepuszczalność dla wody.

P r z y k ł a d 8. Ten przykład pokazuje przydatność kompozycji jako środka do kapsułkowania niebezpiecznych odpadów. Niebezpieczne odpady (takie jak metale toksyczne) muszą być stabilizowane przed składowaniem i wymagają kapsułkowania w materiale, z którego wymywanie toksycznego materiału jest niższe od dozwolonych poziomów.

W tym przykładzie 100 kg dolomitowej kompozycji wiążącej z przykładu 1 lub przykładu 2 zmieszano z 650 g siarczanu glinu, 250 g kwasu cytrynowego i 100 g chlorku sodu. Ten materiał zmieszaPL 192 018 B1 no z wodą, a następnie z metalami toksycznymi, którymi były arsen, kadm, miedź, żelazo, ołów, selen, srebro i cynk. Maksymalne dopuszczalne wymywanie poszczególnych metali toksycznych wynosi dla arsenu 5 mg/l, dla kadmu 1 mg/l, dla miedzi 100 mg/l, dla żelaza 100 mg/l, dla ołowiu 5 mg/l, dla selenu 1 mg/l, dla srebra 5 mg/l i dla cynku 100 mg/l.

Materiał wiążący zastosowany do kapsułkowania metali toksycznych poddano wymywaniu drogą mieszania przez 24 godziny w zbuforowanym roztworze łagodnego kwasu. Roztwór zastosowany do wymywania zbadano i stwierdzono, że zawierał mniej niż 0,1 mg/l arsenu, nie zawierał kadmu, zawierał mniej niż 0,1 mg/l miedzi, 0,05 - 0,23 mg/l żelaza, mniej niż 0,1 mg/l ołowiu, nie zawierał selenu oraz srebra i zawierał mniej niż 0,2 mg/l cynku.

Uzyskane wyniki pokazują, że dolomitowa kompozycja wiążąca ma doskonałe właściwości pod względem zdolności kapsułkowania i zatrzymywania metali toksycznych, przy czym wymywane ilości tych metali są ułamkiem maksymalnego, dopuszczalnego stężenia.

P r z y k ł a d 9. Dolomitową kompozycję wiążącą według przykładu 1 lub przykładu 2, w ilości 100 kg, zmieszano z 800 g siarczanu glinu i 200 g kwasu cytrynowego. Do mieszanki dodano wodę, która była odpadem radioaktywnym z węgla drzewnego. Mieszankę utwardzono i stwierdzono, że nastąpiło zamknięcie i zatrzymanie radioaktywnego węgla drzewnego bez znaczącego jego ubytku.

P r z y k ł a d 10. Dolomitową kompozycję wiążącą według przykładu 1 lub przykładu 2, w ilości 1000 kg, zmieszano z 800 g siarczanu glinu i 200 g kwasu cytrynowego, po czym dodano wody.

Mieszaninę uformowano w cegłę, którą ogrzewano stopniowo aż do 1000°C, badając jej łatwopalność. Cegła nie zapaliła się płomieniem, a jedynie zamieniała się na obrzeżach w popiół do głębokości 1 cm. Ubytek masy w stosunku do masy przed ogrzewaniem wynosił 40%. Przykład pokazuje, że ten typ cegły nie jest paliwem i nie sprzyja paleniu się.

P r z y k ł a d 11. Sporządzono kompozycję podobną do tej z przykładu 9 lub 10. Kompozycję uformowano w dachówkę i poddano testom mechanicznym. Wymagane obciążenie niszczące winno przekraczać 700 N, a stwierdzone obciążenie niszczące wynosiło 1600 - 2600 N, co wykazuje, że kompozycja ma doskonałe właściwości jako materiał na dachówkę. Dodatkowo zbadano przepuszczalność dla wody tej dachówki, przez uformowanie na jej szczycie wystającej powierzchni i napełnieniu jej wodą do 12 mm. Test trwał 2 godziny i kontrola optyczna dachówki wykazała, że dachówka była w wystarczającym stopniu nieprzepuszczalna dla wody.

P r z y k ł a d 12. Kompozycję dolomitową według przykładu 1 lub przykładu 2 (100 kg) zmieszano z 500 g siarczanu glinu i 200 g kwasu cytrynowego. W celu wytworzenia zawiesiny dodano wody i następnie do jednej części zawiesiny dodano trzy części pulpy papierniczej i 50 ml związku akrylowego. Produkt pozostawiono do związania, uformowano w kostkę sześcienną i poddano badaniu wytrzymałości na ściskanie, które wykazało że wytrzymałość na ściskanie kostki sześciennej wynosi 31 MPa, co wskazuje że ma ona dobrą wytrzymałość na obciążenie.

P r z y k ł a d 13. Sporządzono kompozycję dolomitową według przykładu 12, przy czym uzyskane 2 litry zawiesiny betonowej na bazie dolomitu zmieszano z czterema częściami pulpy gazetowej. Wytrzymałość na ściskanie uformowanych kostek sześciennych wynosiła 14 - 17 MPa.

P r z y k ł a d 14. Do 1 litra kompozycji dolomitowej dodano 2 litry popiołu wulkanicznego i 10 ml związku akrylowego. Mieszaninę poddano wiązaniu i formowaniu w kostkę sześcienną, której wytrzymałość na ściskanie wynosiła 11 - 20 MPa.

P r z y k ł a d 15. Do 3 litrów kompozycji dolomitowej dodano 3,25 litra szarpanego papieru i 1 litr wermikulitu nr 4. Mieszaninę poddano wiązaniu i formowaniu w kostkę sześcienną, której wytrzymałość na ściskanie wynosiła 11 - 12 MPa.

P r z y k ł a d 16. Do 3 litrów kompozycji dolomitowej dodano 0,5 litra papieru i 0,5 litra wermikulitu gatunku 4. Mieszaninę poddano wiązaniu i formowaniu w kostkę sześcienną, której wytrzymałość na ściskanie wynosiła 23,5 - 24,5 MPa.

P r z y k ł a d 17. Do 2 litrów kompozycji dolomitowej dodano 1,5 litra pyłu z kruszarki i 0,5 litra kamienia miedziowego. Wytrzymałość na ściskanie kostki sześciennej uformowanej z kompozycji wiążącej wynosiła 19,5 - 20 MPa.

P r z y k ł a d 18. Do 2 litrów kompozycji dolomitowej dodano 2 litry poszarpanych opon samochodowych. Wytrzymałość na ściskanie uformowanej kostki sześciennej wynosiła 5,5 - 6,5 MPa.

P r z y k ł a d 19. Do 1 litra kompozycji dolomitowej dodano 3 litry gruboziarnistego żwiru z kamienia miedziowego i 1 litr piasku. Wytrzymałość na ściskanie uformowanej kostki sześciennej wynosiła 26,5 - 28,5 MPa.

PL 192 018 B1

P r z y k ł a d 20. Do 1,5 części kompozycji dolomitowej dodano 2,5 części trocin gruboziarnistych, 0,5 części pulpy papierniczej i 50 ml związku akrylowego. Stwierdzono, że wytrzymałość na ściskanie uformowanej kostki sześciennej wynosiła 27 - 29 MPa.

P r z y k ł a d 21. Do 1,5 części dolomitowej kompozycji wiążącej dodano 2,5 części trocin gruboziarnistych, 1 część trocin drobnoziarnistych, 1 część pulpy papierniczej i 50 ml związku akrylowego. Wytrzymałość na ściskanie uformowanej kostki sześciennej wynosiła 19,5 - 22,5 MPa.

P r z y k ł a d 22. Do 1,5 ml kompozycji dolomitowej dodano 0,5 popiołu z elektrowni, 0,5 części pulpy papierniczej i 50 ml związku akrylowego. Wytrzymałość na ściskanie uformowanej kostki sześciennej wynosiła 23,5 - 24,5 MPa.

P r z y k ł a d 23. Do 2 części dolomitowej kompozycji wiążącej dodano 2 części trocin gruboziarnistych, 2 części pulpy papierniczej i 0,5 części związku akrylowego. Stwierdzono, że wytrzymałość na ściskanie uformowanej kostki sześciennej wynosiła 14 - 17,5 MPa.

P r z y k ł a d 24. Do 2,5 części kompozycji dolomitowej dodano 2 części miału papierniczego nr 1, 2 części miału papierniczego nr 2, 2 części trocin gruboziarnistych i 0,7 części związku akrylowego. Wytrzymałość na ściskanie uformowanej kostki sześciennej wynosiła 20 - 22,6 MPa.

Przyk ła d 25. Do 1 części kompozycji dolomitowej dodano 2 części piasku z plaży. Kompozycję zmieszano z wodą morską i otrzymano kompozycję wiążącą, z której wykonano kostkę sześcienną. Długość krawędzi kostki wynosiła 77 mm. Stwierdzono, że wytrzymałość kostki na ściskanie wynosiła 28,5 - 29,3 MPa.

Claims (17)

1. Kompozycja wiążąca typu cementu, znamienna tym, że zawiera 90 - 10% wagowych węglanu wapnia i 10 - 90% wagowych zasadowego tlenku magnezu z węglanem magnezu, który zachował 2 - 50% wagowych dwutlenku węgla, ewentualnie 0,01 - 10% wagowych kwasu siarkowego i/lub jego soli, ewentualnie 0,01 - 5% wagowych węglanu metalu alkalicznego lub metalu ziem alkalicznych, oraz ewentualnie 0,01 - 5% wagowych kwasu organicznego.

2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera 30 - 40% wagowych węglanu wapnia i 70 - 60% wagowych zasadowego tlenku magnezu.

3. Kompozycja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zawiera 23 - 28% wagowych dwutlenku węgla zachowanego w węglanie magnezu.

4. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera kwas siarkowy, siarczan magnezu lub siarczan glinu.

5. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że jako węglan metalu alkalicznego zawiera węglan sodu.

6. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy, kwas lemonowy, kwas octowy, kwas glikolowy lub kwas szczawiowy.

7. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera 3 - 15% wagowych dodatku zawierającego 40 - 80% siarczanu, 10 - 60% kwasu organicznego i 1 - 20% innej soli.

8. Kompozycja według zastrz. 7, znamienna tym, że jako siarczan zawiera siarczan glinu, a jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy.

9. Kompozycja wiążąca typu cementu, znamienna tym, że zawiera dolomit o wysokiej zawartości magnezu, kalcynowany w temperaturze 500 - 800°C z wytworzeniem węglanu wapnia i zasadowego tlenku magnezu z węglanem magnezu, który zachował 2 - 50% wagowych dwutlenku węgla, ewentualnie 0,01 - 10% wagowych kwasu siarkowego i/lub jego soli, oraz ewentualnie 0,01 - 5% wagowych kwasu organicznego.

10. Kompozycja według zastrz. 9, znamienna tym, że zawiera kwas siarkowy, siarczan magnezu lub siarczan glinu.

11. Kompozycja według zastrz. 9, znamienna tym, że jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy, kwas lemonowy, kwas octowy, kwas glikolowy lub kwas szczawiowy.

12. Kompozycja według zastrz. 9, znamienna tym, że zawiera 3 - 15% wagowych dodatku zawierającego 40 - 80% siarczanu, 10 - 60% kwasu organicznego i 1 - 20% innej soli.

13. Kompozycja według zastrz. 12, znamienna tym, że jako siarczan zawiera siarczan glinu, a jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy.

PL 192 018 B1

14. Kompozycja wiążąca typu cementu, znamienna tym, że zawiera dolomit o niskiej zawartości magnezu, kalcynowany w temperaturze 500 - 800°C z wytworzeniem węglanu wapnia i zasadowego tlenku magnezu z węglanem magnezu, który zachował 2 - 20% wagowych dwutlenku węgla, ewentualnie dodatkową ilość zasadowego tlenku magnezu, który stanowi 2 - 300% wagowych ilości węglanu wapnia zawartego w kompozycji wiążącej, ewentualnie 0,01 - 10% wagowych kwasu siarkowego i/lub jego soli, oraz ewentualnie 0,01 -5% wagowych kwasu organicznego.

15. Kompozycja według zastrz. 14, znamienna tym, że zawiera kwas siarkowy, siarczan magnezu lub siarczan glinu.

16. Kompozycja według zastrz. 14, znamienna tym, że jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy lub kwas lemonowy.

17. Kompozycja według zastrz. 14, znamienna tym, że jako siarczan zawiera siarczan glinu, a jako kwas organiczny zawiera kwas cytrynowy.