RU2811119C1 - Binder based on industrial waste - Google Patents

Abstract

FIELD: binding materials.

SUBSTANCE: invention relates to a binding material based on industrial waste, which can be used in the cement and construction industries. The binder includes Portland cement clinker and industrial waste, while a mixture of vanadium production waste and enrichment waste of ferruginous quartzites from the Kursk magnetic anomaly is introduced as industrial waste at a ratio of 1:1 and the dispersion of each component is 6400 cm²/g, at the following ratio, wt.%: Portland cement clinker – 88.0-90.0; industrial waste – 10-12.

EFFECT: improved physical and mechanical properties.

1 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к вяжущим материалам на основе промышленных отходов, которые могут быть использованы в цементной и строительной промышленности.The invention relates to binding materials based on industrial waste, which can be used in the cement and construction industries.

Известны вяжущие материалы, включающие различные техногенные отходы промышленности, недостатком которых являются относительно низкое качество конечного продукта [«Вяжущее», патент РФ № 1031934 C04B7/35, опубл. 30.07.1983].Known binding materials include various man-made industrial wastes, the disadvantage of which is the relatively low quality of the final product ["Binder", RF patent No. 1031934 C04B7/35, publ. 07/30/1983].

Наиболее близким по технической сущности принятым за прототип является вяжущий материал – цемент [«Цемент», патент РФ №2119897 C04B 7/04(2006.01), C04B 28/04, опубл. 10.10.1998], включающий портландцементный клинкер и сульфатный компонент, состоящий из гипсового камня и ангидрита при соотношении, мас.%: гипсовый камень 30 - 70, ангидрит 30 - 70, причем сульфатный компонент содержит в качестве ангидрита отход производства фтористого алюминия - фторангидрит, а общее содержание сульфатного компонента в цементе составляет 1 - 4 мас.% в пересчете на SO₃.The closest in technical essence adopted for the prototype is the binding material - cement ["Cement", RF patent No. 2119897 C04B 7/04 (2006.01), C04B 28/04, publ. 10.10.1998], including Portland cement clinker and a sulfate component consisting of gypsum stone and anhydrite at the ratio, wt.%: gypsum stone 30 - 70, anhydrite 30 - 70, and the sulfate component contains as anhydrite a waste from the production of aluminum fluoride - acid fluoride, and the total content of the sulfate component in cement is 1 - 4 wt.% in terms of SO ₃ .

Недостатком данного вяжущего материала является его низкое качество.The disadvantage of this binding material is its low quality.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении качества вяжущего материала на основе промышленных отходов.The technical result of the proposed invention is to improve the quality of binder material based on industrial waste.

Это достигается тем, что вяжущий материал включает портландцементный клинкер и промышленные отходы, и отличается тем, что в качестве промышленных отходов вводят смесь отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых Курской магнитной аномалии при соотношении 1:1 и дисперсностью каждого компонента 6400 см²/ г, при следующем массовом соотношении, %: портландцементный клинкер – 88,0-90,0 мас.%; промышленные отходы – 10-12 мас. %.This is achieved by the fact that the cementitious material includes Portland cement clinker and industrial waste, and is characterized by the fact that a mixture of vanadium production waste and iron enrichment waste from the Kursk Magnetic Anomaly is introduced as industrial waste at a ratio of 1:1 and the dispersion of each component is 6400 cm ² / g, at the following mass ratio, %: Portland cement clinker – 88.0-90.0 wt.%; industrial waste – 10-12 wt. %.

Предложенный вяжущий материал отличатся от прототипа тем, что вместо сульфатного компонента вводят смесь отходов ванадиевого производства и обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии дисперсностью каждый 6400 см²/г в соотношении 1:1.The proposed binding material differs from the prototype in that instead of the sulfate component, a mixture of vanadium production waste and enrichment of ferruginous quartzites of the Kursk magnetic anomaly with a dispersion of each 6400 cm ² /g is introduced in a 1:1 ratio.

Оптимальные соотношения компонентов вяжущих материалов, полученные экспериментальным путем, представлены в таблице 1.The optimal ratios of the components of binder materials, obtained experimentally, are presented in Table 1.

Таблица 1Table 1

Портландцементный клинкер, %Portland cement clinker, % Содержание отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, %Content of vanadium production waste and enrichment waste of ferruginous quartzites of the Kursk magnetic anomaly, % Соотношение отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии, весовые частиThe ratio of vanadium production waste and enrichment waste of ferruginous quartzites of the Kursk magnetic anomaly, weight parts Прочность при сжатии, МПаCompressive strength, MPa 92,0
90,0
88,0
86,092.0
90.0
88.0
86.0 8,0
10,0
12,0
14,08.0
10.0
12.0
14.0 0,5:10.5:1 41,6
43,7
47,2
45,241.6
43.7
47.2
45.2 92,0
90,0*
88,0*
86,092.0
90.0*
88.0*
86.0 8,0
10,0*
12,0*
14,08.0
10.0*
12.0*
14.0 1:1*1:1* 54,8
59,2*
57,9*
53,854.8
59.2*
57.9*
53.8 92,0
90,0
88,0
86,092.0
90.0
88.0
86.0 8,0
10,0
12,0
14,08.0
10.0
12.0
14.0 1:0,51:0.5 39,1
44,3
42,1
38,739.1
44.3
42.1
38.7

* - оптимальный вариант* - optimal option

В качестве исходного материала брали, например, портландцементный клинкер производства ОАО «Сребряковцемент» марки ЦЕМ II/A 42,5Н (ГОСТ 31108-2016) с удельной поверхностью 3200 см²/г следующего химического состава (таблица 2).The starting material was, for example, Portland cement clinker produced by Srebryakovcement OJSC, grade CEM II/A 42.5N (GOST 31108-2016) with a specific surface area of 3200 cm ² /g of the following chemical composition (Table 2).

Таблица 2table 2

Химический состав портландцементаChemical composition of Portland cement

CaOCaO SiO_{2 SiO2} Al₂O_{3 Al2O3 _} Fe₂O_{3 Fe2O3 _} MgOMgO SO₃ SO ₃ R₂O _R2O п.п.п.p.p.p. 62,4462.44 21,2921.29 5,725.72 3,373.37 2,092.09 2,832.83 1,211.21 1,051.05

Химический состав отхода ванадиевого производства представлен в таблице 3 [Возможность использования в технологии стеновой керамики отходов ванадиевого производства / Бессмертный В.С. и др. // Стекло и керамика. 2022. Т. 95, № 7. С. 43–50].The chemical composition of vanadium production waste is presented in Table 3 [Possibility of using vanadium production waste in wall ceramic technology / Bessmertny V.S. and others // Glass and ceramics. 2022. T. 95, no. 7. pp. 43–50].

Таблица 3Table 3

Химический состав отхода ванадиевого производстваChemical composition of vanadium production waste

Массовое содержание, %Mass content,% SiO_{2 SiO2} Al₂O_{3 Al2O3 _} CaOCaO MgOMgO V₂O5 _V2O5 Mn₂O_{3 Mn2O3 _} SO₃ SO ₃ п.п.п.p.p.p. 3,223.22 0,410.41 36,9336.93 5,035.03 2,812.81 17,3917.39 33,0233.02 1,191.19

Химический состав отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (массовое содержание, %): Fe₂О₃ – 4,06; FeO – 9,45; SiO₂ – 72,74; Al₂O₃ – 2,52; CaO – 3,12; MgO – 5,84; S – 0,21; P – 0,16; K₂O – 0,65; Na₂O – 0,98; TiO₂ – 0,27. [Плазменная технология получения стекломикрошариков на основе отходов обогащения железистых кварцитов КМА /Бессмертный В.С. и др. // Стекло и керамика, 2021. №7. С. 17-28.].Chemical composition of waste from the enrichment of ferruginous quartzites of the Kursk magnetic anomaly (mass content, %): Fe ₂ O ₃ – 4.06; FeO – 9.45; SiO ₂ – 72.74; Al ₂ O ₃ – 2.52; CaO – 3.12; MgO – 5.84; S – 0.21; P – 0.16; K ₂ O – 0.65; Na ₂ O – 0.98; TiO ₂ – 0.27. [Plasma technology for producing glass microbeads based on enrichment waste of ferruginous quartzites KMA / Bessmertny V.S. and others // Glass and Ceramics, 2021. No. 7. pp. 17-28].

Производили совместный помол портландцементного клинкера и смеси отходов ванадиевого производства и обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии в центробежно-планетарной мельнице до удельной поверхности 6400 см²/г с получением частиц размером 3,5-3,6 мкм.Combined grinding of Portland cement clinker and a mixture of waste from vanadium production and enrichment of ferruginous quartzites from the Kursk magnetic anomaly was carried out in a centrifugal planetary mill to a specific surface area of 6400 cm ² /g to obtain particles with a size of 3.5-3.6 microns.

Смесь извлекали и формовали образцы в виде кубиков 30х30х30 мм при водоцементном соотношении (В/Ц) 0,24. После твердения на воздухе в течение 24 часов кубики извлекали из формы и подвергали тепловлажностной обработке в пропарочной камере LOIP в течение 6 часов при температуре 85ºС., а затем осуществлялось твердение образцов на воздухе в течении 28 суток.The mixture was extracted and samples were molded into cubes 30x30x30 mm with a water-cement ratio (W/C) of 0.24. After hardening in air for 24 hours, the cubes were removed from the mold and subjected to heat and humidity treatment in a LOIP steaming chamber for 6 hours at a temperature of 85ºC, and then the samples were hardened in air for 28 days.

В качестве пластифицирующей добавки использовали суперпластификатор «Melflux 1641», который добавляли в смесь сверх 100% - 0,16%.The superplasticizer “Melflux 1641” was used as a plasticizing additive, which was added to the mixture in excess of 100% - 0.16%.

Дисперсность измельченных частиц исходного портландцементного клинкера и отходов ванадиевого производства и обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии после помола определяли на лазерном анализаторе размеров частиц ANALYSETTE 22 NanoTecplus. Прочность на сжатие кубиков проводили на гидравлическом прессе ПМГ-100 МГ4. Прочность на сжатие определяли как среднюю прочность пяти образцов, которая составляла 59,2 МПа.The dispersity of crushed particles of the original Portland cement clinker and waste from vanadium production and enrichment of ferruginous quartzites of the Kursk magnetic anomaly after grinding was determined using an ANALYSETTE 22 NanoTecplus laser particle size analyzer. The compressive strength of the cubes was carried out on a PMG-100 MG4 hydraulic press. Compressive strength was determined as the average strength of five samples, which was 59.2 MPa.

Готовили смесь, включающую портландцементный клинкер в количестве 88,0-90,0мас.%, отход ванадиевого производства и отход обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии при соотношении 1:1 весовых частей соответственно в количестве 10-12 мас,% и осуществляли совместный помол до удельной поверхности 6400 см²/г. Формовали образцы и испытывали на прочность.A mixture was prepared, including Portland cement clinker in an amount of 88.0-90.0 wt.%, waste from vanadium production and waste from the enrichment of ferruginous quartzites of the Kursk magnetic anomaly at a ratio of 1:1 parts by weight, respectively, in an amount of 10-12 wt.%, and joint grinding was carried out until specific surface area 6400 cm ² /g. Samples were molded and tested for strength.

Средняя прочность на сжатие кубиков составляла 57,9 МПа, что соответствует марки вяжущего материала М 500.The average compressive strength of the cubes was 57.9 MPa, which corresponds to the grade of binder material M 500.

При увеличении в смеси отходов ванадиевого производства и обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии более 12% марочность вяжущего материала падает и становитсяниже марки М 400.With an increase in the mixture of vanadium production waste and enrichment of ferruginous quartzites of the Kursk magnetic anomaly by more than 12%, the grade of the binder material decreases and becomes lower than grade M 400.

Таким образом, оптимальное содержание отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых отходов Курской магнитной аномалиипри соотношении 1:1 массовых частей в цементележит в пределах 10,0-12,0%.Thus, the optimal content of waste from vanadium production and waste from the enrichment of ferrous waste from the Kursk magnetic anomaly at a ratio of 1:1 mass parts in cement lies in the range of 10.0-12.0%.

Claims (3)

Вяжущее на основе промышленных отходов, включающее портландцементный клинкер и промышленные отходы, отличающееся тем, что в качестве промышленных отходов вводят смесь отхода ванадиевого производства и отхода обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии при соотношении 1:1 и дисперсностью каждого компонента 6400 см²/г, при следующем соотношении, мас.%:Binding agent based on industrial waste, including Portland cement clinker and industrial waste, characterized in that a mixture of vanadium production waste and ferruginous quartzite enrichment waste from the Kursk magnetic anomaly is introduced as industrial waste at a ratio of 1:1 and the dispersion of each component is 6400 cm²/g, at the following ratio, wt.%: портландцементный клинкер – 88,0-90,0;Portland cement clinker – 88.0-90.0; промышленные отходы – 10-12.industrial waste – 10-12.