RU2811162C1 - Composite binding material - Google Patents

Composite binding material Download PDF

Info

Publication number
RU2811162C1
RU2811162C1 RU2023120450A RU2023120450A RU2811162C1 RU 2811162 C1 RU2811162 C1 RU 2811162C1 RU 2023120450 A RU2023120450 A RU 2023120450A RU 2023120450 A RU2023120450 A RU 2023120450A RU 2811162 C1 RU2811162 C1 RU 2811162C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cullet
production waste
portland cement
binder material
vanadium
Prior art date
Application number
RU2023120450A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталья Михайловна Здоренко
Василий Степанович Бессмертный
Алексей Владимирович Макаров
Софья Владимировна Варфоломеева
Евгения Борисовна Анфалова
Екатерина Николаевна Гокова
Original Assignee
Автономная некоммерческая организация высшего образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права"
Filing date
Publication date
Application filed by Автономная некоммерческая организация высшего образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права" filed Critical Автономная некоммерческая организация высшего образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права"
Application granted granted Critical
Publication of RU2811162C1 publication Critical patent/RU2811162C1/en

Links

Abstract

FIELD: binding materials.
SUBSTANCE: composite binder material includes Portland cement clinker and a sulphate component, and vanadium production waste with cullet is introduced as a sulphate component at a ratio of 2:1 parts by weight, respectively, in an amount of 9-12 wt.%, dispersion 6500 cm2/g.
EFFECT: increased quality indicators of the binder material while reducing the energy intensity of its production.
1 cl, 6 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к производству вяжущих материалов, которые могут быть использованы при производстве строительных материалов.The invention relates to the production of binding materials that can be used in the production of building materials.

Известны вяжущие материалы, включающие различные отходы промышленного производства, недостатками которых являются относительно низкое качество конечного продукта при высокой энергоемкости их получения.Cementing materials are known, including various industrial wastes, the disadvantages of which are the relatively low quality of the final product and the high energy intensity of their production.

Наиболее близким по технической сущности является вяжущий материал - цемент (Патент РФ №2119897), включающий портландцементный клинкер и сульфатный компонент, состоящий из гипсового камня и ангидрита при соотношении, масс. %: гипсовый камень 30 - 70, ангидрит 30 - 70, кроме того сульфатный компонент содержит в качестве ангидрита отход производства фтористого алюминия - фторангидрит, а общее содержание сульфатного компонента в цементе составляет 1 - 4 масс. % в пересчете на SO3.The closest in technical essence is the binding material - cement (RF Patent No. 2119897), including Portland cement clinker and a sulfate component consisting of gypsum stone and anhydrite at a ratio, wt. %: gypsum stone 30 - 70, anhydrite 30 - 70, in addition, the sulfate component contains as anhydrite a waste product from the production of aluminum fluoride - acid fluoride, and the total content of the sulfate component in cement is 1 - 4 wt. % in terms of SO 3 .

Недостатком предлагаемого вяжущего материала является относительно низкое качество конечного продукта при высокой энергоемкости его получения.The disadvantage of the proposed binder material is the relatively low quality of the final product with the high energy intensity of its production.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении показателей качества вяжущего материала при снижении энергоемкости его получения.The technical result of the proposed invention is to increase the quality indicators of the binder material while reducing the energy intensity of its production.

Технический результат достигается тем, что композиционный вяжущий материал включает портландцементный клинкер и сульфатный компонент, причем в качестве сульфатного компонента вводят отход ванадиевого производства со стеклобоем при соотношении 2:1 весовых частей соответственно в количестве 9-12 масс. % дисперсностью 6500 см2/ г.The technical result is achieved by the fact that the composite binder material includes Portland cement clinker and a sulfate component, and vanadium production waste with cullet is introduced as a sulfate component at a ratio of 2:1 parts by weight, respectively, in an amount of 9-12 wt. % dispersion 6500 cm 2 / g.

Предложенный композиционный вяжущий материал отличатся от прототипа тем, что в качестве сульфатного компонента вводят отход ванадиевого производства со стеклобоем при соотношении 2:1 весовых частей соответственно в количестве 9-12 масс. % дисперсностью 6500 см2/ г.The proposed composite binder material differs from the prototype in that vanadium production waste with cullet is introduced as a sulfate component at a ratio of 2:1 parts by weight, respectively, in an amount of 9-12 wt. % dispersion 6500 cm 2 / g.

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

Таблица 1Table 1 Соотношение компонентов
(отход ванадиевого производства: стеклобой
Component ratio
(vanadium production waste: cullet
Отход ванадиевого производства и стеклобой,
масс. %
Vanadium production waste and cullet,
wt. %
Портландцементный клинкер, %Portland cement clinker, % Прочность при сжатии, МПаCompressive strength, MPa
1:1 1:1 6,0
9,0
12,0
15,0
6.0
9.0
12.0
15.0
94,0
91,0
88,0
85,0
94.0
91.0
88.0
85.0
39,4
42,8
46,2
41,8
39.4
42.8
46.2
41.8
2:1* 2:1* 6,0
9,0*
12,0*
15,0
6.0
9.0*
12.0*
15.0
94,0
91,0*
88,0*
85,0
94.0
91.0*
88.0*
85.0
54,7
59,1*
57,8*
51,7
54.7
59.1*
57.8*
51.7
3:1 3:1 6,0
9,0
12,0
15,0
6.0
9.0
12.0
15.0
94,0
91,0
88,0
85,0
94.0
91.0
88.0
85.0
36,9
41,7
43,9
38,4
36.9
41.7
43.9
38.4

*- оптимальный вариант* - optimal option

Экспериментально полученные параметры помола и механоактивации смеси представлены в таблице 2.The experimentally obtained parameters of grinding and mechanical activation of the mixture are presented in Table 2.

Таблица 2
Время помола компонентов вяжущего до удельной поверхности 6500 см2/г.
table 2
Time for grinding binder components to a specific surface area of 6500 cm 2 /g.
Наименование мельницыMill name Время помола, часGrinding time, hour Шаровая фарфоровая мельница с уролитовыми шарамиBall porcelain mill with urolite balls 4,04.0 Цетробежно-планетарная мельницаCentrifugal planetary mill 0,250.25

Совместно с портландцементным клинкером дополнительно осуществляют помол отхода ванадиевого производства, основной фазой которого является гипс, и стеклобоя до удельной поверхности 6500 см2/г с получением частиц размером 3,4-3,6 мкм. В процессе данного совместного помола происходит механоактивация частиц отхода ванадиевого производства и частиц стеклобоя с частицами портландцементного клинкера, что приводит к протеканию твердофазных реакций за счет увеличения поверхностной и внутренней энергии всех частиц и смещения лимитирующей стадии из диффузионной области в кинетическую. Применение центробежно-планетарной мельницы позволяет снизить энергозатраты в 3 раза и сокращения времени помола более чем в 10 раз. Совместное использование отхода ванадиевого производства и стеклобоя при соотношении 2:1 весовых частей в количестве 9-12 масс. % приводит с существенному повышению прочности за счет эффекта синергизма и образования столбчатых и игольчатых натрий содержащих кристаллов гмеленита и томсонита.Together with Portland cement clinker, vanadium production waste, the main phase of which is gypsum, and glass cullet are additionally ground to a specific surface of 6500 cm 2 /g to obtain particles with a size of 3.4-3.6 microns. During this joint grinding, mechanical activation of vanadium production waste particles and glass cullet particles with Portland cement clinker particles occurs, which leads to the occurrence of solid-phase reactions due to an increase in the surface and internal energy of all particles and a shift of the limiting stage from the diffusion region to the kinetic one. The use of a centrifugal planetary mill allows reducing energy costs by 3 times and reducing grinding time by more than 10 times. Combined use of vanadium production waste and cullet at a ratio of 2:1 parts by weight in an amount of 9-12 wt. % leads to a significant increase in strength due to the synergistic effect and the formation of columnar and needle-shaped sodium-containing crystals of gmelenite and thomsonite.

В качестве исходного материала брали портландцементный клинкер производства ОАО «Сребряковцемент» марки ЦЕМ II/A 42,5Н (ГОСТ 31108-2016) с удельной поверхностью 3200 см2/г следующего химического состава (таблица 3).The starting material was Portland cement clinker produced by Srebryakovcement OJSC, grade CEM II/A 42.5N (GOST 31108-2016) with a specific surface area of 3200 cm 2 /g of the following chemical composition (Table 3).

Таблица 3
Химический состав портландцемента
Table 3
Chemical composition of Portland cement
CaOCaO SiO2 SiO2 Al2O3 Al2O3 _ Fe2O3 Fe2O3 _ MgOMgO SO3 SO 3 R2O R2O п.п.п.p.p.p. 62,4462.44 21,2921.29 5,725.72 3,373.37 2,092.09 2,832.83 1,211.21 1,101.10

Химический состав отхода ванадиевого производства представлен в таблице 4 (Бессмертный В.С., Здоренко Н.М., Черкасов А.В., Варфоломеева С.В., Бондаренко М.А., Макаров А.В., Платов Ю.Т., Платова Р.А. Возможность использования в технологии стеновой керамики отходов ванадиевого производства // Стекло и керамика. 2022. Т. 95, № 7. С. 43 - 50).The chemical composition of vanadium production waste is presented in Table 4 (Bessmertny V.S., Zdorenko N.M., Cherkasov A.V., Varfolomeeva S.V., Bondarenko M.A., Makarov A.V., Platov Yu.T. ., Platova R.A. Possibility of using vanadium production waste in the technology of wall ceramics // Glass and Ceramics. 2022. T. 95, No. 7. pp. 43 - 50).

Таблица 4
Химический состав отхода ванадиевого производства
Table 4
Chemical composition of vanadium production waste
п.п.п./ прочее p.p.p./ other Массовое содержание, %Mass content, % SiO2 SiO2 Al2O3 Al2O3 _ CaOCaO MgOMgO V2O5 V2O5 Mn2O3 Mn2O3 _ SO3 SO 3 1,13/0,061.13/0.06 3,223.22 0,410.41 36,9336.93 5,035.03 2,812.81 17,3917.39 33,0233.02

Усредненный химический состав боя оконного и тарного стекла представлен в таблице 5 (Патент РФ № 2778880 «Стеклощелочное вяжущее»)The average chemical composition of broken window and container glass is presented in Table 5 (RF Patent No. 2778880 “Alkaline glass binder”)

Таблица 5Table 5

Пример 1:Example 1:

Параметры работы центробежно-планетарной мельницы «Санд» были следующие: скорость вращения барабана 325с-1; материал мельницы и шаров - халцедон. В центробежно-планетарную мельницу загружали портландцемент 91,0 масс. %, отход ванадиевого производства и бой стекла при соотношении 2:1 массовых частей в количестве 9,0 масс. % и производили помол смеси до удельной поверхности 6500 см2/г. Размеры частиц отхода ванадиевого производства, стеклобоя и портландцементного клинкера составляли 3,4-3,6 мкм. Время помола составляло 15 минут.The operating parameters of the Sand centrifugal planetary mill were as follows: drum rotation speed 325s -1 ; The material of the mill and balls is chalcedony. Portland cement 91.0 wt. was loaded into a centrifugal planetary mill. %, vanadium production waste and broken glass at a ratio of 2:1 parts by mass in an amount of 9.0 mass. % and the mixture was ground to a specific surface area of 6500 cm 2 /g. The particle sizes of vanadium production waste, cullet and Portland cement clinker were 3.4-3.6 microns. The grinding time was 15 minutes.

Смесь извлекали и формовали образцы в виде кубиков 30х30х30 мм при водоцементном соотношении (В/Ц) 0,23. После твердения на воздухе в течение 24 часов кубики извлекали из формы и подвергали тепловлажностной обработке в пропарочной камере LOIP в течение 6 часов при температуре 85°С, а затем осуществлялось твердение образцов на воздухе в течении 28 суток. The mixture was extracted and samples were molded into cubes 30x30x30 mm with a water-cement ratio (W/C) of 0.23. After hardening in air for 24 hours, the cubes were removed from the mold and subjected to heat and humidity treatment in a LOIP steaming chamber for 6 hours at a temperature of 85°C, and then the samples were hardened in air for 28 days.

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

Размер частиц отхода ванадиевого производства, стеклобоя и портландцемента влиял на прочностные характеристики конечного продукта и удельную поверхность (таблица 6).The particle size of vanadium production waste, cullet and Portland cement influenced the strength characteristics of the final product and specific surface area (Table 6).

Таблица 6
Влияние времени помола на удельную поверхность и размер частиц
Table 6
Effect of grinding time on specific surface area and particle size
No. Время помола, минGrinding time, min Удельная поверхность, см2Specific surface area, cm 2 /g Размер частиц, мкмParticle size, microns 77 58005800 Более 10More than 10 1010 62006200 5,0-7,05.0-7.0 15*15* 6500*6500* 3,4-3,6*3.4-3.6* 2020 65506550 3,3-3-43.3-3-4

*- оптимальные параметры*- optimal parameters

Как видно из таблицы 6, оптимальное время помола составляло 15 минут. При увеличении времени помола до 20 минут удельная поверхность увеличивалась незначительно, а энергозатраты на помол увеличивались на 25%. При времени помола 10 минут - удельная поверхность по сравнению с оптимальными параметрами, снижалась до 6200 мм2/г, а средний размер частиц лежал в пределах 5,0-7,0 мкм, что существенно снижало марочность вяжущего материала менее марки вяжущего материала М400.As can be seen from Table 6, the optimal grinding time was 15 minutes. When the grinding time increased to 20 minutes, the specific surface area increased slightly, and the energy consumption for grinding increased by 25%. With a grinding time of 10 minutes, the specific surface area, compared to the optimal parameters, decreased to 6200 mm 2 /g, and the average particle size was in the range of 5.0-7.0 microns, which significantly reduced the quality of the binder material to less than the M400 grade of binder material.

Дисперсность измельченных частиц исходного портландцементного клинкера, отхода ванадиевого производства и стеклобоя после помола определяли на лазерном анализаторе размеров частиц ANALYSETTE 22 Nano Tecplus. Прочность на сжатие кубиков проводили на гидравлическом прессе ПМГ-100 МГ4. Прочность на сжатие определяли как среднюю прочность пяти образцов, которая составляла 59,1The dispersity of crushed particles of the original Portland cement clinker, vanadium production waste and cullet after grinding was determined using an ANALYSETTE 22 Nano Tecplus laser particle size analyzer. The compressive strength of the cubes was carried out on a hydraulic press PMG-100 MG4. Compressive strength was determined as the average strength of five samples, which was 59.1

Пример 2:Example 2:

По примеру 1 готовили смесь портландцементного клинкера в количестве 88,0 масс. %, отхода ванадиевого производства и стекобоя при соотношении 2:1 весовых частей соответственно в количестве 12 масс. %. Формовали образцы и испытывали на прочность по примеру 1.According to example 1, a mixture of Portland cement clinker was prepared in an amount of 88.0 wt. %, vanadium production waste and cullet at a ratio of 2:1 parts by weight, respectively, in an amount of 12 wt. %. Samples were formed and tested for strength according to example 1.

Прочность на сжатие кубиков составляла 57,8 МПа, что соответствует марки вяжущего материала М 500.The compressive strength of the cubes was 57.8 MPa, which corresponds to the grade of binder material M 500.

При увеличении в смеси отхода ванадиевого производства и стеклобоя более 12% марочность вяжущего материала ниже марки М 400.When the mixture of vanadium production waste and cullet increases by more than 12%, the quality of the binder material is below grade M 400.

Таким образом, оптимальное содержание отхода ванадиевого производства и стеклобоя при соотношении 2:1 массовых частей в вяжущем материале лежит в пределах 9,0-12,0%.Thus, the optimal content of vanadium production waste and cullet at a ratio of 2:1 mass parts in the binder material lies in the range of 9.0-12.0%.

Claims (1)

Композиционный вяжущий материал, включающий портландцементный клинкер и сульфатный компонент, отличающийся тем, что в качестве сульфатного компонента вводят отход ванадиевого производства со стеклобоем при соотношении 2:1 весовых частей соответственно в количестве 9-12 масс. %, дисперсностью 6500 см2/г.A composite binder material comprising Portland cement clinker and a sulfate component, characterized in that vanadium production waste with cullet is introduced as a sulfate component at a ratio of 2:1 parts by weight, respectively, in an amount of 9-12 wt. %, dispersion 6500 cm 2 /g.
RU2023120450A 2023-08-03 Composite binding material RU2811162C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2811162C1 true RU2811162C1 (en) 2024-01-11

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2119897C1 (en) * 1998-04-22 1998-10-10 Осипов Александр Алексеевич Cement
RU2002116458A (en) * 2002-06-18 2003-12-20 Александр Фёдорович Симурин Astringent
RU2373163C1 (en) * 2008-05-15 2009-11-20 Сибгатуллин Ильгизар Раифович Cement of low water demand and method of its production
JP2015156113A (en) * 2014-02-20 2015-08-27 Necプラットフォームズ株式会社 Information processing apparatus, and object detection method
RU2705838C1 (en) * 2019-05-06 2019-11-12 Акционерное общество "ЕВРАЗ Ванадий Тула" Granular vanadium-containing charge for oxidative burning

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2119897C1 (en) * 1998-04-22 1998-10-10 Осипов Александр Алексеевич Cement
RU2002116458A (en) * 2002-06-18 2003-12-20 Александр Фёдорович Симурин Astringent
RU2373163C1 (en) * 2008-05-15 2009-11-20 Сибгатуллин Ильгизар Раифович Cement of low water demand and method of its production
JP2015156113A (en) * 2014-02-20 2015-08-27 Necプラットフォームズ株式会社 Information processing apparatus, and object detection method
RU2705838C1 (en) * 2019-05-06 2019-11-12 Акционерное общество "ЕВРАЗ Ванадий Тула" Granular vanadium-containing charge for oxidative burning

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ермолович Е.А. Утилизация отходов ванадиевого производства в плотных смесях для закладки выработанного пространства, Горный информационно-аналитический бюллетень, N4, 2011 г. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mallikarjuna Rao et al. Final setting time and compressive strength of fly ash and GGBS-based geopolymer paste and mortar
EP4077234A1 (en) Method for producing supersulphated cement
RU2382004C2 (en) Organic mineral modifier for concrete mixtures and construction mortars and method of its production
RU2811162C1 (en) Composite binding material
RU2810352C1 (en) Binder
JP2020523280A (en) Cement manufacturing method
RU2656270C1 (en) Low water demand cement and method of its manufacturing
RU2815130C1 (en) Method of producing binding material
RU2820103C1 (en) Method of producing composite binder based on industrial wastes
RU2814674C1 (en) Method of producing binder based on industrial wastes
RU2305666C1 (en) Lime binder, method of preparation of lime binder and method of preparation of silicate mixture on base of lime binder for production of molded articles of autoclave hardening
RU2808341C1 (en) Binding material
JPH05213654A (en) Hydraulic composition and process for producing concrete pile by using this composition
RU2813085C1 (en) Method for producing binding construction material
RU2814671C1 (en) Method of producing binder based on industrial wastes
RU2811119C1 (en) Binder based on industrial waste
CA3221121A1 (en) Adjuvant for increasing the short-term mechanical strength of a hydraulic composition with a reduced clinker content
RU2813563C1 (en) Binder production method
RU2303013C1 (en) Lime silicic binder, method of preparation of lime silicic binder and silicate mixture on its base for manufacture of molded articles of autoclave hardening
RU2819999C1 (en) Binder based on industrial wastes
RU2814438C1 (en) Composite binder based on industrial wastes
RU2821085C1 (en) Method of producing binder based on industrial wastes
RU2814449C1 (en) Composite binder based on industrial wastes
RU2808253C1 (en) Binder made of industrial waste
RU2811125C1 (en) Composite binder based on technogenic waste