RU2804940C1 - Geopolymer composite - Google Patents

Geopolymer composite Download PDF

Info

Publication number
RU2804940C1
RU2804940C1 RU2023112593A RU2023112593A RU2804940C1 RU 2804940 C1 RU2804940 C1 RU 2804940C1 RU 2023112593 A RU2023112593 A RU 2023112593A RU 2023112593 A RU2023112593 A RU 2023112593A RU 2804940 C1 RU2804940 C1 RU 2804940C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waste
iron ore
sodium silicate
ash
solution
Prior art date
Application number
RU2023112593A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Анатольевна Петрова
Иван Павлович Сверчков
Юрий Дмитриевич Смирнов
Александр Алексеевич Турковский
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2804940C1 publication Critical patent/RU2804940C1/en

Links

Abstract

FIELD: construction materials.
SUBSTANCE: production of facing material in the form of building bricks, which allows for efficient disposal of large volumes of waste, both iron ore and ash and slag waste, with subsequent use to obtain useful products. The geopolymer composite includes components in the following ratio, wt.%: iron ore enrichment waste – 54.55-54.84, solid fuel combustion ash – 17.58-18.18, sodium silicate solution – 27.27-27.58.
EFFECT: creation of a composition with high strength properties and recycling of production waste.
1 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к производству облицовочного материала в виде строительного кирпича, позволяет эффективно утилизировать большие объемы отходов, как железорудных, так и золошлаковых отходов, с последующим использованием для получения полезной продукции.The invention relates to the production of building materials, in particular to the production of facing material in the form of building bricks, which allows for the efficient disposal of large volumes of waste, both iron ore and ash waste, with subsequent use to obtain useful products.

Известна геополимерная вяжущая система для жаростойких бетонов (патент № 2664723, опубл. 22.08.2018) содержащая по меньшей мере, один тонкодисперсный аморфный алюмосиликат, где данный тонкодисперсный алюмосиликат находится в виде метакаолина, отожженной глины, кирпичной муки, каменноугольной летучей золы, доменного шлака; муку известково-песчаного камня и/или аморфный кремнезем, причем в качестве активатора содержится комбинация из, по меньшей мере, двух магниевых компонентов (Mg-компоненты), которые реагируют с водой по щелочному механизму, и при этом по-разному во времени реагируют с вяжущим с образованием геополимера, причем магниевые компоненты проявляют разную химическую активность по отношению к влаге воздуха и по отношению к вяжущему.A geopolymer binder system for heat-resistant concrete is known (patent No. 2664723, published on August 22, 2018) containing at least one finely dispersed amorphous aluminosilicate, where this finely dispersed aluminosilicate is in the form of metakaolin, annealed clay, brick flour, coal fly ash, blast furnace slag; lime-sand stone flour and/or amorphous silica, wherein the activator contains a combination of at least two magnesium components (Mg-components), which react with water according to an alkaline mechanism, and at the same time react differently with time binder with the formation of a geopolymer, and the magnesium components exhibit different chemical activity in relation to air moisture and in relation to the binder.

Недостатком данной смеси является недостаточные показатели прочности для производства облицовочного материала.The disadvantage of this mixture is its insufficient strength for the production of facing material.

Известно водозатворяемое геополимерное композиционное вяжущее (патент № 2780901, опубл 10.04.2022), содержащее в качестве алюмосиликатного компонента термоактивированную полиминеральную монтмориллонит-каолинитовую глину, в качестве минеральных наполнителей доломит и термоактивированный известняк, а в качестве щелочного активатора пятиводный метасиликат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: термоактивированная монтмориллонит-каолинитовая глина - 25,6-35,7; термоактивированный известняк - 25,6-35,7; доломит - 14-34,2; пятиводный метасиликат натрия Na2SiO3 5H2O - 14,6.A water-curing geopolymer composite binder is known (patent No. 2780901, published April 10, 2022), containing thermally activated polymineral montmorillonite-kaolinite clay as an aluminosilicate component, dolomite and thermally activated limestone as mineral fillers, and sodium metasilicate pentahydrate as an alkaline activator, with the following ratio wearing components , wt.%: thermally activated montmorillonite-kaolinite clay - 25.6-35.7; thermally activated limestone - 25.6-35.7; dolomite - 14-34.2; sodium metasilicate pentahydrate Na 2 SiO 3 5H 2 O - 14.6.

Недостатком данного состава является необходимость в термической активации компонентов смеси при высоких температурах для получения исходного сырья.The disadvantage of this composition is the need for thermal activation of the mixture components at high temperatures to obtain the feedstock.

Известны геополимерные агрегаты (патент № 2701954, опубл. 17.12.2015), включающие: пористые агрегаты, содержащие алюмосиликатные наночастицы, при этом: средний размер алюмосиликатных наночастиц составляет от примерно 5 нм до примерно 60 нм, большая часть пористых агрегатов характеризуется размером от примерно 50 нм до примерно 1 мкм, и большая часть пор между алюмосиликатными наночастицами в пористых агрегатах характеризуется шириной пор от примерно 2 нм до примерно 100 нм, при этом пористые агрегаты содержат до примерно 0,5% вес. сопряженных анионов кислот, включая сульфаты, нитраты, хлориды и ацетаты.Geopolymer aggregates are known (patent No. 2701954, published on December 17, 2015), including: porous aggregates containing aluminosilicate nanoparticles, wherein: the average size of aluminosilicate nanoparticles ranges from about 5 nm to about 60 nm, most of the porous aggregates are characterized by a size of about 50 nm to about 1 μm, and most of the pores between the aluminosilicate nanoparticles in the porous aggregates have pore widths ranging from about 2 nm to about 100 nm, with the porous aggregates containing up to about 0.5 wt%. conjugate acid anions, including sulfates, nitrates, chlorides and acetates.

Недостатком данного продукта является необходимость дополнительной масштабной подготовки по измельчению/получению отходов мелкой фракции, необходимой для данного состава.The disadvantage of this product is the need for additional large-scale preparation for grinding/receiving the fine fraction waste required for this composition.

Известны геополимерные композиционные связующие с заданными характеристиками для цемента и бетона (патент № 2517729, опубл. 27.05.2014) содержащий: (i) по меньшей мере одну летучую золу, содержащую оксид кальция в количестве меньшем или равном 15 вес.%; (ii) по меньшей мере один ускоритель гелеобразования; и (iii) по меньшей мере один ускоритель твердения, имеющий состав, отличный от состава указанной по меньшей мере одной летучей золы.Geopolymer composite binders with specified characteristics for cement and concrete are known (patent No. 2517729, published on May 27, 2014) containing: (i) at least one fly ash containing calcium oxide in an amount less than or equal to 15 wt.%; (ii) at least one gelling accelerator; and (iii) at least one hardening accelerator having a composition different from the composition of the at least one fly ash.

Недостатком данного состава является использование дополнительных компонентов в виде ускорителей твердения, в составе которых могут использоваться вещества, обладающие высокой токсичностью.The disadvantage of this composition is the use of additional components in the form of hardening accelerators, which may contain substances that are highly toxic.

Известен геополимерный композит для бетона ультравысокого качества (патент № 2599742, опубл 10.10.2016) содержащий: связующее вещество, содержащее, по меньшей мере, один химически активный алюмосиликат и, по меньшей мере, один химически активный щелочноземельный алюмосиликат; щелочную активирующую присадку, содержащую водный раствор: по меньшей мере, одного вещества из гидроокиси натрия и гидроокиси калия, и по меньшей мере, одного вещества из кремнеземного дыма, стекла из силиката натрия, стекла из силиката калия, раствора силиката натрия и раствора силиката калия; и один или более заполнителей.A geopolymer composite for ultra-high quality concrete is known (patent No. 2599742, published on October 10, 2016) containing: a binder containing at least one reactive aluminosilicate and at least one reactive alkaline earth aluminosilicate; an alkaline activator containing an aqueous solution of at least one of sodium hydroxide and potassium hydroxide, and at least one of silica fume, sodium silicate glass, potassium silicate glass, sodium silicate solution and potassium silicate solution; and one or more fillers.

Недостатком данной смеси является использование в составе материала водных растворов, которые негативно влияют на прочностные характеристики конечного продукта.The disadvantage of this mixture is the use of aqueous solutions in the material, which negatively affect the strength characteristics of the final product.

Известен способ получения геополимера с регулируемой пористостью (патент № 2503617, опубл. 23.04.2009), взятый за прототип, содержащий стадию растворения/поликонденсации алюмосиликатного сырья в активирующем растворе, который при необходимости может содержать силикатные компоненты, и содержит следующие последовательные этапы, на которых: задают характеристику общей пористости получаемого геополимера; определяют значение, по меньшей мере, для одного параметра, выбранного из группы, в которую входят общее количество воды и гранулометрический состав необязательных силикатных компонентов, которое позволяет получить указанную характеристику общей пористости; выбирают указанное предварительно определенное значение.There is a known method for producing a geopolymer with controlled porosity (patent No. 2503617 , published on April 23, 2009), taken as a prototype, containing the stage of dissolution/polycondensation of aluminosilicate raw materials in an activating solution, which, if necessary, may contain silicate components, and contains the following sequential stages, in which : specify the characteristics of the overall porosity of the resulting geopolymer; determining a value for at least one parameter selected from the group that includes the total amount of water and the particle size distribution of optional silicate components, which allows to obtain the specified characteristic of the total porosity; select the specified predetermined value.

Недостатком данного состава является использование сильнощелочных активаторов, которые могут осложнить процесс производства готовых изделий.The disadvantage of this composition is the use of highly alkaline activators, which can complicate the production process of finished products.

Техническим результатом является создание состава с высокими прочностными свойствами и утилизацией отходов производства.The technical result is the creation of a composition with high strength properties and recycling of production waste.

Технический результат достигается тем, что дополнительно вводят золу сжигания твердого топлива, а в качестве алюмосиликатного компонента используют отходы обогащения железной руды, при следующем соотношении компонентов, масс.%:The technical result is achieved by additionally introducing solid fuel combustion ash, and iron ore enrichment waste is used as an aluminosilicate component, with the following component ratio, wt.%:

отходы обогащения железной рудыiron ore processing waste 54,55 - 54,84,54.55 - 54.84, зола сжигания твердого топливаsolid fuel combustion ash 18,18 - 17,58,18.18 - 17.58, раствор силиката натрияsodium silicate solution 27,27 - 27,58. 27.27 - 27.58.

Заявляемый геополимерный композит включает в себя следующие реагенты и товарные продукты, их содержащие:The inventive geopolymer composite includes the following reagents and commercial products containing them:

- отходы обогащения железной руды 48,35 - 47,81 %, код ФККО 22130000000;- iron ore enrichment waste 48.35 - 47.81%, FKKO code 22130000000;

- зола сжигания твердого топлива 16,12-16,38 %, код ФККО 61100000000;- solid fuel combustion ash 16.12-16.38%, FKKO code 61100000000;

- силикат натрия 27,27 - 27,58 % в виде раствора, выпускаемый по ГОСТ 13078-81.- sodium silicate 27.27 - 27.58% in the form of a solution, produced in accordance with GOST 13078-81.

Отходы обогащения железной руды - основной компонент геополимерного композита, который накапливается в хвостохранилищах обогатительных комбинатов. Химический состав данного отхода определялся методом рентенофлуоресцентной спектроскопии и представлен в таблице 1:Waste from iron ore processing is the main component of the geopolymer composite, which accumulates in the tailings of processing plants. The chemical composition of this waste was determined by X-ray fluorescence spectroscopy and is presented in Table 1:

Таблица 1 – Химический состав отходов обогащения железной рудыTable 1 – Chemical composition of iron ore processing waste ВеществоSubstance Масс. %Mass. % SiO2 SiO2 71,471.4 Fe2O3 Fe2O3 _ 18,018.0 MgOMgO 4,174.17 CaOCaO 3,383.38 Al2O3 Al2O3 _ 2,032.03 K2O K2O 0,740.74 Na2O Na2O 0,620.62 P2O5 P2O5 _ 0,2060.206 MnOMnO 0,0920.092 TiO2 TiO2 0,0550.055

Применение отходов обогащения железной руды увеличивает прочность конечного продукта.The use of iron ore enrichment waste increases the strength of the final product.

Зола сжигания твердого топлива – дополнительный компонент в составе геополимерного композита. Химический состав данного отхода также определялся методом рентенофлуоресцентной спектроскопии и представлен в таблице 2:Solid fuel combustion ash is an additional component in the geopolymer composite. The chemical composition of this waste was also determined by X-ray fluorescence spectroscopy and is presented in Table 2:

Таблица 2 – Химический состав золы сжигания твердого топливаTable 2 – Chemical composition of solid fuel combustion ash ВеществоSubstance Масс. %Mass. % SiO2 SiO2 41,841.8 Fe2O3 Fe2O3 _ 8,38.3 MgOMgO 4,84.8 CaOCaO 12,012.0 Al2O3 Al2O3 _ 11,011.0 K2O K2O 1,31.3 Na2O Na2O 0,90.9 P2O5 P2O5 _ 0,50.5 MnOMnO 0,10.1 TiO2 TiO2 0,70.7 SO3 SO 3 2,02.0 СWITH 14,514.5 НN 1,71.7 NN 0,40.4

Применение золы сжигания твердого топлива служит для увеличения прочностных характеристик за счет находящихся в его составе алюмосиликатных соединений.The use of solid fuel combustion ash serves to increase the strength characteristics due to the aluminosilicate compounds contained in its composition.

Применение силиката натрия, в виде раствора, является достаточным, чтобы стать щелочным активатором и обладать необходимыми свойствами для протекания реакции геополимеризации.The use of sodium silicate, in the form of a solution, is sufficient to become an alkaline activator and have the necessary properties for the geopolymerization reaction to occur.

Получение геополимерного композита с устойчивыми характеристиками заключается в следующем:Obtaining a geopolymer composite with stable characteristics is as follows:

Размер частиц золы от сжигания твердого топлива и отходов обогащения железной руды не должен превышать 200 мкм для наиболее полного протекания реакции геополимеризации. Для этого, предварительно высушенные до воздушно-сухого состояния образцы, измельчались с помощью лабораторной роторной мельницы до необходимого размера зерен.The size of ash particles from the combustion of solid fuels and iron ore enrichment waste should not exceed 200 microns for the most complete occurrence of the geopolymerization reaction. To do this, the samples, previously dried to an air-dry state, were crushed using a laboratory rotary mill to the required grain size.

В различных пропорциях готовилось несколько растворов с разными содержанием золы и различными режимами температурной обработки. Растворы переливались в закрытый контейнер и в течение 24 часов высушивались естественным образом. Для приготовления раствора используется лабораторная мешалка с верхним приводом. Перемешивание производится на непоглощающей тарелке для смешивания. Первоначально отходы обогащения железной руды и золу сжигания твердого топлива смешивают в соответствии с указанной пропорцией в течение, примерно, двух минут с последующим постепенным добавлением к ним щелочного раствора. Как только раствор готов, его заливают в соответствующие формы в три слоя, тщательно утрамбовывая каждый слой с помощью трамбовочного стержня для достижения полного уплотнения. Все готовые образцы хранятся при стандартных условиях. Температурная обработка всех образцов производилось после окончательного схватывания раствора при 50°С на протяжении 24 часов.Several solutions with different ash contents and different temperature treatment regimes were prepared in different proportions. The solutions were poured into a closed container and dried naturally within 24 hours. To prepare the solution, a laboratory mixer with a top drive is used. Mixing is done on a non-absorbent mixing plate. Initially, iron ore enrichment waste and solid fuel combustion ash are mixed in accordance with the specified proportion for about two minutes, followed by gradual addition of an alkaline solution. Once the mortar is ready, it is poured into the appropriate molds in three layers, carefully compacting each layer using a tamping rod to achieve complete compaction. All finished samples are stored under standard conditions. Temperature treatment of all samples was carried out after the final setting of the solution at 50°C for 24 hours.

В лабораторных условиях были изготовлены 6 составов геополимерного композита. Каждый состав поясняется следующими примерами, а результаты представлены на таблице 3.6 geopolymer composite compositions were produced in laboratory conditions. Each composition is explained by the following examples, and the results are presented in Table 3.

Пример №1.Example No. 1.

В состав данного образца входят исключительно отходы обогащения железной руды и силикат натрия в виде раствора. В непоглощающую емкость наливается силикат натрия в объеме 80 мл, а затем в небольших количествах добавляются отходы обогащения железной руды в количестве 240 грамм. Раствор тщательно перемешивается с помощью лабораторной мешалки с верхним приводом. После того как раствор принимает однородную массу, его заливают в форму и оставляют при стандартных условиях на 24 часа. По истечению 24 часов состав не застыл, что не является положительным результатом. Это объясняется отсутствием дополнительных компонентов с высоким содержанием алюминия и железа.This sample contains exclusively iron ore enrichment waste and sodium silicate in the form of a solution. Sodium silicate in a volume of 80 ml is poured into a non-absorbent container, and then iron ore enrichment waste in an amount of 240 grams is added in small quantities. The solution is thoroughly mixed using a top-drive laboratory stirrer. After the solution becomes a homogeneous mass, it is poured into the mold and left under standard conditions for 24 hours. After 24 hours, the composition has not hardened, which is not a positive result. This is due to the absence of additional components with a high content of aluminum and iron.

Пример №2.Example No. 2.

В данном составе представлены отходы обогащения железной руды, зола от сжигания твердого топлива и силиката натрия. В непоглощающую емкость наливается силикат натрия в объеме 85 мл, а затем в небольших количествах добавляется смесь из отходов обогащения железной руды массой 180 г и золы сжигания твердого топлива массой 80 г. Раствор тщательно перемешивается с помощью лабораторной мешалки с верхним приводом. После того как раствор принимает однородную массу, его заливают в форму и оставляют при стандартных условиях на 24 часа. В процессе приготовления, консистенция образца была рыхлая и пористая, готовый образец также имел большое количество трещин и пор. Данный образец не проходил дополнительную температурную обработку при 50°С и показатель прочности на сжатие составил 5 МПа. Данный строительный материал отвечает критериям ГОСТ 7484-78 и ГОСТ 530-95 «Кирпич и камни керамические. Технические условия» и может быть присвоена марка М50.This composition includes iron ore enrichment waste, ash from burning solid fuels and sodium silicate. Sodium silicate in a volume of 85 ml is poured into a non-absorbent container, and then a mixture of iron ore enrichment waste weighing 180 g and solid fuel combustion ash weighing 80 g is added in small quantities. The solution is thoroughly mixed using a laboratory mixer with a top drive. After the solution becomes a homogeneous mass, it is poured into the mold and left under standard conditions for 24 hours. During the preparation process, the consistency of the sample was loose and porous; the finished sample also had a large number of cracks and pores. This sample did not undergo additional temperature treatment at 50°C and the compressive strength was 5 MPa. This building material meets the criteria of GOST 7484-78 and GOST 530-95 “Ceramic bricks and stones. Technical specifications" and can be assigned the M50 grade.

Пример №3Example No. 3

В данном составе представлены отходы обогащения железной руды, зола от сжигания твердого топлива и силиката натрия. В непоглощающую емкость наливается силикат натрия в объеме 85 мл, а затем в небольших количествах добавляется смесь из отходов обогащения железной руды массой 180 г и золы сжигания твердого топлива массой 80 г. Раствор тщательно перемешивается с помощью лабораторной мешалки с верхним приводом. После того как раствор принимает однородную массу, его заливают в форму и оставляют при стандартных условиях на 24 часа. В процессе приготовления, консистенция образца также была рыхлая и пористая, как и в примере №2. Данный образец проходил дополнительную температурную обработку при 50°С в сушильном шкафу на протяжении суток и показатель прочности на сжатие составил 5,5 МПа. Данный строительный материал отвечает критериям ГОСТ 7484-78 и ГОСТ 530-95 «Кирпич и камни керамические. Технические условия» и может быть присвоена марка М50.This composition includes iron ore enrichment waste, ash from burning solid fuels and sodium silicate. Sodium silicate in a volume of 85 ml is poured into a non-absorbent container, and then a mixture of iron ore enrichment waste weighing 180 g and solid fuel combustion ash weighing 80 g is added in small quantities. The solution is thoroughly mixed using a laboratory mixer with a top drive. After the solution becomes a homogeneous mass, it is poured into the mold and left under standard conditions for 24 hours. During the preparation process, the consistency of the sample was also loose and porous, as in example No. 2. This sample underwent additional temperature treatment at 50°C in a drying oven for 24 hours and the compressive strength was 5.5 MPa. This building material meets the criteria of GOST 7484-78 and GOST 530-95 “Ceramic bricks and stones. Technical specifications" and can be assigned the M50 grade.

Пример №4.Example No. 4.

В данном составе представлены отходы обогащения железной руды, зола от сжигания твердого топлива и силиката натрия. В непоглощающую емкость наливается силикат натрия в объеме 90 мл, а затем в небольших количествах добавляется смесь из отходов обогащения железной руды массой 180 г и золы сжигания твердого топлива массой 60 г. Раствор тщательно перемешивается с помощью лабораторной мешалки с верхним приводом. После того как раствор принимает однородную массу, его заливают в форму и оставляют при стандартных условиях на 24 часа. В процессе приготовления раствора, консистенция образца была менее пористой и более пластичной, что благоприятно влияет на прочностные характеристики готового образца. Данный образец не проходил дополнительную температурную обработку при 50°С и показатель прочности на сжатие составил 7,4 МПа. Данный строительный материал отвечает критериям ГОСТ 7484-78 и ГОСТ 530-95 «Кирпич и камни керамические. Технические условия» и может быть присвоена марка М75.This composition includes iron ore enrichment waste, ash from burning solid fuels and sodium silicate. Sodium silicate in a volume of 90 ml is poured into a non-absorbent container, and then a mixture of iron ore enrichment waste weighing 180 g and solid fuel combustion ash weighing 60 g is added in small quantities. The solution is thoroughly mixed using a laboratory mixer with a top drive. After the solution becomes a homogeneous mass, it is poured into the mold and left under standard conditions for 24 hours. During the preparation of the solution, the consistency of the sample was less porous and more plastic, which has a beneficial effect on the strength characteristics of the finished sample. This sample did not undergo additional temperature treatment at 50°C and the compressive strength was 7.4 MPa. This building material meets the criteria of GOST 7484-78 and GOST 530-95 “Ceramic bricks and stones. Technical specifications" and can be assigned the M75 grade.

Пример №5.Example No. 5.

В данном составе представлены отходы обогащения железной руды, зола от сжигания твердого топлива и силиката натрия. В непоглощающую емкость наливается силикат натрия в объеме 90 мл, а затем в небольших количествах добавляется смесь из отходов обогащения железной руды массой 180 г и золы сжигания твердого топлива массой 60 г. Раствор тщательно перемешивается с помощью лабораторной мешалки с верхним приводом. После того как раствор принимает однородную массу, его заливают в форму и оставляют при стандартных условиях на 24 часа. В процессе приготовления раствора, консистенция образца была менее пористой и более пластичной, что благоприятно влияет на прочностные характеристики готового образца. Данный образец проходил дополнительную температурную обработку при 50°С в сушильном шкафу на протяжении суток и показатель прочности на сжатие составил 11,2 МПа. Данный строительный материал отвечает критериям ГОСТ 7484-78 и ГОСТ 530-95 «Кирпич и камни керамические. Технические условия» и может быть присвоена марка М100.This composition includes iron ore enrichment waste, ash from burning solid fuels and sodium silicate. Sodium silicate in a volume of 90 ml is poured into a non-absorbent container, and then a mixture of iron ore enrichment waste weighing 180 g and solid fuel combustion ash weighing 60 g is added in small quantities. The solution is thoroughly mixed using a laboratory mixer with a top drive. After the solution becomes a homogeneous mass, it is poured into the mold and left under standard conditions for 24 hours. During the preparation of the solution, the consistency of the sample was less porous and more plastic, which has a beneficial effect on the strength characteristics of the finished sample. This sample underwent additional temperature treatment at 50°C in a drying oven for 24 hours and the compressive strength was 11.2 MPa. This building material meets the criteria of GOST 7484-78 and GOST 530-95 “Ceramic bricks and stones. Technical specifications" and can be assigned the M100 grade.

Пример №6.Example No. 6.

В данном составе представлены отходы обогащения железной руды, зола от сжигания твердого топлива и силиката натрия. В непоглощающую емкость наливается силикат натрия в объеме 90 мл, а затем в небольших количествах добавляется смесь из отходов обогащения железной руды массой 180 г и золы сжигания твердого топлива массой 60 г. Раствор тщательно перемешивается с помощью лабораторной мешалки с верхним приводом. После того как раствор принимает однородную массу, его заливают в форму и оставляют при стандартных условиях на 24 часа. В процессе приготовления раствора, консистенция образца была менее пористой и более пластичной, что благоприятно влияет на прочностные характеристики готового образца. Данный образец проходил дополнительную температурную обработку при 100°С в сушильном шкафу на протяжении суток и показатель прочности на сжатие составил 5 МПа. Это объясняется тем, что при быстром нагреве образца до температуры превышающей 50°С, материал начинает трескаться, а лишняя влага выходить через поры, что приводит к разрушению образца.This composition includes iron ore enrichment waste, ash from burning solid fuels and sodium silicate. Sodium silicate in a volume of 90 ml is poured into a non-absorbent container, and then a mixture of iron ore enrichment waste weighing 180 g and solid fuel combustion ash weighing 60 g is added in small quantities. The solution is thoroughly mixed using a laboratory mixer with a top drive. After the solution becomes a homogeneous mass, it is poured into the mold and left under standard conditions for 24 hours. During the preparation of the solution, the consistency of the sample was less porous and more plastic, which has a beneficial effect on the strength characteristics of the finished sample. This sample underwent additional temperature treatment at 100°C in a drying oven for 24 hours and the compressive strength was 5 MPa. This is explained by the fact that when the sample is quickly heated to a temperature exceeding 50°C, the material begins to crack and excess moisture escapes through the pores, which leads to destruction of the sample.

Описанные этапы изготовления геополимерного композита обеспечивают четкую структуру конечного продукта, а алюмосиликатные составляющие смеси активируются при небольшой температуре и щелочном pH раствора силиката натрия. Результаты испытаний прочности на сжатие представлены в таблице 3.The described stages of manufacturing a geopolymer composite provide a clear structure of the final product, and the aluminosilicate components of the mixture are activated at low temperature and alkaline pH of a sodium silicate solution. The compressive strength test results are presented in Table 3.

Таблица 3 – Результаты испытаний прочности на сжатие Table 3 - Compressive strength test results No. Отходы обогащения железной рудыIron ore processing waste Зола сжигания твердого топливаSolid fuel combustion ash Силикат натрияSodium silicate ТемператураTemperature Время схватыванияSetting time Прочность на сжатиеCompressive strength гG Масс. %Mass. % гG Масс. %Mass. % млml Масс. %Mass. % °С°C чh МПаMPa 11 240240 7575 00 -- 8080 2525 2020 Более 48More than 48 <1<1 22 180180 52,1752.17 8080 23,1923.19 8585 24,6424.64 2020 55 55 33 180180 52,1752.17 8080 23,1923.19 8585 24,6424.64 5050 55 5,55.5 44 180180 54,5554.55 6060 18,1818.18 9090 27,2727.27 2020 33 7,47.4 55 180180 54,5554.55 6060 18,1818.18 9090 27,2727.27 5050 33 11,211.2 66 180180 54,5554.55 6060 18,1818.18 9090 27,2727.27 100100 33 <1<1

* Проведение испытаний прочности на сжатие проводилось для трех параллельных образцов с использованием лабораторного пресса. В таблице приведены усредненные значения для трех испытаний каждого состава.* Compressive strength tests were carried out on three parallel samples using a laboratory press. The table shows average values for three tests of each composition.

Приведенные в таблице 3 данные свидетельствуют об эффективности использования состава на основе отходов обогащения железной руды, золы от сжигания твердого топлива и раствора силиката натрия с температурным режимом активации 50°С на протяжении 24 часов.The data presented in Table 3 indicate the effectiveness of using a composition based on iron ore enrichment waste, ash from burning solid fuels and a sodium silicate solution with an activation temperature of 50°C for 24 hours.

Предлагаемый геополимерный композит для производства облицовочного материала в виде кирпича обладает ресурсосберегающими характеристиками за счет использования отходов обогащения железной руды, золы сжигания твердого топлива. По результатам испытаний образцам геополимерного композита присвоена марка по показателю прочности на сжатие в соответствии с ГОСТ 530-2012. Марка готового образца B7,5; М100.The proposed geopolymer composite for the production of facing material in the form of bricks has resource-saving characteristics due to the use of iron ore enrichment waste and solid fuel combustion ash. Based on the test results, geopolymer composite samples were assigned a grade based on compressive strength in accordance with GOST 530-2012. Finished sample grade B7.5; M100.

Claims (2)

Геополимерный композит, включающий алюмосиликатные компоненты и раствор силиката натрия, отличающийся тем, что дополнительно вводят золу сжигания твердого топлива, а в качестве алюмосиликатного компонента используют отходы обогащения железной руды при следующем соотношении компонентов, мас.%:A geopolymer composite comprising aluminosilicate components and a sodium silicate solution, characterized in that solid fuel combustion ash is additionally introduced, and iron ore enrichment waste is used as an aluminosilicate component in the following component ratio, wt.%: отходы обогащения железной рудыiron ore processing waste 54,55-54,8454.55-54.84 зола сжигания твердого топливаsolid fuel combustion ash 17,58-18,1817.58-18.18 раствор силиката натрияsodium silicate solution 27,27-27,5827.27-27.58
RU2023112593A 2023-05-16 Geopolymer composite RU2804940C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2804940C1 true RU2804940C1 (en) 2023-10-09

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2817480C1 (en) * 2023-11-23 2024-04-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Composition based on industrial wastes for producing geopolymer material

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4509985A (en) * 1984-02-22 1985-04-09 Pyrament Inc. Early high-strength mineral polymer
DE69105958T2 (en) * 1990-03-07 1995-08-10 Nicolas Davidovits METHOD FOR PRODUCING AN ALUMINUM SILICATE GEOPOLYMER AND PRODUCTS PRODUCED THEREOF.
RU2503617C2 (en) * 2007-10-18 2014-01-10 Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Method of obtaining geopolymer with controllable porosity, obtained geopolymer and different versions of its application
RU2664723C2 (en) * 2013-02-04 2018-08-22 Рефратехник Холдинг Гмбх Geo-polymer binding system for heat-resistant concretes, the binding system containing dry heat-resistant concrete mixture, and also the mixtures application
RU2731776C1 (en) * 2017-02-03 2020-09-08 Кабусики Кайся Тосиба Method of producing moulded article from geopolymer and system for producing moulded article from geopolymer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4509985A (en) * 1984-02-22 1985-04-09 Pyrament Inc. Early high-strength mineral polymer
DE69105958T2 (en) * 1990-03-07 1995-08-10 Nicolas Davidovits METHOD FOR PRODUCING AN ALUMINUM SILICATE GEOPOLYMER AND PRODUCTS PRODUCED THEREOF.
RU2503617C2 (en) * 2007-10-18 2014-01-10 Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Method of obtaining geopolymer with controllable porosity, obtained geopolymer and different versions of its application
RU2664723C2 (en) * 2013-02-04 2018-08-22 Рефратехник Холдинг Гмбх Geo-polymer binding system for heat-resistant concretes, the binding system containing dry heat-resistant concrete mixture, and also the mixtures application
RU2731776C1 (en) * 2017-02-03 2020-09-08 Кабусики Кайся Тосиба Method of producing moulded article from geopolymer and system for producing moulded article from geopolymer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2817480C1 (en) * 2023-11-23 2024-04-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Composition based on industrial wastes for producing geopolymer material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
de Azevedo et al. Use of glass polishing waste in the development of ecological ceramic roof tiles by the geopolymerization process
Mallikarjuna Rao et al. Final setting time and compressive strength of fly ash and GGBS-based geopolymer paste and mortar
Sarkar et al. Partial replacement of metakaolin with red ceramic waste in geopolymer
Rashad et al. Influence of the activator concentration of sodium silicate on the thermal properties of alkali-activated slag pastes
NL2012959B1 (en) Cement composition, and method for manufacturing thereof.
US20070131145A1 (en) Multi-function composition for settable composite materials and methods of making the composition
Vafaei et al. Strength development and acid resistance of geopolymer based on waste clay brick powder and phosphorous slag
RU2358937C1 (en) Granulated filler based on perlite for concrete mix, composition of concrete mix for production of construction items, method for production of concrete construction items and concrete construction item
Fořt et al. Alkaline activation of low-reactivity ceramics: peculiarities induced by the precursors' dual character
RU2804940C1 (en) Geopolymer composite
Kumar et al. Experimental study on strength properties of metakaolin and GGBS based geopolymer concrete
Geraldo et al. Production process of an eco-friendly one-part alkali-activated binder
RU2327666C1 (en) Method of manufacture of wall ceramics using sedimentary high-silica rocks, stock for wall ceramics, and aggregate for wall ceramics
Hamdi et al. Use of the Algerian natural pozzolan for the production of a geopolymer as a complete cement replacement
Riyap et al. Compressive strengths and microstructural properties of geopolymeric materials arising from the addition of semi-crystalline alumina to silica-rich aluminosilicate sources
Zedan et al. Alkali activated ceramic waste with or without two different calcium sources
Moncea et al. Metakaolin-waste glass geopolymers. The influence of hardening conditions on mechanical performances
Rahmouni et al. Effect of curing temperature in the alkali-activated brick waste and glass powder mortar and their influence of mechanical resistances
GB2592954A (en) Alkali-Activated material
GB2336586A (en) A cementitious mixture
Juengsuwattananon et al. Variable factors controlling amorphouszeolite phase transformation in metakaolin based geopolymer
RU2358936C1 (en) Granulated filler based on siliceous ceolyte rocks for concrete mix, composition of concrete mix for production of construction items, method for production of concrete construction items and concrete construction item
Bayer et al. Effect of alkaline activator quantity and temperature of curing on the properties of alkali-activated brick dust
RU2749005C1 (en) Method for producing mineral-alkaline binder based on technogenic raw materials
RU2814438C1 (en) Composite binder based on industrial wastes