RU2753802C1 - Method for obtaining a low-clinker hydraulic binder based on metallurgical slags for the manufacture of filling mixtures - Google Patents
Method for obtaining a low-clinker hydraulic binder based on metallurgical slags for the manufacture of filling mixtures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753802C1 RU2753802C1 RU2020139982A RU2020139982A RU2753802C1 RU 2753802 C1 RU2753802 C1 RU 2753802C1 RU 2020139982 A RU2020139982 A RU 2020139982A RU 2020139982 A RU2020139982 A RU 2020139982A RU 2753802 C1 RU2753802 C1 RU 2753802C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slag
- metallurgical
- cement
- crushed
- grinding
- Prior art date
Links
- 239000002893 slag Substances 0.000 title claims abstract description 116
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000004035 construction material Substances 0.000 abstract 3
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 11
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 2
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 2
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000010458 rotten stone Substances 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
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
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
-
- 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
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
-
- 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
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/14—Cements containing slag
- C04B7/147—Metallurgical slag
- C04B7/153—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к получению малоклинкерного гидравлического вяжущего на основе металлургических шлаков для изготовления закладочных смесей. The present invention relates to the building materials industry, in particular to the production of a low-clinker hydraulic binder based on metallurgical slags for the production of filling mixtures.
Производство цемента, в частности производство клинкера, все еще является причиной мощных выбросов углекислого газа. Следовательно, существует потребность в способе, позволяющем получать вяжущие смеси типа шлакопортлацементов для изготовления закладочных смесей на основе металлургических шлаков, что к тому же решает экологические проблемы, связанные с изъятием из оборота земель занятых шлаковыми отвалами, которые могут загрязнять окружающую среду, значительными затратами на последующую рекультивацию земель. Cement production, in particular clinker production, still generates powerful carbon dioxide emissions. Consequently, there is a need for a method that makes it possible to obtain cementitious mixtures of the type of slag portlacements for the production of filling mixtures based on metallurgical slags, which also solves the environmental problems associated with the withdrawal from circulation of lands occupied by slag dumps, which can pollute the environment, at significant costs for subsequent land reclamation.
Шлакопортландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Он получается путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного (или электротермофосфорного) шлака с необходимым количеством гипса. Допускается раздельный помол компонентов и их последующее смешение. Количество доменного шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 21% и не более 80% (от массы цемента). Допускается замена до 10% шлака трепелом или активной минеральной добавкой. Slag Portland cement is a hydraulic binder that hardens in water and air. It is obtained by joint fine grinding of clinker and granular blast-furnace (or electrothermophosphoric) slag with the required amount of gypsum. Separate grinding of components and their subsequent mixing is allowed. The amount of blast furnace slag in slag Portland cement should be at least 21% and not more than 80% (by weight of cement). Replacement of up to 10% of slag with tripoli or an active mineral additive is allowed.
Незначительное содержание в цементном камне Са(ОН)2 повышает стойкость шлакопортландцемента в мягких и сульфатных водах по сравнению с портландцементом. Тепловыделение при твердении шлакопортландцемента в 2-2,5 раза меньше, чем у портландцемента, поэтому он является самым подходящим цементом для бетона массивных конструкций. Шлакопортландцемент выгодно отличается от пуццоланового портландцемента умеренной водопотребностью, более высокой воздухостойкостью и морозостойкостью. Он успешно применяется как для надземных, так и подземных и подводных частей сооружений. Стоимость его на 15-20% ниже стоимости портландцемента. (интернет-источник: http://dspace.bstu.ru/bitstream/123456789/1404/1/4.%20Лесовик.pdf) The insignificant content of Ca (OH) 2 in the cement stone increases the resistance of slag Portland cement in soft and sulphate waters in comparison with Portland cement. Heat generation during hardening of slag Portland cement is 2-2.5 times less than that of Portland cement, therefore it is the most suitable cement for concrete of massive structures. Slag Portland cement compares favorably with pozzolanic Portland cement by moderate water demand, higher air resistance and frost resistance. It is successfully used for both aboveground and underground and underwater parts of structures. Its cost is 15-20% lower than the cost of Portland cement. (Internet source: http://dspace.bstu.ru/bitstream/123456789/1404/1/4.%20Lesovik.pdf)
Известна строительная смесь на основе сталеплавильного шлака (патент RU2647010, опубликован 13.03.2018) предназначенная для ремонтных и восстановительных работ. Достигаемый технический результат - уменьшение срока схватывания и повышение прочности затвердевшей смеси. Быстротвердеющая строительная смесь содержит массовые проценты компонентов: портландцемент - 55-65%; сталеплавильный шлак - 25-30%; гипс - 10-15%. В качестве сталеплавильного шлака используется электросталеплавильный шлак, выдержанный в течение 6-8 месяцев в нормальных условиях (иначе, Known building mixture based on steelmaking slag (patent RU2647010, published 03/13/2018) intended for repair and restoration work. The achieved technical result is a decrease in the setting time and an increase in the strength of the hardened mixture. Fast-hardening building mixture contains mass percent of components: Portland cement - 55-65%; steelmaking slag - 25-30%; gypsum - 10-15%. As a steelmaking slag, an electric steelmaking slag is used, aged for 6-8 months under normal conditions (otherwise,
стабилизированный электросталеплавильный шлак), подвергнутый, перед введением в смесь, помолу до удельной поверхности 5200 см2/г. Смесь изготовлена путем совместного помола компонентов до удельной поверхности 6770 см2/г. stabilized electric steel-smelting slag), subjected, before being introduced into the mixture, to grinding to a specific surface area of 5200 cm 2 / g. The mixture is made by joint grinding of the components to a specific surface area of 6770 cm 2 / g.
Недостатком является необходимость выдерживания более полугода сталеплавильного шлака в нормальных условиях, а также слишком высокая скорость затвердевания смеси, что не подходит для ее применения как закладочной смеси. The disadvantage is the need to hold the steelmaking slag for more than six months under normal conditions, as well as the mixture hardening rate is too high, which is not suitable for its use as a filling mixture.
В публикации CN111302676A, 2020-06-19 описан способ добавления микропорошка шлака в цемент и бетон. Изобретение включает в себя следующие этапы: использование микропорошка шлака с крупностью 400-450 м2/кг для приготовления цемента марок 425 и 425R, а также использование микропорошка шлака с крупностью 400-450 м2/кг для приготовления цемента марок 525 и 525R. Согласно изобретению микропорошок шлака используется в качестве добавки к бетону для эквивалентной замены 20-70% цемента, так что получается бетон с высокой прочностью, и высокими эксплуатационными характеристиками; и путем добавления микропорошка шлака в цемент и бетон, исходя из того, что качество продукции гарантировано, стоимость производства значительно снижается, сокращаются все более дефицитные ресурсы для обжига клинкера, кроме того, производимые цемент и бетон имеют преимущества: хорошая стойкость к щелочам, высокая прочность, долговечность и высокая производительность позволяют повысить эффективность использования отходов, снизить уровень загрязнения и достичь хороших рыночных перспектив. Недостатком является не полное раскрытие изобретения, так как не указано какой именно шлак используют при реализации указанного способа. Publication CN111302676A, 2020-06-19 describes a method for adding slag micropowder to cement and concrete. The invention includes the following steps: the use of slag micropowder with a particle size of 400-450 m 2 / kg for the preparation of cement grades 425 and 425R, as well as the use of slag micropowder with a particle size of 400-450 m 2 / kg for the preparation of cement grades 525 and 525R. According to the invention, slag micropowder is used as an additive to concrete to equivalently replace 20-70% of cement, so that concrete with high strength and high performance is obtained; and by adding slag micro-powder to cement and concrete, on the basis that product quality is guaranteed, production costs are significantly reduced, more and more scarce resources for clinker firing are reduced, in addition, the cement and concrete produced have advantages: good resistance to alkalis, high strength , durability and high performance can improve waste efficiency, reduce pollution and achieve good market prospects. The disadvantage is the incomplete disclosure of the invention, since it is not indicated which slag is used in the implementation of the specified method.
Известен способ по патенту RU № 2186989, где раскрыт способ получения закладочной смеси, включающей мас. %: цемент - 4,0-6,8; молотый доменный гранулированный шлак - 9,7-16,5; аморфные осадки нейтрализации серной кислоты известняком - 31,7-40,8; гидроксосульфат железа (III) - 1,2-2,0; вода - остальное. Недостатком является наличие дополнительной операции - предварительной обработки аморфных осадков водным раствором гидроксосульфата железа (III) Fe(OH)SO4. Кроме того, низкое количество доменных шлаков в составе и недостаточно высокая механическая прочность. The known method according to the patent RU No. 2186989, which discloses a method of obtaining a backfill mixture, including wt. %: cement - 4.0-6.8; ground granulated blast furnace slag - 9.7-16.5; amorphous sediments of sulfuric acid neutralization with limestone - 31.7-40.8; iron (III) hydroxosulfate - 1.2-2.0; water is the rest. The disadvantage is the presence of an additional operation - pretreatment of amorphous sediments with an aqueous solution of iron (III) hydroxosulfate Fe (OH) SO 4 . In addition, there is a low amount of blast-furnace slag in the composition and insufficiently high mechanical strength.
В патенте PL422049A1 от 2019-01-02 раскрыто щелочно-активированное шлаковое связующее, содержащее гранулированный доменный шлак с удельной поверхностью 2000 - 7000 см2/г по Блейну, в количестве 10-95 мас.%, щелочной активатор в виде гидроксида натрия и / или карбоната натрия и / или жидкого стекла, и активная минеральная добавка. Это связующее характеризуется тем, что активной минеральной добавкой являются отходы процесса флотации металлических руд, предпочтительно медных руд, в количестве 1-90 мас.%, удельная поверхность которых составляет 2000-10000 см2/г по Блейну и которые предварительно были обработаны обжигом при 600-900°С в течение 1-300 мин. Отходы содержат по массе, в качестве основных оксидов: 20-70% SiO2, 5-30% CaO, 1-6% K2O, 5-15% Na2O, 2-10% MgO, 2-15 Al2O3, при этом щелочной активатор входит в состав связующего в количестве 5-40% по массе, в виде порошка или водного раствора с концентрацией 5% к насыщенному раствору. Недостатком является необходимость обжига отходы процесса флотации металлических руд, предпочтительно медных руд. Patent PL422049A1 from 2019-01-02 discloses an alkali-activated slag binder containing granular blast-furnace slag with a specific surface area of 2000 - 7000 cm 2 / g according to Blaine, in an amount of 10-95 wt%, an alkaline activator in the form of sodium hydroxide and / or sodium carbonate and / or water glass, and an active mineral additive. This binder is characterized by the fact that the active mineral additive is the waste of the flotation process of metal ores, preferably copper ores, in an amount of 1-90 wt.%, The specific surface of which is 2000-10000 cm 2 / g according to Blaine and which were previously processed by roasting at 600 -900 ° С for 1-300 min. Waste contains by weight, as basic oxides: 20-70% SiO 2 , 5-30% CaO, 1-6% K 2 O, 5-15% Na 2 O, 2-10% MgO, 2-15 Al 2 O 3 , while the alkaline activator is part of the binder in an amount of 5-40% by weight, in the form of a powder or an aqueous solution with a concentration of 5% to a saturated solution. The disadvantage is the need to roast the waste of the flotation process of metal ores, preferably copper ores.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения смешенного вяжущего (интернет-источник: https://cyberleninka.ru/article/n/o-vozmozhnosti-primeneniya-smeshannogo-vyazhuschego-na-osnove-tsementa-i-domennogo-granulirovannogo-shlaka-oao-severstal-v-zakladochnyh Калмыкова В.Н. и др. О возможности применения смешанного вяжущего на основе цемента и доменного граншлака ОАО «Северсталь» в закладочных смесях на нефтетитановой шахте Ягорского горно-химического комплекса», семинар 13, 2005 г. с. 182-186) представляющего собой смесь цемента ОАО «Михайловцемент» с маркой прочности М400 и измельченного шлака ЧМК до удельной поверхности 200-300 м2/кг. Недостатком описанного способа является пониженная прочность получаемого вяжущего. The closest in technical essence is a method of producing a mixed binder (Internet source: https://cyberleninka.ru/article/n/o-vozmozhnosti-primeneniya-smeshannogo-vyazhuschego-na-osnove-tsementa-i-domennogo-granulirovannogo-shlaka -oao-severstal-v-zakladochnyh Kalmykova VN et al. On the possibility of using a mixed binder based on cement and blast-furnace slag of JSC Severstal in filling mixtures at the oil-titanium mine of the Yagorsk mining and chemical complex ", seminar 13, 2005 pp. 182-186), which is a mixture of cement of JSC "Mikhailovcement" with strength grade M400 and crushed slag of ChMK to a specific surface area of 200-300 m 2 / kg. The disadvantage of the described method is the reduced strength of the resulting binder.
Задача создания изобретения - создание способа получения малоклинкерного гидравлического вяжущего для изготовления закладочных смесей с использованием металлургического шлака Оскольского электрометаллургического комбината (далее ОЭМК) и гранулированного доменного шлака Череповецкого металлургического комбината (далее ЧМК). The objective of the invention is to create a method for producing a low-clinker hydraulic binder for the manufacture of filling mixtures using the metallurgical slag of the Oskol Electrometallurgical Plant (hereinafter OEMK) and granulated blast-furnace slag of the Cherepovets Metallurgical Plant (hereinafter CHMK).
Технический результат - снижение доли клинкера в цементе при использовании металлургического шлака ОЭМК, практически не обладающего гидравлической активностью, и достижении при этом показателя прочность на сжатие (МПа), сравнимую с чистым цементом марки ЦЕМ I 42,5 или с шлакопортландцементом с содержанием доменного гранулированного шлака от 36% до 65%, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющим (ГОСТ 31108-2003). The technical result is a decrease in the proportion of clinker in cement when using the OEMK metallurgical slag, which practically does not have hydraulic activity, and at the same time achieving the index of compressive strength (MPa), comparable to pure cement grade CEM I 42.5 or with slag Portland cement containing blast-furnace granulated slag from 36% to 65%, strength class 32.5, normally hardening (GOST 31108-2003).
Дополнительный технический результат - решение экологических проблем, связанных с реализацией металлургического шлака ОЭМК, обладающего низкой гидравлической активностью, что ограничивает возможности его использования. А также снижение стоимости закладочной смеси за счет снижения в смеси количества шлака ЧМК. An additional technical result is the solution of environmental problems associated with the sale of OEMK metallurgical slag, which has a low hydraulic activity, which limits the possibilities of its use. And also a decrease in the cost of the filling mixture due to a decrease in the amount of CMP slag in the mixture.
Способ заключается в измельчении гранулированного доменного шлака Череповецкого металлургического комбината - ЧМК с последующим смешением измельченного шлака с цементом, дополнительно измельчают металлургический шлак Оскольского электрометаллургического комбината - ОЭМК, причем измельчение каждого из указанных шлаков осуществляют с введением активатора - раствора силиката натрия в количестве 0,5%, в пересчете на сухое от массы измельчаемого шлака, при этом гранулированный доменный металлургический шлак измельчают до удельной поверхности 300-400 м2/кг, а измельчение металлургического шлака Оскольского электрометаллургического комбината осуществляют до удельной поверхности 400-500 м2/кг, после чего измельченные активированные шлаки смешивают с цементом марки ЦЕМ I 42,5 в соотношении (мас.%) цемент : шлак, равным 34:66, соответственно, причем на 4 части активированного шлака ЧМК берут 1 часть активированного шлака ОЭМК.The method consists in grinding granulated blast-furnace slag of the Cherepovets metallurgical plant - ChMK, followed by mixing the crushed slag with cement, additionally grinding the metallurgical slag of the Oskol electrometallurgical plant - OEMK, and grinding each of these slags is carried out with the introduction of an activator - sodium silicate solution in an amount of 0.5% , in terms of dry weight of the crushed slag, while the granulated blast-furnace metallurgical slag is crushed to a specific surface of 300-400 m 2 / kg, and the grinding of metallurgical slag of the Oskol Electrometallurgical Plant is carried out to a specific surface of 400-500 m 2 / kg, after which the crushed activated slags are mixed with cement grade CEM I 42.5 in the ratio (wt%) cement: slag equal to 34:66, respectively, and 1 part of activated slag OEMK is taken for 4 parts of the activated slag of ChMK.
Соотношение 34 мас.% цемента к 66 мас.% шлака выбрано исходя из требования ГОСТ 31108-2016 к типу цемента ЦЕМ III/В. The ratio of 34 wt.% Cement to 66 wt.% Slag was selected based on the requirements of GOST 31108-2016 for the type of cement CEM III / B.
Новизна и изобретательский уровень заключаются в том, что из уровня техники неизвестно использование металлургического шлака с низкой гидравлической активностью для изготовления закладочных смесей, а также возможность активации такого шлака раствором силиката натрия в количестве всего 0,5% (в пересчете на сухое) от массы измельчаемого шлака. The novelty and inventive step lies in the fact that the prior art does not know the use of metallurgical slag with low hydraulic activity for the manufacture of filling mixtures, as well as the possibility of activating such a slag with a sodium silicate solution in an amount of only 0.5% (in dry terms) of the mass of the crushed slag.
Шлаки ЧМК (источник: Калиновская, Н.Н. О возможности применения молотого доменного гранулированого шлака ПАО «Север-сталь» в цементных системах / Н.Н. Калиновская, К.С. Аль-Мусави, Д. В. Кузнецов // Проблемы современного бетона и железобетона : сб. науч. тр. / Ин-т БелНИИС; редкол.: О. Н. Лешкевич [и др.]. - Минск, 2020. - Вып. 12. - С. 120-130. https://doi.org/10.35579/2076-6033-2020-12-08, таблица 1) и ОЭМК (источник: Шаповалов Н.А., Загороднюк Л.Х., Тикунова И.В., Щекина А.Ю., Шкарин А.В. ШЛАКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА - ЭФФЕКТИВНОЕ СЫРЬЁ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 1-1. - С. 167-172; URL: http://fundamental- research.ru/ru/article/view?id=30913 характеризуются представленным химическим составом.ChMK slags (source: Kalinovskaya, N.N. On the possibility of using ground granulated blast furnace slag of PJSC "Sever-steel" in cement systems / N.N. Kalinovskaya, K.S. Al-Musavi, D.V. Kuznetsov // Problems modern concrete and reinforced concrete: collection of scientific works / Institute BelNIIS; editorial board: O. N. Leshkevich [et al.]. - Minsk, 2020. - Issue 12. - pp. 120-130. https: //doi.org/10.35579/2076-6033-2020-12-08, table 1) and OEMK (source: Shapovalov N.A., Zagorodnyuk L.Kh., Tikunova I.V., Shchekina A.Yu., Shkarin A.V. METALLURGICAL PRODUCTION SLAGS - EFFECTIVE RAW MATERIALS FOR PRODUCING DRY MIXTURES // Fundamental research. - 2013. - No. 1-1. - P. 167-172; URL: http: // fundamental-research.ru/ru / article / view? id = 30913 are characterized by the presented chemical composition.
Химический состав шлака ЧМК и ОЭМК, мас.% ЧМК SiO2 - 37,28, CaO - 37,41 Al2O3 - 10,29, MgO - 12,3, Fe2O3 + FeO - 0,13 MnO- 0,43, Cr2O3 - меньше 0,01, P2O5 -0,02 ОЭМК SiO2 - 20,0-35,0, CaO - 40,0-50,0, Al2O3 - 2,0-8,0, MgO - 4,0-12,0, Fe2O3 + FeO 1,0-7,0, MnO - 0,5-2,0, Cr2O3 - 0,4-1,5, P2O5 - 0,05 - 0,2, SO2 - 0,03-0,1.Slag chemical composition of ChMK and OEMK, wt% ChMK SiO 2 - 37.28, CaO - 37.41 Al 2 O 3 - 10.29, MgO - 12.3, Fe 2 O 3 + FeO - 0.13 MnO- 0.43, Cr 2 O 3 - less than 0.01, P2O5 -0.02 OEMK SiO 2 - 20.0-35.0, CaO - 40.0-50.0, Al 2 O 3 - 2.0- 8.0, MgO - 4.0-12.0, Fe 2 O 3 + FeO 1.0-7.0, MnO - 0.5-2.0, Cr 2 O 3 - 0.4-1.5 , P 2 O 5 - 0.05 - 0.2, SO 2 - 0.03-0.1.
Лабораторные исследования показали, что активация шлака ЧМК, и так обладающего достаточно хорошей гидравлической активностью, раствором силиката натрия в количестве 0,5% от массы шлака позволяет повысить прочность смеси активированного шлака ЧМК с цементом в соотношении 80:20 соответственно уже при достижении удельной поверхности шлака 350 м2/кг. При удельной поверхности Череповецкого шлака 350 м2/кг прочность цемента возрастает за счет активации с 17,8 до 24,8 МПа, т. е. на 39%. Laboratory studies have shown that the activation of the CMP slag, which already has a fairly good hydraulic activity, with a sodium silicate solution in an amount of 0.5% of the slag mass allows increasing the strength of the mixture of the activated CMP slag with cement in a ratio of 80:20, respectively, when the specific surface area of the slag is reached 350 m 2 / kg. When the specific surface area of the Cherepovets slag is 350 m 2 / kg, the cement strength increases due to activation from 17.8 to 24.8 MPa, that is, by 39%.
Измельчение шлака ЧМК с активатором до удельной поверхности 450±50 м2/кг и выше увеличивает прочность цемента незначительно, но требует больших энергозатрат, поэтому экономически не выгодно (таблица 1). Grinding the slag of ChMK with an activator to a specific surface area of 450 ± 50 m 2 / kg and higher increases the cement strength insignificantly, but requires high energy consumption, therefore, it is not economically viable (Table 1).
Влияние удельной поверхности шлаков Череповецкого металлургического комбината и шлаков ОЭМК на прочность при сжатии цементов в малых образцах представлены в таблицах 1 и 2 соответственно. The effect of the specific surface area of slags from the Cherepovets Metallurgical Plant and slags from OEMK on the compressive strength of cements in small samples are presented in Tables 1 and 2, respectively.
Таблица 1Table 1
Влияние удельной поверхности шлаков Череповецкого металлургического комбината и шлаков на прочность при сжатии цементов в малых образцах 1,41´1,41´1,41 см Influence of the specific surface area of slags of the Cherepovets metallurgical plant and slags on the compressive strength of cements in small specimens 1.41´1.41´1.41 cm
Шлак ОЭМК практически не обладает гидравлической активностью. Прочность образцов шлакопортландцемента при использовании только шлака ОЭМК мала. Поэтому для активации шлак ОЭМК измельчали до удельных поверхностей, превышающих значения Череповецкого шлака. Активация шлака ОЭМК раствором силиката натрия, в количестве 0,5% от массы шлака, в смеси с цементом в соотношении 80:20 соответственно, позволила повысить прочность смеси цемента с активированным шлаком ОЭМК с удельной поверхностью 450 м2/кг с 6,9 МПа до 8,5 МПа, т.е. на 23%., а с удельной поверхностью 600 м2/кг всего на 16%. Следовательно, изменение удельной поверхности неактивированного шлака с 450 до 600 м2/кг не привело к увеличению гидравлической активности шлака (Таблица 2). OEMK slag has practically no hydraulic activity. The strength of Portland slag cement samples using only OEMK slag is low. Therefore, for activation, the OEMK slag was crushed to specific surfaces exceeding the values of the Cherepovets slag. Slag activation of OEMK with sodium silicate solution, in an amount of 0.5% of the slag mass, in a mixture with cement in a ratio of 80:20, respectively, made it possible to increase the strength of a mixture of cement with activated slag of OEMK with a specific surface area of 450 m 2 / kg from 6.9 MPa up to 8.5 MPa, i.e. by 23%., and with a specific surface area of 600 m 2 / kg by only 16%. Consequently, a change in the specific surface area of unactivated slag from 450 to 600 m 2 / kg did not lead to an increase in the hydraulic activity of the slag (Table 2).
Таблица 2 table 2
Влияние удельной поверхности шлаков ОЭМК на прочность при сжатии цементов в малых образцах 1,41´1,41´1,41 см The effect of the specific surface area of OEMK slags on the compressive strength of cements in small specimens 1.41'1.41'1.41 cm
Это подтверждает изобретательский уровень заявленного изобретения, т.к. из уровня техники известно, что повышение удельной поверхности положительно влияет на увеличение прочности смесей аналогичного назначения. This confirms the inventive step of the claimed invention, since It is known from the prior art that an increase in the specific surface area has a positive effect on an increase in the strength of mixtures for similar purposes.
Ввод 0,5% силиката натрия от массы шлака при измельчении металлургического шлака ОЭМК также повышает эффективность процесса помола. Это видно на снижении остатков на ситах № 02 и 008 с 14,0 и 18,0 соответственно до 6,0 и 10,0%. (табл. 3). The addition of 0.5% sodium silicate based on the slag mass during grinding of the OEMK metallurgical slag also increases the efficiency of the grinding process. This can be seen in the decrease in residues on sieves No. 02 and 008 from 14.0 and 18.0, respectively, to 6.0 and 10.0%. (Table 3).
Таблица 3 Table 3
Характеристика измельченного шлака ОЭМК в вибромельницеCharacteristics of crushed slag OEMK in a vibrating mill
Для получения относительно большого количества экспериментальных образцов цементов был проведен помол в вибромельнице шлака Череповецкого металлургического комбината с внесением 0,5% силиката натрия до удельной поверхности 350±50 м2/кг и помол шлака ОЭМК с внесением 0,5% силиката натрия до удельной поверхности 450±50 м2/кг. Необходимо отметить, что помол больших количеств измельчаемых веществ не дает возможности получить ровное значение удельной поверхности, следовательно, в измельченном продукте всегда будут присутствовать частицы разного размера. Именно поэтому в приведенном примере указан возможный диапазон удельной поверхности измельчаемых шлаков, обеспечивающий достижение заявленного результата. To obtain a relatively large number of experimental cement samples, slag from the Cherepovets Metallurgical Combine was milled in a vibrating mill with the addition of 0.5% sodium silicate to a specific surface area of 350 ± 50 m 2 / kg, and the OEMK slag was ground with the addition of 0.5% sodium silicate to the specific surface 450 ± 50 m 2 / kg. It should be noted that grinding large amounts of ground substances does not make it possible to obtain an even value of the specific surface, therefore, particles of different sizes will always be present in the ground product. That is why, in the given example, the possible range of the specific surface area of the crushed slags is indicated, ensuring the achievement of the declared result.
Количество измельченного шлака каждой пробы составило 6 кг. Цемент для смешивания с измельченными шлаками был взят марки ЦЕМ I 42,5Н ОАО «Новоросцемент». Удельная поверхность цемента 400 м2/кг. The amount of crushed slag for each sample was 6 kg. Cement for mixing with crushed slag was taken from the CEM I 42.5N brand of JSC Novoroscement. The specific surface of the cement is 400 m 2 / kg.
Смешение цемента и шлаков проводили в 8 литровой керамической мельнице с резиновыми пробками в течении 30 минут. Данные о составе полученных образцов и результатов определения прочности их на сжатие (по ГОСТ 30744-2001) приведены в таблице 4. The mixing of cement and slag was carried out in an 8 liter ceramic mill with rubber plugs for 30 minutes. Data on the composition of the obtained samples and the results of determining their compressive strength (according to GOST 30744-2001) are given in Table 4.
Таблица 4 Table 4
Составы смешенных экспериментальных цементов (%) и данные о прочности на сжатие (МПа) Compositions of mixed experimental cements (%) and data on compressive strength (MPa)
Прочностные характеристики полученных цементов (табл. 4) подтверждают эффективность предложенного способа. Состав №4, включающий 4 части активированного шлака ЧМК и 1 часть активированного шлака ОЭМК показал прочность, сравнимую с чистым цементом марки ЦЕМ I 42.5 и составом № 2, который содержал только активированный шлак ЧМК. В то время как добавление неактивированного шлака ОЭМК к цементу привело к значительному снижению прочности смеси. The strength characteristics of the obtained cements (Table 4) confirm the effectiveness of the proposed method. Composition No. 4, including 4 parts of activated slag of ChMK and 1 part of activated slag of OEMK, showed strength comparable to pure cement of CEM I 42.5 grade and composition No. 2, which contained only activated slag of ChMK. At the same time, the addition of unactivated OEMK slag to cement led to a significant decrease in the strength of the mixture.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020139982A RU2753802C1 (en) | 2020-12-05 | 2020-12-05 | Method for obtaining a low-clinker hydraulic binder based on metallurgical slags for the manufacture of filling mixtures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020139982A RU2753802C1 (en) | 2020-12-05 | 2020-12-05 | Method for obtaining a low-clinker hydraulic binder based on metallurgical slags for the manufacture of filling mixtures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2753802C1 true RU2753802C1 (en) | 2021-08-23 |
Family
ID=77460326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020139982A RU2753802C1 (en) | 2020-12-05 | 2020-12-05 | Method for obtaining a low-clinker hydraulic binder based on metallurgical slags for the manufacture of filling mixtures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2753802C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792863C1 (en) * | 2022-03-15 | 2023-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Method for preparing cementless backfill mixture |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2433274C1 (en) * | 2010-09-01 | 2011-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" | Filling mixture composition |
| RU2739003C1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-12-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Средняя Волга" | Filling mixture composition |
-
2020
- 2020-12-05 RU RU2020139982A patent/RU2753802C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2433274C1 (en) * | 2010-09-01 | 2011-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" | Filling mixture composition |
| RU2739003C1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-12-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Средняя Волга" | Filling mixture composition |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Калмыков В.Н. и др. О возможности применения смешанного вяжущего на основе цемента и доменного граншлака ОАО "Северсталь" в закладочных смесях на нефтетитановой шахте Ягорского горно-химического комплекса", семинар 13, 2005 г. с. 182-186. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792863C1 (en) * | 2022-03-15 | 2023-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Method for preparing cementless backfill mixture |
| RU2799678C1 (en) * | 2022-11-09 | 2023-07-10 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Low-clinker hydraulic binder and stowing mixture based on it |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| de Paiva et al. | Utilization of inorganic solid wastes in cementitious materials–A systematic literature review | |
| CN105645895B (en) | A kind of ferronickel slag super high strength concrete and preparation method thereof | |
| CN110526628B (en) | Preparation method of high-doping-amount wet-grinding phosphorus-solid waste super-retarding cementing material | |
| CN105060792B (en) | A kind of low-dosage steel fibre modified powder concrete | |
| CN110451903B (en) | Composite cementing material and method for cementing high-sulfur superfine lead-zinc ore tailings | |
| CA3059011A1 (en) | Composite cement and method of manufacturing composite cement | |
| CA2903079C (en) | Method for manufacturing of supplementary cementitious materials (scms) | |
| CN112374843B (en) | Method for preparing mine filling concrete by utilizing wet-grinding steel slag ore pulp | |
| CN110627391B (en) | High-activity anhydrous phosphogypsum cementing material and preparation method thereof | |
| Guo et al. | Effects of steel slag powder on workability and durability of concrete | |
| Mishra et al. | Green cement for sustainable concrete using marble dust | |
| CN111943535A (en) | Method for producing general portland cement from construction waste and polluted soil | |
| WO2013059799A1 (en) | Method and compositions for pozzolanic binders derived from non-ferrous smelter slags | |
| CN107709267B (en) | Quick-hardening material, method for producing same, and quick-hardening cement composition using same | |
| CN110407490A (en) | A kind of preparation method of the compound high additive cement of inorganic solid waste | |
| Kannan et al. | Strength and water absorption properties of ternary blended cement mortar using rice husk ash and metakaolin | |
| EP3371125B1 (en) | Process for producing a building material obtained from an alkaline activation of sawing sludge of stone materials | |
| CN104961363B (en) | A kind of method of the active ground-slag of use shaft kiln factory and office reason discarded concrete system and aggregate | |
| Abdulwahab et al. | Effects of metakaolin and treated rice husk ash on the compressive strength of concrete | |
| CN110240438B (en) | Cement-based material compaction reinforcing agent and preparation method thereof | |
| RU2753802C1 (en) | Method for obtaining a low-clinker hydraulic binder based on metallurgical slags for the manufacture of filling mixtures | |
| James et al. | Role of phosphogypsum and ceramic dust in amending the early strength development of a lime stabilized expansive soil | |
| KR20190046455A (en) | High performance concrete composition having improved early-strength chracteristics | |
| CN112225485A (en) | Nucleating agent, copper tailing autoclaved aerated concrete product, preparation method and application | |
| CN1215009C (en) | White silicate cement and its production method |