EA029640B1 - Mixture of raw materials used for the production of porous building material based on calcium silicate - Google Patents
Mixture of raw materials used for the production of porous building material based on calcium silicate Download PDFInfo
- Publication number
- EA029640B1 EA029640B1 EA201500016A EA201500016A EA029640B1 EA 029640 B1 EA029640 B1 EA 029640B1 EA 201500016 A EA201500016 A EA 201500016A EA 201500016 A EA201500016 A EA 201500016A EA 029640 B1 EA029640 B1 EA 029640B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- mixture
- cement
- boron oxide
- waste
- water
- Prior art date
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
- 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
- C04B28/04—Portland cements
-
- 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
- C04B28/18—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 mixtures of the silica-lime type
-
- 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
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/30—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values
- C04B2201/32—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values for the thermal conductivity, e.g. K-factors
-
- 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
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
-
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неорганическому пористому строительному материалу, содержащему соединения оксида бора, отличающиеся от обычных сырьевых смесей. Смесь имеет гелевую консистенцию, полученную в результате заливания водой смеси сырьевых материалов с разными характеристиками и химическим составом и органических и металлических порообразующих веществ, затем доводят до определенного размера вспениванием после газообразования в зависимости от времени, после этого смесь отверждают под высоким давлением и придают механическую стойкость, низкую плотность и негорючие свойства.The invention relates to an inorganic porous building material containing boron oxide compounds that differ from conventional raw mixtures. The mixture has a gel consistency, obtained by pouring water a mixture of raw materials with different characteristics and chemical composition and organic and metallic pore-forming substances, then brought to a certain size by foaming after gassing, depending on time, then the mixture is cured under high pressure and give mechanical stability low density and non-flammable properties.
029640 Β1029640 Β1
029640029640
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к неорганическому пористому строительному материалу, содержащему соединения оксида бора, отличающиеся от обычных сырьевых смесей.The invention relates to an inorganic porous building material containing boron oxide compounds that differ from conventional raw mixtures.
Смесь, имеющую гелевую консистенцию, полученную заливанием водой смеси сырьевых материалов с разными характеристиками и химическим составом и органических и металлических порообразующих веществ, затем доводят до определенного размера вспениванием после газообразования в зависимости от времени, после этого смесь отверждают под высоким давлением и придают механическую стойкость, низкую плотность и негорючие свойства.A mixture having a gel consistency, obtained by pouring water on a mixture of raw materials with different characteristics and chemical composition and organic and metallic pore-forming substances, is then brought to a certain size by foaming after gassing, depending on time, then the mixture is cured under high pressure and given mechanical stability, low density and non-flammable properties.
Уровень техникиThe level of technology
В литературе описано несколько известных способов изготовления неорганического пористого материала из водных растворов, представляющих собой щелочно-силикатные суспензии. Общим для этих способов является однородное перемешивание суспензии после добавления порообразующего вещества, и кристаллизация структуры параллельно с выведением из нее газа во время термообработки, в результате чего материалу придают прочность. В такого рода способах изготовления для получения пористой структуры необходима температура приблизительно 195-900°С. Силикаты щелочных металлов и порообразующие вещества нереакционноспособны при температурах и давлениях ниже нормальных условий (даже в том случае, если они прореагируют, желаемую микроструктуру нельзя получить), таким образом в такой структуре нельзя достигнуть нужного размера и количества пор. Кроме того, при таких условиях щелочно-силикатные смеси, которые превращают в раствор добавлением воды, растворяются в водной среде в условиях эксплуатации и теряют всю свою объемную стабильность. Таким образом, механические характеристики, ожидаемые от этих материалов, не оправдываются в различных условиях эксплуатации.The literature describes several known methods for the manufacture of inorganic porous material from aqueous solutions, which are alkaline silicate suspensions. Common to these methods is the uniform mixing of the suspension after the addition of the pore-forming substance, and the crystallization of the structure in parallel with the removal of gas from it during the heat treatment, resulting in the material give strength. In this kind of manufacturing methods, a temperature of approximately 195-900 ° C is required to obtain a porous structure. Alkali metal silicates and pore-forming substances are not reactive at temperatures and pressures below normal conditions (even if they react, the desired microstructure cannot be obtained), thus the desired size and number of pores cannot be achieved in such a structure. In addition, under such conditions, alkali-silicate mixtures, which are converted into solution by adding water, dissolve in an aqueous medium under operating conditions and lose all their bulk stability. Thus, the mechanical characteristics expected from these materials are not justified in various operating conditions.
Как известно из литературы, связующие вещества, например цемент, и неорганические легкие материалы из числа искусственных пород, например бетон, довольно устойчивы к воде и водной среде, и со временем их механическая прочность непрерывно возрастает. Например, легкие бетоны получают при добавлении связующего, например цемента, в природные легкие заполнители, такие как перлит, диатомит и вермикулит, однако, несмотря на все усилия, эти материалы не могут достигать заданной пористости, плотности, теплозоляции и механической прочности. С другой стороны, фазы, содержащиеся в структуре этих материалов, образуют кристаллы гидратов при взаимодействии с водой, и эти гидратные образования распадаются при температуре около 400°С, а их микроструктурные характеристики изменяются, в результате чего они неожиданно теряют свою механическую прочность.As is known from the literature, binders, such as cement, and inorganic lightweight artificial materials, such as concrete, are fairly resistant to water and water, and their mechanical strength continuously increases over time. For example, lightweight concrete is obtained by adding a binder, such as cement, to natural lightweight aggregates, such as perlite, diatomite, and vermiculite; however, despite their best efforts, these materials cannot achieve a given porosity, density, thermal insulation, and mechanical strength. On the other hand, the phases contained in the structure of these materials form crystals of hydrates when interacting with water, and these hydrate formations decay at a temperature of about 400 ° C, and their microstructural characteristics change, as a result of which they unexpectedly lose their mechanical strength.
Кроме того, помимо природных заполнителей в процессе изготовления строительных материалов с легким бетоном можно использовать заполнители из вспученной глины. Но глина, которую используют в качестве сырьевого материала при производстве указанных заполнителей, фактически является плодородной почвой из сельскохозяйственных районов. Кроме этого недостатка эти глинистые породы могут вспучиваться только при температурах 800-1200°С. Это ведет к высокому энергопотреблению, что мешает широкому использованию таких глинистых пород. В последние годы при производстве такого рода искусственных заполнителей для обеспечения эффективности тепловой энергии и снижения температур обжига проводят исследования по утилизации глинистых отходов с высоким содержанием бора (Кауак, 2011). Однако в таком бетоне, изготавливаемом с указанными искусственными заполнителями, в качестве связующего используется большое количество цемента, в результате чего структура теряет свои изоляционные свойства и становится плотной.In addition, in addition to natural aggregates, in the process of manufacturing building materials with lightweight concrete, expanded clay aggregates can be used. But clay, which is used as a raw material in the production of these aggregates, is in fact fertile soil from agricultural areas. In addition to this lack of these clay rocks can swell only at temperatures of 800-1200 ° C. This leads to high energy consumption, which prevents the widespread use of such clay rocks. In recent years, in the production of such artificial aggregates to ensure the efficiency of thermal energy and lower firing temperatures, studies have been conducted on the disposal of clay waste with a high boron content (Cauak, 2011). However, in such concrete, manufactured with the specified artificial aggregates, a large amount of cement is used as a binder, as a result of which the structure loses its insulating properties and becomes dense.
Ввиду недостаточности необходимых свойств, таких как плотность, легкость, стойкость к термической деструкции и теплоизоляция, очень нужен альтернативный сырьевой материал, способ получения и продукт. В результате исследований проводят выпуск газообразного водорода с добавлением металлической пыли алюминия в силикаты щелочных металлов и вовлечение воздуха в структуру. Таким образом, чтобы придать вспученному кеку механическую прочность, осуществляют отверждение путем введения газообразного катализатора при температуре 190-225°С и давлении 10-12 атм.Due to the lack of necessary properties such as density, lightness, resistance to thermal decomposition and thermal insulation, an alternative raw material, method of production and product are very necessary. As a result of research, hydrogen gas is released with the addition of metallic aluminum dust to alkali metal silicates and air entrapped into the structure. Thus, in order to impart mechanical strength to the expanded cakes, curing is carried out by introducing a gaseous catalyst at a temperature of 190-225 ° C and a pressure of 10-12 atm.
После процесса отверждения происходит трансформация минеральной фазы, и в структуре образуется фаза тоберморита, которая может соответствовать заданным характеристикам в отличие от фаз, имеющих низкую стойкость к термической деструкции и механические свойства, например портландит и белит. Таким образом, можно изготовить изоляционные материалы, имеющие достаточную механическую прочность наряду с низкой теплопроводностью и высокой пористостью. Кроме того, проводятся исследования органических отходов наряду с минералами и обычными сырьевыми материалами, используемыми в процессе изготовления такого материала, направленные на повышение механической прочности и уменьшение плотности и теплопроводности.After the curing process, the mineral phase is transformed, and a tobermorite phase is formed in the structure, which can correspond to the specified characteristics in contrast to the phases that have low resistance to thermal destruction and mechanical properties, such as portlandite and belit. Thus, it is possible to manufacture insulating materials having sufficient mechanical strength along with low thermal conductivity and high porosity. In addition, research is conducted on organic waste along with minerals and common raw materials used in the manufacturing process of such a material, aimed at increasing mechanical strength and reducing the density and thermal conductivity.
В некоторых исследованиях в цементную суспензию добавляли отходы, содержащие бор. Например, глинистые отходы, содержащие концентрированный оксид бора, добавляли в портландцемент вместе с топочной угольной золой и золой-уносом, и изучали влияние на процесс гидратации цемента, а в конце процесса исследовали начальное и конечное схватывание и механические свойства. В результате добавления к обычному портландцементу глинистых отходов, содержащих концентрированные соединения оксида бора в количестве 3 мас.%, было отмечено значительное повышение прочности. ОднакоIn some studies, boron-containing waste was added to the cement slurry. For example, clay waste containing concentrated boron oxide was added to Portland cement along with coal flue ash and fly ash, and the effects on cement hydration were studied, and at the end of the process, initial and final setting and mechanical properties were investigated. As a result of adding to the usual Portland cement clay waste containing concentrated compounds of boron oxide in an amount of 3 wt.%, A significant increase in strength was observed. but
- 1 029640- 1 029640
улучшение механических свойств было достигнуто при использовании глины, содержащей соединения оксида бора вместе с топочной угольной золой и золой-уносом. Было отмечено, что использование глинистых отходов, содержащих только соединения оксида бора, замедляло начальное и конечное схватывание цемента и ухудшало его начальные механические свойства (Ки1а, 2001). В другом исследовании изучали влияние природного пуццолана, отходов, содержащих оксид бора, топочную угольную золу и золу-унос, на обычный портландцемент и исследовали такие параметры, как прочность на сжатие, прочность на изгиб, объемное расширение и время схватывания. Результаты показали, что время конечного схватывания цементного кека сокращалось, когда цемент заменяли добавкой природного пуццолана. Однако использование добавки природного пуццолана вместе с отходами, содержащими оксид бора, значительно замедляло время схватывания. Опять же, в этом исследовании было отмечено, что повышения прочности на изгиб достигали по сравнению с контрольным образцом после 60-дневного отверждения образцов после того, как портландцемент при наличии отходов, содержавших оксид бора, заменяли природным пуццоланом. Кроме того, было отмечено, что время схватывания значительно замедлялось, когда смеси, содержавшие природный пуццолан, использовали вместе с отходами, содержавшими 4% оксида бора. Наряду с этим определили, что прочность бетона можно было увеличить, когда отходы с 4%ным содержанием оксида бора добавляли вместе с пуццоланом в качестве добавки.the improvement of mechanical properties was achieved by using clay containing boron oxide compounds together with coal flue ash and fly ash. It was noted that the use of clay waste containing only boron oxide compounds slowed down the initial and final setting of cement and impaired its initial mechanical properties (Ki1a, 2001). In another study, the effect of natural pozzolan, waste containing boron oxide, coal flue ash, and fly ash on conventional portland cement was studied and parameters such as compressive strength, flexural strength, volume expansion, and setting time were studied. The results showed that the final setting time of the cement cake was reduced when the cement was replaced by the addition of natural pozzolan. However, the use of a natural pozzolan supplement with waste containing boron oxide significantly slowed down the setting time. Again, in this study, it was noted that the increase in flexural strength was achieved compared to the control sample after 60 days of curing the samples after the Portland cement in the presence of waste containing boric oxide was replaced with natural pozzolan. In addition, it was noted that the setting time was significantly slowed when mixtures containing natural pozzolan were used with wastes containing 4% boric oxide. Along with this, it was determined that the strength of concrete could be increased when waste with 4% content of boron oxide was added along with pozzolan as an additive.
Несмотря на это, также определили, что отходы, содержавшие только оксид бора, не обеспечивали получение заданных технических свойств (Тагдап, 2003). Еще в одном исследовании изучали влияние смешивания отходов, содержавших оксид бора, размер частиц которого был меньше 25 мм, и шлама, высушенного потоком горячего воздуха, взятым из процесса концентрации со связанных рабочих мест с применением портландцемента и трассового цемента, на схватывание и механические характеристики. В результате этого исследования определили, что отходы с содержанием оксида бора не менее 5 мас.%, можно использовать как добавку в цемент (Етбодаи, 1998). В другом исследовании изучали влияние бентонита, отходов, содержащих оксид бора, золы-уноса и топочной угольной золы на цемент и бетон путем проведения группы тестов, и исследовали такие параметры, как время схватывания, прочность на изгиб, объемное расширение, прочность на сжатие и водопотребность смеси грунта. В заключение, после замены цемента бентонитом было отмечено, что время схватывания сократилось, но время схватывания значительно замедлилось, когда портландцемент снова добавляли в небольших количествах, использование же в больших количествах давало ускорение времени схватывания, и, несмотря на это, было отмечено, что прочность на сжатие в образцах, содержавших 5-10% бентонита, увеличивалась, а при использовании смеси, которую подавали с подмешанными другими добавками, было отмечено уменьшение прочности на сжатие (Тагдап, 2002).Despite this, it was also determined that waste containing only boron oxide did not provide the desired technical properties (Tagdap, 2003). Another study examined the effect of mixing waste containing boron oxide, the particle size of which was less than 25 mm, and sludge, dried by a stream of hot air taken from the concentration process from connected jobs using portland cement and road cement, on the setting and mechanical characteristics. As a result of this research, it was determined that waste with a boron oxide content of at least 5 wt.% Can be used as an additive in cement (Etbodai, 1998). In another study, the effects of bentonite, waste containing boric oxide, fly ash and furnace coal ash on cement and concrete were studied by conducting a group of tests, and such parameters as setting time, flexural strength, expansion volume, compressive strength and water demand were investigated. soil mixtures. Finally, after replacing cement with bentonite, it was noted that the setting time was reduced, but the setting time slowed down significantly when portland cement was added again in small quantities, while using large quantities accelerated the setting time, and it was noted that for compression in samples containing 5-10% bentonite, increased, and when using a mixture that was supplied with mixed with other additives, a decrease in compressive strength was noted (Tagdap, 2002).
Во время исследования физико-химических характеристик цемента, содержавшего химически активированный бор, добивались долговременной прочности отходов бетона, содержавших оксид бора, и кроме этого преимущества определили, что низкая начальная прочность бетона было ограничена из-за использования отходов в таких системах; таким образом эмпирические исследования разделили на две группы: в первой группе использовали отходы, содержащие оксид бора вместо природного известняка; и использовали химреагенты, такие как сульфонат меламин, формальдегид, нафталин сульфонат формальдегида, сульфаты натрия и хлорид кальция, и наблюдали за изменениями характеристик. В результате было установлено, что замена отходов, содержавших оксид бора, природным известняком существенно не изменила начальные и конечные значения времени схватывания цемента; что смеси грунта с течением времени становились более стойкими; что, как правило, добавление химреагентов в систему приводило к пуццолановой реакции на ранних сроках и давало улучшение начальной вязкости смеси грунта; и что добавление химического активатора не только изменило гидратацию цемента, но также изменило микроструктуру отвержденной смеси грунта (О1дип, 2007).During the study of the physicochemical characteristics of cement containing chemically activated boron, the long-term strength of concrete waste containing boron oxide was achieved, and in addition, the advantages determined that the low initial strength of concrete was limited due to the use of waste in such systems; Thus, empirical studies were divided into two groups: in the first group wastes containing boric oxide were used instead of natural limestone; and used chemicals such as melamine sulfonate, formaldehyde, naphthalene sulfonate formaldehyde, sodium sulfate and calcium chloride, and observed changes in characteristics. As a result, it was found that the replacement of waste containing boric oxide with natural limestone did not significantly change the initial and final values of the cement setting time; that soil blends became more resistant over time; which, as a rule, the addition of chemicals to the system led to a pozzolanic reaction in the early stages and improved the initial viscosity of the soil mixture; and that the addition of a chemical activator not only changed the hydration of the cement, but also changed the microstructure of the solidified soil mixture (Odipip, 2007).
В другом проведенном исследовании изучали влияние добавки пектина при изменении массового содержания 0,1-1% на технические характеристики как обычного портландцемента, так и цемента, содержавшего отходы с оксидом бора. В результате исследования было подтверждено, что добавление пектина сокращает время схватывания портландцемента и замедляет схватывание при использовании количества до 0,1 для портландцемента, содержащего отходы с оксидом бора, и ускоряет время схватывания, при использовании более 1% (или точно 1%). Кроме того, было определено, что в тестируемых образцах, активированных пектином, начальная прочность на сжатие была ниже по сравнению с контрольными образцами; что самая низкая начальная величина прочности на сжатие была достигнута преимущественно в тестируемых образцах, которые содержали пектин; и что, однако, значения прочности на сжатие тестируемых образцов, содержавших пектин в пределах 0,1-0,5%, в последующие периоды отверждения (28 дней) были выше по продолжительности по сравнению со значениями прочности на сжатие контрольных образцов; что наличие пектина в цементах с добавкой оксида бора положительно влияло как на начальную вязкость, так и на позднюю вязкость смесей грунта; что продукты гидратации, формованные с цементными кеками, содержащими оксид бора, отличались от цементов, активированных пектином; что, когда содержание пектина увеличилось в течение 2-дневного периода отверждения, количество гидрата кальция частично уменьшилось; и что наличие пектина в смеси привело к формированию двух новых фаз, одна из которых представляла собой гидрат оксида бора, а другая - аллофон (Кахак, 2007).In another study, the effect of pectin additive on changing the mass content of 0.1-1% on the technical characteristics of both ordinary Portland cement and cement containing waste with boric oxide was studied. As a result of the study, it was confirmed that adding pectin shortens the setting time of Portland cement and slows the setting when using an amount of up to 0.1 for Portland cement containing waste with boric oxide and accelerates the setting time when using more than 1% (or exactly 1%). In addition, it was determined that in test samples activated by pectin, the initial compressive strength was lower compared to control samples; that the lowest initial value of compressive strength was achieved mainly in the test samples, which contained pectin; and that, however, the compressive strengths of the tested samples containing pectin in the range of 0.1-0.5% were higher in subsequent curing periods (28 days) compared to the compressive strength values of the control samples; that the presence of pectin in cements with the addition of boron oxide had a positive effect on both the initial viscosity and the late viscosity of soil mixtures; that hydration products molded with cement cakes containing boron oxide differed from cements activated by pectin; that when the pectin content increased during the 2-day curing period, the amount of calcium hydrate partially decreased; and that the presence of pectin in the mixture led to the formation of two new phases, one of which was boron oxide hydrate and the other allophone (Kakhak, 2007).
- 2 029640- 2 029640
Еще в одном исследовании, в котором использовали глинистые отходы, содержавшие бор, полученный из отходов установок уплотнителя буры (СА1) и пентагидрата буры (СА2), в качестве цементной добавки, было изучено влияние таких отходов на механические и химические характеристики цементов, изготовленных с глинистыми отходами, содержащими клинкер и известняк. Полученные результаты сначала сравнивали с характеристиками портландцемента и со значениями турецких стандартов. Основные выводы, сделанные на основании этого исследования, можно сформулировать следующим образом: было определено, что смесь с добавкой глинистых отходов, содержащих 1% оксида бора, имела более высокую прочность на сжатие, чем портландцемент, и при других условиях цементная смесь показала наилучший результат; кроме того было установлено, что смесь грунта, содержавшая до 5% СА 1 и 10% СА2, показала сопоставимые результаты при сравнении со значениями турецких стандартов, а также что, когда количество В2О3 в СА, за исключением 1% СА1, увеличивали и увеличивали количество СА, то механическая прочность смеси грунта уменьшалась. Кроме того, как результат этого исследования, было предложено, что можно использовать СА1 и СА2 как цементные добавки в количестве соответственно 5 и 10% (О/йепиг 2003).Another study that used clay waste containing boron derived from waste from borax sealer installations (CA1) and borax pentahydrate (CA2) as a cement additive, examined the effect of such wastes on the mechanical and chemical characteristics of cements made with clay. waste containing clinker and limestone. The results were first compared with the characteristics of Portland cement and with the values of Turkish standards. The main conclusions drawn from this study can be formulated as follows: it was determined that the mixture with the addition of clay waste containing 1% boron oxide had a higher compressive strength than Portland cement, and under other conditions the cement mixture showed the best result; in addition, it was found that a mixture of soil containing up to 5% CA 1 and 10% CA2 showed comparable results when compared with Turkish standards, and that when the amount of B 2 O 3 in CA, except for 1% CA1, increased and increase the number of SA, the mechanical strength of the mixture of soil decreased. In addition, as a result of this study, it was proposed that CA1 and CA2 can be used as cement additives in amounts of 5 and 10%, respectively (O / Yepig 2003).
В аналогичном исследовании изучали влияние на механические характеристики портландцемента, полученного при добавлении в клинкер отходов барабанного грохота, образующихся при производстве буры из тинкала. В результате исследования было установлено, что механическая прочность цемента, изготовленного с использованием отходов барабанного грохота, которые содержали оксид бора, была выше, чем у обычного цемента; что объемный вес и время схватывания бетона, изготовленного из такого цемента, уменьшились; что стойкость бетона также уменьшалась в зависимости от увеличенного количества отходов; что цемент и бетон, изготовленные с добавками отходов, были стойкими к появлению бактерий, и что также уменьшилась радиоактивная проводимость (Вопсикод1и, 2002а). Кроме того, наряду с этим исследованием сравнивали механическую и радиоактивную проводимости портландцемента, модифицированного с помощью отходов барабанного грохота, которые содержали оксид бора, и обычного портландцемента. После сравнения, как и в предыдущем исследовании, было обнаружено, что отходы барабанного грохота, которые содержали оксид бора, улучшали механические характеристики цемента; что механические характеристики бетона ухудшались при увеличении добавок отходов; что изготовленные цементы и бетоны были устойчивы к появлению бактерий, поскольку соединения бора обладают антисептическими свойствами; что цементы и бетоны, изготовленные с использованием отходов, имели меньшую радиоактивную проводимость по сравнению с образцами обычного цемента и бетона; что отходы можно добавлять в цемент в количестве до 25%; что теоретические значения массового коэффициента ослабления отходов были меньше, чем значения цемента при сравнении с экспериментальными данными, и что это обосновывалось наличием различных фаз цемента, формула которых точно не известна, и наконец, что разница между экспериментальными и теоретическими значениями, возможно, зависит от влияния химического окружения (Вопсикод1и, 2005).In a similar study, the effect on the mechanical characteristics of Portland cement, obtained by adding to the clinker waste drum screen generated during the production of tinkal borax, was studied. As a result of the study, it was found that the mechanical strength of cement made with the use of drum screen waste, which contained boric oxide, was higher than that of conventional cement; that the volumetric weight and setting time of concrete made from such cement decreased; that the durability of concrete also decreased depending on the increased amount of waste; that cement and concrete made with waste additives were resistant to the appearance of bacteria, and that radioactive conductivity also decreased (Vopsicod, 2002a). In addition, along with this study compared the mechanical and radioactive conductivity of Portland cement, modified with waste drum screen, which contained boric oxide, and ordinary Portland cement. After comparison, as in the previous study, it was found that drum waste, which contained boric oxide, improved the mechanical characteristics of the cement; that the mechanical characteristics of concrete deteriorated with increasing waste additives; that the made cements and concretes were resistant to the appearance of bacteria, since boron compounds have antiseptic properties; that cements and concretes manufactured using waste had lower radioactive conductivity compared to samples of ordinary cement and concrete; that waste can be added to cement in an amount up to 25%; that the theoretical values of the mass attenuation coefficient of the waste were less than the values of cement when compared with experimental data, and that this was justified by the presence of different phases of cement whose formula is not exactly known, and finally that the difference between the experimental and theoretical values may depend on the influence chemical environment (Vopsikod1i, 2005).
С другой стороны, борные руды используют в производстве многих соединений бора. Одним из таких продуктов является борная кислота. Отходы производства борной кислоты являются еще одним источником борсодержащих отходов, полученных в результате реакции концентрированной серной кислоты и соединений оксида бора. Использование этих отходов для производства цемента изучали многие исследователи. Однако эти отходы, в отличие от борсодержащих отходов, исследовали в качестве замедляющих агентов для замедления схватывания портландцемента. С этой целью вместо природного гипса изготавливали и исследовали цемент с добавкой борогипса. В результате было установлено, что механическая прочность образцов цемента увеличивалась; прочность бетона снижалась при увеличении использованного количества природного гипса и борогипса; что добавка природного гипса отрицательно влияла на качество цемента, полученного в виде дегидрата во время гранулирования; что при использовании борогипса благодаря его структуре требовалось меньше энергии для гранулирования и что в процессе гранулирования кристаллы не теряли своей воды, и это негативно не повлияло на качество цемента; что добавку борогипса можно использовать в качестве агента, замедляющего схватывание, в количестве до 10 мас.%; и что, опять же, изготовленные таким образом цемент и бетон предотвращали появление бактерий и показывали меньшую радиоактивную проводимость (Вопсикод1и, 2002Ь). В аналогичных исследованиях проводили анализ борогипса и изучали его влияние на физические свойства портландцемента (Е1ЬеуН, 2003), и, кроме того, изучали схватывание и отверждение портландцемента с борогипсом и добавкой золы-уноса, а также изучали влияние на смесь грунта, содержащую мелассы борогипса (Кауак, 2005).On the other hand, boric ores are used in the production of many boron compounds. One of these products is boric acid. Boric acid production waste is another source of boron-containing waste from the reaction of concentrated sulfuric acid and boron oxide compounds. The use of these wastes for cement production has been studied by many researchers. However, this waste, unlike boron-containing waste, was investigated as slowing agents to slow the setting of Portland cement. For this purpose, instead of natural gypsum, cement with the addition of borogips was manufactured and investigated. As a result, it was found that the mechanical strength of cement samples increased; the strength of concrete decreased with an increase in the amount of natural gypsum and borogips used; that the addition of natural gypsum adversely affected the quality of the cement obtained as a dehydrate during granulation; that when using borogips, due to its structure, less energy was required for granulation and that during the granulation process the crystals did not lose their water and this did not negatively affect the quality of the cement; that the additive borogips can be used as an agent that slows down the setting, in an amount up to 10 wt.%; and that, again, the cement and concrete produced in this way prevented the appearance of bacteria and showed less radioactive conductivity (Vopsikodl, 2002b). In similar studies, borogips were analyzed and its effects on the physical properties of portland cement were studied (Eilen, 2003), and, in addition, the setting and hardening of portland cement with borogips and the addition of fly ash was studied, and the effect on the soil mixture containing borogyps molasses was studied ( Kawak, 2005).
В обоих исследованиях аналогично было установлено, что борогипс и полуводный борогипс увеличивают/замедляют время схватывания цемента. Кроме того, определили, что добавка полуводного борогипса в результате улучшала механические характеристики по сравнению с цементами, изготовленными с природным гипсом, и что эта добавка улучшала механические характеристики цемента, а также она снижала значения массового расширения; и что увеличение количества В2О3 увеличивало время схватывания и вело к ухудшению механических характеристик. Было отмечено, что добавление 0,1% мелассы в борсодержащий цемент замедляло начальное и конечное время схватывания цемента, однако после 7дневного периода отверждения отметили, что эта добавка медленно улучшала механические характери- 3 029640In both studies, it was likewise found that boroips and hemiwater borogips increase / slow down the setting time of the cement. In addition, it was determined that the addition of semi-aquatic borogips as a result improved the mechanical characteristics as compared to cements made with natural gypsum, and that this additive improved the mechanical characteristics of the cement, and also reduced the values of mass expansion; and that an increase in the amount of B2O3 increased the setting time and led to a deterioration of the mechanical characteristics. It was noted that the addition of 0.1% molasses to boron-containing cement slowed down the initial and final setting time of the cement, but after a 7-day curing period, it was noted that this additive slowly improved the mechanical characteristics of the cement.
стики.sticks.
В некоторых исследованиях изучали механические и физические характеристики цемента и бетона при использовании борсодержащих отходов вместе с другими отходами. Например, анализировали характер схватывания, прочность на сжатие, объемное расширение, водопотребность смеси грунта и микроструктуру образцов, изготовленных с добавлением в цемент различных количеств отходов тинкала, золы-уноса и топочной угольной золы. После исследования определили, что замена портландцемента отходами тинкала в количестве более 5% соответственно вызывала значительное ухудшение показателей прочности на сжатие; что добавление в систему отходов тинкала в количестве 1%, вместе с топочной золой, после 28-дневного периода отверждения значительно увеличивало механическую прочность; что за 2-дневный период отверждения все образцы показали низкие значения механической прочности; что в зависимости от времени отверждения и количества добавки были видны улучшения механических характеристик, и, наконец, было установлено, что в производстве цемента можно использовать вместе отходы тинкала, золы-уноса и топочной угольной золы (Ки1а, 2002).Some studies have studied the mechanical and physical characteristics of cement and concrete when using boron-containing wastes along with other wastes. For example, the nature of the setting, compressive strength, volume expansion, the water requirement of the soil mixture and the microstructure of samples made with the addition of various amounts of tinkal waste, fly ash and furnace coal ash to cement were analyzed. After research, it was determined that the replacement of Portland cement with tinkal waste in an amount of more than 5%, respectively, caused a significant deterioration in compressive strength; that the addition of tinkal in the amount of 1% to the system, together with the combustion ash, after a 28-day period of curing significantly increased the mechanical strength; that during the 2-day curing period all samples showed low values of mechanical strength; that, depending on the curing time and the amount of the additive, improvements in mechanical characteristics were seen, and finally it was found that in the production of cement, waste of tinkal, fly ash and coal flue ash can be used together (Ki1a, 2002).
В проекте, поддержанном Научно-технологическим исследовательским советом Турции (ΤϋΒίΤΑΚ) под названием "Влияние борсодержащих отходов на гидратацию цемента и использование таких отходов в цементе" (ТЬс сГГсс! оГ \уа51с соШаиипд Ьогои оп 1Пс Ьубгайои оГ ссшсШ аиб 1Пс икаЬййу оГ 5ηί6 \\л51с ίη сетей!"), который является очень детальным исследованием, были изготовлены чистые клинкерные фазы - алит (С38), белит (С28), шеелит (С3А) и феррит (С4ЛР), и, добавляя отходы тинкала из месторождения Кирка в различных количествах для каждой фазы соответственно, осуществляли анализ по определению температуры гидратации с помощью микрокалориметра; анализ развития минеральных фаз с помощью рентгеноструктурного анализа (ΧΚΌ); анализ концентрации ионов, поступающих в воду из суспензии, методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (1СР), в зависимости от времени; установление с помощью прибора Вика времени начального и конечного схватывания; определение с помощью пикнометра Ле Шателье расширения; анализы по определению плотности, удельной площади поверхности и механической прочности.The project, supported by the Scientific and Technological Research Council of Turkey (ΤϋΒίΤΑΚ) titled "Influence of boron-containing waste in cement hydration and the use of waste in cement" (be sGGss! Og \ ua51s soShaiipd ogoi op 1 ps ubgayoi og ssshsSh AIB 1 ps ikayyu og 5ηί6 \\ L51s ίη networks! "), which is a very detailed study, pure clinker phases were made - alit (C 3 8), bleached (C 2 8), scheelite (C 3 A) and ferrite (C 4 LR), and adding tinkala waste from the Kirk deposit in various quantities for each phase, respectively, there was an analysis to determine the temperature of hydration using a microcalorimeter, an analysis of the development of mineral phases using X-ray analysis (), an analysis of the concentration of ions entering the water from the suspension, by mass spectrometry with inductively coupled plasma (1СР), depending on time; setting the initial and final setting time using the Vicat device; determining the expansion using the Le Chatelier pycnometer; analyzes to determine the density, specific surface area and mechanical strength.
В этом всестороннем исследовании было установлено, что материал, известный как борсодержащие отходы, включал тонкоизмельченную глину и что эта глина, возможно, играет более важную роль в гидратации цемента; что минералы буры превращаются в минерал тинкалконит при средней температуре 60°С при высушивании указанных отходов; что это, в свою очередь, может приводить к разным механизмам в гидратации клинкерных фаз цемента как результат изменений структуры кристаллов; что для получения нормальных данных было бы удобнее высушивать такие отходы при комнатных температурах; что это ограничивает и отрицательно влияет на показания микрокалориметра, которые зависят от увеличенного количества отходов; что при увеличении количества добавки борсодержащих отходов наблюдается увеличение концентрации ионов Са+2 в анализах, проводившихся со всеми чистыми клинкерными фазами, согласно данным масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (1СР); что это четко указывает на то, что добавка указанных отходов увеличивает растворимость ионов; что она прерывает кристаллизацию гидрата кальция (СН) и сначала удлиняет период кристаллизации для этой фазы, а потом - период кристаллизации для фазы тоберморита (С8Н); что она не только оказывает значительное влияние на ионы бора, полученные из указанных отходов, в кинетике гидратации чистой цементной фазы, но также влияет на катионы, полученный из глины; что добавка отходов не влияет на объемную стабильность цементного кека; что после вхождения ионов бора в систему после начальной стадии гидратации фаз С3А и С4ЛР, она не играет существенной роли в кинетике гидратации этих фаз; что, в отличие от известных из литературы данных, фаза С4ЛР гидратировалась раньше, чем фаза С3А, и во время процесса первоначального отверждения она могла играть более существенную роль; и что фазы С38 и С28 вместе показывали различные характеристики поверхности; что фаза С38 показала положительные значения зета-потенциала (ΖΡ) в пределах всего измеренного времени, тогда как фаза С28 сначала показала отрицательное значение в течение первых 15-120 мин временного диапазона, а потом, позже, показала положительные значения; что либо портландцемент, либо клинкерные фазы своими силами устанавливали большие концентрации ионов Са+2, чем величина рН среды, фактора, играющего решающую роль в значениях ΖΡ; что стабильность и нестабильность, возникающая между количеством ионов Са+2, которые проходят из состояния твердой фазы за единицу времени в состояние раствора, а затем из состояния раствора в твердое состояние, дало возможность образования упомянутых поверхностных нагрузок; и что среди всех фаз и использований портландцемента, фазой, которая поставляла наибольшее количество ионов Са+2 в систему, была фаза С38 (Кауа5, 2009).In this comprehensive study, it was found that the material known as boron-containing waste included finely divided clay and that this clay probably plays a more important role in the hydration of the cement; that the borax minerals are converted into the tincalconite mineral at an average temperature of 60 ° C with the drying of these wastes; that this, in turn, can lead to different mechanisms in the hydration of the clinker phases of cement as a result of changes in the structure of crystals; that in order to obtain normal data it would be more convenient to dry such waste at room temperature; that this limits and negatively affects the microcalorimeter readings, which depend on the increased amount of waste; that with an increase in the amount of boron-containing waste additive, an increase in the concentration of Ca + 2 ions is observed in analyzes carried out with all pure clinker phases, according to the data of mass spectrometry with inductively coupled plasma (1CP); that this clearly indicates that the addition of these wastes increases the solubility of the ions; that it interrupts the crystallization of calcium hydrate (CH) and first lengthens the crystallization period for this phase, and then the crystallization period for the tobermorite (C8H) phase; that it not only has a significant effect on boron ions obtained from these wastes in the kinetics of hydration of the pure cement phase, but also affects cations derived from clay; that the addition of waste does not affect the bulk stability of the cement cake; that after the entry of boron ions into the system after the initial stage of hydration of С3А and С4ЛР phases, it does not play a significant role in the kinetics of hydration of these phases; that, unlike the literature data, the S4LR phase was hydrated earlier than the C3A phase, and it could play a more significant role during the initial curing process; and that phases C38 and C28 together showed different surface characteristics; that phase C38 showed positive values of the zeta potential (ΖΡ) within the entire measured time, while phase C28 first showed a negative value during the first 15-120 min of the time range, and then later showed positive values; that either Portland cement or clinker phases set up their own large concentrations of Ca + 2 ions than the pH of the medium, which plays a decisive role in the values of ΖΡ; that the stability and instability arising between the amount of Ca + 2 ions, which pass from the state of the solid phase per unit of time to the state of solution, and then from the state of solution to the solid state, made it possible to form the above-mentioned surface loads; and that among all the phases and uses of Portland cement, the phase that supplied the largest amount of Ca + 2 ions to the system was phase C38 (Kaua5, 2009).
В другом исследовании, описанном ниже, особое внимание также было уделено данным, аналогичным тем, о которых упоминалось ранее. В этом исследовании было определено, что растворимые соли, содержащие бор, изменяли механику гидратации портландцемента и замедляли отверждение и время схватывания. Кроме того, в результате особо отметили, что бор отрицательно влиял на гидратацию портландцемента, однако добавление извести повышало скорость гидратации обычного портландцемента при наличии бора (Ра1ото, 2003).In another study, described below, special attention was also paid to data similar to those mentioned earlier. In this study, it was determined that soluble boron salts altered the mechanics of Portland cement hydration and slowed cure and setting time. In addition, as a result, it was emphasized that boron adversely affected the hydration of Portland cement, however, the addition of lime increased the rate of hydration of ordinary Portland cement in the presence of boron (Paoloto, 2003).
Помимо упомянутых исследований, в литературе описаны также исследования, в которых борсодержащие отходы добавляют в рецептуру в качестве добавки для спекания керамических структур (Ки- 4 029640In addition to the mentioned studies, studies are also described in the literature in which boron-containing waste is added to the formulation as an additive for sintering ceramic structures (Ki-4 029640
гата, 2006; ЛЪаЕ, 2007; Кауаз, 2006). В описанных исследованиях был установлен общий признак, что бор, щелочь и оксиды солонцеватого грунта, содержащиеся вместе в отходах, выполняют функцию растворителя, и это ведет к образованию гораздо меньшей минеральной фазы в структурах, в которые они входят.Gata, 2006; LAE, 2007; Kauaz, 2006). In the studies described, a general indication was established that boron, alkali and oxides of alkaline soil contained in the waste act as a solvent, and this leads to the formation of a much smaller mineral phase in the structures into which they enter.
Отличия между исследованиями, осуществленными и описанными в литературных источниках, приведенных в данном изобретении, подробно описаны ниже, и особо выделены отличия от данного изобретения с точки зрения способа, характеристик продукта, места и условий использования.The differences between the studies carried out and described in the literature cited in this invention are described in detail below, and the differences from the present invention are highlighted in terms of the method, product characteristics, place and conditions of use.
Сырьевые материалы, содержащие оксид бора, описанные в литературе, являются полностью отработанными материалами. По этой причине они содержат глину и кварцевые минералы в количестве, превышающем количество соединений оксида бора, являющихся загрязняющими веществами, и в процессе использования в зависимости от условий использования, эти загрязняющие вещества могут играть более активную роль, чем упомянутые борные минералы. Сырьевой материал, используемый в данном изобретении, измельчают до получения частиц определенного размера, и его химический состав является коммерческим продуктом, содержащим большие количества соединений оксида бора (табл. 1).The raw materials containing boron oxide, described in the literature, are completely waste materials. For this reason, they contain clay and quartz minerals in an amount greater than the amount of boric oxide compounds that are pollutants, and during use, depending on the conditions of use, these pollutants may play a more active role than the mentioned boron minerals. The raw material used in this invention is crushed to obtain particles of a certain size, and its chemical composition is a commercial product containing large amounts of boron oxide compounds (Table 1).
При низком процентном содержании В2О3 в борных рудах различных типов и природы, высокопористый и вязкий продукт, получаемый при использовании любого из коммерческих продуктов, поставляемых на рынок, изготавливают, превращая концентрированный улексит, концентрированный тинкал, кальцинированный тинкал, водный динатрийтетраборат, дегидратированный динатрийтетраборат или очищенный оксид бора, очищенную борную кислоту, очищенный пентагидрат буры, очищенный декагидрат буры и аналогичные продукты, содержащие бор, а также концентрированный колеманит, увеличивая процентное содержание В2О3, после таких процессов обработки руд, как дробление, гранулирование, рассев с использованием нагрева, методы химического растворения или аналогичные методы.With a low percentage of B 2 O 3 in boron ores of various types and nature, a highly porous and viscous product obtained using any of the commercial products supplied to the market is made by converting concentrated ulexite, concentrated tincal, calcined tincal, aqueous disodium tetraborate, dehydrated disodium tetratra or purified boron oxide, purified boric acid, purified borax pentahydrate, purified borax decahydrate, and similar products containing boron, as well as concentrated colemanite minutes, increasing the percentage of B2O3, after the processing of such ores processes as grinding, granulating, sieving using heat, chemical dissolution methods or similar methods.
Способ уменьшения размера частиц руды с низким процентным содержанием В2О3 (проводят, соединяя вместе глину, кварц, доломит, колеманит и другие минералы) и получения продукта с высоким содержанием В2О3 после операций сепарации, осуществляемых путем отделения продукта от нежелательных минералов (за исключением борсодержащих минералов) с использованием физического, химического или другого метода, называется обогащением данного продукта, и продукт, полученный в результате всех этих операций, называется концентрированным продуктом, или концентратом.Method for reducing the size of ore particles with a low percentage of B2O3 (carried out by joining clay, quartz, dolomite, colemanite and other minerals) and obtaining a product with a high content of B2O3 after separation operations carried out by separating the product from unwanted minerals (except for boron-containing minerals) using a physical, chemical, or other method is called enrichment of this product, and the product obtained from all these operations is called concentrated product, or con entratom.
Строительный материал, являющийся предметом данного изобретения, можно изготовить с упомянутыми выше соединениями оксида бора. Колеманит, являющийся концентрированным соединением оксида бора, применен в данной заявке в указанных ниже образцах. Образцы, в которых использован колеманит, не следует рассматривать как ограничение применения предлагаемого строительного материала.The building material that is the subject of this invention can be made with the above boron oxide compounds. Colemanite, which is a concentrated boron oxide compound, is used in this application in the samples listed below. Samples that use colemanite should not be construed as limiting the use of the proposed building material.
Таблица 1. Химическое состав гранулированного колеманита и его гранулометрический состав (значения колеманита, гранулированного как коммерческий продукт, взяты из Интернет-сайта компании Ей Мабеп)Table 1. The chemical composition of granulated colemanite and its granulometric composition (the values of colemanite granulated as a commercial product are taken from the website of the company Mabep Shey)
Количество свободной извести в цементных смесях должно быть достаточно низким (например, 12%). В противном случае при объемном расширении полученного цемента конечный продукт может стать нестандартным (макс. <10 мм). Кратко, сырьевую муку с высоким содержанием СаО, которую добавляют в систему, спекают в ротационной печи при температуре приблизительно 1450°С, и силикаты, ферриты и алюминаты при такой температуре объединяются и превращаются в стабильные фазы С38,The amount of free lime in cement mixtures should be fairly low (for example, 12%). Otherwise, with the bulk expansion of the resulting cement, the final product may become non-standard (max. <10 mm). Briefly, raw meal with a high content of CaO, which is added to the system, is sintered in a rotary kiln at a temperature of approximately 1450 ° C, and silicates, ferrites and aluminates are combined at this temperature and converted into stable phases of C 3 8,
- 5 029640- 5 029640
С28, С3А и С4АР. Кроме того, каждая из этих фаз имеет определенный период гидратации и поведение. Ввиду того что смеси сырьевых материалов, в которые добавляют соединения концентрированного оксида бора, получены согласно данному изобретению, стабильные фазы отсутствуют. Вся система состоит из активных оксидов, почти полностью гранулированных, которые легко растворяются в воде (СаО, δίϋ2, подобно 8). Кроме того, борный минерал представляет собой соль, которая растворяется при низких температурах и изменяет структуру кристалла. По этой причине добавки в виде минералов концентрированного оксида бора не могут с научной точки зрения показать одинаковые характеристики в обеих системах, производство которых полностью отличается друг от друга, например цемент и газобетон.C 2 8, C 3 A and C 4 AP. In addition, each of these phases has a certain period of hydration and behavior. Due to the fact that mixtures of raw materials to which compounds of concentrated boron oxide are added are obtained according to this invention, there are no stable phases. The entire system consists of active oxides, almost completely granular, that dissolve easily in water (CaO, δίϋ 2 , like 8). In addition, boron mineral is a salt that dissolves at low temperatures and changes the structure of the crystal. For this reason, additives in the form of concentrated boron oxide minerals cannot, from a scientific point of view, show the same characteristics in both systems, the production of which is completely different from each other, such as cement and aerated concrete.
Даже если в некоторых исследованиях борсодержащие отходы сгруппированы под одним названием, в разных исследованиях их используют в отношении совершенно разных минералов. В связи с этим соединения оксида бора подразделяются на разные химические соединения, такие как улексит и танкалконит, и сырьевые материалы, содержащие бор и загрязняющие примеси с различной формой кристаллов. Как научный факт известно, что даже при одном специфическом изменении, например изменении кристаллической структуры или химического содержания, введение этого минерала в структуру вызовет различные минералогические, химические, физические и реологические изменения в структуре. Смеси сырьевых материалов, содержащие соединения оксида бора, приготовленные в пределах объема данного изобретения, кристаллизуются под высоки давлением. С учетом этого, составы, используемые для приготовления цемента, добавляемого в состав сырьевой муки и клинкера, смешивают с водой при комнатных температурах и под высоким давлением, получая таким образом гидроксидные соединения. В связи с этим в соответствующих способах действуют разные давления и условия. Кроме того, все описанные выше исследования отделяют два метода использования друг от друга, когда продукт используется только в эмпирических исследованиях в масштабе лаборатории, однако в рамках данного изобретения действуют только условия промышленного производства.Even if in some studies, boron-containing wastes are grouped under the same name, in different studies they are used for completely different minerals. In this regard, boron oxide compounds are subdivided into different chemical compounds, such as ulexite and tancalconite, and raw materials containing boron and contaminating impurities with different forms of crystals. As a scientific fact, it is known that even with one specific change, for example, a change in the crystal structure or chemical content, the introduction of this mineral into the structure will cause various mineralogical, chemical, physical and rheological changes in the structure. Mixtures of raw materials containing boron oxide compounds prepared within the scope of this invention crystallize under high pressure. With this in mind, the compositions used for the preparation of cement added to the composition of the raw meal and clinker are mixed with water at room temperature and under high pressure, thus obtaining hydroxide compounds. In this regard, in the appropriate methods are different pressures and conditions. In addition, all the studies described above separate the two methods of use from each other when the product is used only in empirical studies at the laboratory scale, however, only the conditions of industrial production are valid in the framework of this invention.
Более того, в представленных тут из литературных источников исследованиях борсодержащих отходов оксид бора составляет очень малый процент. В исследованиях же, проведенных в рамках данного изобретения, оксид бора включен в составы высоким процентным содержанием (например, 10%), и использованы концентрированные продукты с высоким содержанием оксида бора. Это дает существенное отличие с точки зрения поведения в структуре, в которую такое содержание оксида бора вводят. С другой стороны, что касается соединений оксида бора, полученных согласно данному изобретению, то во многих исследованиях было установлено, что внешние пористые изоляционные пластины приобрели свойство удерживать нейтроны и благодаря этому свойству их можно использовать в более широкой области. В природе элемент бор имеет два стабильных изотопа, а именно 10В и 11В. Распространенность в природе этих изотопов составляет соответственно 19,1-20,3% и 79,7-80,9%. Изотоп 10В имеет очень высокое сечение захвата тепловых нейтронов и поэтому его можно использовать в ядерных материалах и ядерных энергетических установках. Поскольку соединения бора могут поглощать нейтроны, многие ученые рассматривают их в качестве добавок в цемент и бетон. 2еуЬек е! а1. использовали отходы с концентрированными соединениями оксида бора в качестве материала добавки и исследовали нейтронозахватные свойства полученных цементных смесей. Они сделали вывод, что бетонные блоки, изготовленные из такого цемента, можно применять при защите от нейтронного оружия (2еуЬек. 2000). В другом исследовании концентрированные соединения оксида бора смешали с баритом, приготовили борную фритту, добавили в заполнитель бетона с тонким полимерным слоем и таким образом определили, что способность поглощать нейтроны увеличилась в четыре раза по сравнению со стандартными смесями (Οϋηάϋζ, 1982). Сообщалось, что изотоп 10В захватывал нейтроны в системах управления атомных реакторов, в охлаждающих бассейнах, при аварийном закрытии реактора, и что этот изотоп образует Ы и альфа-частицы (Ки1а, 2000).Moreover, boron oxide in studies of boron-containing wastes presented here from literary sources is a very small percentage. In the studies carried out in the framework of this invention, boron oxide is included in the compositions by a high percentage (for example, 10%), and concentrated products with a high content of boron oxide are used. This gives a significant difference in terms of behavior in the structure in which such a content of boron oxide is injected. On the other hand, with regard to the boron oxide compounds obtained according to this invention, many studies have found that external porous insulating plates have acquired the ability to hold neutrons and, due to this property, they can be used in a wider area. In nature, the element boron has two stable isotopes, namely 10 V and 11 V. The prevalence in nature of these isotopes is 19.1-20.3% and 79.7-80.9%, respectively. The 10 V isotope has a very high capture cross section for thermal neutrons and, therefore, can be used in nuclear materials and nuclear power plants. Since boron compounds can absorb neutrons, many scientists consider them as additives in cement and concrete. 2yu ek! a1. used waste with concentrated boron oxide compounds as an additive material and investigated the neutron capture properties of the cement mixtures obtained. They concluded that concrete blocks made of such cement can be used for protection against neutron weapons (2U. 2000). In another study, concentrated boron oxide compounds were mixed with barite, a boric frit was prepared, concrete with a thin polymer layer was added to the aggregate, and thus it was determined that the ability to absorb neutrons increased fourfold compared to standard mixtures (Οϋηάϋζ, 1982). It was reported that the 10 V isotope captured neutrons in the control systems of atomic reactors, in cooling pools, when the reactor was in an emergency shutdown, and that the isotope forms S and alpha particles (Ki1a, 2000).
Краткое описание изобретенияBrief description of the invention
В процессе изготовления строительного материала, являющегося предметом изобретения, в гелевой фазе, приготовленной с водой, были использованы следующие материалы: 1) кварцит; 2) известняк; 3) вода; 4) известь; 5) шлам из отходов; 6) цемент; 7) материал, придающий гидрофобность; 8) газообразующее металлическое вещество и 9) соединения оксида бора.In the process of making a building material, which is the subject of the invention, in the gel phase prepared with water, the following materials were used: 1) quartzite; 2) limestone; 3) water; 4) lime; 5) sludge from waste; 6) cement; 7) material that imparts hydrophobicity; 8) a gas-forming metallic substance; and 9) boron oxide compounds.
Самой важной характеристикой данного исследования является то, что при добавлении в обычную сырьевую смесь, обозначенную пп.1-8, соединений оксида бора (9) получают пористый строительный материал на основе силиката кальция с высокой механической прочностью и низкой плотностью.The most important characteristic of this study is that when a boron oxide compound (9) is added to an ordinary raw material mixture, designated PP.1-8, porous building material based on calcium silicate with high mechanical strength and low density.
Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials
Фиг. 1. Микрофотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМмикрофотография) образца примера 1, не содержащего колеманит.FIG. 1. Micrograph obtained using a scanning electron microscope (SEMmicrograph) sample of example 1, not containing colemanite.
Фиг. 2. СЭМ-микрофотография образца примера 1, содержащего колеманит.FIG. 2. SEM micrograph of a sample of Example 1 containing colemanite.
Фиг. 3. Рентгенодифракционные пики образца примера 1.FIG. 3. X-ray diffraction peaks of the sample of example 1.
Фиг. 4. СЭМ-микрофотография образца примера 2, не содержащего колеманит.FIG. 4. SEM micrograph of the sample of example 2, not containing colemanite.
Фиг. 5. СЭМ-микрофотография образца примера 2, содержащего колеманит.FIG. 5. SEM micrograph of a sample of Example 2 containing colemanite.
Фиг. 6. Рентгенодифракционные пики образца примера 2.FIG. 6. X-ray diffraction peaks of the sample of example 2.
Фиг. 7. СЭМ-микрофотография образца примера 3, не содержащего колеманит.FIG. 7. SEM micrograph of sample 3 without colemanite.
- 6 029640- 6 029640
Фиг. 8. СЭМ-микрофотография образца примера 3, содержащего колеманит.FIG. 8. SEM micrograph of a sample of Example 3 containing colemanite.
Фиг. 9. Рентгенодифракционные пики образца примера 3.FIG. 9. X-ray diffraction peaks of the sample of example 3.
Фиг. 10. Расширенный отчет по идентификации пиков образца примера 3.FIG. 10. Advanced report on the identification of the peaks of sample 3.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
Смесь, содержащую кварцит, известняк и воду, гранулируют в водяной мельнице и под напором подают в резервуары, и такая водная смесь называется грунтовым шламом. Эта смесь, которую получают после мокрого гранулирования газобетона и возвращения его с операции разрезания в рамках производственного процесса, называется шлам из отходов.The mixture containing quartzite, limestone and water is granulated in a water mill and fed to tanks under pressure, and this water mixture is called groundwater sludge. This mixture, which is obtained after wet granulation of aerated concrete and returning it from a cutting operation as part of the production process, is called sludge from waste.
Смесь, содержащую воду, грунтовый шлам (кварцит, известняк и вода), оксид бора, гидрофобный материал, шлам из отходов, известь и цемент, соответственно заливают в основной смеситель, после этого добавляют алюминий и все эти сырьевые материалы смешивают, а полученную смесь выливают в пресс-формы.The mixture containing water, soil sludge (quartzite, limestone and water), boron oxide, hydrophobic material, sludge from waste, lime and cement, respectively, is poured into the main mixer, then aluminum is added and all these raw materials are mixed, and the mixture is poured in the mold.
Образцы составов продуктов разной номенклатуры, изготовленных в процессе исследований в рамках данного изобретения, и характеристики продуктов приведены ниже.Samples of the compositions of products of different nomenclature, made in the process of research in the framework of this invention, and the characteristics of the products are given below.
Пример 1Example 1
Таблица 2. Состав образца примера 1Table 2. The composition of the sample of example 1
П плтмл/хт· ΊΊΕ9ΩΩ кг/»1^P pltml / xt · 9ΩΩ kg / "1 ^
Ниже приведена таблица характеристик механической проводимости и теплопроводности продукта, изготовленного в примере 1.Below is a table of characteristics of mechanical conductivity and thermal conductivity of the product manufactured in example 1.
Таблица 3. Значения механической проводимости и теплопроводности, полученные в примере 1Table 3. The values of mechanical conductivity and thermal conductivity obtained in example 1
Пример 2Example 2
Таблица 4. Состав образца примера 2Table 4. The composition of the sample of example 2
Ниже приведена таблица характеристик механической проводимости и теплопроводности продукта, изготовленного в примере 2.Below is a table of the characteristics of the mechanical conductivity and thermal conductivity of the product manufactured in example 2.
Таблица 5. Значения механической проводимости и теплопроводности, полученные в примере 2 Прочность на сжатие (Н/мм2) ' 'Table 5. The values of mechanical conductivity and thermal conductivity obtained in example 2 Compressive strength (N / mm 2 ) ''
- 7 029640- 7 029640
Пример 3Example 3
Таблица 6. Состав образца примера 3Table 6. The composition of the sample of example 3
Ниже приведена таблица характеристик механической проводимости и теплопроводности продукта, изготовленного в примере 3.Below is a table of the characteristics of mechanical conductivity and thermal conductivity of the product manufactured in example 3.
Таблица 7. Значения механической проводимости и теплопроводности, полученные в примере 3Table 7. The values of mechanical conductivity and thermal conductivity obtained in example 3
Колеманит, который добавляют в составы в увеличивающихся количествах (табл. 1, 3 и 5), повышает расход кварца (ф) в структуре и обеспечивает добавку для образования тоберморита (Т) и гидросиликата кальция (С8Н). Так что на фиг. 3, 6, 9 пиковые интенсивности кварца уменьшились, а пиковые интенсивности тоберморита и гидросиликата кальция увеличились.Colemanite, which is added to the compositions in increasing amounts (Tables 1, 3, and 5), increases the consumption of quartz (f) in the structure and provides an additive for the formation of tobermorite (T) and calcium hydrosilicate (C8H). So in FIG. 3, 6, 9 peak quartz intensities decreased, and peak intensities of tobermorite and calcium hydrosilicate increased.
Без колеманита, добавляемого в составы, вместо бесформенных пор, образующихся в стандартной (не содержащей колеманит) структуре (фиг. 1, 4 и 7), можно получить поры равных размеров, более сферические по форме, более равномерные и имеющие более острые края (фиг. 2, 5 и 8).Without colemanite added to the compositions, instead of shapeless pores formed in the standard (not containing colemanite) structure (FIGS. 1, 4 and 7), pores of equal sizes can be obtained, more spherical in shape, more uniform and having sharper edges (FIG. 2, 5 and 8).
Было отмечено, что добавляемый в составы колеманит поглощает газ, выделяющийся во время выпуска газообразного водорода, вызываемого порообразующим веществом, добавляемым в смесь сырьевых материалов, и что это вызывает образование кристаллического ΝαΒΗ4 (борогидрида натрия) по мере воздействия тепла и давления внутри среды (фиг. 3, 6, 9 и 10).It was noted that the colemanite added to the compositions absorbs the gas released during the release of gaseous hydrogen caused by the pore-forming substance added to the raw material mixture, and that this causes the formation of crystalline ΝαΒΗ 4 (sodium borohydride) as heat and pressure are applied inside the medium (FIG. 3, 6, 9 and 10).
Производство материалов, чьи нейтронозахватные свойства были улучшены с помощью теплоизоляционных пластин, изготовленных с добавкой колеманита, подмешанной к составам, и их использование на стадиях применения высокоинтенсивных изделий является очень важным для расширения сферы применения таких изделий.The production of materials whose neutron-capture properties have been improved by using heat-insulating plates made with the addition of colemanite mixed with the compositions, and their use in the stages of using high-intensity products is very important for expanding the scope of application of such products.
В процесс изготовления предложенного изобретением материала на основе силиката кальция, который содержал соединения оксида бора, использовали гидрофобный материал, например такой, который упоминается в патенте ЕР 0997469 А1 (пример 2), и после завершения отверждения изготовленного строительного материала его гидрофобные свойства повышались.In the manufacturing process of the calcium silicate material proposed by the invention, which contained boron oxide compounds, a hydrophobic material was used, for example, as mentioned in patent EP 0997469 A1 (example 2), and after the curing of the manufactured building material was completed, its hydrophobic properties increased.
Таким образом, улучшились механические характеристики строительного материала и теплоизоляционных пластин, имеющих разные интенсивности, которые получали благодаря вышеописанным добавкам соединений оксида бора, также увеличились значения коэффициента А, улучшились нейтронозахватные свойства и одновременно улучшился модуль упругости, который является показателем жесткости.Thus, the mechanical characteristics of building material and heat-insulating plates with different intensities, which were obtained due to the addition of boron oxide compounds described above, improved, the values of coefficient A also increased, the neutron-capture properties improved, and the elastic modulus simultaneously improved, which is an indicator of rigidity.
Предлагаемый изобретением строительный материал можно применять в качестве опорного материала и использовать как строительный материал для стенового заполнения фахверка, в качестве наполнителя покрытия пола, для фасадных панелей, в качестве заранее изготовленного упрочненного строительного материала, для изготовления теплоизоляционных блоков и пластин, строительных блоков и плит, защищающих от радиоактивности.The construction material proposed by the invention can be used as a supporting material and used as a building material for wall-filling of a half-timbered frame, as a filler for the floor covering, for facade panels, as a pre-fabricated reinforced building material, for the manufacture of insulation blocks and plates, building blocks and plates, protecting from radioactivity.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TR201208405 | 2012-07-18 | ||
| PCT/TR2013/000223 WO2014014428A1 (en) | 2012-07-18 | 2013-07-10 | Building material based on calcium silicate comprising boron oxide compounds |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201500016A1 EA201500016A1 (en) | 2015-06-30 |
| EA029640B1 true EA029640B1 (en) | 2018-04-30 |
Family
ID=49378541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201500016A EA029640B1 (en) | 2012-07-18 | 2013-07-10 | Mixture of raw materials used for the production of porous building material based on calcium silicate |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2874972A1 (en) |
| EA (1) | EA029640B1 (en) |
| TN (1) | TN2015000016A1 (en) |
| WO (1) | WO2014014428A1 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2605841T3 (en) * | 2014-06-13 | 2017-03-16 | Adana Cimento Sanayii T.A.S. | Self-cleaning and air purification cement |
| CN107522421B (en) * | 2017-08-16 | 2019-12-17 | 湖南瑞信混凝土有限公司 | Concrete mineral admixture, preparation method thereof and concrete |
| CN112341074A (en) * | 2019-08-08 | 2021-02-09 | 廊坊荣盛混凝土有限公司 | Waste slurry concrete and preparation method thereof |
| CN116161942B (en) * | 2023-03-22 | 2024-05-31 | 东北大学 | Method for preparing magnesium oxysulfide board by utilizing boric sludge base material |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE722094C (en) * | 1937-07-28 | 1942-06-30 | Karl Ivar Anders Eklund | Process for the production of highly porous lightweight bodies |
| GB1107263A (en) * | 1963-10-02 | 1968-03-27 | Raymund Ball | Improvements in or relating to lightweight cellular concrete |
| WO2002036522A1 (en) * | 2000-11-03 | 2002-05-10 | Isibims Hafif Yapi Elemanlari Maden Insaat Sanayi Ve Ticaret A.S. | Lightweight, heat insulating, high mechanical strength shaped product and method of producing the same |
| EP2371783A1 (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-05 | Xella Technologie- und Forschungsgesellschaft mbH | Porous concrete moulded part and method for its manufacture |
| WO2012087259A2 (en) * | 2010-12-25 | 2012-06-28 | Peryum Araştirma Geliştirme İnşaat Makine Elektronik Danişmanlik Hizmetleri Sanayi Ticaret Limited Şirketi | Alternative isolation / building materials and production method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19849308A1 (en) | 1998-10-27 | 2000-05-04 | Degussa | Aminopropyl functional siloxane oligomers |
-
2013
- 2013-07-10 WO PCT/TR2013/000223 patent/WO2014014428A1/en active Application Filing
- 2013-07-10 EP EP13777172.1A patent/EP2874972A1/en not_active Withdrawn
- 2013-07-10 EA EA201500016A patent/EA029640B1/en not_active IP Right Cessation
-
2015
- 2015-01-12 TN TNP2015000016A patent/TN2015000016A1/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE722094C (en) * | 1937-07-28 | 1942-06-30 | Karl Ivar Anders Eklund | Process for the production of highly porous lightweight bodies |
| GB1107263A (en) * | 1963-10-02 | 1968-03-27 | Raymund Ball | Improvements in or relating to lightweight cellular concrete |
| WO2002036522A1 (en) * | 2000-11-03 | 2002-05-10 | Isibims Hafif Yapi Elemanlari Maden Insaat Sanayi Ve Ticaret A.S. | Lightweight, heat insulating, high mechanical strength shaped product and method of producing the same |
| EP2371783A1 (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-05 | Xella Technologie- und Forschungsgesellschaft mbH | Porous concrete moulded part and method for its manufacture |
| WO2012087259A2 (en) * | 2010-12-25 | 2012-06-28 | Peryum Araştirma Geliştirme İnşaat Makine Elektronik Danişmanlik Hizmetleri Sanayi Ticaret Limited Şirketi | Alternative isolation / building materials and production method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201500016A1 (en) | 2015-06-30 |
| EP2874972A1 (en) | 2015-05-27 |
| TN2015000016A1 (en) | 2016-06-29 |
| WO2014014428A1 (en) | 2014-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yao et al. | Hydration study and characteristic analysis of a sulfoaluminate high-performance cementitious material made with industrial solid wastes | |
| Darsanasiri et al. | Ternary alkali aluminosilicate cement based on rice husk ash, slag and coal fly ash | |
| Zhou et al. | Sewage sludge ash: A comparative evaluation with fly ash for potential use as lime-pozzolan binders | |
| Chang et al. | Effects of gypsum and phosphoric acid on the properties of sodium silicate-based alkali-activated slag pastes | |
| Wu et al. | The influence of chemical admixtures on the strength and hydration behavior of lime-based composite cementitious materials | |
| Mobili et al. | Calcium sulfoaluminate and alkali-activated fly ash cements as alternative to Portland cement: Study on chemical, physical-mechanical, and durability properties of mortars with the same strength class | |
| Karrech et al. | Sustainable geopolymer using lithium concentrate residues | |
| CN103332877B (en) | Method for preparing inorganic cementing material by using dredged silt | |
| Garg et al. | Comprehensive study of fly ash binder developed with fly ash–alpha gypsum plaster–Portland cement | |
| Cao et al. | Preparation and characterization of high-strength calcium silicate boards from coal-fired industrial solid wastes | |
| Sun et al. | Influence of carbonation on chloride binding of mortars made with simulated marine sand | |
| Li et al. | Phase transformation of iron ore tailings during autoclaved curing | |
| EA029640B1 (en) | Mixture of raw materials used for the production of porous building material based on calcium silicate | |
| Bumanis | The effect of alkaline material particle size on adjustment ability of buffer capacity | |
| Song et al. | Production of lightweight cementless binders using supplementary cementitious materials to replace autoclaved aerated concrete blocks | |
| Jin et al. | Performance of magnesium oxysulfate (MOS) cement with granite powders after combined sulfate and chloride attacks | |
| Jia et al. | A review on the application of circulating fluidized bed fly ash in building materials | |
| Chen et al. | Pre-carbonation of calcium carbide slag for the preparation of eco-friendly mortars | |
| Lorenzo et al. | Activation of pozzolanic reaction of hydrated portland cement fly ash pastes in sulfate solution | |
| Deraman et al. | A review on processing and properties of bottom ash based geopolymer materials | |
| CN115403312A (en) | High-sulfur tailing cementing material and preparation method and application thereof | |
| Zhang et al. | Interaction of various parameters on the properties of semi-dry gypsum-based blocks produced by compression forming method | |
| Kubatová et al. | Thermal behaviour of inorganic aluminosilicate polymer based on cement kiln dust | |
| CN109734406B (en) | Ceramic tile polishing mud and the heat insulating porous material of diatom soil matrix and preparation method thereof | |
| Štěpánková et al. | Utilization of by-pass cement kiln dust in alkali-activated materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |