RU2494056C2 - Method of producing structural materials from stone crushing carbonate wastes - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to construction and specifically to structural materials, and can be used in producing lime and aggregate for making concrete. The method of producing structural materials from stone crushing carbonate wastes involves firing at 900°C, cooling and slaking lime. The lime is slaked with water in amount of 64% of the mass of CaO, which is required to obtain slaked lime and high-quality chips with the following chemical composition (%): SiO₂ - 31.44; Al₂O₃ - 4.11; Fe₂O₃ - 2.63; MgO - 1.52; CaO - 36.30; SO₃ - 0.38. The fuel used when firing is associated petroleum gas.

EFFECT: high efficiency of producing structural materials and low cost of producing structural materials from stone crushing wastes.

1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным материалам, и может быть использовано при производстве извести и заполнителя для приготовления бетона.The invention relates to the field of construction, namely to building materials, and can be used in the production of lime and aggregate for the preparation of concrete.

Известен способ - аналог приготовления строительного щебня, например черного, для дорожного строительства, включающий пропитку известнякового щебня расплавленным при 110-120°С вязким битумом, при этом просушенный до постоянной массы известняковый щебень предварительно пропитывают жидким натриевым стеклом с модулем 2,7 при температуре 20-22°С под избыточным давлением 1,0-6,0 МПа в течение 60-180 с, а пропитку расплавленным битумом, взятым в количестве 3,0% от массы щебня, осуществляют перемешиванием до равномерного обволакивания щебня (RU №2204538, опубл. 20.05.2003).The known method is an analogue of the preparation of building crushed stone, for example black, for road construction, including impregnation of limestone crushed stone with molten viscous bitumen at 110-120 ° C, while limestone crushed to a constant mass is preliminarily impregnated with liquid sodium glass with a module of 2.7 at a temperature of 20 -22 ° C under an excess pressure of 1.0-6.0 MPa for 60-180 s, and the impregnation with molten bitumen taken in an amount of 3.0% by weight of crushed stone is carried out by stirring until the crushed stone is uniformly enveloped (RU No. 2204538, publ. . 05.20.2003).

Недостатком известного способа является его сложность приготовления при определенной температуре и давления с добавлением битума.The disadvantage of this method is its difficulty in cooking at a certain temperature and pressure with the addition of bitumen.

Известен способ - аналог приготовления известнякового строительного щебня, включающий пропитку известнякового щебня в водном растворе лигнусольфонатов при температуре 50-60°С в соотношении лигносульфонаты (ЛСТ) - вода 1:(8÷12) и выдержку в течение 12 часов с последующей сушкой при температуре 120-180°С до постоянной массы (RU №2408550, опубл. 10.01.2011).The known method is an analogue of the preparation of limestone crushed stone, including impregnation of limestone crushed stone in an aqueous solution of lignosulfonates at a temperature of 50-60 ° C in the ratio of lignosulfonates (LST) - water 1: (8 ÷ 12) and holding for 12 hours, followed by drying at a temperature 120-180 ° C to constant weight (RU No. 2408550, publ. 10.01.2011).

Недостатком указанного способа является сложность приготовления в связи с длительной сушкой и подбора раствора лигносульфоната при определенной температуре.The disadvantage of this method is the difficulty of preparation in connection with prolonged drying and selection of a solution of lignosulfonate at a certain temperature.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ, включающий обжиг при температуре 900°С, охлаждение и гашение извести (патент №2366626 от 10.09.2009 г., С04В 2/12).Closest to the claimed invention is a method comprising firing at a temperature of 900 ° C, cooling and extinguishing lime (patent No. 2366626 from 09.09.2009, С04В 2/12).

Недостатком способа - прототипа является использование газообразного топлива, а процесс обжига проходит в три зоны, что повышает затраты и усложняет процесс получения строительного материала и экологическую обстановку.The disadvantage of the prototype method is the use of gaseous fuel, and the firing process takes place in three zones, which increases costs and complicates the process of obtaining building material and the environmental situation.

Технический результат снижения затрат на производство строительных материалов.The technical result of reducing the cost of production of building materials.

Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что гашение извести осуществляют 64% воды от массы СаО, необходимыми для получения гашеной извести и высококачественной щебенки следующего химического состава (%): SiO₂ - 31,44; Al₂O₃ - 4,11; Fe₂O₃ - 2,63; MgO - 1,52; СаО - 36,30; SO₃ - 0,38, а в качестве топлива при обжиге используют попутный нефтяной газ.The technical solution of the claimed object is that the extinguishing of lime is carried out by 64% of the water of the CaO mass necessary to obtain hydrated lime and high-quality crushed stone of the following chemical composition (%): SiO ₂ - 31.44; Al ₂ O ₃ - 4.11; Fe ₂ O ₃ - 2.63; MgO - 1.52; CaO - 36.30; SO ₃ - 0.38, and associated petroleum gas is used as fuel during firing.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Основным процессом производства извести и высококачественного заполнителя из карбонатных отходов камнедробления является обжиг, при котором известняк декарбонизируется. Диссоциация карбонатных паров сопровождается поглощением теплоты. Реакция разложения углекислого кальция зависит от температуры и парциального давления углекислого газа. Диссоциация углекислого кальция достигает заметной величины при температуре свыше 600°С. Нормальной температурой диссоциации считают 900°С и более.The main process for the production of lime and high-quality aggregate from carbonate stone waste is firing, in which limestone is decarbonized. The dissociation of carbonate vapors is accompanied by the absorption of heat. The decomposition reaction of calcium carbonate depends on the temperature and partial pressure of carbon dioxide. The dissociation of calcium carbonate reaches a noticeable value at temperatures above 600 ° C. The normal temperature of dissociation is considered to be 900 ° C or more.

В данном техническом решении мы производим обжиг при температуре 900°С, так как при такой температуре происходит разложение карбоната кальция на оксид кальция и углекислый газ. Обжиг карбонатных отходов камнедробления производится в шахтной печи, в качестве топлива используется нефтяной попутный газ.In this technical solution, we perform firing at a temperature of 900 ° C, since at this temperature, calcium carbonate decomposes into calcium oxide and carbon dioxide. The firing of carbonate stone waste is carried out in a shaft furnace, and petroleum associated gas is used as fuel.

В результате обжига полностью теряется двуокись углерода и получается комовая, негашеная известь в виде кусков белого или серого цвета, при этом объем продуктов уменьшается:As a result of firing, carbon dioxide is completely lost and lumpy, quicklime is obtained in the form of pieces of white or gray color, while the volume of products decreases:

СаСО₃→СаО+CO₂↑CaCO ₃ → CaO + CO ₂ ↑

После охлаждения обожженной смеси приводится гашение извести:After cooling the calcined mixture, lime is quenched:

CaO+H₂O→Ca(OH)₂+Q↑CaO + H ₂ O → Ca (OH) ₂ + Q ↑

с выделением теплоты - экзотермическая реакция.with the release of heat - an exothermic reaction.

Известно, что г/моль СаО выделяет 65,5 кДж тепла, 1 кг извести-кипелки - 1160 кДж. Стехиометрически для гашения извести в пушонку необходимо 32% воды от массы СаО. Практически же количество воды берут в 2, а иногда и в три раза больше, так как в результате выделения тепла при гашении происходит парообразование и часть воды удаляется с паром.It is known that g / mol CaO emits 65.5 kJ of heat, 1 kg of lime-boiling water - 1160 kJ. Stoichiometrically, to extinguish lime in fluff, 32% of the water by weight of CaO is needed. In practice, the amount of water taken in 2, and sometimes three times as much, as a result of heat generation during extinction, vaporization occurs and part of the water is removed with steam.

После окончания гашения извести проводится отделение нерастворившейся части, т.е. силикатной составляющей части смеси, которая может использоваться в качестве высококачественного заполнителя бетона.After the extinguishing of lime, the insoluble part is separated, i.e. silicate component of the mixture, which can be used as a high-quality concrete aggregate.

Способ позволит снизить затраты на получение строительных материалов из отходов камнедробления.The method will reduce the cost of obtaining building materials from stone waste.

Проводились испытания в соответствии с ГОСТ 8267-93 по определению прочности по дробимости и стираемости, влажности и водопоглощения. В качестве исходных компонентов были использованы отходы камнедробления Аргунского карьера Чеченской Республики фракции до 5 мм и обожженные при температуре 900°С отходы камнедробления той же фракции.Tests were conducted in accordance with GOST 8267-93 to determine the strength by crushability and abrasion, moisture and water absorption. The stone crushing waste of the Argun quarry of the Chechen Republic with a fraction of up to 5 mm and the stone crushing waste of the same fraction fired at 900 ° C were used as initial components.

Заполнитель, полученный предлагаемым способом, имеет более высокую прочность, чем щебень аналогичной фракции, не подвергшийся обжигу.The aggregate obtained by the proposed method has a higher strength than the crushed stone of a similar fraction, not subjected to firing.

До проведения обжига отходов камнедробления, т.е. исходное сырье имело марку по истираемости И-2, а результате же обжига был получен заполнитель с маркой истираемости И-1. Также изменилась водопоглощение полученного заполнителя - увеличилась примерно в 1,5 раза, влажность же заполнителя по сравнению с исходным сырьем осталась на одном уровне.Before firing of stone waste, i.e. the feedstock had an I-2 abrasion grade, and as a result of firing, a placeholder with an I-1 abradability grade was obtained. Also, the water absorption of the obtained aggregate has changed - it has increased by about 1.5 times, the humidity of the aggregate has remained at the same level as compared to the feedstock.

При этом необходимо отметить что снижаются затраты на получение заполнителя извести из-за утилизации отходов.It should be noted that the costs of obtaining lime aggregate are reduced due to waste disposal.

Пример конкретного применения.An example of a specific application.

Отходы камнедробления загрузили в печь и обожгли при температуре 900°С. В качестве топлива использовался нефтяной попутный газ. В результате обжига теряется двуокись углерода (СО₂) и в последствии этого получается негашеная комовая известь (таблица).Stone crushing waste was loaded into the furnace and burned at a temperature of 900 ° C. Petroleum associated gas was used as fuel. As a result of firing, carbon dioxide (CO ₂ ) is lost and, as a result, quicklime is obtained (lime) (table).

По истечении времени обжига обожженная смесь была охлаждена до температуры 100-130°С, извлечена из печи и провели гашение извести. При гашении произошла экзотермическая реакция - выделение тепла. Для гашения извести необходимо 32% воды от массы СаО. Но практически же было использовано в 2 раза больше воды, т.е. 64%.After the firing time, the calcined mixture was cooled to a temperature of 100-130 ° C, removed from the furnace and lime was slaked. During extinguishing, an exothermic reaction occurred - heat evolution. To extinguish lime, 32% of the water of the CaO mass is necessary. But in practice, 2 times more water was used, i.e. 64%.

После окончания гашения извести провели отделение нерастворившейся части, т.е. силикатной составляющей части смеси (таблица), которая и была использована в качестве высококачественного заполнителя бетона и уже с данной частью смеси проводились испытания согласно ГОСТ 8267-93.After the extinguishing of lime, the insoluble part was separated, i.e. silicate component of the mixture (table), which was used as a high-quality concrete aggregate and already with this part of the mixture, tests were carried out according to GOST 8267-93.

Таким образом, за счет использования отходов камнедробления и нефтяного попутного газа снижаются затраты на производство строительных материалов.Thus, due to the use of stone waste and associated petroleum gas, the cost of production of building materials is reduced.

Химический состав отсева дробления щебняThe chemical composition of the screening crushing crushed stone № п/пNo. p / p Основные оксидыBasic oxides Содержание в %Content in% 1one SiO₂ SiO ₂ 31,4431.44 22 Al₂O₃ Al ₂ O ₃ 4,114.11 33 Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ 2,632.63 4four MgOMgO 1,521,52 55 СаОCaO 36,3036.30 66 SO₃ SO ₃ 0,380.38

Claims (1)

Способ получения строительных материалов из карбонатных отходов камнедробления, включающий обжиг при температуре 900°С, охлаждение и гашение извести, отличающийся тем, что гашение извести осуществляют 64% воды от массы СаО, необходимыми для получения гашеной извести и высококачественной щебенки следующего химического состава, %:SiO₂ - 31,44; Al₂O₃ - 4,11; Fe₂O₃ - 2,63; MgO-1,52; СаО - 36,30; SO₃ - 0,38, а в качестве топлива при обжиге используют попутный нефтяной газ. A method of obtaining building materials from carbonate stone waste, including calcination at a temperature of 900 ° C, cooling and extinguishing lime, characterized in that the extinguishing of lime is carried out 64% of the mass of CaO, necessary to obtain hydrated lime and high-quality crushed stone of the following chemical composition,%: SiO ₂ 31.44; Al ₂ O ₃ - 4.11; Fe ₂ O ₃ - 2.63; MgO-1.52; CaO - 36.30; SO ₃ - 0.38, and associated petroleum gas is used as fuel during firing.