PL248595B1 - Sposób chemicznej aktywacji odpadowego amorficznego żużla pomiedziowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób chemicznej aktywacji odpadowego, amorficznego żużla pomiedziowego, który przeznaczony jest do zastosowania w kompozytach cementowych.

Istnieją różne sposoby aktywacji lub funkcjonalizacji powierzchni ziaren materiałów proszkowych stosowanych w budownictwie. Obecnie najpopularniejszymi z nich są sposoby fizyczne, takie jak mielenie, teksturowanie czy szlifowanie, oraz sposoby chemiczne polegające na aktywacji powierzchni z wykorzystaniem cząstek węgla, na przykład nanorurek, czy nałożenie środków chemicznych mających za zadanie wywołać pożądany efekt. Jednym ze sposobów jest wykorzystanie mieszaniny gazów technicznych do karbonatyzacji bezpośredniej w śr odowisku wodnym, korzystnie zasadowym, materiałów sypkich. Żużel pomiedziowy jest odpadem powstającym w procesie produkcji miedzi, który jest kruszony i składowany na hałdach, z uwagi, iż nie posiada obecnie istotnego wykorzystania przemysłowego nie jest on wykorzystywany przemysłowo poza marginalnymi przypadkami. Ten rodzaj żużla charakteryzuje się tym, iż z punktu widzenia krystalografii jest on materiałem amorficznym, to jest nie wykazuje istotnych faz krystalicznych, a w większości składa się z fazy szklistej. Materiał ten jest stosunkowo twardy, a jego uziarnienie może być zróżnicowane w zależności od procesu, w którym powstał, niemniej zazwyczaj wielkość jego ziaren mieści się w zakresie 0-5 mm.

Kompozyty cementowe wykazują się znacznym śladem środowiskowym, który związany jest przede wszystkim z dużą emisją dwutlenku węgla (CO2) w procesie wypalania klinkieru portlandzkiego oraz emisji chemicznej w procesie jego hydratacji. Dlatego od lat wynajdowane są sposoby ograniczania zużycia ilości klinkieru portlandzkiego z wykorzystaniem składników drugorzędnych, które pozwolą na utrzymanie właściwości kompozytu cementowego przy jednoczesnym zastąpieniu części klinkieru portlandzkiego. W literaturze przedmiotu można znaleźć modele chemiczne wskazujące, że karbonatyzacja bezpośrednia w środowisku wodnym (zasadowym) materiałów sypkich składających się z faz krystalicznych, szczególnie kalcytu i innych odmian wapnia, może prowadzić do wykształcenia się na ich powierzchni węglanu wapnia. Jest to pożądany efekt w kompozytach cementowych, z uwagi, iż węglan wapnia jest składnikiem cementu, który decyduje o właściwościach mechanicznych kompozytu, szczególnie we wczesnej fazie, to jest od zmieszania cementu z wodą i startu reakcji hydratacji. Powyższa technologia pozwoliła na zmniejszenie ilości stosowania klinkieru portlandzkiego w cementach wieloskładnikowych nawet o 30%.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego sposobu chemicznej aktywacji mieszaniną gazów technicznych odpadowego, amorficznego żużla pomiedziowego.

Sposób chemicznej aktywacji odpadowego, amorficznego żużla pomiedziowego, w którym przy użyciu gazów technicznych w zasadowym środowisku wodnym prowadzi się karbonatyzację bezpośrednią amorficznego żużla pomiedziowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, iż w proporcji masowej 1 : 5 miesza się amorficzny żużel pomiedziowy z 0,3 molowym roztworem wodorotlenku sodu, a następnie powyższą mieszaninę w trakcie jej mieszania przepłukuje się podawanym w proporcji w stosunku objętościowym 1 : 2 azotem oraz dwutlenkiem węgla (odpowiednio), przy czym proces przepłukiwania prowadzi się aż do krystalizacji na powierzchni ziaren żużla pomiedziowego amorficznego kryształów aragonitu, będącego polimorficzną formą węglanu wapnia.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, iż efektem karbonizacji są zmiany zarówno w strukturze krystalicznej jak i przede wszystkim w amorficznej żużla pomiedziowego.

Przykład

200 g oczyszczonego i przesianego przez sito o oczku o bokach 1,0 mm amorficznego żużla pomiedziowego wsypuje się do szklanego naczynia laboratoryjnego (zlewki) o objętości min. 2 litrów. Następnie do naczynia wlewa się 1 kilogram 0,3 molowego wodnego roztworu wodorotlenku sodu i zawartość naczynia miesza się przy użyciu wirnika laboratoryjnego. Proces prowadzi się w temperaturze 21°C bądź wyższej. Mieszaninę miesza się minimum 3 minuty aż do uzyskania efektu uniesienia w cieczy wszystkich cząstek stałych. Następnie do zamkniętego naczynia z mieszaniną wprowadza się wężami gazowymi dwa gazy: dwutlenek węgla - przepływ 4 l/min oraz azot - przepływ 8 l/min. Gazy dozuje się przez 1 godzinę mieszając jednocześnie mieszaninę z prędkością 50 rpm. Podczas powyższego mieszania temperaturę mieszaniny utrzymuje się na poziomie minimum 21°C stopni, a jej pH na poziomie 11. Powyższe parametry stabilizuje się korektą przepływu gazów. Po powyższym procesie mieszaninę przesącza się przez sączek zapewniający oddzielenie proszku od cieczy, a następnie proszek suszy się z wykorzystaniem suszarki laboratoryjnej przez co najmniej 1 godzinę w temperaturze 110°C.

Powyższy proces prowadzi do krystalizacji na powierzchni ziaren amorficznego żużla pomiedziowego kryształów aragonitu. Amorficzny żużel pomiedziowy aktywowany sposobem według wynalazku jest materiałem, który w ilościach ustalanych doświadczalnie może zastępować część cementu lub klinkieru portlandzkiego (maksymalna ilość zależna od pożądanego efektu) w kompozytach cementowych. Metodą weryfikacji wpływu sposobu według wynalazku na powierzchnie materiałów sypkich, w celu potwierdzenia obecności kryształów aragonitu, jest Skaningowa Mikroskopia Elektronowa (SEM) oraz Transmisyjna Mikroskopia Elektronowa (TEM).

Claims (1)

1. Sposób chemicznej aktywacji odpadowego, amorficznego żużla pomiedziowego, w którym przy użyciu gazów technicznych w zasadowym środowisku wodnym prowadzi się karbonatyzację bezpośrednią amorficznego żużla pomiedziowego, znamienny tym, że w proporcji masowej 1 : 5 miesza się amorficzny żużel pomiedziowy z 0,3 molowym roztworem wodorotlenku sodu, a następnie powyższą mieszaninę w trakcie jej mieszania przepłukuje się podawanym w proporcji w stosunku objętościowym 1 : 2 azotem oraz dwutlenkiem węgla, przy czym proces przepłukiwania prowadzi się aż do krystalizacji na powierzchni ziaren amorficznego żużla pomiedziowego kryształów aragonitu.