RU2377201C1 - Procedure of production of slag-alkaline binding - Google Patents

Procedure of production of slag-alkaline binding Download PDF

Info

Publication number
RU2377201C1
RU2377201C1 RU2008126632A RU2008126632A RU2377201C1 RU 2377201 C1 RU2377201 C1 RU 2377201C1 RU 2008126632 A RU2008126632 A RU 2008126632A RU 2008126632 A RU2008126632 A RU 2008126632A RU 2377201 C1 RU2377201 C1 RU 2377201C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
slag
mpa
degree
hardening
alkaline
Prior art date
Application number
RU2008126632A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Михайлович Калинкин (RU)
Александр Михайлович Калинкин
Бася Израилевна Гуревич (RU)
Бася Израилевна Гуревич
Елена Владимировна Калинкина (RU)
Елена Владимировна Калинкина
Вера Владимировна Тюкавкина (RU)
Вера Владимировна Тюкавкина
Original Assignee
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук filed Critical Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук
Priority to RU2008126632A priority Critical patent/RU2377201C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2377201C1 publication Critical patent/RU2377201C1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/141—Slags
    • C04B18/144—Slags from the production of specific metals other than iron or of specific alloys, e.g. ferrochrome slags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/023—Chemical treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/026—Comminuting, e.g. by grinding or breaking; Defibrillating fibres other than asbestos
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/10—Accelerators; Activators
    • C04B2103/14—Hardening accelerators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00198—Characterisation or quantities of the compositions or their ingredients expressed as mathematical formulae or equations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/10—Compositions or ingredients thereof characterised by the absence or the very low content of a specific material
    • C04B2111/1037—Cement free compositions, e.g. hydraulically hardening mixtures based on waste materials, not containing cement as such
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: building. ^ SUBSTANCE: invention refers to building materials production and can be implemented at production of slag-alkaline binding on base of magnesia-ferrous slag of non-ferrous metallurgy for fabrication of building mortars and concrete. According to the procedure of production of slag-alkaline binding including grinding of granulated magnesia-ferrous slag and tempering of ground slag with solution of alkaline reagent, grinding of slag is performed with contents of moisture 2-7 wt % of slag weight at presence of carbon dioxide at its partial pressure 0.03-0.10 MPa till there is achieved degree of slag carbonisation, specified according to dependence: C=ko+k1Sspecif., where: C is degree of slag carbonisation, wt % CO2, ko and k1 are empiric coefficients, ko=0.02-0.05 wt %, k1= (1.0-2.5)10-3 wt % kg/m2, Sspecif. is specific surface of slag, m2/kg. Invention is developed in dependent points of formula. ^ EFFECT: increased rate of slag-alkaline binding hardening and its strength at earlier periods of hardening. ^ 3 cl, 4 ex

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при получении шлакощелочных вяжущих на основе магнезиально-железистых шлаков цветной металлургии для приготовления строительных растворов и бетонов.The invention relates to the building materials industry and can be used to produce slag-alkali binders based on magnesia-iron slags of non-ferrous metallurgy for the preparation of mortars and concrete.

В промышленном и гражданском строительстве при приготовлении растворов и бетонов большое значение имеет сокращение сроков твердения вяжущего, что существенно ускоряет проведение строительных работ. При традиционном измельчении магнезиально-железистых шлаков в воздушной среде реакционная способность частиц шлака, образующихся в результате помола, недостаточно высока, что увеличивает сроки твердения шлакощелочного вяжущего для достижения им необходимой прочности. Для активизации процесса твердения и повышения прочности вяжущего осуществляют его карбонизацию при формовании и твердении вяжущего, что не обеспечивает достаточную прочность шлакощелочного вяжущего в ранние сроки его твердения. При этом для достижения равномерности карбонизации по всему объему вяжущего требуется создание повышенного давления, что усложняет и удорожает процесс.In industrial and civil engineering, in the preparation of mortars and concrete, it is of great importance to reduce the curing time of the binder, which significantly speeds up the construction work. In the traditional grinding of magnesia-iron slag in air, the reactivity of the slag particles resulting from grinding is not high enough, which increases the hardening time of the slag-alkali binder to achieve the required strength. To activate the hardening process and increase the strength of the binder, it is carbonized during molding and hardening of the binder, which does not provide sufficient strength of the slag-alkali binder in the early stages of its hardening. Moreover, in order to achieve uniform carbonization throughout the binder, it is necessary to create increased pressure, which complicates and increases the cost of the process.

Известен способ получения шлакощелочного вяжущего (см. патент США №6387174, НКИ 106-738, 2002) преимущественно на основе кальцийсодержащего доменного шлака, включающий затворение шлака раствором щелочного реагента в виде гидроксида натрия, формование и твердение вяжущего в среде диоксида углерода при его содержании не менее 20 мас.%, давлении 40-350 атм и температуре от 0 до 50°С.A known method of producing a slag-alkali binder (see US patent No. 6387174, NKI 106-738, 2002) mainly based on calcium-containing blast furnace slag, including mixing slag with a solution of an alkaline reagent in the form of sodium hydroxide, molding and hardening the binder in a carbon dioxide medium with its content not less than 20 wt.%, a pressure of 40-350 atm and a temperature of from 0 to 50 ° C.

Недостатком данного способа является то, что карбонизацию вяжущего осуществляют при его формовании и твердении, что не обеспечивает достаточную прочность шлакощелочного вяжущего в ранние сроки его твердения. Необходимость использования высокого давления диоксида углерода, в том числе в сверхкритических условиях, усложняет и удорожает способ.The disadvantage of this method is that the carbonization of the binder is carried out during its molding and hardening, which does not provide sufficient strength of the cinder-alkaline binder in the early stages of its hardening. The need to use high pressure carbon dioxide, including in supercritical conditions, complicates and increases the cost of the method.

Известен также принятый в качестве прототипа способ получения шлакощелочного вяжущего (см. Гуревич Б.И., Зосин А.П. Установление оптимального состава вяжущего по его физико-механическим свойствам // В сб.: Химия и технология вяжущих веществ. Л.: Наука, 1968. - С.45-63) на основе магнезиально-железистых шлаков, включающий помол гранулированного шлака до удельной поверхности 120-580 м2/кг, затворение раствором жидкого стекла, имеющего модуль 1,5-2,0, который берут из расчета 3-5% Na2O по отношению к массе сухого молотого шлака, при водошлаковом отношении 0,20-0,23, формование полученной смеси и выдержку во влажных условиях с твердением вяжущего. Прочность шлакощелочного вяжущего к 7 дням твердения составляет от 20 до 75 МПа при изменении удельной поверхности шлака от 120 до 580 м2/кг.There is also known accepted as a prototype method for producing a slag-alkali binder (see Gurevich B.I., Zosin A.P. Establishing the optimal binder composition by its physicomechanical properties // In: Chemistry and technology of binders. L .: Science , 1968. - P. 45-63) based on magnesia-ferrous slag, including grinding granular slag to a specific surface of 120-580 m 2 / kg, mixing with a solution of liquid glass having a module of 1.5-2.0, which is taken from calculation of 3-5% Na 2 O in relation to the mass of dry ground slag, with a water-slag ratio of 0.20-0.23 molding the resulting mixture and holding in wet conditions with hardening of the binder. The strength of the slag-alkali binder by 7 days hardening is from 20 to 75 MPa with a change in the specific surface of the slag from 120 to 580 m 2 / kg.

Недостатком известного способа получения шлакощелочного вяжущего являются невысокая скорость твердения вяжущего и его ограниченная прочность в ранние сроки твердения.A disadvantage of the known method for producing a slag-alkali binder is the low hardening rate of the binder and its limited strength in the early stages of hardening.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении скорости твердения шлакощелочного вяжущего и его прочности в ранние сроки твердения за счет проведения карбонизации шлака при его помоле.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the speed of hardening of the slag alkali binder and its strength in the early stages of hardening due to the carbonization of the slag during its grinding.

Технический результат достигается тем, что в способе получения шлакощелочного вяжущего, включающем помол гранулированного магнезиально-железистого шлака и затворение измельченного шлака раствором щелочного реагента, согласно изобретению помол шлака ведут при содержании влаги 2-7 мас.% от массы шлака в присутствии углекислого газа при его парциальном давлении 0,03-0,10 МПа до обеспечения степени карбонизации шлака, устанавливаемой согласно зависимости

Figure 00000001
The technical result is achieved by the fact that in the method for producing a slag-alkali binder, including grinding granular magnesia-ferrous slag and mixing the crushed slag with an alkaline reagent solution, according to the invention, the slag is milled with a moisture content of 2-7 wt.% By weight of slag in the presence of carbon dioxide a partial pressure of 0.03-0.10 MPa to ensure the degree of carbonization of the slag, set according to the dependence
Figure 00000001

где С - степень карбонизации шлака, мас.% СО2,where C is the degree of carbonization of the slag, wt.% CO 2 ,

ko и k1 - эмпирические коэффициенты, ko=0,02-0,05 мас.%, k1=(1,0-2,5)·10-3 мас.% · кг/м2,k o and k 1 are empirical coefficients, k o = 0.02-0.05 wt.%, k 1 = (1.0-2.5) · 10 -3 wt.% · kg / m 2 ,

Sуд - удельная поверхность шлака, м2/кг.S beats - the specific surface of the slag, m 2 / kg

Достижению технического результата способствует то, что в качестве источника углекислого газа используют топочные газы от сжигания углеводородного сырья.The achievement of the technical result is facilitated by the use of flue gases from the combustion of hydrocarbons as a source of carbon dioxide.

Достижению технического результата способствует также то, что в качестве щелочного реагента используют раствор жидкого стекла с модулем 1,4-2,2 или гидроксида натрия, которые берут из расчета 2-6% Na2O по отношению к массе шлака.The achievement of the technical result also contributes to the fact that as an alkaline reagent use a solution of water glass with a module of 1.4-2.2 or sodium hydroxide, which are taken from the calculation of 2-6% Na 2 O in relation to the mass of slag.

Сущность изобретения заключается в следующем. В обычных условиях при отсутствии механического воздействия магнезиально-железистый шлак не взаимодействует с углекислым газом. При измельчении шлака на свежеобразованной поверхности частиц шлака возникают короткоживущие активные центры, на которых происходит хемосорбция молекул диоксида углерода с образованием карбонатных групп. Присутствующая влага, с одной стороны, играет роль поверхностно-активного вещества и облегчает разрушение частиц шлака за счет проявления эффекта Ребиндера. С другой стороны, в присутствии влаги происходит гидратация поверхности шлака, что ускоряет его карбонизацию. Карбонизированная поверхность частиц шлака обладает повышенной реакционной способностью и активно реагирует со свободной щелочью щелочного реагента. В результате усиливается переход в раствор компонентов шлака, в том числе кремнезема. Поступление кремнезема в жидкую фазу твердеющего вяжущего способствует полимеризации кремнекислородных анионов и образованию элементов структуры шлакосиликатного камня. Взаимодействие карбонатной составляющей со щелочным реагентом в виде жидкого стекла или гидроксида натрия увеличивает степень гидролиза силиката натрия, что приводит к образованию кремнегеля, в присутствии которого формирование гидросиликатов существенно интенсифицируется.The invention consists in the following. Under normal conditions, in the absence of mechanical action, magnesia-ferrous slag does not interact with carbon dioxide. When slag is ground on a freshly formed surface of slag particles, short-lived active centers arise on which chemisorption of carbon dioxide molecules occurs with the formation of carbonate groups. The moisture present, on the one hand, plays the role of a surfactant and facilitates the destruction of slag particles due to the manifestation of the Rebinder effect. On the other hand, in the presence of moisture, the slag surface is hydrated, which accelerates its carbonization. The carbonized surface of the slag particles has a high reactivity and actively reacts with the free alkali of an alkaline reagent. As a result, the transition to the solution of slag components, including silica, is intensified. The receipt of silica in the liquid phase of the hardening binder promotes the polymerization of silicon-oxygen anions and the formation of structural elements of slag-silicate stone. The interaction of the carbonate component with an alkaline reagent in the form of liquid glass or sodium hydroxide increases the degree of hydrolysis of sodium silicate, which leads to the formation of silica gel, in the presence of which the formation of hydrosilicates is significantly intensified.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.The essential features of the claimed invention, which determine the scope of legal protection and are sufficient to obtain the above technical result, perform functions and relate to the result as follows.

Проведение помола шлака при содержании влаги 2-7 мас.% от массы шлака обусловлено тем, что во влажных условиях происходит усиленное поглощение углекислого газа частицами шлака в виде карбонатных ионов, что увеличивает их реакционную способность в процессе твердения. При содержании влаги менее 2 мас.% степень карбонизации будет недостаточной, а при влажности более 7 мас.% меняется режим измельчения, что снижает скорость роста удельной поверхности и степени карбонизации.Milling of slag at a moisture content of 2-7 wt.% Of the mass of slag is due to the fact that in humid conditions there is an increased absorption of carbon dioxide by slag particles in the form of carbonate ions, which increases their reactivity in the hardening process. With a moisture content of less than 2 wt.%, The degree of carbonization will be insufficient, and with a moisture content of more than 7 wt.%, The grinding regime changes, which reduces the growth rate of the specific surface and the degree of carbonization.

Проведение влажного помола шлака в присутствии углекислого газа позволяет существенно повысить степень карбонизации наружных слоев частиц шлака и тем самым увеличить их реакционную способность.Carrying out wet grinding of slag in the presence of carbon dioxide can significantly increase the degree of carbonization of the outer layers of the particles of slag and thereby increase their reactivity.

Парциальное давление СО2 предпочтительно поддерживать в интервале значений 0,03-0,10 МПа, поскольку давление ниже 0,03 МПа не обеспечивает достаточной степени карбонизации шлака, а увеличение давления более 0,10 МПа усложняет процесс вследствие необходимости использования специального оборудования.The partial pressure of CO 2 is preferably maintained in the range of 0.03-0.10 MPa, since a pressure below 0.03 MPa does not provide a sufficient degree of slag carbonization, and an increase in pressure of more than 0.10 MPa complicates the process due to the need to use special equipment.

Задание степени карбонизации шлака согласно зависимости C=ko+k1·Sуд, где С - степень карбонизации шлака, мас.% СO2, ko и k1 - эмпирические коэффициенты, Sуд - удельная поверхность шлака, м2/кг, позволяет контролировать и регулировать процесс карбонизации шлака, основываясь на величине его удельной поверхности.Setting the degree of carbonization of the slag according to the dependence C = k o + k 1 · S beats , where C is the degree of carbonization of the slag, wt.% CO 2 , k o and k 1 are empirical coefficients, S beats is the specific surface of the slag, m 2 / kg , allows you to control and regulate the process of carbonization of slag, based on the value of its specific surface.

Значения эмпирических коэффициентов ko и k1 зависят от физических и физико-химических свойств шлака, а также от содержания влаги на стадии измельчения и составляют для магнезиально-железистого шлака, соответственно, ko=0,02-0,05 мас.%, k1=(l,0-2,5)·10-3 мас.% · кг/м2.The values of the empirical coefficients k o and k 1 depend on the physical and physico-chemical properties of the slag, as well as on the moisture content at the grinding stage, and make up k 0 = 0.02-0.05 wt.% For magnesian-iron slag, respectively k 1 = (l, 0-2.5) · 10 -3 wt.% · kg / m 2 .

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышении скорости твердения шлакощелочного вяжущего и его прочности в ранние сроки твердения.The combination of the above features is necessary and sufficient to achieve the technical result of the invention, which consists in increasing the hardening speed of the cinder-alkaline binder and its strength in the early stages of hardening.

В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие конкретные операции и режимные параметры.In particular cases of carrying out the invention, the following specific operations and operating parameters are preferred.

Использование топочных газов от сжигания углеводородного сырья в качестве источника углекислого газа позволяет повысить экономическую и экологическую эффективность способа, поскольку шлакоотвалы, как правило, расположены вблизи источников промышленных выбросов диоксида углерода.The use of flue gases from the combustion of hydrocarbons as a source of carbon dioxide improves the economic and environmental efficiency of the method, since slag dumps are usually located near sources of industrial carbon dioxide emissions.

Использование раствора жидкого стекла с модулем 1,4-2,2 или раствора гидроксида натрия в качестве щелочного реагента обусловлено тем, что в этом интервале модуля наблюдается максимальная прочность шлакощелочного вяжущего.The use of a liquid glass solution with a module of 1.4-2.2 or a sodium hydroxide solution as an alkaline reagent is due to the fact that in this interval of the module the maximum strength of the slag-alkali binder is observed.

Расход растворов жидкого стекла или гидроксида натрия из расчета 2-6 мас.% Na2O по отношению к массе сухого молотого шлака обусловлен тем, что при расходе менее 2 мас.% прочность вяжущего недостаточна, а при расходе более 6 мас.% образуются трещины при твердении вяжущего.The flow rate of water glass or sodium hydroxide solutions based on 2-6 wt.% Na 2 O relative to the mass of dry ground slag is due to the fact that, at a flow rate of less than 2 wt.%, The strength of the binder is insufficient, and cracks form at a flow rate of more than 6 wt.% when hardening a binder.

Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ получения шлакощелочного вяжущего в оптимальном режиме и повысить скорость твердения шлакощелочного вяжущего и его прочность в ранние сроки твердения.The above particular features of the invention make it possible to carry out a method for producing a cinder-alkali binder in an optimal mode and increase the curing rate of a cinder-alkaline binder and its strength in the early stages of curing.

Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты более наглядно могут быть проиллюстрированы следующими примерами.The essence of the proposed method and the achieved results can be more clearly illustrated by the following examples.

В общем случае вяжущее готовят путем помола шлака с добавкой 2-7% воды от массы шлака в атмосфере углекислого газа при парциальном давлении СO2 0,03-0,10 МПа до обеспечения удельной поверхности частиц шлака 500-800 м2/кг. Помол шлака до удельной поверхности менее 500 м2/кг нежелателен, поскольку не обеспечивается требуемая прочность вяжущего. Измельчение шлака до удельной поверхности более 800 м2/кг связано со значительными энергетическими затратами, что также нежелательно. Степень карбонизации шлака устанавливают согласно зависимости (1) и с учетом принятой величины удельной поверхности частиц шлака она составляет 0,52-2,05 мас.% СО2. При степени карбонизации менее 0,52 мас.% реакционная способность шлака понижается, а при степени карбонизации более 2,05 мас.% СО2 значительно возрастают энергетические затраты. Затворение измельченного шлака раствором жидкого стекла или гидроксида натрия ведут из расчета 2-6% Na2O по отношению к массе шлака в составе шлакощелочного вяжущего. Модуль жидкого стекла - 1,4-2,2, водошлаковое отношение - 0,20-0,30. Полученную смесь формуют и выдерживают при 100% относительной влажности и температуре 20-22°С. Способ обеспечивает прочность при выдержке в течение 7 суток - до 99 МПа, 28 суток - до 119 МПа.In the General case, the binder is prepared by grinding slag with the addition of 2-7% water from the mass of slag in a carbon dioxide atmosphere at a partial pressure of CO 2 of 0.03-0.10 MPa to provide a specific surface area of the slag particles of 500-800 m 2 / kg. Grinding of slag to a specific surface of less than 500 m 2 / kg is undesirable, since the required binder strength is not provided. Grinding slag to a specific surface of more than 800 m 2 / kg is associated with significant energy costs, which is also undesirable. The degree of carbonization of the slag is determined according to dependence (1), and taking into account the accepted value of the specific surface of the particles of slag, it is 0.52-2.05 wt.% CO 2 . When the degree of carbonization is less than 0.52 wt.%, The reactivity of the slag decreases, and when the degree of carbonization is more than 2.05 wt.% CO 2 , energy costs increase significantly. The mixing of crushed slag with a solution of liquid glass or sodium hydroxide is carried out at a rate of 2-6% Na 2 O in relation to the mass of slag in the composition of the slag alkaline binder. The liquid glass modulus is 1.4-2.2, the water-slag ratio is 0.20-0.30. The resulting mixture is molded and maintained at 100% relative humidity and a temperature of 20-22 ° C. The method provides endurance for 7 days - up to 99 MPa, 28 days - up to 119 MPa.

Пример 1. Гранулированный магнезиально-железистый шлак медно-никелевого производства, содержащий, мас.%: SiO2 - 40,88, Аl2О3 - 6,90, FeO -35,40, CaO - 2,65, MgO - 10,71, S - 0,71, измельчают в шаровой мельнице с добавлением 2 мас.% воды в присутствии углекислого газа при парциальном давлении СО2 0,07 МПа и общем давлении 0,10 МПа до обеспечения удельной поверхности 520 м2/кг. Значения эмпирических коэффициентов ko и k1 принимают равными соответственно 0,03 мас.% и 1,8·10-3 мас.% · кг/м2, что соответствует степени карбонизации шлака С=0,966 мас.% СO2.. Затем измельченный шлак затворяют раствором щелочного реагента в виде жидкого стекла с модулем 1,5, который берут из расчета 5% Na2O по отношению к массе шлака, при водошлаковом отношении 0,23. Полученную смесь формуют и выдерживают при 100% относительной влажности и температуре 21°С. Прочность при сжатии полученных образцов составляет при выдержке в течение 7 суток - 91,5 МПа, 28 суток - 108,4 МПа.Example 1. Granular magnesian-ferrous slag of copper-nickel production, containing, wt.%: SiO 2 - 40.88, Al 2 O 3 - 6.90, FeO -35.40, CaO - 2.65, MgO - 10 , 71, S - 0.71, crushed in a ball mill with the addition of 2 wt.% Water in the presence of carbon dioxide at a partial pressure of CO 2 of 0.07 MPa and a total pressure of 0.10 MPa to provide a specific surface of 520 m 2 / kg. The values of the empirical coefficients k o and k 1 are taken equal to 0.03 wt.% And 1.8 · 10 -3 wt.% · Kg / m 2 , respectively, which corresponds to the degree of carbonization of the slag C = 0.966 wt.% CO 2 .. Then, the crushed slag is shut with a solution of alkaline reagent in the form of liquid glass with a module of 1.5, which is taken at the rate of 5% Na 2 O relative to the mass of slag, with a water-slag ratio of 0.23. The resulting mixture is molded and maintained at 100% relative humidity and a temperature of 21 ° C. The compressive strength of the obtained samples is at exposure for 7 days - 91.5 MPa, 28 days - 108.4 MPa.

Пример 2. Гранулированный магнезиально-железистый шлак медно-никелевого производства состава по Примеру 1 измельчают в шаровой мельнице с добавлением 7 мас.% воды, причем в качестве источника углекислого газа используют топочные газы от сжигания углеводородного сырья при парциальном давлении СO2 0,03 МПа и общем давлении 0,1 МПа до обеспечения удельной поверхности 500 м2/кг. Значения эмпирических коэффициентов ko и k1 принимают равными соответственно 0,02 мас.% и 1,0·10-3 мас.% · кг/м2, что соответствует степени карбонизации шлака С=0,52 мас.% СО2.. Затем измельченный шлак затворяют раствором щелочного реагента в виде жидкого стекла с модулем 2,2, который берут из расчета 2% Na2O по отношению к массе шлака, при водошлаковом отношении 0,30. Полученную смесь формуют и выдерживают при 100% относительной влажности и температуре 22°С. Прочность при сжатии полученных образцов составляет при выдержке в течение 7 суток - 80,2 МПа, 28 суток - 90,5 МПа.Example 2. Granular magnesian-ferrous slag of copper-nickel production of the composition according to Example 1 is crushed in a ball mill with the addition of 7 wt.% Water, moreover, flue gases from the combustion of hydrocarbons at a partial pressure of CO 2 0.03 MPa are used as a source of carbon dioxide and a total pressure of 0.1 MPa to provide a specific surface area of 500 m 2 / kg. The values of the empirical coefficients k o and k 1 are taken equal to 0.02 wt.% And 1.0 · 10 -3 wt.% · Kg / m 2 , respectively, which corresponds to the degree of slag carbonization C = 0.52 wt.% CO 2. . Then, the crushed slag is shut with an alkaline reagent solution in the form of liquid glass with a module of 2.2, which is taken at the rate of 2% Na 2 O relative to the mass of slag, with a water-slag ratio of 0.30. The resulting mixture is molded and maintained at 100% relative humidity and a temperature of 22 ° C. The compressive strength of the obtained samples is when holding for 7 days - 80.2 MPa, 28 days - 90.5 MPa.

Пример 3. Гранулированный магнезиально-железистый шлак медно-никелевого производства состава по Примеру 1 измельчают в шаровой мельнице с добавлением 2 мас.% воды в присутствии углекислого газа при парциальном давлении СO2 0,10 МПа до обеспечения удельной поверхности 800 м2/кг. Значения эмпирических коэффициентов ko и k1 принимают равными соответственно 0,05 мас.% и 2,5·10-3 мас.% · кг/м2, что соответствует степени карбонизации шлака С=2,05 мас.% СO2.. Затем измельченный шлак затворяют раствором щелочного реагента в виде жидкого стекла с модулем 1,4, который берут из расчета 6% Na2O по отношению к массе шлака, при водошлаковом отношении 0,20. Полученную смесь формуют и выдерживают при 100% относительной влажности и температуре 22°С. Прочность при сжатии полученных образцов составляет при выдержке в течение 7 суток - 99,5 МПа, 28 суток - 119,2 МПа.Example 3. The granulated magnesian-ferrous slag of copper-nickel production of the composition according to Example 1 is crushed in a ball mill with the addition of 2 wt.% Water in the presence of carbon dioxide at a CO 2 partial pressure of 0.10 MPa to provide a specific surface of 800 m 2 / kg. The values of the empirical coefficients k o and k 1 are taken equal to 0.05 wt.% And 2.5 · 10 -3 wt.% · Kg / m 2 , respectively, which corresponds to the degree of carbonization of the slag C = 2.05 wt.% CO 2. . Then, the crushed slag is shut with an alkaline reagent solution in the form of liquid glass with a module of 1.4, which is taken at the rate of 6% Na 2 O relative to the mass of slag, with a water-slag ratio of 0.20. The resulting mixture is molded and maintained at 100% relative humidity and a temperature of 22 ° C. The compressive strength of the obtained samples is at exposure for 7 days - 99.5 MPa, 28 days - 119.2 MPa.

Пример 4. Гранулированный магнезиально-железистый шлак медно-никелевого производства состава по Примеру 1 измельчают в шаровой мельнице с добавлением 2 мас.% воды в присутствии углекислого газа при парциальном давлении СО2 0,08 МПа и общем давлении 0,1 МПа до обеспечения удельной поверхности 520 м2/кг. Значения эмпирических коэффициентов ko и k1 принимают равными соответственно 0,03 мас.% и 1,8·10-3 мас.% · кг/м2, что соответствует степени карбонизации шлака С=0,966 мас.% СO2.. Затем измельченный шлак затворяют раствором щелочного реагента в виде гидроксида натрия, который берут из расчета 4% Na2O по отношению к массе шлака, при водошлаковом отношении 0,22. Полученную смесь формуют и выдерживают при 100% относительной влажности и температуре 20°С. Прочность при сжатии полученных образцов составляет при выдержке в течение 7 суток -92,7 МПа, 28 суток - 109,5 МПа.Example 4. Granular magnesian-ferrous slag of copper-nickel production of the composition according to Example 1 is crushed in a ball mill with the addition of 2 wt.% Water in the presence of carbon dioxide at a partial pressure of CO 2 of 0.08 MPa and a total pressure of 0.1 MPa to ensure specific surface 520 m 2 / kg. The values of the empirical coefficients k o and k 1 are taken equal to 0.03 wt.% And 1.8 · 10 -3 wt.% · Kg / m 2 , respectively, which corresponds to the degree of slag carbonization C = 0.966 wt.% CO 2 .. Then, the crushed slag is shut with a solution of an alkaline reagent in the form of sodium hydroxide, which is taken at the rate of 4% Na 2 O relative to the mass of slag, with a water-slag ratio of 0.22. The resulting mixture is molded and maintained at 100% relative humidity and a temperature of 20 ° C. The compressive strength of the obtained samples is at exposure for 7 days -92.7 MPa, 28 days - 109.5 MPa.

Из вышеприведенных примеров видно, что предлагаемый способ получения шлакощелочного вяжущего позволяет по сравнению с прототипом повысить прочность при выдержке в течение 7 суток - до 80,2-99,5 МПа, 28 суток - до 90,5-119,2 МПа. Кроме того, способ характеризуется повышенной экономической и экологической эффективностью. Способ относительно прост и может быть реализован с привлечением стандартного оборудования. Помимо магнезиально-железистых шлаков для получения шлакощелочных вяжущих могут быть также использованы доменные шлаки.From the above examples it can be seen that the proposed method for producing a cinder-alkaline binder allows, in comparison with the prototype, to increase the holding strength for 7 days - up to 80.2-99.5 MPa, 28 days - up to 90.5-119.2 MPa. In addition, the method is characterized by increased economic and environmental efficiency. The method is relatively simple and can be implemented using standard equipment. In addition to magnesia-iron slag, blast furnace slag can also be used to produce slag-alkali binders.

Claims (3)

1. Способ получения шлакощелочного вяжущего, включающий помол гранулированного магнезиально-железистого шлака и затворение измельченного шлака раствором щелочного реагента, отличающийся тем, что помол шлака ведут при содержании влаги 2-7% от массы шлака в присутствии углекислого газа при его парциальном давлении 0,03-0,10 МПа до обеспечения степени карбонизации шлака, устанавливаемой согласно зависимости
С=kо+k1·Sуд,
где С - степень карбонизации шлака, мас.% СО2,
ko и k1 - эмпирические коэффициенты, kо=0,02-0,05 мас.%, k1=(1,0-2,5)·10-3 мас.% · кг/м2,
Sуд - удельная поверхность шлака, м2/кг.1. A method of producing a slag-alkali binder, including grinding granular magnesian-iron slag and mixing the crushed slag with an alkaline reagent solution, characterized in that the slag is milled when the moisture content is 2-7% by weight of the slag in the presence of carbon dioxide at a partial pressure of 0.03 -0.10 MPa to ensure the degree of carbonization of slag, established according to the dependence
C = k o + k 1 · S beats ,
where C is the degree of carbonization of the slag, wt.% CO 2 ,
k o and k 1 are empirical coefficients, k o = 0.02-0.05 wt.%, k 1 = (1.0-2.5) · 10 -3 wt.% · kg / m 2 ,
S beats - the specific surface of the slag, m 2 / kg 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника углекислого газа используют топочные газы от сжигания углеводородного сырья.2. The method according to claim 1, characterized in that flue gases from the combustion of hydrocarbons are used as a source of carbon dioxide. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют раствор жидкого стекла с модулем 1,4-2,2 или гидроксида натрия, которые берут из расчета 2-6% Na2O по отношению к массе шлака. 3. The method according to claim 1, characterized in that as the alkaline reagent use a solution of water glass with a module of 1.4-2.2 or sodium hydroxide, which are taken at the rate of 2-6% Na 2 O in relation to the mass of slag.
RU2008126632A 2008-06-30 2008-06-30 Procedure of production of slag-alkaline binding RU2377201C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008126632A RU2377201C1 (en) 2008-06-30 2008-06-30 Procedure of production of slag-alkaline binding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008126632A RU2377201C1 (en) 2008-06-30 2008-06-30 Procedure of production of slag-alkaline binding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2377201C1 true RU2377201C1 (en) 2009-12-27

Family

ID=41642949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008126632A RU2377201C1 (en) 2008-06-30 2008-06-30 Procedure of production of slag-alkaline binding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2377201C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГУРЕВИЧ Б.И., и др. Установление оптимального состава вяжущего по его физико-механическим свойствам. В сб.: Химия и технология вяжущих веществ, Академия наук СССР, изд. «Наука», Ленинградское отделение, Ленинград, 1968, с.45-63. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101366003B1 (en) Method for producing concrete block using non-cement binder
CN109574610B (en) Method for efficiently preparing low-cost carbonized brick by using steel slag
KR102127941B1 (en) High early strength cement concrete composition with rubber latex impregnated Ca-alginate bead and a repairing method of road pavement using the same
KR101018008B1 (en) Manufacturing method of cement zero concrete using mixed slag and fly ash as binder
US20110290153A1 (en) Environment friendly composite construction materials
KR101410056B1 (en) A Concrete Using Non-sintering Binder Having Bottom Ash
WO2015007226A1 (en) Dolomite composite admixture preparation method and novel application
CN104478275B (en) Waterproof anti-cracking agent for concrete
Wang et al. Thermal properties of metakaolin-based geopolymer modified by the silane coupling agent
CN111217566B (en) Method for preparing high-temperature-resistant concrete building block by using carbon dioxide
Nielsen et al. Carbonate-bonded construction materials from alkaline residues
CN104211436A (en) Fly ash aerated concrete block added with magnesium oxide and magnesium chloride
Adesina Alkali activated materials: review of current problems and possible solutions
KR101811805B1 (en) A environmental-frindly ultra super early strength cement and a environmental-frindly ultra super early strength mortar containing the same
KR101018009B1 (en) Manufacturing method of cement zero concrete using mixed waste glass powder and fly ash as binder
Ghazy et al. Performance of blended cement mortars incorporating nano-metakaolin particles at elevated temperatures
Chithiraputhiran Kinetics of alkaline activation of slag and fly ash-slag systems
CN106242326B (en) By SiO2Method for preparing ecological cement by using main raw materials
RU2377201C1 (en) Procedure of production of slag-alkaline binding
Vitola et al. Impact of Organic Compounds Extracted from Hemp-Origin Aggregates on the Hardening Process and Compressive Strength of Different Types of Mineral Binders
Li et al. Carbon sequestration effects in cementitious composite binder materials under accelerated carbonation: A review
CN108774016A (en) Double source swelling agent and preparation method thereof for concrete
CN108358499A (en) A kind of rock base mineral admixture and preparation method thereof
RU2376258C1 (en) Lime and siliceous binder, method of lime and siliceous binder production and method of moulding sand production for extruded silicate items
Chen et al. Study on the performance of green cement with large amount of steel slag addition

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130701