SK288418B6 - Combined binder on the basis of waste material - Google Patents

Combined binder on the basis of waste material Download PDF

Info

Publication number
SK288418B6
SK288418B6 SK50024-2012A SK500242012A SK288418B6 SK 288418 B6 SK288418 B6 SK 288418B6 SK 500242012 A SK500242012 A SK 500242012A SK 288418 B6 SK288418 B6 SK 288418B6
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
alkaline
waste
sio
weight
concrete
Prior art date
Application number
SK50024-2012A
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK500242012A3 (en
Inventor
Pavel Martauz
Július Strigáč
Original Assignee
Považská Cementáreň, A. S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Považská Cementáreň, A. S. filed Critical Považská Cementáreň, A. S.
Priority to SK50024-2012A priority Critical patent/SK288418B6/en
Publication of SK500242012A3 publication Critical patent/SK500242012A3/en
Publication of SK288418B6 publication Critical patent/SK288418B6/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Landscapes

  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Combined binder on basis of wastes containing Portland siliceous clinker in an amount 5 to 40 % by weight, advantageously 10 to 30 % by weight, and 94,5 to 50 % by weight of ash or mixture of ash and metallurgical slag mixed in optional proportion or mixture of metallurgical slag and alkaline activator, wherein the alkaline activator are alkaline waste waters, leaches from sludge beds of red and brown mud, what is the waste coming from bauxite processing by Bayer method alkaline leaching at production of Al2O3 and aluminum and generated products from the mentioned wastes in an amount with content of alkaline component analytically expressed as 0,01 to 6,5 % by weight of Na2O.

Description

Vynález sa týka alkalický aktivovaných spojív, alkalický aktivovaných cementov, geopolymérov, alkalický aktivovaných betónov, alkalický aktivovaných mált, stavebných zmesí, materiálov a výrobkov obsahujúcich alkalický aktivované spojivá na báze odpadov a vedľajších produktov s kombinovaným procesom tuhnutia a tvrdnutia, so zvýšenou chemickou odolnosťou, odolnosťou proti ohňu s nízkymi emisiami CO2.The invention relates to alkaline activated binders, alkaline activated cements, geopolymers, alkaline activated concrete, alkaline activated mortars, building mixtures, materials and products containing alkaline activated binders based on waste and by-products with combined solidification and hardening process, with increased chemical resistance, resistance against low CO 2 fire.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V súčasnosti je ochrana životného prostredia obzvlášť aktuálna. Veľkým problémom je globálne otepľovanie zemskej atmosféry, s ním spojené klimatické zmeny a tiež hromadenie odpadov bez ich účelného zužitkovania.At present, environmental protection is particularly timely. A major problem is the global warming of the Earth's atmosphere, the climate change associated with it, and the accumulation of waste without its efficient recovery.

Skleníkový efekt je spôsobovaný skleníkovými plynmi, medzi ktoré množstvom najnegatívnejšie patrí oxid uhličitý CO2. Zdrojom veľkej časti oxidu uhličitého CO2 je energetika (tepelné elektrárne, teplárne, vykurovanie domácností), doprava, priemyselná činnosť, výroba stavebných spojív (cement a vápno), keramiky a skla, hutníctvo, výroba ocele. Z hľadiska objemu emisií CO2 je veľkým prispievateľom k nežiaducim emisiám CO2 silikátový priemysel a z neho najmä produkcia stavebných spojív. Množstvá CO2 z výroby cementov tvoria 5 - 8 % z celkových emisií CO2. Dnes sa celkové vyemitované množstvo CO2 z výroby 1 tony portlandského cementu pohybuje na úrovni 0,8 tony CO2.The greenhouse effect is caused by greenhouse gases, among which the most negative amounts include carbon dioxide CO2. The source of much of the CO2 is energy (thermal power plants, heating plants, domestic heating), transportation, industrial activity, production of building binders (cement and lime), ceramic and glass, metals, steel production. In terms of CO 2 emissions, the silicate industry, and in particular the production of building binders, is a major contributor to undesirable CO 2 emissions. CO 2 from cement production accounts for 5-8% of total CO 2 emissions. Today, the total amount of CO 2 emitted from the production of 1 tonne of Portland cement is 0.8 tonnes of CO 2 .

Ďalším veľkým problémom je hromadenie odpadov, starých a novovznikajúcich skládok odpadov ako environmentálnych záťaží, bez možnosti ich využitia. Rovnakým problémom je aj hromadenie vedľajších produktov priemyselných výrob s nízkou možnosťou využitia, resp. sezónne nevýhodnej spotreby.Another major problem is the accumulation of waste, old and emerging landfills as environmental burdens, without the possibility of their recovery. The same problem is the accumulation of by-products of industrial production with low utilization, resp. seasonally disadvantageous consumption.

Jednou z takýchto starých environmentálnych záťaží sú aj haldy, na ktorých sa dlhodobo hromadil hnedý a červený kal z výroby oxidu hlinitého A12O3 z bauxitu Bayerovou metódou alkalického lúhovania s NaOH. Ide o skládky po dlhodobej, niekoľko desiatok ročnej produkcie A12O3 a hliníka, s depozitom na úrovniach niekoľkých miliónov ton zaberajúce rozlohu desiatok ha plôch, ktoré môžu spôsobovať aj environmentálne katastrofy, ako tomu bolo v r. 2010 v Maďarsku (Kol. autorov, Hlavný editor Benedek János, The Kolontár Report, Causes and lessons front the red mud disaster, Published by the Greens, Printing: Cypress Ltd., Budapest, March 2011).One of these old environmental burdens is also the heaps, where brown and red sludge from the production of alumina A1 2 O 3 from bauxite by the Bayer method of alkaline leaching with NaOH accumulated for a long time. These are landfills after long-term, several tens of annual production of Al 2 O 3 and aluminum, with deposits of several million tonnes, occupying an area of tens of hectares, which can also cause environmental disasters, as was the case in 2005. 2010 in Hungary (Kol. Autorů, Editor-in-Chief Benedek János, Kolontár Report, Causes and Lessons Front of the Red Mud Disaster, Published by Greens, Printing: Cypress Ltd., Budapest, March 2011).

Keďže hnedý a červený kal majú iba minimálne využitie, vzhľadom na ich vysokú alkalinitu a obsah ťažkých kovov, pristupuje sa rekultivácii ich skládok (Ťahúňová, M., Riešenie environmentálnych záťaží v ZSNP, a. s., MČ2/2009, Enviromagazín, str. 12 - 14, 2009). Rekultivácia odkalísk daných kalov spočíva v ich odizolovaní, čo má však následok hromadenie a cirkuláciu zrážkových vôd v odkaliskách, ktoré sa pri styku s kalmi kontaminujú alkáliami a stávajú sa vysokoalkalickými s pH až 13,5. Alkalické vody je nutné z odkaliska prečerpávať skládkovať v bazénoch, a potom upravovať, pretože vysoká alkalinita týchto vôd nedovoľuje ich vypúšťanie do povrchových a podzemných vôd. Keďže kapacita rezervoárov je limitovaná a poveternostné podmienky (zrážky, sneh, ľad) podmieňujú opätovný vznik nebezpečných alkalických vôd, je nutná ich neustála úprava. Úprava môže pozostávať z ich spracovania fyzikálno-chemickým spôsobom, napr. s kyselinou sírovou H2SO4, elektrodialýzou s následnou separáciou vodných tokov s nízkym a vysokým obsahom solí, skoncentrovaním toku s vysokým obsahom solí v odparkách a vypustením toku s nízkym obsahom solí do kanalizácie. Neutralizácia alkalických vôd je možná aj použitím CO2 (Ramesh Chandra Sahu a, Rajkishore Patel, Bankim Chandra Ray, Neutralization of red mud using CO2 sequestration cycle, Journal of Hazardous Materials, 179, pp. 28 - 34, 2010).Since brown and red sludge have little use, due to their high alkalinity and heavy metal content, reclamation of their landfills is under way (Ťahúňová, M., Solution of environmental burdens in ZSNP, as, MČ2 / 2009, Enviromagazine, pp. 12 - 14 (2009). The reclamation of the sludge sludges consists in their stripping, which, however, results in the accumulation and circulation of rainwater in the sludge ponds, which in contact with the sludge contaminate with alkalis and become highly alkaline with a pH of up to 13.5. Alkaline waters must be pumped from the tailings pond to be pumped in pools and then treated, as the high alkalinity of these waters does not allow them to be discharged into surface and groundwater. As the capacity of the reservoirs is limited and the weather conditions (rainfall, snow, ice) make the re-emergence of hazardous alkaline waters necessary, their constant treatment is necessary. The treatment may consist of treating them in a physico-chemical manner, e.g. with sulfuric acid H 2 SO 4 , electrodialysis followed by separation of low and high salt water streams, concentration of the high salt stream in the evaporators and discharge of the low salt stream into the sewer. Neutralization of alkaline waters is also possible with the use of CO 2 (Ramesh Chandra Sahu and, Rajkishore Patel, Bankim Chandra Ray, Neutralization of red mud using CO 2 sequestration cycle, Journal of Hazardous Materials, 179, pp. 28-34, 2010).

Problémom spracovania alkalických vôd je okrem ich vysokej alkalinity je aj ich rôzne chemické zloženie dané ročnými obdobiami, poveternostnými podmienkami ako intenzita a početnosť zrážok, topenie snehov a ľadu, a tým rôzna koncentrácia OH a Na+, rokmi sa rôzne pohybujúca vymývaním presakujúcimi vodami.In addition to their high alkalinity, the problem of alkaline water treatment is their different chemical composition given by the seasons, weather conditions such as intensity and frequency of precipitation, melting of snow and ice, and thus different concentrations of OH and Na + .

Hromadnému využitiu alkalických vôd vzniknutých z hnedých a červených kalov a kalov samotných bráni vysoký obsah Na+, vysoké pH a vysoký obsah ťažkých kovov. Pre cementársky priemysel je zaujímavý vysoký obsah CaO, A12O3 a Fe2O3 v kaloch, ktorý im dáva potenciál na výrobu cementárskych surovinových zmesí, avšak prítomné Na2O pri výpale v moderných cementárskych rotačných peciach s cyklónovým výmenníkom tepla je vážnou prekážkou, keďže prítomnosť alkálií spôsobuje vznik nálepkov v pecnom systéme, znižovanie výkonov a upchávanie výmenníka tepla, systémov predkalcinácie. Ďalej zvyšovanie obsahu alkálií v portlandských cementoch vedie k zvýšeniu náchylnosti kameniva na alkalicko-kremičitú reakciu v betónoch, t. j. k alkalickému rozpínaniu kameniva a deštrukcii betónov, preto je obsah alkálií v portlandských cementoch limitovaný Na2O + 0,658 K2O < 0,6 % hmotn. (STN EN 206-1/NA).The high utilization of alkaline waters formed from brown and red sludge and sludge itself is prevented by high Na + content, high pH and high heavy metal content. Cement, Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 in sludge are interesting for the cement industry, giving them the potential to produce cementitious raw material mixtures, but the presence of Na 2 O during firing in modern cementitious rotary kilns with a cyclone heat exchanger is a serious obstacle whereas the presence of alkali causes sticking in the kiln system, reduced performance and clogging of the heat exchanger, precalcination systems. Furthermore, increasing the alkali content of Portland cements leads to an increase in the susceptibility of the aggregate to the alkaline-silica reaction in concretes, ie to the alkaline expansion of the aggregate and the destruction of concretes, therefore the alkali content of Portland cements is limited to Na 2 O + 0,658 K 2 O <0,6% weight. (STN EN 206-1 / NA).

Ako možnosť využitia červených kalov pri výrobe cementárskeho slinku sa uvádza riešenie JP 2004269304 A. Tu sa červené kaly miešajú so zložkami obsahujúcimi vápnik a chlór. Pri tomto riešení sa odstraňuje alkalická zložka z červeného kalu a slinku výpalom pri 1000 °C. Alkalické chloridy sa zo slinku odparujú a z pecného systému sa odstraňujú špeciálnym zariadením tzv. by-passom. Prevádzkovanie by-passov však vedie k ekonomickým stratám - spotreba elektrickej energie, straty tepla odťahovanými spalinami, chladenie horúcich spalín, separácia odpraškov - a k problémom s využívaním odtiahnutých odpraškov s vysokým obsahom alkalických chloridov, čím vzniká ďalší problémový odpad s nízkym využitím (Schôffmann, H. and Weichinger, M., 5th VDZ Congress, Díisseldorf, Germany, pp. 246 - 251, 2002). Alkalické chloridy v pecnom systéme tiež poškodzujú koróziou železné a oceľové časti, železné kotvy upevňujúce žiaruvzdorné materiály v peci a vo výmenníku tepla a aj samotnú žiaruvzdornú výmurovku chemicky agresívnymi reakciami. Zvyškové alkalické chloridy viazané v slinku, ktoré sa by-passom nedajú odstrániť, zvyšujú chloridy v cementoch, ktoré následne v betónoch spôsobujú chloridovú koróziu betónového kameňa a oceľovej výstuže v železobetónoch, preto obsah chloridov Cl v cementoch nesmie presiahnuť 0,1 % hmotn. (STN EN 197-1).A solution of JP 2004269304 A is mentioned as the possibility of using red sludge in the production of cement clinker. Here, the red sludge is mixed with the components containing calcium and chlorine. In this solution, the alkaline component is removed from the red sludge and clinker by firing at 1000 ° C. The alkaline chlorides evaporate from the clinker and are removed from the furnace system by a special device, so-called. by-pass. However, by-pass operation leads to economic losses - electricity consumption, heat loss by exhaust gases, cooling of hot flue gases, dust separation - and problems with the use of high alkaline chloride withdrawn dusts, thus creating additional low-waste waste (Schôffmann, H. and Weichinger, M., 5 th VDZ Congress, Disseldorf, Germany, pp. 246-251, 2002). Alkaline chlorides in the furnace system also damage corrosion of iron and steel parts, iron anchors fastening the refractory materials in the furnace and heat exchanger, and also the refractory lining itself by chemically aggressive reactions. The residual alkaline chlorides bound in the clinker, which cannot be removed by-pass, increase the chlorides in the cements, which subsequently cause the chloride corrosion of the concrete stone and the steel reinforcement in the reinforced concrete in the concretes, therefore the chloride content Cl in cements must not exceed 0.1 wt. (STN EN 197-1).

Ďalší spôsob možnej výroby cementu z červeného kalu uvádza CN 1613809 A, kde sa červený kal dealkalizuje fdtráciou. Problémom ale zostáva odfiltrovaná alkalická voda.Another method for the possible production of cement from red sludge is disclosed in CN 1613809 A, where the red sludge is dealkalized by filtration. However, filtered alkaline water remains a problem.

Využitie červených kalov v zmesi s by-passovými odpraškami pri výrobe hydraulického cementu uvádza riešenie WO 86/05773, pričom zmes obsahuje aj menšie množstvá vápna CaO, sadrovca CaSO4 . 2H2O a oxidu hlinitého A12O3 a zahrieva sa na teploty 1250 - 1400 °C. Týmto sa dá vyrobiť špeciálny sulfoaluminát-belitový cement na báze slinkových minerálov 3CA.CaSO4, C2S, C4AF, s možnosťou zvyškového CaSO4 a C (C = CaO, S = SiO2, A = A12O3, F = Fe2O3, M = MgO, N = Na2O, K = K2O, H = H2O).The use of red sludge in a by-pass dust mixture in the production of hydraulic cement is disclosed in WO 86/05773, wherein the mixture also contains smaller amounts of lime CaO, gypsum CaSO 4 . 2H 2 O and Al 2 O 3 alumina and heated to 1250-1400 ° C. This makes it possible to produce special sulfoaluminate-belite cement based on clinker minerals 3CA.CaSO 4 , C 2 S, C 4 AF, with the possibility of residual CaSO 4 and C (C = CaO, S = SiO 2 , A = Al 2 O 3 , F = Fe 2 O 3 , M = MgO, N = Na 2 O, K = K 2 O, H = H 2 O).

Ďalšie využitie červených kalov, prírodného vápenca CaCO3, sadrovca a minoritných prímesí pri výrobe sulfoaluminát-belitových cementov uvádzajú riešenia CN 101439938 A a CN 1837121 A a dealkalizovaného Červeného kalu riešenie CN 101891406 A.Further uses of red sludge, natural limestone CaCO 3 , gypsum and minor admixtures in the production of sulfoaluminate-belite cements are cited in CN 101439938 A and CN 1837121 A and dealkalized red sludge in CN 101891406 A.

Riešením CN 1522981 A sa kalcináciou červeného kalu pripravuje aktivovaný, do červená sfarbený kameň a následne cement, pričom ide o multikomponentný systém pozostávajúci z 30 - 60 % aktivovaného červeného kameňa, 2 - 4 % sadrovca, 3 - 5 % oxidu železitého Fe2O3 červeného a 0,3 - 0,8 % aditíva.CN 1522981 A solution calculates red sludge to produce activated red-colored stone and then cement, a multi-component system consisting of 30 - 60% activated red stone, 2 - 4% gypsum, 3 - 5% iron oxide Fe 2 O 3 red and 0.3 - 0.8% additive.

Ďalším environmentálnym problémom je aj produkcia niektorých vedľajších produktov, akými sú popolčeky z energetiky a trosky z metalurgie. Veľkoobjemové využitie daných vedľajších produktov ponúkajú výroby cementov a stavebných spojív a betónov. Nie všetky metalurgické trosky sú však vhodné na výrobu cementov a betónov podľa platných noriem (STN EN 197-1, STN EN 15167-1 a STN EN 206-1, STN EN 12620) a tiež nie všetky popolčeky sú vhodné na výrobu cementov a betónov podľa platných noriem (STN EN 197-1, STN EN 450-1 a STN EN 206-1).Another environmental problem is the production of some by-products, such as fly ash from metallurgy and energy. The large-scale use of these by-products offers the production of cements and building binders and concrete. However, not all metallurgical slags are suitable for the production of cements and concretes according to the applicable standards (STN EN 197-1, STN EN 15167-1 and STN EN 206-1, STN EN 12620) and also not all fly ash are suitable for the production of cement and concrete according to valid standards (STN EN 197-1, STN EN 450-1 and STN EN 206-1).

Popolčeky sú vedľajšie produkty z výroby elektrickej a tepelnej energie a metalurgické trosky sú vedľajšie produkty z výroby železa, ocele a farebných kovov. Nevýhodou popolčekov je ich premenlivé chemické, mineralogické a granulometrické zloženie dané pôvodom a druhom použitého uhlia a typom spaľovacieho zariadenia. Tiež je nevýhoda sezónnosť výroby popolčekov, kedy v zimných mesiacoch je ich produkcia najvyššia a produkcia cementov a betónov minimálna. Popolčeky z fluidného spaľovania uhlia, na rozdiel od klasických popolčekov, nevyhovujú platným normám (STN EN 197-1, STN EN 450-1 a STN EN 206-1) a prakticky celá ich produkcia sa musí skládkovať. Iba niektoré z kremičitých a vápenatých popolčekov sú vhodné aj do samotných cementov (STN EN 197-1) a ako spojivo - puzolánová prímes, prímes II. druhu aj do betónov (STN EN 206-1).Ash is a by-product of electricity and heat production and metallurgical slag is a by-product of iron, steel and non-ferrous metals. The disadvantage of fly ash is its variable chemical, mineralogical and granulometric composition given by the origin and type of coal used and the type of combustion plant. The disadvantage is also the seasonality of fly ash production, when in the winter months their production is highest and the production of cements and concrete is minimal. Unlike conventional fly ash, fly ash from fluidized-bed coal does not comply with the applicable standards (STN EN 197-1, STN EN 450-1 and STN EN 206-1) and virtually all their production must be landfilled. Only some of the siliceous and lime ash are also suitable for the cements themselves (STN EN 197-1) and as a binder - pozzolanic admixture, admixture II. of type also in concrete (STN EN 206-1).

Niektoré metalurgické trosky sú na produkciu cementov vhodné len ako zložka do cementárskych surovinových zmesí (oceliarenské trosky, panvové trosky, trosky z výroby a rafinácie neželezných kovov) a ako umelé hutné kamenivo do betónov (vysokopecné vzduchom chladené trosky, oceliarenské trosky, trosky z výroby a rafinácie farebných kovov). Iba niektoré z vysokopecných granulovaných trosiek sú vhodné aj do samotných cementov (STN EN 197-1) a ako spojivo - latentné hydraulická prímes, prímes II. druhu aj do betónov (STN EN 206-1).Some metallurgical slags are only suitable for cement production as an ingredient in cementitious raw material mixtures (steel slags, ladle slags, slags from non-ferrous metal production and refining) and as artificial dense aggregates for concrete (blast furnace air-cooled slags, steel slags, slags from production and refining of non - ferrous metals). Only some of the blast furnace granulated debris are also suitable for cements alone (STN EN 197-1) and as a binder - latent hydraulic impurity, impurity II. of type also in concrete (STN EN 206-1).

Popolčeky a metalurgické trosky vrátane tých, ktoré nevyhovujú normám na výrobu bežných portlandských cementov, a betóny sú vhodné na výrobu alkalický aktivovaných spojív - geopolymérov. Geopolyméry sú založené na alkalickej aktivácii (hlinitokremičitanov) takých materiálov, ako sú metalurgické trosky, najmä vysokopecná granulovaná troska, popolčeky, kaolín, metakaolín. Na alkalickú aktiváciu sa používajú alkalické aktivátory, ako sú priemyselne vyrábané s vysokou čistotou hydroxid sodný NaOH, kremičitan sodný Na2SiO3, Na4SiO4, uhličitan sodný Na2CO3, síran sodný Na2SO4, menej časté sú to ekvivalentné draselné soli a hydroxid (Shi, C. Jiménes, A., F. and Palomo, A., New cements for the 21 st century: The pursuit of an alternatíve to Portland cements, Cement and Concrete Research, Vol. 41, No. 7, pp. 570 - 763, 2011).Ash and metallurgical debris, including those that do not meet the standards for the production of conventional Portland cements, and concretes are suitable for the production of alkaline activated binders - geopolymers. Geopolymers are based on the alkaline activation (aluminosilicates) of materials such as metallurgical slags, in particular blast furnace slag, fly ash, kaolin, metakaolin. For alkaline activation, alkaline activators are used, such as industrially manufactured with high purity sodium hydroxide NaOH, sodium silicate Na 2 SiO 3 , Na 4 SiO 4 , sodium carbonate Na 2 CO 3 , sodium sulfate Na 2 SO 4 , less common are equivalent potassium salts and hydroxide (Shi, C. Jimenes, A., F. and Palomo, A., New Cements for the 21st Century: The Pursuit of an Alternative to Portland Cements, Cement and Concrete Research, Vol. 7, pp. 570-763, 2011).

Geopolyméry sú tvorené trojdimenzionálnou hlinitokremičitá mriežkou, ktorá sa dá vyjadriť empirickým vzorcom Men[-(SiO2)z-AlO2]n.wH2O, kde Me je alkalický katión, ktorý v mriežke vyvažuje negatívny náboj skupín A1(OH)4, u je z intervalu 1 až 4 a ako aj n a sú mierou stupňa polymerizácie. Geopolymerizácia vyžaduje pri bežných teplotách vysoké pH =13 prostredia (Davidovits, J., Geopolymer chemistry and sustainable Development. The Poly(sialate) terminology: a very useful and simple model for the promotion and understanding of green-chemistry., 4th World Congress Geopolymer 2005, Saint-Quentin, June 29th - July lst, France, pp. 9 - 16, 2005).Geopolymers consist of a three-dimensional aluminosilicate lattice, which can be expressed by the empirical formula Me n [- (SiO 2 ) z -AlO 2 ] n.wH 2 O, where Me is an alkaline cation which balances the negative charge of A1 (OH) 4 groups , u is from 1 to 4 and is a measure of the degree of polymerization. Geopolymerization requires high pH = 13 environments at normal temperatures (Davidovits, J., Geopolymer chemistry and sustainable development. The Poly (sialate) terminology: a very useful and simple model for the promotion and understanding of green-chemistry., 4th World Congress Geopolymer 2005, Saint-Quentin, June 29th-July, France, pp. 9-16, 2005).

Geopolyméry môžu mať rôzne zloženie, rôzne zdroje hlinitokremičitanov a rôzne alkalické aktivačné činidlá. Spojivo alkalický aktivované soľami alkalických kovov obsahujúce trosku, íl, slieňovec, popolček podľa US 6409819 BI. Alkalický aktivované spojivo obsahujúce Mg2+ podľa KR 101014868 BI. Alkalický aktivované spojivo obsahujúce popolček, trosku a sodík neobsahujúce Ba(OH)2 a Ca(OH)2 na zabránenie alkalicko-kremičitej reakcii kameniva v betóne podľa KR 100942028 BI. Alkalický aktivovaný betón obsahujúci trosku a bezvodý Na2CO3 podľa UA 13869 U. Alkalický aktivované spojivo obsahujúce komplexný alkalický aktivátor na báze Na2CO3 a NaOH podľa WO 2011/087304 A2. Alkalický aktivovaný gélový materiál obsahujúci trosku a na alkalickú aktiváciu prírodný nátron dekahydrát uhličitanu sodného Na2CO3.10H2O podľa CN 1699252 A. Vysoko pevnostný kompozitný cement založený na portlandskom cementovom slinku a zmesi hlinitokremičitanov aktivovaných alkalickým síranmi ako Na2SO4 alebo K2SO4 podľa WO 2010/130623 A1. Alkalický aktivovaná malta na báze popolčeka a trosky, alkalický aktivovaná kvapalným vodným sklom alebo kremičitanom sodným podľa KR 20100090054 A. Alkalický aktivované spojivo obsahujúce popolček, vysokopecnú trosku a kombinácie portlandského cementového slinku, prírodný alebo umelý puzolán, tepelne aktivovaný íl a alkalický aktivátor v podobe sodného alebo draselného vodného skla a NaOH alebo NaOH, prípadne aj portlandský zmesový cement alebo portlandský troskový cement, alebo vysokopecný cement podľa CZ 289735. Alkalický aktivovaný geopolymérny cement na báze popolčeka obsahujúci SiO2, A12O3, H2O a Me20, pričom Me je ión kovu zo skupiny Li, Na, K, Rb a Cs vhodný aj na enkapsuláciu nebezpečných a rádioaktívnych materiálov podľa NZ 527772 A.Geopolymers may have different compositions, different sources of aluminosilicates and different alkaline activating agents. Alkali binder activated with alkali metal salts containing slag, clay, marlin, fly ash according to US 6409819 B1. Alkaline activated binder containing Mg 2+ according to KR 101014868 B1. Alkaline activated binder containing ash, slag and sodium without Ba (OH) 2 and Ca (OH) 2 to prevent the alkaline-silica reaction of aggregates in concrete according to KR 100942028 B1. Alkaline activated concrete containing slag and anhydrous Na 2 CO 3 according to UA 13869 U. Alkaline activated binder containing a complex alkaline activator based on Na 2 CO 3 and NaOH according to WO 2011/087304 A2. Alkali activated gel material containing slag and for alkaline activation natural soda sodium carbonate decahydrate Na 2 CO 3 .10H 2 O according to CN 1699252 A. High strength composite cement based on Portland cement clinker and a mixture of aluminosilicates activated with alkaline sulphates such as Na 2 SO 4 or K 2 SO 4 according to WO 2010/130623 A1. Alkali activated ash and slag based mortar, alkali activated by liquid water glass or sodium silicate according to KR 20100090054 A. Alkali activated binder containing fly ash, blast furnace slag and combinations of Portland cement clinker, natural or artificial pozzolan, thermally activated clay and alkaline activator in sodium or potassium water glass and NaOH or NaOH, optionally also Portland mixed cement or Portland slag cement, or blast-furnace cement according to CZ 289735. Alkaline activated ash-based geopolymer polymer containing SiO 2 , Al 2 O 3 , H 2 O and Me 2 0, wherein Me is a metal ion of the Li, Na, K, Rb and Cs group also suitable for encapsulating hazardous and radioactive materials according to NZ 527772 A.

Jednou z nevýhod bežných geopolymérov na báze gélov N-A-S-H alebo K-A-S-H je ich relatívne kratšie tuhnutie v porovnaní s portlandskými cementmi. S rastom alkalinity pH v geopolymérnej zmesi sa skracuje Čas tuhnutia US 5565028. Preto sa do nich pridávajú retardéry tuhnutia, napr. fosforečnany ako v riešení US 5366547.One disadvantage of conventional geopolymers based on N-A-S-H or K-A-S-H gels is their relatively shorter solidification compared to Portland cements. As the pH alkalinity in the geopolymer mixture increases, the setting time of US 5565028 is shortened. Therefore, solidification retarders, e.g. phosphates as in US 5366547.

Ďalšou nevýhodou geopolymérov na báze gélov N-A-S-H alebo K-A-S-H je nutnosť krátkodobého preteplenia, pri cca až do 85 °C, alebo autoklávovania na spevnenie ich trojrozmernej štruktúry, čo značne obmedzuje ich použitie, napr. na výrobu transportbetónu.A further disadvantage of geopolymers based on N-A-S-H or K-A-S-H gels is the necessity of short-term overheating, at up to about 85 ° C, or autoclaving to consolidate their three-dimensional structure. for the production of concrete.

Všetky tieto doterajšie riešenia si však vyžadujú finančne náročné, priemyselne vyrábané, príp. dostupné prírodné, chemicky vysokočisté sodné alebo draselné soli, ktoré dané geopolymérne spojivá značne predražujúBolo by výhodné nájsť jednoduchú metódu hromadnej likvidácie a využitia odpadových alkalických vôd, výluhov, prípadne ich koncentrátu vzniknutého v odparkách, sušiarňach alebo sušiny, solí vypadajúcich pri neutralizácii alkalických vôd alebo zmes daných solí s alkalickými vodami, výluhmi, koncentrátom spolu s využitím popolčekov a metalurgických trosiek na výrobu stavebných spojív geopolymérneho typu s veľmi nízkymi nákladmi.All these prior solutions, however, require financially demanding, industrially produced, respectively. available natural, chemically high-purity sodium or potassium salts, which significantly overpriced the geopolymeric binders. It would be advantageous to find a simple method of mass disposal and recovery of waste alkaline waters, leachates or their concentrate formed in evaporators, dryers or dry matter; said salts with alkaline waters, leachates, concentrate together with the use of fly ash and metallurgical debris for the production of geopolymer-type building binders at a very low cost.

Výhodné by bolo využiť dané odpady na výrobu alkalický aktivovaných spojív, alkalický aktivovaných cementov, geopolymérov, alkalický aktivovaných betónov, alkalický aktivovaných mált, stavebných zmesí, materiálov a výrobkov obsahujúcich alkalický aktivované spojivá s nižšími nákladmi a emisiami CO2 ako pri bežne dostupných cementoch.It would be advantageous to use the wastes to produce alkali-activated binders, alkali-activated cements, geopolymers, alkali-activated concrete, alkaline-activated mortars, building mixtures, materials and products containing alkali-activated binders with lower costs and CO 2 emissions than commercially available cements.

Cieľom tohto vynálezu je návrh zloženia nového kombinovaného spojiva na základe zmesí rôznych odpadov a vedľajších produktov na výrobu alkalický aktivovaných spojív, alkalický aktivovaných cementov, geopolymérov, alkalický aktivovaných betónov, alkalický aktivovaných mált, stavebných zmesí, materiálov a výrobkov obsahujúcich alkalický aktivované spojivá.It is an object of the present invention to design a novel composite binder composition based on mixtures of various wastes and by-products for the production of alkali-activated binders, alkali-activated cements, geopolymers, alkali-activated concrete, alkali-activated mortars, construction mixtures, materials and products containing alkali-activated binders.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Kombinované spojivo na báze odpadov podľa tohto vynálezu obsahuje portlandský kremičitý slinok v množstve 5 až 40 % hmotn., výhodne 10 až 30 % hmotn., 94,5 až 50 % hmotn. popolčeka alebo zmesi popolčeka a metalurgickej trosky miešaných v ľubovoľnom pomere alebo metalurgickej trosky, a alkalický aktivátor v množstve 0,5 až 10 % hmotn., výhodne 3 až 7 % hmotn. Podstata spojiva podľa tohto vynálezu spočíva v tom, že alkalický aktivátor sú odpadové alkalické vody, výluhy, z odkalísk skládok červeného a hnedého kalu ako odpadu po spracovaní bauxitu alkalickým lúhovaním bayerovou metódou z výroby A12O3 a hliníka, a z nich vzniknuté produkty v množstve s obsahom aktívnej alkalickej zložky analyticky vyjadrenom ako 0,01 až 6,5 % hmotn. % Na2O.The combination waste binder of the present invention comprises Portland silica clinker in an amount of 5 to 40 wt%, preferably 10 to 30 wt%, 94.5 to 50 wt%. fly ash or a mixture of fly ash and metallurgical slag mixed in any ratio or metallurgical slag, and an alkaline activator in an amount of 0.5 to 10% by weight, preferably 3 to 7% by weight. The essence of the binder according to the invention consists in that the alkaline activator is waste alkaline water, leachates from red and brown sludge dump sludge as waste after treatment of the bauxite by alkaline leaching by the Bayer method of Al 2 O 3 and aluminum production, and with an active alkali component content of analytically expressed as 0.01 to 6.5 wt. % Na 2 O.

Kombinované spojivo podľa tohto vynálezu na báze odpadov, resp. zmesí rôznych odpadov a vedľajších produktov je založené na kombinácii hydraulických, geopolymérnych, puzolánových a/alebo latentné hydraulických vlastností aktivovaných prídavkom alkalických vôd, výluhov, príp. skoncentrovaných alkalických vôd, výluhov vzniknutých voľným odparovaním na veľkých plochách alebo v odparkách, alebo sušiarňach, alebo pri vymrazovaní odparovaním za nízkych teplôt, príp. sušinou z alkalických vôd, výluhov, príp. prídavkom alkalických vôd, výluhov neutralizovaných s SO4 2, SO32, SO3, SO2, CO3 2, HCO3, CO2, SiO2, SiO44, SiO32, nestechiometrickými kremičitanmi všeobecného vzorca ΞίχΟγ2 bez sušenia, resp. dehydratovaných do rôzneho stupňa, príp. dehydratovaných až do stavu suchých, bez vlhkosti anorganických solí, kryštalohydrátov anorganických solí ako produktu neutralizácie, resp. ich vzájomnou kombináciou.The combination binder according to the invention based on waste and resp. mixtures of different wastes and by-products is based on a combination of hydraulic, geopolymer, pozzolanic and / or latent hydraulic properties activated by the addition of alkaline waters, leaches, resp. concentrated alkaline waters, leachates formed by free evaporation on large areas or in evaporators, or drying ovens, or by evaporation at low temperatures, resp. solids from alkaline waters, leaches, resp. by addition of alkaline waters, leachates neutralized with SO 4 2 , SO 3 2 , SO 3, SO 2 , CO 3 2 , HCO 3 , CO 2 , SiO 2 , SiO 4 4 , SiO 3 2 , non-stoichiometric silicates of formula ΞίχΟγ 2 without drying; dehydrated to various degrees, resp. dehydrated to dry, moisture-free inorganic salts, inorganic salt crystallohydrates as neutralization product, resp. their combination.

Využíva sa kombinovaný efekt hydraulických vlastností kremičitanového portladnského slinku, puzolánových vlastností popolčekov, najmä kremičitého popolčeka, latentné hydraulických vlastností metalurgických trosiek najmä granulovanej vysokopecnej trosky a geopolymérnych vlastností, t. j. anorganických polykondenzačných reakcií hlinito-kremičitanových materiálov v alkalickom - zásaditom - prostredí za vzniku geopolymérov - anorganických alkalických aluminosilikátov aktivovaných po prídavku alkalickej vody, výluhu a z nej vzniknutých koncentrátov, neutralizačných produktov.The combined effect of the hydraulic properties of the silicate Portland clinker, the pozzolanic properties of the ashes, in particular the silica ash, the latent hydraulic properties of the metallurgical slags, in particular the granulated blast furnace slag, and the geopolymeric properties, e.g. j. inorganic polycondensation reactions of aluminosilicate materials in an alkaline - alkaline medium to form geopolymers - inorganic alkaline aluminosilicates activated after addition of alkaline water, leachate and concentrates resulting therefrom, neutralization products.

Odpadové alkalické vody, výluhy vznikajú na odkaliskách skládok červeného a hnedého kalu ako odpad po spracovaní bauxitu alkalickým lúhovaním bayerovou metódou z výroby A12O3 a hliníka Al. Vyznačujú sa rôznou koncentráciou aktívnych alkalických zložiek Na+ a OH, preto je výhodné ich skoncentrovanie na výsledné produkty. Výsledné produkty sú koncentrát so zvýšenou sušinou a množstvom Na+ a OH, vzniknutý voľným odparovaním na veľkých plochách alebo v odparkách, alebo sušiarňach, alebo pri vymrazovaní odparovaním za nízkych teplôt. Koncentrát môže byť dehydratovaný do rôzneho stupňa obsahu sušiny, príp. dehydratovaný až do stavu sušiny bez obsahu vlhkosti. Odpadové alkalické vody, výluhy, ich koncentrát, príp. sušina bez obsahu vlhkosti sa môžu neutralizovať prídavkom rôznych kyselín H2SO4, H2SP3, H2CO3, kremičitým úletom SiO2 alebo nano-SiO2, mikro-SiO2, alebo plynnými SO3, SO2 a CO2. Vznikajú tak sírany SO4 , siricitany SO3 , uhličitany CO3 , hydrogénuhlicitany HCO3, kremičitany SiO4 , SiO3 , nestechiometrické kremičitany SixOY z, s majoritne naviazaným Na+. Po danej neutralizácii môže tiež nasledovať skoncentrovanie až do štádia suchých anorganických solí, bez vlhkosti.Waste alkaline waters, leaches are formed on the sludge dumps of red and brown sludge dumps as waste after treatment of bauxite by alkaline leaching by the Bayer method from the production of Al 2 O 3 and aluminum Al. They are characterized by varying concentrations of the active alkaline components Na + and OH, therefore it is preferable to concentrate them to the resulting products. The resulting products are a concentrate with increased dry matter and a quantity of Na + and OH, formed by free evaporation on large areas or in evaporators or driers, or by low temperature evaporation freeze. The concentrate can be dehydrated to varying degrees in the dry matter content, resp. dehydrated to moisture-free dry matter. Waste alkaline water, leachates, their concentrate, resp. moisture-free dry matter can be neutralized by the addition of various acids H 2 SO 4, H 2 SP 3 , H 2 CO 3 , SiO 2 or nano-SiO 2 silica, micro-SiO 2 , or gaseous SO 3 , SO 2 and CO 2 . This creates sulphates SO 4, SO 3 sulphites, carbonates CO 3, HCO 3 bicarbonate, silicate SiO 4, SiO 3, a non-stoichiometric silicate x Si y O z, with the majority-bound Na +. The neutralization may also be followed by concentration to dry inorganic salts, without moisture.

Výhodné je, keď neutralizácia je realizovaná použitím odpadového plynného CO2, z tepelných priemyselných agregátov, elektrární a teplární, čo napomáha znižovať celkové emisie CO2 do ovzdušia. Vzniká tak Na2CO3.Advantageously, the neutralization is effected by the use of waste gaseous CO 2 , from thermal industrial aggregates, power plants and heating plants, which helps to reduce the total CO 2 emissions to the atmosphere. This results in Na 2 CO 3 .

Výhodné je, keď neutralizácia je realizovaná použitím odpadovej H2SO4, ktorá je dostupná v relatívne veľkom objeme, keďže H2SO4 je priemyselne veľkoobjemovo vyrábaná a využívaná napr. v autobatériách, v moriacich kúpeľoch oceľových plechov a pod. Vzniká tak Na2SO4.Advantageously, the neutralization is effected by using waste H 2 SO 4, which is available in a relatively large volume, since H 2 SO 4 is industrially bulk produced and utilized e.g. in car batteries, pickling baths of steel sheets and the like. This results in Na 2 SO 4.

Výhodné je, keď neutralizácia je realizovaná použitím kremičitého úletu, amorfného SiO2 ako vedľajšieho produktu pri výrobe kryštalického kremíka alebo ferosilícia. Vznikajú tak nestechiometrické, amorfné kremičitany sodné.Advantageously, the neutralization is effected by using silica drift, amorphous SiO 2 as a by-product in the production of crystalline silicon or ferro-silicon. This results in non-stoichiometric, amorphous sodium silicates.

Vzhľadom na rôznu koncentráciu aktívnych alkalických zložiek Na+ a OH, sa východiskové alkalické vody, výluhy a z nich vzniknuté produkty môžu koncentrovať aj prídavkom rôznych druhov odpadov anorganických solí a kryštalohydrátov anorganických alkalických na báze Na2SO4, Na2SO4.10H2O, Na2SO3, Na2CO3, Na2CO3.10H2O, NaHCO3, Na4SiO4, Na2SiO3 a/alebo K2SO4, K2SO3, K2CO3, KHCO3, K4SiO4, K2SiO3, mimo chloridov. V prípade použitia solí K+ je v niektorých prípadoch potrebná koncentrácia na alkalickú aktiváciu zhruba dvojnásobne vyššia než u Na+, čo vedie aj ku skráteniu času tuhnutia.Due to the different concentrations of the active alkaline components Na + and OH, the starting alkaline waters, leachates and the resulting products can also be concentrated by the addition of various types of inorganic salt and inorganic alkaline crystalline hydrates based on Na 2 SO 4 , Na 2 SO 4 .10H 2 O , Na 2 SO 3 , Na 2 CO 3 , Na 2 CO 3 .10H 2 O, NaHCO 3 , Na 4 SiO 4 , Na 2 SiO 3 and / or K 2 SO 4 , K 2 SO 3 , K 2 CO 3 , KHCO 3 , K 4 SiO 4 , K 2 SiO 3 , excluding chlorides. When K + salts are used, in some cases the concentration required for alkaline activation is approximately twice as high as Na + , which also leads to a shortening of the solidification time.

Veľmi výhodné je využiť na skoncentrovanie východiskových alkalických vôd, výluhov a z nich vzniknutých produktov rôzne priemyselné odpady, ako sú roztoky anorganických solí, nasýtené a presýtené roztoky alebo kryštalické zvyšky po odparení vody s obsahom Na2SO4, ktorý vzniká ako odpad z rôznych chemických výrob, z výroby kyseliny chlorovodíkovej HC1, kyseliny askorbovej, chemikálií na báze chrómu, uhličitanu lítneho LiCO3, celulózy, vizkózových vlákien, rezoncinolu (kryštalického fenolu, 1,3-benzéndiolu), pigmentov ne báze oxidu kremičitého SiO2, z recyklácie batérií.Especially preferred is to use the concentration of the starting alkaline waters, waste liquor from which the resulting products of various industrial wastes, such as solutions of inorganic salts, saturated or supersaturated solution or crystalline residue after evaporation of the water containing Na 2 SO 4, which is produced as waste from a variety of chemical production. from the production of hydrochloric acid, ascorbic acid, chromium-based chemicals, lithium carbonate LiCO 3 , cellulose, viscose fibers, resoncinol (crystalline phenol, 1,3-benzenediol), silica-based pigments of SiO 2 , battery recycling.

Riešením sa týmto napomáha maximalizácii využitia odpadov pri výrobe kombinovaného spojiva na báze odpadov.The solution thereby helps to maximize the recovery of waste in the production of the combined binder based on waste.

Tieto odpadové alkalické vody, výluhy, ich produkty slúžia ako aktivátor geopolymerizácie, pričom aktivátor sa pridáva v množstve analyticky vyjadrenom ako 0,01 až 6,5 % hmotn. % Na2O, výhodne 1,5 až 2,5 % hmotn. % Na2O na kombinované spojivo.These waste alkaline waters, leachates and their products serve as activators of geopolymerization, the activator being added in an amount analytically expressed as 0.01 to 6.5% by weight. % Na 2 O, preferably 1.5 to 2.5 wt. % Na 2 O per combination binder.

Odpadové alkalické vody, výluhy, ich produkty môžu slúžiť ako zámesová voda, prídavná voda, tekutý aktivátor, suchý aktivátor v cementoch, geopolyméroch betónoch, maltách, zálievkach, samonivelizačných vrstvách, na báze kombinovaného spojiva.Waste alkaline water, leachates, their products can serve as mixing water, make-up water, liquid activator, dry activator in cements, geopolymers of concrete, mortars, grouts, self-leveling layers, based on a combined binder.

Na výrobu kombinovaného spojiva sa ďalej využívajú odpady a vedľajšie produkty z výroby tepelnej alebo elektrickej energie, z metalurgie v podobe popolčekov, metalurgických trosiek s minimálnym prídavkom portlandského kremičitanového slinku, aj keď bežné geopolyméry portlandský slinok neobsahujú.Waste and by-products from heat or power generation, fly ash metallurgy, metallurgical debris with minimal addition of Portland silicate clinker, although conventional Portland ginkolymers do not contain Portland clinker, are further used to produce the combined binder.

Popolček podľa riešenia je zo skupiny kremičitý popolček, vápenatý popolček, fluidný popolček, výhodne kremičitý popolček, ktorý vyhovuje požiadavkám noriem STN EN 197-1, STN EN 450-1 a STN EN 206-1.The fly ash according to the solution is from the group of silica fly ash, calcium fly ash, fluid fly ash, preferably silica fly ash, which meets the requirements of STN EN 197-1, STN EN 450-1 and STN EN 206-1.

Z chemického a mineralogického zloženia kremičitých popolčekov vyplývajúca puzolánová aktivita. Puzolánová aktivita spočíva v reakcii aktívneho SiO2 a A12O3 s prítomným portlanditom Ca(OH)2. Popolčeky ako puzolány po zmiešaní s vodou sami netuhnú ani netvrdnú, ale ak sú jemne zomleté, reagujú v prítomnosti vody za normálnej teploty s rozpusteným hydroxidom vápenatým Ca(OH)2 za tvorby zlúčenín vápenatých kremičitanov a vápenatých aluminátov, ktoré sú nositeľmi postupne narastajúcich pevností.The pozzolanic activity resulting from the chemical and mineralogical composition of siliceous ashes. The pozzolanic activity consists in the reaction of active SiO 2 and Al 2 O 3 with Ca (OH) 2 portlandite present. Ashes, pozzolans, when mixed with water, do not solidify or harden themselves, but when finely ground, they react with dissolved Ca (OH) 2 in the presence of water at normal temperature to form calcium silicates and calcium aluminates, which carry gradual strengths.

Vápenaté popolčeky sú bohatšie o aktívne CaO, takže okrem puzolánovej aktivity v tomto prípade pribúdajú aj hydraulické vlastnosti. Iná situácia je v prípade fluidného popolčeka vznikajúceho pri fluidnej technológii spaľovania uhlia, ktorý na rozdiel od predošlých popolčekov obsahuje aj voľné vápno CaO a anhydritCalcium ashes are richer in active CaO, so in addition to the pozzolanic activity, hydraulic properties also increase in this case. A different situation is in the case of the fluidized fly ash produced by the fluidized bed combustion technology, which, unlike the previous fly ash, also contains free lime CaO and anhydrite

CaSO4, preto fluidné popolčeky tuhnú a tvrdnú nedefinované už pri zmiešaní s vodou. Hydratačnými produktmi samovoľného tuhnutia a tvrdnutia sú portlandit Ca(OH)2 a sadrovec CaSO4.2H2O.CaSO 4 , therefore, the fluidized-bed ash solidifies and hardens undefined when mixed with water. The hydrating products of spontaneous solidification and hardening are portlandite Ca (OH) 2 and gypsum CaSO 4 .2H 2 O.

V prípade prídavku alkalického aktivátora k popolčekom dochádza v prvom štádiu k porušeniu väzieb SiO-Si, Al-O-Al a Al-O-Si, v druhom štádiu k precipitácii a koagulácii hydrátov gélov N-A-S-H alebo K-A-S-H a v treťom k polymerizácii a k tvorbe trojrozmernej štruktúry, pričom po krátkom preteplení, autoklávovaní pri cca až do 85 °C sa trojrozmerná štruktúra spevňuje a dochádza následne k dlhodobej kryštalizácii. Vznikajú tak geopolyméry s trojdimenzionálnou hlini to-kremičitou mriežkou, ktorá sa dá vyjadriť empirickým vzorcom Mn[-(SiO2)z-AlO2]n.wH2O, kde M je alkalický katión Na+ alebo K+.In the case of the addition of an alkaline activator to the ashes, the SiO-Si, Al-O-Al and Al-O-Si bonds are disrupted in the first stage, the NASH or KASH hydrates precipitate and coagulate in the second stage and polymerization and three-dimensional structure are formed in the third wherein, after brief warming, autoclaving at up to about 85 ° C, the three-dimensional structure strengthens and subsequently crystallizes for a long time. This results in geopolymers with a three-dimensional clay with a siliceous lattice, which can be expressed by the empirical formula M n [- (SiO 2 ) z -AlO 2 ] n. W H 2 O, where M is an alkaline cation Na + or K + .

Metalurgická troska podľa riešenia je zo skupiny vysokopecná granulovaná troska, vysokopecná vzduchom chladená troska, oceliarenská troska, panvová troska, troska z výroby a rafinácie neželezných kovov výhodne vysokopecná granulovaná troska, ktorá vyhovuje požiadavkám noriem STN EN 197-1, STN EN 15167-1 a STN EN 206-1.The metallurgical slag according to the solution is from the group of blast furnace granulated slag, blast furnace air cooled slag, steel slag, ladle slag, slag from production and refining of non-ferrous metals preferably blast furnace slag, which meets the requirements of STN EN 197-1, STN EN 15167-1 and STN EN 206-1.

Jemne mletá granulovaná vysokopecná troska má latentné hydraulické vlastnosti vzhľadom na jej chemické a fázové zloženie a najmä kvôli vysokému obsahu sklovitej fázy. Schopnosť jemne mletých sklovitých, ako aj kryštalických trosiek reagovať s vodou, tuhnúť a tvrdnúť závisí od ich fázového zloženia najmä od ich miery prekryštalizovania. Úplne vykryštalizované vysokopecné trosky reagujú s vodou veľmi málo, resp. vôbec. Väzobné vlastnosti trosiek sa dajú vybudiť prídavkom portlandského slinku a sadrovca, sadry, resp. anhydritu, vznikajú tým portlandské troskové cementy, vysokopecné cementy a iné. Prídavkom sadrovca, anhydritu alebo sadry vznikajú troskové spojivá alebo prídavkom hydroxidov, síranov, uhličitanov, kremičitanov Na alebo K vznikajú geopolyméry. V prítomnosti iónov SO4 2 vznikajú kalciumhydrosulfoalumináty ettringit C3A.3CaSO4.32H2O, ktorý po čase prechádza na monosulfát C3A.CaSO4.12H2O. Pri použití Na+ alebo K+ zlúčenín pri budení hydratácie trosiek vznikajú nátrium N-C-S-H alebo kálium hydrosilikáty K-C-S-H, ktoré postupne prekryštalizúvajú na kalciumhydrosilikáty. Pri zvýšenej koncentrácii alkálií môžu vznikať aj amorfné zlúčeniny zeolitového typu Men[-(Si-0)z-Al-0]„.wH20, ktorých vznik je podporený so vzrastom pomeru Al/Si a poklesom pomeru Ca/Si. Ďalšia hydratácia trosky už prebieha jej priamou reakciou s vodou, pričom vznikajú majoritne C-S-H gély so zníženým pomerom C/S a zvýšeným obsahom Al (C-A-SH), hydratačné produkty typu C4AH13, C2ASH8, tuhé roztoky minerálu hydrotalcitu Mg6Al2CO3(OH)16.4H2O a hydrogranátov C3AS3.„Hn, C6AFS2H8 a ettringit C3A.3CaSO4.32H2O. Druh a chemické zloženie hydratačných produktov závisí od chemického a mineralogického zloženia metalurgickej trosky, od druhu aktivátora, od merného povrchu a spôsobe ošetrovania tuhnúcej zmesi.The finely ground granulated blast furnace slag has latent hydraulic properties due to its chemical and phase composition and, in particular, due to its high vitreous phase content. The ability of finely ground glassy as well as crystalline slags to react with water, solidify and harden depends on their phase composition, in particular their degree of recrystallization. Completely crystallized blast furnace slags react very little with water, respectively. at all. The bonding properties of the debris can be enhanced by the addition of Portland clinker and gypsum, gypsum, resp. anhydrite, resulting in Portland slag cements, blast furnace cements and others. The addition of gypsum, anhydrite or gypsum creates slag binders or the addition of hydroxides, sulphates, carbonates, Na or K silicates to form geopolymers. The presence of ions SO 4 2- generated kalciumhydrosulfoalumináty C3A.3CaSO4.32H2O ettringite, which extends the time of the monosulfate C3A.CaSO4.12H2O. The use of Na + or K + compounds to drive slag hydration produces NCSH sodium or potassium KCSH hydrosilicates, which gradually recrystallize to calcium hydrosilicates. Amorphous compounds of the zeolite type Men [- (Si-O) z -Al-O] wH 2 O may also be produced at an increased alkali concentration, the formation of which is supported by an increase in the Al / Si ratio and a decrease in the Ca / Si ratio. Further hydration of the slag is already carried out by its direct reaction with water, resulting in the majority of CSH gels with reduced C / S ratio and increased Al content (CA-SH), hydration products of C 4 AH 13 , C 2 ASH 8 , solid hydrotalcite Mg mineral solutions 6 Al 2 CO 3 (OH) 16 .4H 2 O and hydrogranates C 3 AS 3 .Hn, C 6 AFS 2 H 8 and ettringite C 3 A.3CaSO 4 .32H 2 O. The type and chemical composition of hydration products depend on the chemical and mineralogical composition of the metallurgical slag, the type of activator, the surface area and the method of treating the solidifying mixture.

Hydratáciou portlandského kremičitanového slinku v prípade C3S a C2S vznikajú C-S-H gély a portlandit Ca(OH)2, v prípade C3A a C4AF vznikajú kalcium aluminát hydráty, v ktorých je časť hliníka nahradená železom C-A(F)-H (ide o celú škálu hydratačných produktov C3A(F)H6, C2A(F)H8 a C4A(F)Hi3). V prítomnosti sadrovca, anhydritu alebo sadry vznikajú reakciou s C3A a C4AF vysokosulfátový ettringit C3A.3CaSO4.32H2O, ktorý prechádza na nízkosulfátový monosulfát C3A.CaSO4.12H2O. C-S-H gél je amorfný a postupným prekryštalizovávaním pozostáva najmä z tobermoritu 5CaO.6SiO2.5H2O a xonotlitu 5CaO.5SiO2.H2O.Hydrating Portland silicate clinker for C 3 S and C 2 S produces CSH gels and Ca (OH) 2 portlandite, for C 3 A and C 4 AF, calcium aluminate hydrates are formed in which part of the aluminum is replaced by CA (F) - H (this is the full range of C 3 A (F) H 6 , C 2 A (F) H 8 and C 4 A (F) Hi 3 hydration products). The presence of gypsum, anhydrite and gypsum are reacted, C 3 A and C 4 AF vysokosulfátový ettringite C 3 A.3CaSO 4 .32H 2 O, passing through the nízkosulfátový monosulfate C 3 A.CaSO 4 .12H 2 O CSH gel is amorphous and gradually prekryštalizovávaním mainly it consists of tobermorite 5CaO.6SiO 2 .5H 2 O and xonotlite 5CaO.5SiO 2 .H 2 O.

Prídavok CaO do kombinovaného spojiva podľa tohto riešenia, v ktorom sa nachádzajú odpadové alkalické vody, výluhy, ich produkty ako aktivátor modifikuje jeho výsledné vlastnosti. Takéto kombinované spojivo nie je potrebné predhrievať preteplením, autoklávovaním pri cca až do 85 °C na jeho tvrdnutie, ako je to v prípade alkalický aktivovaných hlinitokremičitanov, ale tuhnutie a tvrdnutie môže prebiehať aj pri zvyčajných teplotách na úrovniach 5 až 35 °C. Modifikácia gélov Ν-Α-S-H alebo K-A-S- H s CaO umožňuje pri určitých pomeroch dokonca výrobu transportbetónov s bežnými vlastnosťami, ako je to pri portlandských cementoch.The addition of CaO to the combination binder of the present invention, which contains waste alkaline waters, leachates, and their products as activator modifies its resulting properties. Such a combined binder does not need to be preheated by overheating, autoclaving at up to about 85 ° C to harden it, as is the case with alkaline-activated aluminosilicates, but solidification and hardening may also occur at normal temperatures of 5 to 35 ° C. Modification of O-Α-S-H or K-A-S-H gels with CaO allows, at certain proportions, even the production of ready-mixed concrete with common properties, as is the case with Portland cements.

Prídavok CaO do kombinovaného spojiva sa podľa tohto riešenia zabezpečí majoritne prostredníctvom portlandského kremičitanového slinku pridaného v množstve v množstve 5 až 40 % hmotn., výhodne 10 až 30 % hmotn. a minoritne prostredníctvom materiálov ako vápenatý popolček, fluidný popolček, metalurgické trosky, ktoré nahrádzajú 94,5 až 50 % hmotn. množstvo kremičitého popolčeka v kombinovanom spojive a v prípade granulovanej vysokopecnej trosky táto náhrada kremičitého popolčeka môže byť úplná.According to this solution, the addition of CaO to the combination binder is provided mainly by means of Portland silicate clinker added in an amount of 5 to 40% by weight, preferably 10 to 30% by weight. and minorly by means of materials such as calcium ash, fluid fly ash, metallurgical debris, replacing 94.5 to 50 wt. the amount of silica fly ash in the combination binder and, in the case of granulated blast furnace slag, this substitute for silica fly ash may be complete.

Mechanizmy reakcií zahrňujúcich hydratáciu kombinovaného spojiva sú rôzne. Bez prídavku aktivátora prebiehajú hydratačné reakcie v dôsledku prítomnosti portlandského kremičitanového slinku, na základe vznikajúceho portlanditu Ca(OH)2 z hydratácie C3S, a to za vzniku C-S-H gélu z puzolánovej reakcie kremičitého popolčeka a aktivácie latentných hydraulických vlastností granulovanej vysokopecnej trosky. Dodatočný portlandit Ca(OH)2 sa môže do systému vnášať aj prítomnosťou vápenatého a fluidného popolčeka a oceliarenskými a panvovými troskami.The mechanisms of reactions involving hydration of the combination binder are different. Without the addition of an activator, hydration reactions occur as a result of the presence of Portland silicate clinker, based on the formation of Ca (OH) 2 portlandite from the hydration of C 3 S, to form a CSH gel from the pozzolanic reaction of silica ash and activation of latent hydraulic properties of granulated blast furnace slag. The additional portlandite Ca (OH) 2 can also be introduced into the system by the presence of calcium and fluidized fly ash and steel and ladle debris.

V prítomnosti alkálií v podobe Na+ po prídavku aktivátora sa zvyšuje pH kvapalného prostredia, čo napomáha k porušeniu rozpúšťaniu štruktúr popolčekov a metalurgických trosiek a následne ku geopolymerizácii.In the presence of Na + alkali after the addition of the activator, the pH of the liquid medium increases, helping to disrupt the dissolution of the ash and metallurgical debris structures and consequently to geopolymerization.

Mechanizmus reakcií hydratácie kombinovaného spojiva závisí od typu použitého aktivátora. Samotné odpadové alkalické vody, výluhy, ich produkty zvyšujú pH kvapalného prostredia. Na základe zloženia kombinovaného cementu prebiehajú aj kombinované hydratačné reakcie a vznikajú rôzne hydratačné produkty.The mechanism of hydration reactions of the combination binder depends on the type of activator used. Alkaline waste water itself, leachates, their products increase the pH of the liquid environment. Due to the composition of the combined cement, also combined hydration reactions take place and different hydration products are formed.

V prípade neutralizácie odpadových alkalických vôd, výluhov, ich produktov pomocou amorfného SÍO2, ako vedľajšieho produktu pri výrobe kryštalického kremíka alebo ferosilícia vznikajú nestechiometrické, amorfné kremičitany sodné analyticky vyjadrené ako zlúčeniny Na4SiO4, Na2SiO3 (zlúčeniny opisujúce sodné vodné sklá), ktoré sa priamo zúčastňujú geopolymérnych reakcií a zvyšujú pH kvapalného prostredia.In the case of neutralization of waste alkaline waters, leachates, their products with amorphous SiO2 as a by-product in the production of crystalline silicon or ferro-silicon, non-stoichiometric, amorphous sodium silicates analytically expressed as Na 4 SiO 4 , Na 2 SiO 3 compounds , which directly participate in geopolymer reactions and increase the pH of the liquid medium.

V prípade neutralizácie odpadových alkalických vôd, výluhov, ich produktov pomocou odpadového plynného CO2 zo spalín z tepelných priemyselných agregátov, elektrární a teplární vzniká Na2CO3 a pomocou odpadovej H2SO4 z autobatérií, z moriacich kúpeľov vzniká Na2SO4. Rozpúšťaním týchto typov solí nedochádza k rastu pH kvapalného prostredia priamo ale nepriamo sekundárnymi reakciami s portlanditom Ca(OH)2 (1, 2). Samotný portlandit Ca(OH)2 vzniknutý z hydratácie C3S zvyšuje pH kvapalného prostredia na hodnotu cca 12,5.For neutralization of the waste alkaline water, liquor, the product by the waste gas of CO 2 from flue gases from thermal industrial aggregates, power stations and heating plants produced Na 2 CO 3, and by the waste H 2 SO 4 from the car battery, the pickling bath is formed Na 2 SO fourth Dissolution of these types of salts does not increase the pH of the liquid medium directly but indirectly by secondary reactions with the portlandite Ca (OH) 2 (1, 2). The portlandite Ca (OH) 2 itself resulting from the hydration of C 3 S increases the pH of the liquid medium to about 12.5.

Ca(OH)2 + Na2CO3 -> CaCO3 + 2 NaOH (1)Ca (OH) 2 + Na 2 CO 3 -> CaCO 3 + 2 NaOH (1)

Ca(OH)2 + Na2SO4 + 2 H2O -+ CaSO4.2H2O + 2 NaOH (2)Ca (OH) 2 + Na 2 SO 4 + 2 H 2 O - + CaSO 4 .2H 2 O + 2 NaOH (2)

Pri styku Na2CO3 a Na2SO4 s portlanditom Ca(OH)2 sa reakciami (1,2) generuje NaOH, ktorý vysokoúčinne zvyšuje pH kvapalného prostredia a napomáha geopolymerizácii. V prípade Na2CO3 ďalej vzniká prakticky neaktívny kalcit CaCO3 a v prípade Na2SO4 ďalej vzniká sadrovec CaSO4.2H2O, ktorý pri styku s C3A z portlandského slinku prereagováva na ettringit C3A.3CaSO4.32H2O podľa reakcie (3).On contact of Na 2 CO 3 and Na 2 SO 4 with Ca (OH) 2 portlandite, reactions (1, 2) generate NaOH, which efficiently increases the pH of the liquid medium and aids geopolymerization. In the case of Na 2 CO 3 , practically inactive CaCO 3 calcite is produced, and in the case of Na 2 SO 4 , gypsum CaSO 4 .2H 2 O is formed, which reacts with C 3 A from Portland clinker to react to ettringite C 3 A.3CaSO 4 .32H 2 O according to reaction (3).

C3A + 3 CaSO4.2H2O + 26 H2O C3A.3CaSO4.32H2O (3)C 3 A + 3 CaSO 4 .2H 2 O + 26 H 2 OC 3 A.3CaSO 4 .32H 2 O (3)

Vznikajúcim ettringitom sa zvyšuje objem tuhých reakčných produktov až o štvornásobok, čo zvyšuje hustotu a počiatočné pevnosti cementových pást.The resulting ettringite increases the volume of solid reaction products by up to four times, increasing the density and initial strength of cement pastes.

Týmito hydratačnými pochodmi vznikajú v cementových pastách kombinovaného spojiva dva druhy gélov, a to C-S-H gél so zvýšeným obsahom hliníka Al v štruktúre C- (A)-S-H) z hydratácie slinku a granulovanej vysokopecnej trosky a N-A-S-H gél so zvýšeným obsahom vápnika C a v štruktúre (C)-N-A-S-H z alkalickej aktivácie popolčeka. Tieto gély spoločne tvoria zmes vyjadriteľnú ako (N,C)-A-S-H gél a sú zodpovedné za vývoj pevností.These hydration processes result in two types of gels in the cement paste of the combination binder, namely a CSH gel with an increased content of aluminum Al in the structure C- (A) -SH) from hydration of clinker and granulated blast furnace slag and NASH gel with an increased calcium content. C) -NASH from the alkaline activation of fly ash. Together, these gels form a mixture expressed as a (N, C) -A-S-H gel and are responsible for the development of strengths.

Prítomnosť popolčeka a granulovanej vysokopecnej trosky zlepšuje niektoré vlastnosti kombinovaného spojiva v porovnaní s portlandským cementom.The presence of fly ash and granulated blast furnace slag improves some properties of the combination binder compared to Portland cement.

Popolček v kombinovanom spojive pri zamiešaní na betónovú zmes pôsobí ako tuhý plastifikátor, zlepšuje spracovateľnosť čerstvých betónov, čerpateľnosť tekutých betónov, je výhodný v betónoch, kde sa zvyčajne prejavuje nedostatok jemných podielov - častíc s veľkosťou do 0,25 mm, zabraňuje odstoju - samovoľnému odmiešaniu zámesovej vody, zabraňuje segregácii pri veľmi tekutých betónoch, zabraňuje rozmiešavaniu betónu pri betonáži, umožňuje ľahšie spracovanie, ukladanie betónov, prispieva k utesneniu štruktúry betónu, čo je vhodné pri vodostavebných betónoch, zvyšuje odolnosť betónu proti niektorým vplyvom chemicky agresívneho prostredia, najmä odolnosť proti síranom, zabezpečuje prevenciu alkalicko-kremičitej reakcie, prispieva k zníženiu hydratačného tepla, čo je prínosom hlavne pri realizácii masívnych konštrukcií, umožňuje predĺžiť čas spracovateľnosti čerstvého betónu, čo je výhodné pri transportbetóne.The fly ash in the mixed binder acts as a solid plasticizer when mixed on the concrete mixture, improves the workability of fresh concrete, pumpability of liquid concrete, it is advantageous in concrete where there is usually a lack of fine particles - particles up to 0.25 mm. mixing water, prevents segregation of very liquid concretes, prevents mixing of concrete during concreting, enables easier processing, laying of concrete, contributes to sealing of concrete structure, which is suitable for water-concreting concretes, increases resistance of concrete against some influences of chemically aggressive environment provides prevention of alkali-silica reaction, contributes to reduction of hydration heat, which is beneficial especially in the realization of massive constructions, enables to extend the workability time of fresh concrete, which is advantageous during transport concrete.

Granulovaná vysokopecná troska v kombinovanom spojive pri zamiešaní na betónovú zmes zvyšuje dlhodobé pevnosti v tlaku a v ťahu pri ohybe v porovnaní s čistým cementom, znižuje hydratačné teplo, zlepšuje spracovateľnosť a stabilitu zmesi, znižuje priepustnosť vytvorením kompaktnej štruktúry cementového kameňa, zvyšuje odolnosť proti síranovým a agresívnym vodám, proti chemickej korózii, proti chloridom, zabezpečuje prevenciu alkalicko-kremičitej reakcie. Pre transportbetón je výhodné, že predlžuje čas tuhnutia betónu a ako filer optimalizuje krivku zrnitosti kameniva.The granulated blast furnace slag in the combined binder when mixed with a concrete mix increases long-term compressive and tensile bending strengths compared to pure cement, reduces hydration heat, improves processability and stability of the mix, reduces permeability by creating a compact cement stone structure, increases resistance to sulphate and aggressive water, against chemical corrosion, against chlorides, ensures prevention of the alkali-silica reaction. For concrete, it is advantageous to extend the setting time of the concrete and to optimize the grain size curve of the aggregate as a filler.

Takto sa potom kombinované spojivo vyznačuje nižším vývojom hydratačného tepla, nižším vývojom pevností, nízkym zmrašťovaním, vyššou chemickou odolnosťou, odolnosťou proti síranom, chloridom, agresívnym vodám a roztokom, zabezpečuje prevenciu alkalicko-kremičitej reakcie, spomaľuje proces karbonatácie povrchov betónov, vyznačuje sa lepšou spracovateľnosťou, transportovateľnosťou, stabilitou čerstvého betónu. Kombinované spojivo síce znižuje začiatočné pevnosti, no zvyšuje dlhodobé pevnosti v tlaku a v ťahu pri ohybe v porovnaní s čistým portlandským cementom.Thus the combined binder is characterized by lower development of hydration heat, lower development of strength, low shrinkage, higher chemical resistance, resistance to sulphates, chloride, aggressive water and solutions, ensures prevention of alkali-silica reaction, slows down the process of carbonation of concrete surfaces. , transportability, stability of fresh concrete. Although the combined binder reduces the initial strengths, it increases the long-term compressive and flexural strengths compared to pure Portland cement.

Aplikácia kombinovaného spojiva do betónu zabezpečí dosiahnutie požadovanej konzistencie čerstvého betónu pri nižšom vodnom súčiniteli, ako je to v prípade aplikácie cementov na bežné použitie podľa STN EN 197-1. Predlžuje sa čas tuhnutia betónu, čo je výhodné pre transportbetón.The application of the combined binder in concrete ensures that the required consistency of fresh concrete is achieved with a lower water coefficient than in the case of application of cements for common use according to STN EN 197-1. The setting time of the concrete is prolonged, which is advantageous for concrete.

Hydratačné produkty vytvorením kompaktnej štruktúry cementového kameňa znižujú jeho permeabilitu, utesňujú pórový systém cementovej matrice, čo vedie k zvýšeniu vodotesnosti betónu, zvýšením hutnosti cementového tmelu, zvyšuje aj chemickú odolnosť betónov.Hydration products by creating a compact structure of cement stone reduce its permeability, seal the pore system of the cement matrix, which leads to increased waterproofness of the concrete, increasing the density of the cement putty, and also increases the chemical resistance of the concrete.

Hydratačné geopolymérne produkty v podobe (N,C)-A-S-H gélu sú tepelne a proti otvorenému ohňu oveľa odolnejšie než bežné betóny tvoreného C-S-H fázami a portlanditom Ca(OH)2.Hydrating geopolymer products in the form of (N, C) -ASH gel are much more heat and open flame resistant than conventional concrete consisting of CSH phases and Ca (OH) 2 portlandite.

Kombinované spojivo nezhoršuje mrazuvzdornosť betónov. Ale pri nadmernej dávke zámesovej vody v betóne s kombinovaným spojivom sa mení reológia čerstvého betónu, dochádza k odstoju - odlučovaniu vody na povrchu uloženého betónu, čo znižuje odolnosť betónu proti tlakovej vode, rozmrazovacím prostriedkom a cyklom mrazu.The combined binder does not impair the frost resistance of the concrete. However, in the case of excessive dosing of the mixed water in the concrete with the combined binder, the rheology of the fresh concrete changes and there is a breakdown - water separation on the surface of the deposited concrete, which reduces the resistance of the concrete to pressurized water, deicing agents and freeze cycles.

Kombinované spojivo je vhodné na produkciu transportbetónov, pričom bez použitia chemických aditív, akými sú plastifikátory a superplastifikátory, sa z nich môžu vyrobiť betóny nižších pevnostných tried C 8/10 až C 20/25 podľa STN EN 206-1 a s použitím plastifikátorov alebo superplastifikátorov ai vyššie triedy betónov do C 30/37.The combination binder is suitable for the production of ready-mixed concrete, and without the use of chemical additives such as plasticizers and superplasticizers, concrete of lower strength classes C 8/10 to C 20/25 according to STN EN 206-1 and using plasticizers or superplasticizers can be made from them higher classes of concrete up to C30 / 37.

Kombinované spojivo je ideálnym východiskovým komponentom na výrobu rôznych cement obsahujúcich zmesí, ako sú betóny s nízkym hydratačným teplom, cementy s nízkou začiatočnou pevnosťou, betóny so zvýšenou chemickou odolnosťou, betónové zmesi, betónové zmesi na výrobu tvárnic a prefabrikátov pre nenosné konštrukcie, betónové zmesi pre podkladové vrstvy vozoviek, veľkých betónových plôch, letísk, rôznych hál, tunelov, mostov, viaduktov, cement obsahujúce zmesi pre stabilizačné podklady, kamenivá spevnené cementom, betóny pre masívne a veľkoobjemové stavby, malty na murovanie, malty na omietanie, suché omietkové zmesi, injektážne zmesi, tesniace suspenzie, sanačné zmesi a pod, ktoré budú vystavené chemicky agresívnemu prostrediu, pôsobeniu vysokých teplôt, otvorenému ohňu.The combination binder is an ideal starting component for the production of various cement-containing mixtures, such as low hydration heat concretes, low initial strength cements, increased chemical resistance concretes, concrete mixes, concrete mixes for the production of blocks and prefabricates for non-load-bearing structures, concrete mixes for subfloors of pavements, large concrete areas, airports, various halls, tunnels, bridges, viaducts, cement containing mixtures for stabilizing substrates, cement-reinforced aggregates, concretes for massive and large-scale construction, masonry mortars, plastering mortars, dry plaster mixtures, grouting mixtures, sealing suspensions, remediation mixtures and the like, which will be exposed to chemically aggressive environment, high temperatures, open flame.

Kombinované spojivo je vhodné na produkciu nekonštrukčných prefabrikátov, betónových výrobkov typu zámkovej dlažby, obrubníkov, na produkciu kanalizačných rúr a prvkov, na betónové prvky do chemicky a biologicky agresívneho prostredia, septiky, čističky odpadových vôd, podlahy v živočíšnych výrobách, kafilériách, v chemických výrobách, biotechnológiách, potravinárstve, na betónové prvky vyššou odolnosťou proti ohňu.Combined binder is suitable for production of non-structural prefabricates, concrete products such as interlocking pavers, curbs, for production of sewer pipes and elements, for concrete elements for chemically and biologically aggressive environment, septic tanks, sewage treatment plants, floors in animal products, rendering plants, chemical products , biotechnology, food, and fire resistant concrete elements.

Výhodné je, že kombinované spojivo na báze odpadov a vedľajších produktov je spojivo s nízkou emisiou CO2. Obsahuje iba 20 % klasického portlandského slinku, čím dochádza až k 80 % šetreniu emisií CO2 oproti bežnému portlandskému cementu. Kombinované spojivo je možné dokonca vyrábať aj za využitia CO2 z odpadových spalín z výpalu portlandského slinku, resp. CO2 z odpadových spalín z iných tepelných a priemyselných spaľovacích agregátov.Advantageously, the combined binder based on waste and by-products is a low CO2 binder. It contains only 20% of classic Portland clinker, saving up to 80% CO2 emissions compared to conventional Portland cement. The combined binder can even be produced using CO 2 from the flue gas from Portland clinker firing, respectively. CO 2 from waste gases from other thermal and industrial combustion units.

Všetky dané odpady a vedľajšie produkty sa riešením veľmi výhodne materiálovo zhodnocujú. Kombinované spojivo umožňuje maximálne využitie rôznych odpadov a vedľajších produktov pri jeho výrobe.All of the given wastes and by-products are advantageously recovered in material. The combined binder allows maximum utilization of various wastes and by-products in its production.

Veľmi výhodné je, že kombinované spojivo na báze odpadov a vedľajších produktov je vždy vyrábané pri nižších nákladoch ako pri bežnom portlandskom cemente.It is very advantageous that the combined binder based on wastes and by-products is always produced at a lower cost than conventional Portland cement.

Výhodné je aj to, že zmes na kombinované spojivo bez prídavku alkalického aktivátora môže slúžiť na dealkalizáciu vlhkých červených a hnedých kalov, na spevňovanie skládok, háld, depozitov, hrádzí kalových polí, odkalísk červených a hnedých kalov, na realizáciu rôznych bezpečnostných a protipriesakových vrstiev a zábran, na zahusťovanie tekutých červených a hnedých kalov a alkalických vôd. Alkalickým aktivátorom je v tomto prípade vysoký obsah Na+ a OH v kaloch a kalových alkalických vodách. Zmes v týchto prípadoch môže slúžiť na prevenciu, sanáciu aj ako riešenie ekologických katastrof.It is also advantageous that the combination binder mixture without the addition of an alkaline activator can be used for dealkalization of wet red and brown sludge, for strengthening landfills, heaps, deposits, sludge field dams, red and brown sludge tailings, for implementing various security and anti-seepage layers and barriers to thicken liquid red and brown sludge and alkaline waters. The alkaline activator in this case is a high content of Na + and OH in sludge and sludge alkaline waters. The mixture in these cases can serve for prevention, remediation and also as a solution to ecological disasters.

Ďalej je výhodné aj to, že neustálym odoberaním a využívaním odpadovej alkalickej vody podľa daného riešenia by sa po určitom dlhodobom opätovnom priesaku poveternostných vôd haldami znižovala alkalinita depozitov červených a hnedých kalov, pričom by sa po prijateľnom poklese koncentrácie Na+ mohli hromadne využívať a likvidovať v cementárňach pri výrobe cementárskeho slinku ako dôležitý surovinový komponent za využitia alternatívnych palív s vyšším obsahom chlóru (STN EN 15359) a prevádzkovania by-passov.It is also advantageous that the continuous collection and utilization of the alkaline waste water according to the solution would reduce the alkalinity of the red and brown sludge deposits after a certain long-term re-infiltration of the waste water and could be used and disposed of in bulk after an acceptable decrease of Na + concentration. cement plants in the production of cement clinker as an important raw material component using alternative fuels with higher chlorine content (STN EN 15359) and by-pass operation.

Výroba kombinovaného spojiva na báze odpadov je dobre realizovateľná aj na doterajších, dostupných zariadeniach, bežne používaných v cementárskom priemysle.The production of a combined binder based on waste is also feasible on existing, available equipment commonly used in the cement industry.

Výroba kombinovaného spojiva sa realizuje jednoduchým miešaním, drvením, mletím odpadov a vedľajších produktov s odpadovými alkalickými vodami, výluhmi, prípadne ich koncentrátu vzniknutého v odparkách, sušiarňach alebo sušiny, solí vypadajúcich pri neutralizácii alkalických vôd, za vzniku kombinovaného spojiva.The production of the combined binder is carried out by simply mixing, crushing, grinding waste and by-products with waste alkaline waters, leachates, or their concentrate formed in evaporators, dryers or dry matter, salts that appear to be neutralized with alkaline water, to form the combined binder.

Miešanie sa môže realizovať v rôznych typoch miešacích agregátov (miešacie jadrá, miešačky, mixéry, homogenizátory, domiešavače, na výrobu cementov, geopolymérov, stavebných spojív, suchých omietkových zmesí, betónov, mált atd’.), drvenie sa môže realizovať v drviacich agregátoch, miešanie sa môže realizovať v procese mletia v mlecích agregátoch s usporiadaním guľovej mlecej náplne a/alebo mlecích tyčí a/alebo usporiadania s mlecími valcami, a/alebo v triediacich agregátoch v procese triedenia.Mixing can be carried out in various types of mixing units (mixing cores, mixers, mixers, homogenizers, mixers, for the production of cements, geopolymers, building binders, dry plaster mixtures, concrete, mortars, etc.), crushing can be carried out in crushing units, the mixing may be carried out in the milling process in the milling aggregates with the arrangement of spherical grinding cartridges and / or grinding bars and / or the grinding rollers, and / or in the sorting aggregates in the sorting process.

Odpadové alkalické vody sa môžu dávkovať aj do mlynov pri mletí kombinovaného bez vopred pridaného aktivátora. Tu dôjde k dehydratácii alkalických vôd vysušením teplom vzniknutým pri mlecom procese alebo v prípade externého dodávania rôznych spalín (napr. odpadové spaliny z pecného systému, spaliny z prídavných horákov spaľovacích komôr a pod.).Waste alkaline waters can also be fed to mills when grinding the combined without pre-added activator. Here, the dehydration of the alkaline waters occurs by heat drying resulting from the milling process or in the case of external supply of various flue gases (eg waste gases from the furnace system, flue gases from the auxiliary burners of combustion chambers, etc.).

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad 1Example 1

Na prípravu alkalických aktivátorov sa použili odpadové alkalické vody z odkalísk červených a hnedých kalov. Chemické zloženie odpadových alkalických vôd pred skoncentrovaním (normál) a po skoncentrovaní (koncentrát) v odparke udáva tabuľka č. 1. Koncentrát sa podrobil neutralizácii odpadovou kyselinou sírovou H2SO4 z autobatérií a následne sa spracoval elektrodialýzou, ktorá elektrofyzikálnymi procesmi zabezpečila rozdelenie vstupného toku na diluát s nízkym obsahom solí, ktorý je možné vypúšťať do kanalizácie a koncentrát s vysokým obsahom síranu sodného. Tento sa následne na kryštalizačnej odparke spracoval na ko10 nečný produkt, ktorým je bezvodý síran sodný s čistotou 97 % Na2SO4. Pri procese neutralizácie zároveň prebehla aj redukcia toxického 6-mocného chrómu Crvl na netoxický 3-mocný chróm Crnl a súčasne sa z vody odstránili prítomné ťažké kovy a hliník. Tieto z procesu vypadávali vo forme kalu, ktorý sa následne zneškodňuje na skládke odpadov.For the preparation of alkaline activators waste alkaline waters from red and brown sludge sludge were used. The chemical composition of the alkaline waste water before concentration (normal) and after concentration (concentrate) in the evaporator is given in Table no. The concentrate was subjected to neutralization with waste sulfuric acid H 2 SO 4 from car batteries and subsequently subjected to electrodialysis, which by electrophysical processes ensured the separation of the inlet stream into a low salt diluate which can be discharged into the sewer and a high sodium sulfate concentrate. This was subsequently processed to a final product which was anhydrous sodium sulfate with a purity of 97% Na 2 SO 4 on a crystallization evaporator. In the process of neutralization was carried out at the same time reducing the toxicity of 6-yl powerful of Cr-toxic to 3-valent chromium Cr AD, while the water is removed from the present heavy metals and aluminum. These fell out of the process in the form of sludge, which is then disposed of in the landfill.

Tabuľka č. 1 Chemické zloženie odpadových alkalických vôd pred skoncentrovaním (normál) a po skoncentrovaní (koncentrát) v odparke, ktoré boli východiskovým komponentom na prípravu alkalických aktivátorov pre geopolymérne cementy_Table no. 1 Chemical composition of alkaline waste water before concentration (normal) and after concentration (concentrate) in the evaporator, which was the starting component for the preparation of alkaline activators for geopolymer cements_

Označenie-j ednotka Labeling-unit normál normal koncentrát concentrate CN- celk. CN- tot. [mg/1] [Mg / 1] 0,054 0,054 0,076 0,076 Cl- Cl [mg/1] [Mg / 1] 41,5 41.5 260 260 F- F- [mg/1] [Mg / 1] <1 <1 <5 <5 (SO4)2- (SO4) 2 [mg/1] [Mg / 1] 4072 4072 24098 24098 S 2- S 2- [mg/1] [Mg / 1] <0,01 <0.01 <0,01 <0.01 (NO3)- (NO3) - [mg/1] [Mg / 1] 18,0 18.0 64,0 64.0 (NO2)- (NO2) - [mg/1] [Mg / 1] 0,17 0.17 <0,01 <0.01 (HCO3)- (HCO3) - [mg/1] [Mg / 1] <0,3 <0.3 <0,3 <0.3 (NH4)+ (NH 4) + [mg/1] [Mg / 1] 1,47 1.47 1,96 1.96 K The [mg/1] [Mg / 1] 156 156 710 710 Na On the [mg/1] [Mg / 1] 11820 11820 53990 53990 Cd CD [pg/i] [Pg / i] <3 <3 <3 <3 Ba ba [mg/1] [Mg / 1] 0,03 0.03 0,04 0.04 As and [pg/i] [Pg / i] 7250 7250 25750 25750 Cr celk. Cr tot. [pg/i] [Pg / i] 49390 49390 5549 5549 Cr6+ Cr6 + [pg/i] [Pg / i] 49390 49390 620 620 Cu Cu [pg/i] [Pg / i] 65 65 161 161 Ni Ni [pg/l] [Ug / l] <20 <20 44 44 Pb Pb [pg/l] [Ug / l] <50 <50 <50 <50 Sb sb [pg/l] [Ug / l] 18 18 270 270 Se with [pg/l] [Ug / l] 83 83 330 330 Te Te [mg/1] [Mg / 1] <1 <1 <1 <1 V IN [pg/i] [Pg / i] 2440 2440 11110 11110 Zn Zn [pg/i] [Pg / i] 86 86 245 245 Hg hg [pg/i] [Pg / i] 0,3 0.3 1,0 1.0 Be Be [pg/i] [Pg / i] <1 <1 <1 <1 Sn sn [mg/1] [Mg / 1] <0,3 <0.3 <0,3 <0.3 Li when [mg/1] [Mg / 1] <0,1 <0.1 <0,1 <0.1 Co What [pg/i] [Pg / i] <20 <20 <20 <20 Mn Mn [mg/1] [Mg / 1] 0,07 0.07 0,30 0.30 Mo Mo [pg/i] [Pg / i] 6928 6928 31440 31440 TI TI [mg/1] [Mg / 1] <0,5 <0.5 <0,5 <0.5 PH PH 13,0 13.0 13,2 13.2 Br br [mg/1] [Mg / 1] 0,5 0.5 2,5 2.5 Ca ca [mg/1] [Mg / 1] 6,9 6.9 12,5 12.5 P P [mg/1] [Mg / 1] 4,56 4.56 0,86 0.86 Al Al [mg/1] [Mg / 1] 538 538 2143 2143 Fe fe [mg/1] [Mg / 1] 0,64 0.64 26,0 26.0 Si Are you [mg/1] [Mg / 1] 59,8 59.8 189 189 Ti you [mg/1] [Mg / 1] <0,1 <0.1 0,24 0.24 Mg mg [mg/1] [Mg / 1] 1,9 1.9 4,4 4.4

Podobným spôsobom sa pripravil aj 95 % Na2CO3, ale na neutralizáciu sa koncentrát dávkoval do špeciálneho pilotného zariadenia, ktoré umožňovalo viacnásobný prechod odpadových dymových plynov z cementárskej rotačnej pece s vysokým obsahom CO2 zo spálených palív a dekarbonizácie prírodných uhličitanov cez vrstvy s koncentrátom z odpadových alkalických vôd. Pripravené Na2SO4 a Na2CO3 sa použili ako alkalické aktivátory na kombinované spojivá - geopolymérne cementy.Similarly, 95% Na 2 CO 3 was prepared, but for neutralization, the concentrate was fed to a special pilot facility that allowed multiple passage of waste flue gases from a high CO 2 cement kiln rotary kiln from burned fuels and decarbonisation of natural carbonates through the concentrate layers from alkaline waste water. Prepared Na 2 SO 4 and Na 2 CO 3 were used as alkaline activators for combined binders - geopolymer cements.

Príklad 2Example 2

Alkalické aktivátory Na2SO4 a Na2CO3 pripravené postupmi uvedenými v príklade 1 sa použili vo forme sypkých solí pri výrobe kombinovaných spojív - geopolymérnych cementov. Na výrobu geopolymérnych cementov sa použili rôzne vstupné odpady a vedľajšie produkty vrátane portlandského kremičitého slinku, ktorých chemické zloženie je udané v tabuľke č. 2The alkaline activators Na 2 SO 4 and Na 2 CO 3 prepared by the procedures described in Example 1 were used in the form of free-flowing salts in the production of combination binders - geopolymer cements. Various input wastes and by-products, including Portland silica clinker, whose chemical composition is given in Table 2, have been used to produce geopolymer cements. 2

Tabuľka č. 2 Chemické zloženie vstupných komponentov pre geopolymérny cementTable no. 2 Chemical composition of input components for geopolymer cement

hmotn. % weight. % Slinok clinker VGT VGT KP KP FP FP CaO CaO 66,13 66.13 39,24 39,24 3,36 3.36 25,78 25.78 SiO2 SiO 2 21,69 21.69 40,13 40.13 51,42 51.42 33,25 33,25 A12O3 A1 2 O 3 5,31 5.31 7,19 7.19 26,93 26.93 18,65 18.65 Fe2O3 Fe 2 O 3 2,83 2.83 0,27 0.27 7,27 7.27 5,84 5.84 MgO MgO 1,44 1.44 10,04 10.04 2,10 2.10 1,34 1.34 Na2ONa 2 O 0,04 0.04 0,31 0.31 0,17 0.17 1,01 1.01 K2OK 2 O 1,00 1.00 0,52 0.52 3.28 3.28 0,98 0.98 SO3 SO 3 0,53 0.53 1,50 1.50 0,87 0.87 11,30 11,30 Str. ž. Str. from. 0,85 0.85 1,10 1.10 1,84 1.84 1,20 1.20

VGT - vysokopecná granulovaná troska, KP - kremičitý popolček, FP - fluidný popolček úletovýVGT - blast furnace granulated slag, KP - siliceous fly ash, FP - fluid fly ash

Zloženie kombinovaných spojív - geopolymérnych cementov č. 1 až 3 sa modifikovalo v doleuvedenom slede.Composition of combined binders - geopolymer cements no. 1-3 were modified in the sequence shown below.

Zloženie geopolyméru č. 1:Composition of geopolymer no. 1:

Slinok 20 %Clinker 20%

Kremičitý popolček 75 %Silica fly ash 75%

Na2SO4 5 %Na 2 SO 4 5%

Zloženie geopolyméru č. 2: Slinok 18 %Composition of geopolymer no. 2: Clinker 18%

Kremičitý popolček 73 %Silica fly ash 73%

Fluidný popolček 5 %Fluid fly ash 5%

Na2CO3 5 %Na 2 CO 3 5%

Zloženie geopolyméru č. 3: Slinok 15 %Composition of geopolymer no. 3: Clinker 15%

Troska VGT 10 %Slag VGT 10%

Popolček 71 %Popolček 71%

Na2SO4 4 %Na 2 SO 4 4%

Geopolyméry boli mleté v bežných cementárskych guľových na merný povrch cca 400 m2/kg. Z geopolymérov sa pripravili normové vzorky na stanovenie pevností, ktoré sú uvedené v tabuľke č. 3 a časy tuhnutia a normalizovaná hustota sú uvedené v tabuľke č. 4.The geopolymers were ground in conventional cement spheres to a surface area of about 400 m 2 / kg. The standard samples for the determination of strengths were prepared from geopolymers, which are shown in Table 2. 3 and solidification times and normalized density are shown in Table 3. 4th

Tabuľka č. 3 Pevnosti geopolymérov stanovené podľa STN EN 196-1.Table no. 3 Strengths of geopolymers determined according to STN EN 196-1.

MPa MPa PT/PO 1 PT / PO 1 PT/PO 2 PT / PO 2 PT/PO 7 PT / PO 7 PT/PO 28 PT / PO 28 PT/PO 90 PT / PO 90 GPč. 1 GPC. 1 15,3/3,1 15.3 / 3.1 20,3/4,1 20.3 / 4.1 36,8/7,8 36.8 / 7.8 53,8/9,6 53.8 / 9.6 61,2/9,7 61.2 / 9.7 GPč. 2 GPC. 2 12,1/2,7 12.1 / 2.7 16,7/3,4 16.7 / 3.4 32,7/6,8 32.7 / 6.8 48,1/8,6 48.1 / 8.6 56,7/9,1 56.7 / 9.1 GPč. 3 GPC. 3 13,4/2,9 13.4 / 2.9 17,4/3,5 17.4 / 3.5 35,6/7,6 35.6 / 7.6 52,1/8,9 52.1 / 8.9 59,5/9,4 59.5 / 9.4

GP - geopolymér, PT - pevnosť v tlaku, PO - pevnosť v ťahu pri ohybe, čísla 1, 2, 7, 28 a 90 sú dniGP - geopolymer, PT - compressive strength, PO - flexural strength, numbers 1, 2, 7, 28 and 90 are days

Tabuľka č. 4 Časy tuhnutia, normalizovaná hustota a objemová stálosť geopolymérov stanovené podľa STN EN 196-3.Table no. 4 Solidification times, standardized density and volume stability of geopolymers determined according to STN EN 196-3.

Geopolymér geopolymer ZT min. ZT min. KT min. KT min. NH % NH% OS mm OS mm GPč. 1 GPC. 1 255 255 305 305 32,6 32.6 2,5 2.5 GPč. 2 GPC. 2 225 225 265 265 30,0 30.0 5,7 5.7 GPč. 3 GPC. 3 215 215 255 255 29,8 29.8 3,6 3.6

ZT - začiatok tuhnutia, KT - koniec tuhnutia, NH - normalizovaná hustota, OS - objemová stálosťZT - start of solidification, KT - end of solidification, NH - normalized density, OS - volume stability

Pri skúškach ohňovzdornosti sa ukázalo, že geopolymérne spojivá sú odolné proti teplotám do 200 °C. Pri skúškach chemickej odolnosti sa ukázalo, že geopolymérne spojivá vyhovujú najvyššiemu stupňu agresivity chemického pôsobenia vôd XA3 - silno agresívnemu prostrediu podľa STN EN 206-1:2002 a STN EN 2061/NA: 2009 (tabuľka č. 5).In the fire resistance tests, geopolymer binders have been shown to be resistant to temperatures up to 200 ° C. In chemical resistance tests, it has been shown that geopolymer binders meet the highest degree of aggressiveness of the chemical action of XA3 waters - a strongly aggressive environment according to STN EN 206-1: 2002 and STN EN 2061 / NA: 2009 (Table 5).

Tabuľka č. 5 Chemické medzné hodnoty pre jednotlivé stupne agresivity chemického pôsobenia vôd podľa STN EN 206-1: 2002 a STN EN 206-1/NA: 2009Table no. 5 Chemical limit values for individual degrees of water aggressiveness according to STN EN 206-1: 2002 and STN EN 206-1 / NA: 2009

Chemická charakteristika Chemical characteristics XA1 XA1 XA2 XA2 XA3 XA3 SO4 2 mg/1SO 4 2 mg / L > 200 a < 600 > 200 and <600 > 600 a < 3 000 > 600 and <3000 > 3 000 a < 6 000 > 3,000 and <6,000 PH PH < 6,5 a > 5,5 <6.5 and> 5.5 < 5,5 a > 4,5 <5.5 and> 4.5 < 4,5 a > 4,0 <4.5 and> 4.0 CO2 mg/liter agresívnyCO 2 mg / liter aggressive > 15 a < 40 > 15 and <40 > 40 a < 100 > 40 and <100 > 100 až do nasýtenia > 100 until saturation NH4 + mg/literNH 4 + mg / liter > 15 a <30 > 15 and <30 > 30 a < 60 > 30 and <60 > 60 a < 100 > 60 and <100 Mg2+ mg/1Mg 2+ mg / L > 300 a < 1 000 > 300 and <1000 > 1 000 a < 3 000 > 1,000 and <3,000 > 3 000 až do nasýtenia > 3000 to saturation

Pri skúškach vývoja hydratačného tepla geopolymérov sa neprekročila hodnota 185 J/g po 7 dňoch hydratácie podľa STN EN 196-8, preto geopolyméry vyhovujú cementom s nízkym hydratačným teplom v zmysle STN EN 197-1/A1, keďže splnili podmienku, že hydratačné teplo stanovené podľa STN EN 196-8 nesmie za 7 dní prekročiť 270 J/g a pri stanovení podľa STN EN 196-9 po 41 hodinách a tiež vyhovujú cementom s veľmi nízkym hydratačným teplom v zmysle STN EN 14216, keďže splnili podmienku, že hydratačné teplo stanovené podľa STN EN 196-8 nesmie za 7 dní prekročiť 220 J/g a pri stanovení podľa STN EN 196-9 po 41 hodinách.The geopolymer hydration heat development tests did not exceed 185 J / g after 7 days of hydration according to STN EN 196-8, therefore, geopolymers comply with low hydration heat cements according to STN EN 197-1 / A1 as they met the condition that the hydration heat determined according to STN EN 196-8 shall not exceed 270 J / g in 7 days when determined according to STN EN 196-9 after 41 hours and also comply with cements with very low hydration heat in accordance with STN EN 14216, as they have met the condition that hydration heat STN EN 196-8 shall not exceed 220 J / g in 7 days when determined according to STN EN 196-9 after 41 hours.

Vzhľadom na nízky obsah portlandského kremičitého slinku vo výsledných geopolyméroch sa mohli ušetriť emisie CO2 na úrovni 80 - 85 %.Due to the low content of Portland silica clinker in the resulting geopolymers, CO 2 emissions could be saved at 80-85%.

Príklad 3Example 3

Kombinované spojivá - geopolymérne cementy - pripravené postupmi uvedenými v príklade 2 sa použili na prípravu geopolymérnych betónov nižších pevnostných tried C 8/10 až C 20/25 podľa STN EN 206-1 bez použitia plastifikátorov.Combination binders - geopolymer cements - prepared according to the procedures given in Example 2 were used for the preparation of geopolymer concrete of lower strength classes C 8/10 to C 20/25 according to STN EN 206-1 without the use of plasticizers.

Tabuľka č. 6 Chemické zloženie vstupných komponentov pre geopolymérny betónTable no. 6 Chemical composition of input components for geopolymer concrete

hmotn. % weight. % VCHT VCHT DOT DOT VAP VAP CuT CuT CaO CaO 41,73 41,73 52,30 52.30 58,97 58.97 7,48 7.48 SiO2 SiO 2 40,57 40.57 12,81 12.81 13,97 13.97 27,26 27.26 A12O3 A1 2 O 3 8,12 8.12 1,64 1.64 17,77 17.77 7,01 7.01 Fe2O3 Fe 2 O 3 2,81 2.81 29,78 29.78 1,90 1.90 46,64 46,64 MgO MgO 8,44 8.44 2,54 2.54 3,30 3.30 1,90 1.90 K2OK 2 O 0,72 0.72 0,04 0.04 0,06 0.06 0,40 0.40 Na2ONa 2 O 0,19 0.19 0,07 0.07 0,07 0.07 1,07 1.07 SO3 SO 3 2,39 2.39 28 28 1,98 1.98 0,15 0.15 Str. žíh. Str. žíh. 0,09 0.09 6,02 6.02 5,32 5.32 + 4,30 + 4,30

Metalurgické trosky VCHT - vysokopecná vzduchom chladená troska, DOT - demetalizovaná oceliarenská troska, VAP - vápenatá panvová troska, CuT - troska z rafinácie medi.Metallurgical slag VCHT - blast furnace air cooled slag, DOT - demetallised steel slag, VAP - lime ladle slag, CuT - slag from copper refining.

Tabuľka č. 7 Zloženie čerstvých betónových zmesí z geopolymérnych cementov na dosiahnutie konzistencie S3 podľa sadnutia kužeľa podľa STN EN 206-1: 2002Table no. 7 Composition of fresh concrete mixtures made of geopolymer cements to achieve consistency S3 according to cone setting according to STN EN 206-1: 2002

kg kg GP GP KAV KAV Kamenivo 0-4 mm Aggregates 0-4 mm Kamenivo 4-8 mm Aggregates 4-8 mm Kamenivo 8-16 mm Aggregates 8-16 mm Filer do 0,25 mm Filer up to 0.25 mm C 8/10 C 8/10 270 270 185 185 762 762 362 362 781 781 - - C 12/15 C 12/15 300 300 190 190 687 687 372 372 781 781 70 70 C 16/20 C 16/20 360 360 190 190 627 627 376 376 788 788 - - C 20/25 C 20/25 390 390 190 190 592 592 361 361 773 773 70 70

GP - geopolymérny cement, KAV - koncentrát z odpadových alkalických vôdGP - geopolymer cement, KAV - waste water alkaline water concentrate

Na geopolymérne betóny sa použili geopolymér č. 2 pre triedu C 8/10, geopolymér č. 3 pre triedu C 12/15, geopolymér č. 1 pre triedy C 16/20 a C 20/25 a ako zámesová voda sa použil koncentrát z odpadových alkalických vôd.For geopolymer concrete geopolymer no. 2 for class C 8/10, geopolymer no. 3 for class C 12/15, geopolymer no. 1 for classes C 16/20 and C 20/25, and as a mixing water, an alkaline waste water concentrate was used.

Ako umelé hutné kamenivo sa použila vysokopecná vzduchom chladená troska vo frakciách 0-4 mm, 4-8 mm, 8-16 mm a ako filer jemne pomletá vápenatá panvová troska s max. zrnom do 0,25 mm pre triedu C 12/15 s geopolymérom č. 3 a pre triedu C 20/25 s geopolymérom č. 1.Blast furnace air-cooled slag in fractions 0-4 mm, 4-8 mm, 8-16 mm was used as artificial compacted aggregate and finely ground calcium pelvic slag with max. up to 0,25 mm grain size for class C 12/15 with geopolymer no. 3 and for class C 20/25 with geopolymer no. First

Ako umelé hutné kamenivo sa použila demetalizovaná oceliarenská troska vo frakciách 0-4 mm, 4-8 mm a frakcia 8-16 mm sa pripravila z trosky z rafinácie medi pre triedu C 8/10 s geopolymérom č. 2 a pre triedu C 16/20 s geopolymérom č. 1.Demetallised steel mill slag in 0-4 mm, 4-8 mm fractions was used as artificial dense aggregate and an 8-16 mm fraction was prepared from copper refining slag for class C 8/10 with geopolymer no. 2 and for class C 16/20 with geopolymer no. First

Tabuľka č. 8 Dosiahnuté kockové pevnosti fck.cube zatvrdnutých betónov po 2, 7 a 28 dňoch podľa STN EN 12390-3Table no. 8 Cube strength achieved f ck . cube of hardened concrete after 2, 7 and 28 days according to STN EN 12390-3

9 f -*-ck.cube 9 f - * - ck.cube 7 f ' -*-ck.cube 7 f '- * - ck.cube 28 fck.cube28 f c k.cube C 8/10 C 8/10 4,8 4.8 10,4 10.4 16,0 16.0 C 12/15 C 12/15 5,7 5.7 11,4 11.4 18,7 18.7 C 16/20 C 16/20 6,9 6.9 14,6 14.6 22,2 22.2 C 20/25 C 20/25 8,0 8.0 16,8 16.8 25,0 25.0

Čerstvé betónové zmesi z geopolymérnych cementov sú vhodné na prípravu transportbetónov pre triedy betónov C 8/10 až C 20/25 s konzistenciou S3 podľa sadnutia kužeľa bez použitia plastifikátorov.Fresh concrete mixtures made of geopolymer cements are suitable for the preparation of ready-mixed concrete for concrete classes C 8/10 to C 20/25 with S3 consistency according to the cone setting without the use of plasticizers.

Príklad 4Example 4

Kombinované spojivo - geopolymérny cement č. 4 s prídavkom kremičitého úletu a alkalického aktivátora v podobe sušiny z koncentrátu z odpadových alkalických vôd uvedeného v príklade 1 sa použilo na povrchové spevňovanie a sanáciu trhlín v hrádzach odkalísk vlhkých červených a hnedých kalov. Zloženie čerstvej sanačnej malty je uvedené v tabuľke č. 9. Sušina z koncentrátu z odpadových alkalických vôd uvedeného v príklade 1 sa získala sušením v sušiarni pomocou odpadových spalín z cementárskej rotačnej pece. Dodatočným alkalickým aktivátorom bol v tomto prípade aj vysoký obsah Na+ a OH v kaloch a odlúčených povrchových kalových alkalických vodách.Combined binder - geopolymer cement no. 4 with the addition of a silica drift and an alkaline activator in the form of dry matter from the alkaline waste concentrate given in Example 1 was used for surface consolidation and remediation of cracks in the dikes of wet red and brown sludge sludge. The composition of fresh remediation mortar is given in table no. 9. The dry matter from the alkaline waste concentrate of Example 1 was obtained by drying in an oven using the flue gas from a cement rotary kiln. The additional alkaline activator in this case was also a high content of Na + and OH in the sludge and separated surface sludge alkaline waters.

Zloženie geopolyméru č. 4:Composition of geopolymer no. 4:

Slinok 15 %Clinker 15%

Troska VGT 10 %Slag VGT 10%

Popolček 70 %Popolček 70%

Kremičitý úlet 3 %Silica drift 3%

Sušina z KAV 2 %KAV dry matter 2%

Tabuľka č. 9 Zloženie čerstvej sanačnej malty na spevňovanie hrádzí odkalísk vlhkých červených a hnedých kalov.Table no. 9 Composition of fresh redevelopment mortar for reinforcing the dykes of wet red and brown sludge.

kg kg GP GP KAV KAV Piesok 0-2 mm Sand 0-2 mm C 8/10 C 8/10 360 360 205 205 1690 1690

GP - geopolymérny cement, AV - koncentrát z odpadových alkalických vôdGP - geopolymer cement, AV - alkaline water waste concentrate

Uvedené príklady sú len ilustratívne a nevyčerpávajú všetky varianty možností riešenia, podľa tohto vynálezu v rozsahu myšlienky tohto vynálezu.These examples are illustrative only and do not exhaust all variants of the present invention within the scope of the invention.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Kombinované spojivo na báze zmesí rôznych odpadov a vedľajších produktov sa vyznačuje nízkou emisiou CO2, nižším vývojom začiatočných pevností a vyšším vývojom dlhodobých pevností v tlaku aj v ťahu pri ohybe, nižším vývojom hydratačného tepla, vyššou chemickou odolnosťou, odolnosťou proti síranom, chloridom, karbonatácii, prevenciou alkalicko-kremičitej reakcie kameniva, vyššou odolnosťou proti ohňu. Je určené na výrobu betónov, mált na omietanie a murovanie, injektážnych mált, suchých omietkových zmesí a pod. Je vhodné pre masívne stavby veľkoobjemových a veľkometrážnych betonáží, základy budov, na podkladové vrstvy vozoviek, podklady z kameniva stabilizovaného cementom, skládky, na prípravu betónov nižších tried C 8/10 - C 30/37, do betónov na nekonštrukčné účely, na vytvorenie ohňovzdorných nenosných vrstiev, prefabrikáty, dekoratívne betónové prvky, pre betóny proti agresívnym vodám, pôdam, na výrobu tvárnic vystavených nepriaznivým klimatickým podmienkam, má zvýšenú odolnosť proti chemickým a biologickým korozívnym vplyvom, na kanalizačné rúry, tvarovky, septiky, čističky odpadových vôd, podlahy v živočíšnych výrobách, kafilériách, v chemických výrobách, biotechnológiách, potravinárstve. Zabezpečuje dosiahnutie požadovanej konzistencie čerstvého betónu pri nižšom vodnom súčiniteli, ako je to v prípade aplikácie cementov na bežné použitie podľa STN EN 197-1, v čerstvom betóne pôsobí ako tuhý plastifikátor, predlžuje čas tuhnutia, zvyšuje hutnosť cementového tmelu, zlepšuje sa spracovateľnosť a stabilitu čerstvých betónových zmesí. Na jeho výrobu sa využívajú odpadové alkalické vody zo skládok a odkalísk červených a hnedých kalov zo spracovania bauxitu a rôzne odpady a vedľajšie produkty v podobe popolčekov a metalurgických trosiek.Combination binder based on mixtures of different wastes and by-products is characterized by low CO 2 emission, lower development of initial strengths and higher development of long-term compressive and tensile bending strengths, lower development of hydration heat, higher chemical resistance, resistance to sulphates, chlorides, carbonation , by preventing the alkaline-silica reaction of the aggregate, with higher fire resistance. It is designed for the production of concrete, mortars for plastering and masonry, grouting mortars, dry plaster mixtures and the like. It is suitable for massive constructions of large-volume and large-scale concretes, foundations of buildings, for subfloors of pavements, substrates of cement stabilized aggregates, landfills, for preparation of concretes of lower grades C 8/10 - C 30/37, for concretes for non-structural purposes non-load-bearing layers, prefabricated elements, decorative concrete elements, for concretes against aggressive water, soil, for production of blocks exposed to adverse climatic conditions, has increased resistance to chemical and biological corrosive influences, for sewer pipes, fittings, septic tanks, sewage treatment plants production, rendering plants, chemical production, biotechnology, food industry. Ensures the required consistency of fresh concrete at a lower water coefficient than in the case of normal use cements according to STN EN 197-1, acts as a rigid plasticizer in fresh concrete, increases setting time, increases cementitiousness, improves workability and stability fresh concrete mixtures. Alkaline wastewater from landfill sites and red and brown sludge sludge from bauxite processing and various wastes and by-products in the form of ash and metallurgical debris are used for its production.

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims (5)

1. Kombinované spojivo na báze odpadov, obsahujúce portlandský kremičitý slinok v množstve 5 až 40 % hmotn., výhodne 10 až 30 % hmotn., 94,5 až 50 % hmotn. popolčeka alebo zmesi popolčeka a metalurgickej trosky miešaných v ľubovoľnom pomere alebo metalurgickej trosky, a alkalický aktivátor v množstve 0,5 až 10 % hmotn., výhodne 3 až 7 % hmotn., vyznačujúce sa tým, že alkalický aktivátor sú odpadové alkalické vody, výluhy z odkalísk skládok červeného a hnedého kalu ako odpadu zo spracovania bauxitu alkalickým lúhovaním pri výrobe A12O3, a z nich vzniknuté produkty v množstve s obsahom aktívnej alkalickej zložky analyticky vyjadrenom ako 0,01 až 6,5 % hmotn. % Na2O.A waste-based combination binder comprising Portland silica clinker in an amount of 5 to 40% by weight, preferably 10 to 30% by weight, 94.5 to 50% by weight. fly ash or mixtures of fly ash and metallurgical slag mixed in any ratio or metallurgical slag, and an alkaline activator in an amount of 0.5 to 10% by weight, preferably 3 to 7% by weight, characterized in that the alkaline activator is waste alkaline water, leachates from the tailings ponds of red and brown sludge as waste from the treatment of bauxite by alkaline leaching in the production of Al 2 O 3 , and the resulting products in an amount containing an active alkali component of analytically expressed as 0.01 to 6.5% by weight; % Na 2 O. 2. Kombinované spojivo na báze odpadov podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že produktmi vzniknutými z alkalickej vody a/alebo výluhu sú jej zahustený koncentrát s vysokým obsahom Na+ a OH a/alebo sušina, a/alebo soli z neutralizácie alkalických vôd a/alebo výluhov, a/alebo zmes daných solí s alkalickými vodami, výluhmi, koncentrátom, sušinou.Waste-based combination binder according to claim 1, characterized in that the products formed from the alkaline water and / or the leachate are thickened concentrates with a high content of Na + and OH and / or dry matter, and / or alkaline water neutralization salts and and / or mixtures of said salts with alkaline waters, leachates, concentrate, dry matter. 3. Kombinované spojivo na báze odpadov podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že soli z neutralizácie alkalických vôd a/alebo výluhov, koncentrátu, sušiny sú sírany SO4 2, siričitany SO32, uhličitany CO32, hydrogénuhličitany HCO3, kremičitany SiO44, SiO32, nestechiometrické kremičitany SixOY z, s majoritne naviazaným Na+.3. Combination binder based waste of claim 2, characterized in that the neutralization of the alkali salt of the water and / or the extracts, concentrate, dry matter content of the sulfate SO 4 2, SO 3 2 sulfites, carbonate CO 3 2, HCO 3 bicarbonates, silicates, SiO 4 4, SiO3 2 , non-stoichiometric silicates Si x O Y z , with a majority of Na + bound. 4. Kombinované spojivo na báze odpadov podľa nároku 2 alebo 3, vyznačujúci sa tým, že alkalické vody a/alebo výluhy, a/alebo koncentrát obsahujú prídavok kyseliny H2SO4, H2SO3, H2CO3, a/alebo nano-SiO2, mikro-SiO2, kremičitého úletu SiO2, a/alebo plynného SO3, SO2 a CO2.Waste-based combination binder according to claim 2 or 3, characterized in that the alkaline waters and / or leachates and / or the concentrate comprise an addition of H 2 SO 4 , H 2 SO 3 , H 2 CO 3 , and / or nano-SiO 2 , micro-SiO 2 , silica SiO 2 , and / or SO 3 , SO 2 and CO 2 gas. 5. Kombinované spojivo na báze odpadov podľa nároku 2, 3 alebo 4, vyznačujúce sa tým, že alkalické vody a/alebo výluhy, a/alebo koncentrát a z nich vzniknuté produkty obsahujú prídavok odpadov anorganických solí na báze Na2SO4, Na2SO4.10H2O, Na2SO3, Na2CO3, Na2CO3.10H2O, NaHCO3, Na4SO4, Na2SiO3 a/alebo K2SO4, K2SO3, K2CO3, KHCO3, lOSiCfi, K2SiO3.Waste-based combination binder according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the alkaline waters and / or leachates and / or the concentrate and the resulting products contain an addition of waste of inorganic salts based on Na 2 SO 4 , Na 2 SO 4 .10H 2 O, Na 2 SO 3 , Na 2 CO 3 , Na 2 CO 3 .10H 2 O, NaHCO 3 , Na 4 SO 4 , Na 2 SiO 3 and / or K 2 SO 4 , K 2 SO 3 , K 2 CO 3 , KHCO 3 , 10 SiCl 3 , K 2 SiO 3 . Koniec dokumentuEnd of document
SK50024-2012A 2012-06-28 2012-06-28 Combined binder on the basis of waste material SK288418B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50024-2012A SK288418B6 (en) 2012-06-28 2012-06-28 Combined binder on the basis of waste material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50024-2012A SK288418B6 (en) 2012-06-28 2012-06-28 Combined binder on the basis of waste material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK500242012A3 SK500242012A3 (en) 2014-01-08
SK288418B6 true SK288418B6 (en) 2016-11-02

Family

ID=49880304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK50024-2012A SK288418B6 (en) 2012-06-28 2012-06-28 Combined binder on the basis of waste material

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK288418B6 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4043416A1 (en) 2021-02-12 2022-08-17 Povazská cementáren, a.s. Thermal energy storage media based on concrete and use of hybrid cement as a binder for production of such concrete media

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4043416A1 (en) 2021-02-12 2022-08-17 Povazská cementáren, a.s. Thermal energy storage media based on concrete and use of hybrid cement as a binder for production of such concrete media

Also Published As

Publication number Publication date
SK500242012A3 (en) 2014-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kaliyavaradhan et al. Valorization of waste powders from cement-concrete life cycle: A pathway to circular future
Rashad Phosphogypsum as a construction material
Giergiczny Fly ash and slag
Sharma et al. Limestone calcined clay cement and concrete: A state-of-the-art review
Jiang et al. A critical review of waste glass powder–Multiple roles of utilization in cement-based materials and construction products
Tao et al. Recent progress and technical challenges in using calcium sulfoaluminate (CSA) cement
Qin et al. Resource utilization and development of phosphogypsum-based materials in civil engineering
Cheah et al. Recent advances in slag-based binder and chemical activators derived from industrial by-products–A review
Rashad A comprehensive overview about the influence of different admixtures and additives on the properties of alkali-activated fly ash
Sajedi et al. The effect of chemical activators on early strength of ordinary Portland cement-slag mortars
US8317915B2 (en) Additives for a hydraulic binder based on belite-calcium-sulphoaluminate-ferrite clinker
RU2513572C2 (en) Hydraulic binding agent based on sulfo-aluminous clinker and portland cement clinker
CN105658599A (en) Binder comprising calcium sulfoaluminate cement and a magnesium compound
CN102452814A (en) High strength concrete adopting desulfurized gypsum as activator, and preparation method thereof
Manjunath et al. Alkali-activated concrete systems: A state of art
Karrech et al. Management and valorisation of delithiated β-spodumene and its processing stream
Kang et al. Development of construction materials using red mud and brine
SK288418B6 (en) Combined binder on the basis of waste material
Escadeillas et al. Binders
Safhi et al. Overview on Valorization of Dredged Materials as Cementitious Resource
KR101345203B1 (en) Low alkali non-cement concrete composition with tannin and block unit comprising the same
Kryvenko et al. Alkali-activated cements as sustainable materials for repairing building construction: a review
KR100375408B1 (en) Solidity material for reapplication of waste
US20240076233A1 (en) Use of brine in a method of making cementitious compositions and uses thereof
Mindess et al. Concrete constituent materials