RU2809560C2 - Способ производства гидравлических вяжущих из остатков от водоподготовки - Google Patents
Способ производства гидравлических вяжущих из остатков от водоподготовки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809560C2 RU2809560C2 RU2021134694A RU2021134694A RU2809560C2 RU 2809560 C2 RU2809560 C2 RU 2809560C2 RU 2021134694 A RU2021134694 A RU 2021134694A RU 2021134694 A RU2021134694 A RU 2021134694A RU 2809560 C2 RU2809560 C2 RU 2809560C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- calcium
- source
- water
- water treatment
- mixing
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 45
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 21
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N calcium;oxido(oxo)alumane Chemical compound [Ca+2].[O-][Al]=O.[O-][Al]=O XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 claims description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 15
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 11
- 230000036571 hydration Effects 0.000 claims description 11
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 claims description 11
- -1 aluminum ions Chemical class 0.000 claims description 9
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims description 9
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000011411 calcium sulfoaluminate cement Substances 0.000 claims description 7
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims description 6
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical compound [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 14
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 9
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 229910001653 ettringite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 4
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 4
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 4
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical class O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 229910052925 anhydrite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 2
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 2
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018626 Al(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229940037003 alum Drugs 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- VDERWOBLKRZYRP-UHFFFAOYSA-H aluminum;iron(3+);trisulfate Chemical compound [Al+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O VDERWOBLKRZYRP-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- HOOWDPSAHIOHCC-UHFFFAOYSA-N dialuminum tricalcium oxygen(2-) Chemical compound [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Al+3].[Ca++].[Ca++].[Ca++] HOOWDPSAHIOHCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000000887 hydrating effect Effects 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- QVYRGXJJSLMXQH-UHFFFAOYSA-N orphenadrine Chemical compound C=1C=CC=C(C)C=1C(OCCN(C)C)C1=CC=CC=C1 QVYRGXJJSLMXQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001844 ye'elimite Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу производства гидравлических вяжущих из остатков от водоподготовки или других богатых алюминием остаточных отходов и, в частности, к способу производства гидравлических вяжущих, содержащих алюминат кальция и/или сульфоалюминат кальция. Целью настоящего изобретения является создание способа производства высокоглиноземистых гидравлических вяжущих, в частности кальциево-алюминатных и/или кальциево-сульфоалюминатных цементов, при относительно низких температурах и с применением остатков от водоподготовки в качестве исходного материала, обеспечивая тем самым более экологически безопасную и более дешевую альтернативу традиционным способам производства высокоглиноземистых цементов. Способ производства высокоглиноземистого гидравлического вяжущего включает стадии смешивания источника ионов алюминия с источником ионов кальция в присутствии воды с образованием минеральных гидратов и последующее нагревание указанных минеральных гидратов с образованием указанного высокоглиноземистого гидравлического вяжущего, где на указанной стадии нагревания указанные гидратированные минералы нагревают до по меньшей мере 350 °С, предпочтительно до 800 °С. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к способу производства гидравлических вяжущих из остатков от водоподготовки или других богатых алюминием остаточных отходов, и, в частности, к способу производства гидравлических вяжущих, содержащих алюминат кальция и/или сульфоалюминат кальция.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Остатки от водоподготовки (далее называемые ОВП или остатками) представляют собой отходы, получаемые в результате промышленной очистки питьевой воды путем коагулирования с применением флокулянта, обычно содержащие соединения алюминия, такие как сульфат алюминия (Al2(SO4)3·⋅14H2O), обычно называемый квасцами, или сульфат железа(III)-алюминия (железо). Коагулирование удаляет частицы, взвешенные в природной необработанной воде. Задействованная химическая реакция включает:
Al2(SO4)3·14H2O → 2Al(OH)3(s) + 6H+ + 3SO4 2- + 8H2O
Коагулированные твердые частицы отделяют от обработанной воды с образованием отработанной богатой алюминием суспензии, называемой ОВП. Обычно ОВП состоят из аморфного гидроксида алюминия, воды, органического материала, следов флокулянта и других второстепенных компонентов.
На данный момент существует мало практически осуществимых вариантов переработки этого материала, большая часть которого попадает на свалки. Данный вид отходов производят по всему миру, и возможность его переработки будет иметь глобальное значение.
Цемент представляет собой вяжущее - вещество, применяемое в строительстве, которое схватывается, затвердевает и прикрепляется к другими материалами, связывая их вместе. Сам по себе цемент применяют редко, чаще для связывания песка и гравия (наполнитель). Из цемента, смешанного с мелким наполнителем, изготавливают раствор для кладки, а из цемента, смешанного с песком и гравием, изготавливают бетон. Цементы, применяемые в строительстве, обычно являются неорганическими, часто основаны на извести или силикате кальция, и могут быть охарактеризованы либо как гидравлические, либо как негидравлические в зависимости от способности цемента схватываться в присутствии воды (в случае гидравлических вяжущих).
Высокоглиноземистые цементы, такие как кальциево-алюминатные и кальциево-сульфоалюминатные цементы, обычно изготавливают из известняка и боксита. При гидратации кальциево-алюминатных цементов обычно получают гидроалюминаты кальция, а при гидратации кальциево-сульфоалюминатных цементов обычно получают эттрингит, при этом определенные физические свойства (такие как расширение или быстрая реакция) могут быть достигнуты путем регулирования наличия ионов кальция и сульфат-ионов. Кальциево-алюминатные и кальциево-сульфоалюминатные цементы обычно производят в промышленных масштабах способами высокотемпературного спекания (более 1200 °С), требующими существенных энергетических ресурсов и приводящими к образованию большого количества CO2.
Целью настоящего изобретения является создание способа производства высокоглиноземистых гидравлических вяжущих, в частности, кальциево-алюминатных и/или кальциево-сульфоалюминатных цементов, при относительно низких температурах и с применением остатков от водоподготовки в качестве исходного материала, обеспечивая тем самым более экологически безопасную и более дешевую альтернативу традиционным способам производства высокоглиноземистых цементов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен способ производства высокоглиноземистого гидравлического вяжущего, включающий гидратацию источника ионов алюминия с источником ионов кальция в присутствии воды с образованием минеральных гидратов и последующее нагревание указанных минеральных гидратов с образованием указанного высокоглиноземистого гидравлического вяжущего.
В одном варианте осуществления с указанным источником ионов алюминия и указанным источником ионов кальция может быть смешан источник сульфат-ионов, до и/или во время гидратации.
Предпочтительно указанный источник ионов алюминия содержит остатки от водоподготовки.
Остатки от водоподготовки могут быть представлены, в частности, в виде остатков от водоподготовки питьевой воды, которые могут быть очищены намного легче, чем другие остатки, такие как остатки от водоподготовки сточных вод или тому подобные, в частности, потому что они менее загрязнены. Из-за различия ингредиентов в питьевой воде и в сточных водах их (питьевую воду/сточные воды) нельзя сравнивать напрямую.
Органический материал, присутствующий в указанных остатках от водоподготовки, может образовывать источник топливной энергии во время указанной стадии нагревания, причем к смеси во время указанной стадии нагревания могут быть добавлены воздух или кислород для способствования окислению указанного органического материала.
Способ может дополнительно включать измельчение указанных гидратированных минералов перед указанной стадией нагревания.
Предпочтительно на указанной стадии нагревания указанные гидратированные минералы нагревают до по меньшей мере 350 °С для получения наиболее эффективного вяжущего.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предложен способ производства кальциево-алюминатного цемента, включающий стадии смешивания источника ионов кальция с остатками от водоподготовки или с другими богатыми алюминием остаточными отходами в присутствии воды на стадии смешивания, так что образуются минеральные гидраты, и последующего нагревания полученных минеральных гидратов на стадии термической обработки до температуры по меньшей мере 350 °С для окисления присутствующего органического материала и по меньшей мере частичной дегидратации гидратированных минералов с образованием итогового цементного продукта.
Согласно еще одному дополнительному способу производство кальциево-сульфоалюминатного цемента включает стадии смешивания источника ионов кальция и сульфатов с остатками от водоподготовки или с другими богатыми алюминием остаточными отходами в присутствии воды на стадии смешивания, так что образуются минеральные гидраты, и последующего нагревания полученных минеральных гидратов на стадии термической обработки до температуры по меньшей мере 350 °С для окисления присутствующего органического материала и по меньшей мере частичной дегидратации гидратированных минералов с образованием итогового цементного продукта.
Минеральные гидраты могут быть измельчены перед указанной стадией термической обработки.
Остатки от водоподготовки могут быть по меньшей мере частично обезвожены перед указанной стадией смешивания. К материалу во время стадии термической обработки может быть добавлен воздух для способствования окислению органического материала.
Источник ионов кальция может содержать известь или гашеную известь.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения далее только в качестве примера будет описан способ производства гидравлического вяжущего из ОВП или других богатых алюминием остаточных отходов.
Остатки от водоподготовки состоят из воды, органического материала и неорганического материала. Неорганический материал преимущественно состоит из аморфного оксида алюминия и/или аморфного гидроксида алюминия (обычно от 75 до 80% аморфного оксида алюминия, что соответствует степени кристаллизации от 20 до 25%, измеряемой, например, спектроскопическими методами, ДСК (дифференциальная сканирующая калориметрия) измерениями или рентгеноструктурными экспериментами). Остальные неорганические компоненты (в основном различные количества кварца и оксида железа) по существу являются инертными наполнителями. Аморфные оксиды/гидроксиды алюминия могут быть утилизированы в способах в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения, как будет описано ниже, в процессе гидратации/дегидратации с образованием цементирующих минералов.
Гидроалюминаты кальция могут быть образованы при смешивании ОВП с источником ионов кальция (например, портландцементом, гашеной известью) в присутствии воды.
Эттрингит (Ca6[Al(OH)6]2(SO4)3·26H2O) может быть образован при смешивании ОВП с источником ионов кальция (например, портландцементом, гашеной известью) и источником сульфат-ионов (например, сульфатом кальция) в присутствии воды.
Точные составы материалов-предшественников, применяемых для производства желаемых цементирующих материалов, зависят от химических составов применяемых остатков от водоподготовки и конкретного промышленного применения конечного продукта.
Согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения предложен способ производства гидравлических вяжущих с применением остатков от водоподготовки или других остатков с высоким содержанием алюминия, содержащих реакционноспособный источник алюминия (такой как аморфный гидроксид алюминия, аморфный оксид алюминия или хлорид алюминия) в качестве исходного материала. В минералогии термин «аморфный» относится к твердому веществу/материалу без кристаллической формы. Типичный химический состав остатков от водоподготовки (ОВП) в Северной Ирландии показывает, что 80-90% неорганического материала представляет собой аморфный гидроксид алюминия. В другом распространенном составе содержится 50-80% аморфного гидроксида алюминия. Другие ОВП содержат неорганический материал, в котором содержится менее 50% аморфного гидроксида алюминия.
Предпочтительно, чтобы обрабатываемый материал при производстве цементного продукта содержал как можно больше аморфного гидроксида алюминия. Это связано с тем, что кристаллические формы гидроксида/оксида алюминия по существу инертны (химически нереакционноспособны) в цементирующих системах. Однако аморфные формы гидроксида, оксигидроксида и оксида алюминия химически реакционноспособны в цементирующих системах и, например, вступают в реакцию с гашеной известью в присутствии воды с образованием гидроалюминатов кальция. Такие реакции придают прочность и приводят к образованию затвердевшего материала. Так же могут быть получены другие полезные свойства (быстрое схватывание, быстрое твердение, быстрое высыхание). Однако ОВП, содержащие более низкие количества аморфного гидроксида алюминия, могут, тем не менее, быть полезными, в зависимости от области применения.
В первом варианте осуществления материалы-предшественники предпочтительно включают источник ионов кальция (например, известь, гашеную известь) и богатые алюминием ОВП (или любой другой источник аморфного оксида/гидроксида алюминия (например, ECEM) или другой подходящий алюмосодержащий материал отходов, содержащий реакционноспособный или растворимый источник ионов алюминия). Также требуется источник воды. Источник воды может быть получен из воды, присутствующей в ОВП.
Способ включает следующие стадии:
Стадия 1: Комбинирование/смешивание материалов-предшественников.
Материалы-предшественники комбинируют и смешивают с водой с образованием пасты/суспензии. ОВП могут быть использованы в том виде, в котором они получены. Альтернативно ОВП могут быть частично обезвожены и раздроблены или иным образом измельчены до размера частиц, подходящего для данного применения, например, приблизительно 40 мкм.
Состав и соотношение материалов-предшественников варьируют для получения ряда гидроалюминатов кальция (таких как полукарбонат и катоит).
Выбор устройства, применяемого для смешивания, зависит от реологии смеси. В одном варианте осуществления предусмотрено, что смешивающее устройство аналогично бетономешалке. Смешивающее устройство может быть адаптировано для обеспечения периодической или непрерывной подачи смешанных материалов-предшественников.
Стадия 2: Гидратация.
Во время гидратации образуются гидраты, и материал может схватываться. Предпочтительно гидратация завершается менее чем за 24 часа. В зависимости от выбора материалов-предшественников образуется ряд гидратов.
Стадия 3: Термическая обработка.
На стадии термической обработки гидратированный материал подвергают термической обработке, например, до температуры по меньшей мере 350 °С. Предпочтительно во время нагревания добавляют воздух со скоростью, адаптированной для обеспечения окисления по существу всего органического материала в ОВП.
Теплотворная способность органического материала в ОВП (приблизительно 5-10*106 Дж/кг) может быть использована в качестве источника энергии (полностью или частично) для процесса термической обработки.
Температуры термической обработки находятся в диапазоне от 350 до более 1200 °С. Может быть предпочтительным, чтобы термическая обработка не превышала 800 °С, чтобы максимизировать реакционную способность материала.
Перед термической обработкой гидратированный материал может быть частично обезвожен и раздроблен или иным образом измельчен до размера частиц, подходящего для данного применения, например, приблизительно 40 мкм.
Термическая обработка может быть проведена в подходящей камере для нагрева, такой как вращающаяся обжиговая печь, устройство для быстрого обжига или подобные.
На стадии термической обработки получают ряд безводных минералов алюминатов кальция. Вид и количество каждого минерала в полученном продукте по существу зависит от соотношения материалов-предшественников и состава ОВП или других примененных материалов-предшественников.
По мере увеличения температуры, достигаемой во время стадии термической обработки, минералы алюмината кальция становятся более кристаллическими.
Стадия 4: Конечный продукт: Цемент СА (кальциево-алюминатный).
Конечный продукт (состоящий из смеси безводных минералов алюминатов кальция) охлаждают. После охлаждения конечный продукт может быть необязательно раздроблен или иным образом измельчен с образованием конечного цементного продукта.
В соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения предложен способ производства кальциево-сульфоалюминатного цемента с применением остатков от водоподготовки или других остатков с высоким содержанием алюминия в качестве исходного материала, смешанных с источником ионов кальция и источником сульфатов.
В одном примере материалы-предшественники могут включать источник ионов Са (например, известь, гашеную известь), сульфатов (например, гипс, ангидрит, полугидрат) и богатые алюминием ОВП (или источник аморфного оксида/гидроксида алюминия (например, ECEM)). Как и в первом варианте осуществления, источник воды может быть получен из воды, присутствующей в ОВП.
Стадия 1: Комбинирование ОВП с источником ионов кальция и сульфатов.
Гашеную известь (или известь), сульфат (например, гипс, ангидрит, полугидрат) и богатые алюминием ОВП комбинируют и смешивают с водой с образованием пасты/суспензии.
ОВП могут быть использованы в том виде, в котором они получены. Альтернативно ОВП могут быть частично обезвожены и раздроблены или иным образом измельчены до подходящего размера частиц.
В зависимости от состава ОВП включение источника сульфата может быть необязательным (т. е. источник сульфата может уже присутствовать в ОВП).
Состав и соотношение материалов-предшественников можно варьировать для получения ряда гидросульфоалюминатов кальция (таких как эттрингит) и гидроалюминатов кальция (таких как полукарбонат или катоит).
Как и в первом варианте осуществления, выбор смешивающего устройства для смешивания материалов-предшественников зависит от реологии смеси. Смешивающее устройство может обеспечивать непрерывное или периодическое перемешивания.
Стадия 2: Гидратация.
Во время гидратации образуются гидраты, и продукт может схватываться. Предпочтительно, чтобы гидратация завершалась менее чем за 24 часа. В зависимости от состава и соотношения материалов-предшественников образуется ряд гидратов. Примером является образование минерала эттрингита.
График, приведенный на фигуре 1, показывает порошковую рентгеновскую дифрактограмму гидратированной смеси, содержащей ОВП, гашеную известь и сульфат кальция, приготовленной в соответствии с данным способом.
Стадия 3: Термическая обработка.
Гидратированный материал, образованный на второй стадии, подвергают термической обработке (например, до температуры по меньшей мере 350 °С, чтобы по существу максимизировать дегидратацию гидратов). Предпочтительно во время нагревания добавляют воздух со скоростью, подобранной для обеспечения окисления по существу всего органического материала в ОВП.
Теплотворная способность органического углерода из ОВП (приблизительно 5-10*106 Дж/кг) может быть использована в качестве источника топлива (полностью или частично) для процесса термической обработки.
Температуры термической обработки могут находиться в диапазоне от 350 до более 1200 °С. Предпочтительно термическая обработка не превышает 800 °С, чтобы максимизировать реакционную способность материала, в частности, чтобы убедится, что остаточный аморфный Al2O3 остается в своем аморфном и, следовательно, реакционноспособном состоянии.
Перед термической обработкой гидратированный материал может быть частично обезвожен и раздроблен или иным образом измельчен до подходящего размера частиц, например, приблизительно 40 мкм.
Стадия термической обработки может быть проведена во вращающейся обжиговой печи, устройстве для быстрого обжига или подобных.
На стадии термической обработки может быть получен ряд минералов сульфоалюминатов кальция и алюминатов кальция (см. фигура 2).
Вид и количество каждого минерала по существу зависит от состава и соотношения материалов-предшественников и, в частности, от состава ОВП.
По мере увеличения температуры, достигаемой во время стадии термической обработки, минералы алюминатов кальция и сульфоалюминатов кальция становятся более кристаллическими.
Стадия 4: Конечный продукт: Цемент СSА (кальциево-сульфоалюминатный).
Конечный продукт (состоящий из минералов сульфоалюминатов кальция и алюминатов кальция) охлаждают. После охлаждения конечный продукт может необязательно быть раздроблен или иным образом измельчен до требуемого размера частиц.
Полученные цементы могут включать ряд алюминатов кальция и сульфоалюминатов кальция, таких как ялимит (C4A3Ŝ - Ca4(AlO2)6SO4), монокальциевый алюминат (CA - CaAl2O4), майенит (C12A7 - Ca12Al14O33) и трехкальциевый алюминат (C3A - Ca3(AlO3)2).
Предусмотрено, что одним из применений конечного гидравлического вяжущего, произведенного способом согласно настоящему изобретению, может быть применение при производстве стяжки пола. Обнаружено, что обработанные остатки, в частности, в форме эттрингита, обладают характеристиками, компенсирующими усадку. Таким образом, продукт, полученный из переработанных остатков, является прямым конкурентом стяжкам на основе портландцемента.
Настоящее изобретение обеспечивает способ производства высокоглиноземистого гидравлического вяжущего, с помощью которого утилизируют материалы отходов и который требует значительно меньших затрат энергии, чем способы предшествующего уровня техники, и, следовательно, обеспечивает более экологически безопасную и более дешевую альтернативу традиционным способам производства высокоглиноземистых цементов.
Изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления, но может быть изменено или модифицировано без выхода за пределы объема настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.
Claims (11)
1. Способ производства высокоглиноземистого гидравлического вяжущего, включающий стадии смешивания источника ионов алюминия с источником ионов кальция в присутствии воды с образованием минеральных гидратов и последующее нагревание указанных минеральных гидратов с образованием указанного высокоглиноземистого гидравлического вяжущего, где на указанной стадии нагревания указанные гидратированные минералы нагревают до по меньшей мере 350 °С, предпочтительно до 800 °С.
2. Способ по п. 1, где с указанным источником ионов алюминия и указанным источником ионов кальция смешивают источник сульфат-ионов до и/или во время гидратации.
3. Способ по п. 1 или 2, где указанный источник ионов алюминия содержит остатки от водоподготовки.
4. Способ по п. 3, где органический материал, присутствующий в указанных остатках от водоподготовки, образует источник топливной энергии во время указанной стадии нагревания, причем к смеси во время указанной стадии нагревания добавляют воздух или кислород для способствования окислению указанного органического материала.
5. Способ по любому из пп. 1-4, дополнительно включающий измельчение указанных гидратированных минералов перед указанной стадией нагревания.
6. Способ производства кальциево-алюминатного цемента, включающий стадии смешивания источника ионов кальция с остатками от водоподготовки или с другими богатыми алюминием остаточными отходами в присутствии воды на стадии смешивания, так что образуются минеральные гидраты, и последующего нагревания полученных минеральных гидратов на стадии термической обработки до температуры по меньшей мере 350 °С, предпочтительно до 800 °С, для окисления присутствующего органического материала и по меньшей мере частичной дегидратации гидратированных минералов с образованием итогового цементного продукта.
7. Способ производства кальциево-сульфоалюминатного цемента, включающий стадии смешивания источника ионов кальция и сульфатов с остатками от водоподготовки или с другими богатыми алюминием остаточными отходами в присутствии воды на стадии смешивания, так что образуются минеральные гидраты, и последующего нагревания полученных минеральных гидратов на стадии термической обработки до температуры по меньшей мере 350 °С, предпочтительно до 800 °С, для окисления присутствующего органического материала и по меньшей мере частичной дегидратации гидратированных минералов с образованием итогового цементного продукта.
8. Способ по п. 6 или 7, где минеральные гидраты измельчают перед указанной стадией термической обработки.
9. Способ по любому из пп. 6-8, где указанные остатки от водоподготовки по меньшей мере частично обезвоживают перед указанной стадией смешивания.
10. Способ по любому из пп. 6-9, где к материалу во время стадии термической обработки добавляют воздух для способствования окислению органического материала.
11. Способ по любому из пп. 1-10, где указанный источник ионов кальция содержит известь или гашеную известь.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1908383.1 | 2019-06-12 | ||
| GB2003674.5 | 2020-03-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021134694A RU2021134694A (ru) | 2023-07-12 |
| RU2809560C2 true RU2809560C2 (ru) | 2023-12-12 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05310453A (ja) * | 1992-05-11 | 1993-11-22 | Osamu Ikeda | 浄水場汚泥を主原料とするサルホアルミネート セメント |
| JP2005075712A (ja) * | 2003-09-03 | 2005-03-24 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 水硬性組成物及び当該組成物を含有してなるコンクリート組成物 |
| RU2368578C1 (ru) * | 2008-03-31 | 2009-09-27 | Валерий Александрович Сырых | Способ получения высокоглиноземистого цемента |
| KR20110091171A (ko) * | 2010-02-05 | 2011-08-11 | 한국지질자원연구원 | 폐기물을 이용한 칼슘알루미네이트계 클링커 및 그의 제조방법 |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05310453A (ja) * | 1992-05-11 | 1993-11-22 | Osamu Ikeda | 浄水場汚泥を主原料とするサルホアルミネート セメント |
| JP2005075712A (ja) * | 2003-09-03 | 2005-03-24 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 水硬性組成物及び当該組成物を含有してなるコンクリート組成物 |
| RU2368578C1 (ru) * | 2008-03-31 | 2009-09-27 | Валерий Александрович Сырых | Способ получения высокоглиноземистого цемента |
| KR20110091171A (ko) * | 2010-02-05 | 2011-08-11 | 한국지질자원연구원 | 폐기물을 이용한 칼슘알루미네이트계 클링커 및 그의 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rungchet et al. | Synthesis of low-temperature calcium sulfoaluminate-belite cements from industrial wastes and their hydration: Comparative studies between lignite fly ash and bottom ash | |
| El-Alfi et al. | Preparation of calcium sulfoaluminate-belite cement from marble sludge waste | |
| CA2907893C (en) | Belite calcium aluminate as an additive | |
| Rungchet et al. | Hydrothermal synthesis of calcium sulfoaluminate–belite cement from industrial waste materials | |
| Telesca et al. | Flue gas desulfurization gypsum and coal fly ash as basic components of prefabricated building materials | |
| DK2744768T3 (en) | PROCEDURE FOR THE MANUFACTURING OF TERNESIT CLINKS | |
| RU2547866C2 (ru) | Добавка для гидравлического вяжущего материала на основе клинкера из белита и сульфоалюмината-феррита кальция | |
| Yu et al. | Preparation and properties of a magnesium phosphate cement with dolomite | |
| He et al. | Synergistic use of electrolytic manganese residue and barium slag to prepare belite-sulphoaluminate cement study | |
| Shamaki et al. | Reuse of UK alum water treatment sludge in cement-based materials | |
| CN102765893B (zh) | 利用废渣氟石膏和赤泥制备硫铝酸盐特种水泥熟料的方法 | |
| CA2989366A1 (en) | Method for producing highly reactive cements | |
| Wang et al. | An investigation on the anti-water properties of phosphorus building gypsum (PBG)-based mortar | |
| Gallardo et al. | Synthesis and mechanical properties of a calcium sulphoaluminate cement made of industrial wastes | |
| US20220227666A1 (en) | A Method for the Manufacture of Hydraulic Binders from Water Treatment Residuals | |
| Jia et al. | Effects of different gypsum varieties on the hydration and mechanical properties of red mud-based ferrite-rich sulfoaluminate cement | |
| CN110997591A (zh) | 制造水泥的方法 | |
| RU2809560C2 (ru) | Способ производства гидравлических вяжущих из остатков от водоподготовки | |
| CA3227936A1 (en) | Method for manufacturing supplementary cementitious material | |
| CA3194519A1 (en) | Method of producing a supplementary cementitious material | |
| JP7257278B2 (ja) | セメント用膨張組成物、及びセメント組成物 | |
| WO2021246288A1 (ja) | セメント混和材およびセメント組成物 | |
| Rubinaite et al. | Investigation on the hydration and strength properties of belite cement mortar containing industrial waste | |
| Bensted | Gypsum in cements | |
| CN115677245B (zh) | 一种钡渣改性铝酸盐快硬特种胶凝材料及其制备方法 |