ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2081087

МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ

Имя изобретателя: Середа А.Б.; Калиниченко И.И.; Попов Б.А.; Горяйнов В.Э.; Середа Б.П.; Смирнов С.В.; Коминова Л.В.; Леканов Л.П. 
Имя патентообладателя: Акционерное общество "Хромпик"
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1995.01.17 

Изобретение относится к производству строительных изделий на основе магнезиально-гипсового вяжущего, в частности, к получению строительных изделий на основе отхода производства монохромата натрия - отбросных шламов хроматного производства и может быть использовано на предприятиях, производящих строительные материалы или на заводах хромовой отрасли. Задача изобретения - утилизация отбросных шламов хроматного производства с одновременным получением на его основе строительных материалов, расширение области их применения за счет нетоксичной массы, повышение качества изделий и удешевление процесса. Изобретение состоит в том, что масса для изготовления строительных изделий состоит из смеси обезвреженного шлама хроматного производства, органического наполнителя, серной кислоты и воды при следующих соотношениях компонентов, мас.%: шлам хроматного производства 46,0-61,0; серная кислота - 11,0-21,5; органический наполнитель - 4,0-10,0; вода - остальное. Способ получения массы для изготовления строительных изделий заключается в том, что хроматный шлам в количестве 20-50 мас.% от исходного смешивают с водой в массовом соотношении, обеспечивающим Т:Ж в смеси 1:1 - 3 соответственно, вводят кислоту из расчета массового соотношения шлам магн.: H2SO4 в пределах 0,9-1,65 и после перемешивания реакционной смеси в течение 20-60 мин при температуре 80-90oC, в полученное магнезиально-гипсовое вяжущее вводят органический наполнитель и остальное количество шлама, а полученную массу подсушивают до влажности 5-15 мас.% формуют и отверждают. Для предотвращения обратного процесса перехода хрома (III) из водонерастворимого состояния в соединения хрома (VI) в массу может быть введен серусодержащий восстановитель в количестве 0,1-0,5 мас.% от введенного шлама. В качестве серусодержащих восстановителей используют серу, сульфид, сульфит или тиосульфат натрия.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к производству строительных изделий на основе магнезиально-гипсового вяжущего, в частности, к получению строительных изделий на основе отхода производства монохромата натрия отбросных шламов хроматного производства и может быть использовано на предприятиях, производящих строительные материалы, или на заводах хромовой отрасли.

Известна масса для дорожного строительства, состоящая из отбросного шлама хроматного производства и сульфитно-бардяных концентратов [1]

Известна масса для получения огнеупорных материалов, цемента и силикатного кирпича, состоящая из хроматного шлама и песка [1]

К основным недостаткам известных композиций следует отнести существенную ограниченность областей применения изделий, изготовленных на основе отбросных хроматных шламов, содержащих соединения шестивалентного хрома.

Известен способ получения массы для изготовления силикатного кирпича, заключающийся в том, что хроматный шлам предварительно гидротермальной обработке с целью гидратации оксида магния, смешивают с песком и подвергают прессованию под давлением 160-200 кгс/см3 [1]

Недостатками известных масс и методов их получения является малая эффективность и ограниченность применения готовых изделий.

Наиболее близкой к предполагаемой, является масса для изготовления цемента, содержащая, мас. 42-94 активного оксида магния, 5-38 сульфата магния, который может быть смешан с хлоридом магния, 1-20 органического наполнителя, в качестве которого используют древесную массу и/или неорганического наполнителя, в качестве которого используют стекловолокно [2]

Способ получения известной массы включает смешение водного раствора сульфата магния (или сульфата и хлорида магния) и наполнителя с оксидом магния. Получающиеся из нее изделия используются в основном для производства строительных материалов, обладающих небольшой массой, негорючестью и хорошими теплоизоляционными свойствами [2]

Недостатком известной массы и способа ее изготовления является то, что в ее состав входят сравнительно дефицитные и относительно дорогостоящие компоненты, например, такие как, активный оксид магния и соли последнего, что существенно удорожает изготовляемые из нее строительные изделия.

Техническая задача предлагаемого изобретения утилизация отбросных шламов хроматного производства с одновременным получением на его основе строительных материалов, расширение области применения последних за счет получения нетоксичной массы, повышение качества изделий и удешевление процесса.

Задача достигается тем, что заявляемая масса и способ ее получения отличаются от известного решения тем, что в качестве магнийсодержащего соединения и неорганического наполнителя используют предварительно обезвреженный (свободный от соединений шестивалентного хрома) шлам хроматного производства.

Процесс обезвреживания хроматного шлама состоит в том, что присутствующий в нем хром /VI/ переводят в соединения хрома /III/. Достигается это путем его обработки в щелочном растворе серосодержащими восстановителями при 120-160oC. При этом соединения хрома /VI/, как водо-, так и кислоторастворимые, переходят в водонерастворимые соединения хрома /III/.

Шлам хроматного производства является крупнотоннажным неутилизируемым отходом заводов хромовой отрасли. Состав последнего может быть представлен такими основными минеральными фазами и продуктами их гидратации, как алюминаты, гидроалюминаты, хромато-алюминаты, силикаты, алюмоферриты кальция, оксид магния, гидроксиды магния, алюминия, кальция, сульфаты и хроматы кальция, натрия и др. В сухом шламе хроматного производства содержится, в пересчете на оксиды, мас. 2-3,7 CrO3, 7-9 Cr2O3, 23-28 MgO, 28-32 CaO, 10-12 Fe2O3, 6-8 Al2O3, 4-6 SiO2 [1, с.104, 113]

В качестве органического наполнителя используют целлюлозосодержащее сырье, например, древесную массу, выпускаемую по ГОСТ 18110-72 или отходы лесопиления, либо лигнинсодержащее сырье, например, гидролизный лигнин. Состав и свойств последнего описаны в монографии.

Сущность изобретения состоит в том, что масса для изготовления строительных изделий состоит из смеси магнийсодержащего соединения, неорганического и органического наполнителя, серной кислоты и воды, причем в качестве магнийсодержащего соединения и неорганического наполнителя используют обезвреженный шлам хроматного производства при следующих соотношениях компонентов, мас. шлам хроматного производства 46,0-61,0; серная кислота - 11,0-21,5; органический наполнитель 4,0-10,0; вода остальное.

Способ получения массы для изготовления строительных изделий заключается в том, что хроматный шлам в количестве 20-50 мас. от исходного (так называемый шламмагн) смешивают с водой в массовом соотношении, обеспечивающим Т:Ж в смеси в пределах 1: 1-3, вводят кислоту из расчета массового соотношения шламмагн:H2SO4 в пределах 0,9-1,65 и после перемешивания реакционной смеси в течение 20-60 мин при температуре 80-90oC в полученное магнезиально-гипсовое вяжущее вводят органический наполнитель и остальное количество шлама (так называемый шламнап.); полученную массу подсушивают до влажности 5-15 мас. формуют и отверждают. Для предотвращения обратного процесса перехода хрома /III/ из водонерастворимого состояния в соединения хрома /VI/ в массу может вводиться серусодержащий восстановитель. В качестве серусодержащих восстановителей используют серу, сульфит, сульфит или тиосульфит натрия. Восстановитель вводят в количестве 0,1-0,5 мас. от введенного шлама.

Сравнительная оценка предлагаемой и известной массы для изготовления строительных изделий и способа ее получения позволяет выявить следующие отличительные признаки: качественный и количественный состав заявляемой массы и порядок и режимы способа получения заявляемой массы.

Все вышеизложенное позволяет нам сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "Новизна".

В научно-технической литературе описаны способы получения строительных изделий, базирующиеся на введении в состав сырьевых композиция для изготовления строительных материалов (для дорожного строительства, силикатного кирпича, цемента и др.) отбросных шламов хроматного производства. Однако использование изобретения позволяет получать изделия, не содержащие токсичного шестивалентного хрома и отличающиеся повышенной плотностью и механической прочностью. Этот эффект обеспечивается использованием обезвреженного шлама хроматного производства, с одной стороны, и магнезиально-гипсового вяжущего, получаемого на его основе и представляющего собой смесь водорастворимых и нерастворимых продуктов сернокислотного разложения шлама хроматного производства, с другой.

Синтез магнезиально-гипсового вяжущего осуществляют путем сернокислотного разложения части шлама хроматного производства в количестве 20-50 мас. от исходного при температуре 80-90oC в течение 20-60 мин. Полнота взаимодействия серной кислоты со шламом, достигаемая при заявляемых параметрах процесса и обеспечивающая высокую степень разложения его минеральных фаз, приводит к получению достаточно реакционной смеси магнезиально-гипсового вяжущего. Последующее смешение его с наполнителем обеспечивает равномерное распределение наполнителя в магнезиально-гипсовом вяжущем и позволяет получить сырьевую массу достаточной пластичности. Наряду с равномерным распределением вяжущего и наполнителей обеспечивается также достаточная плотность и механическая прочность получаемых при формировании и последующем отверждении изделий.

Таким образом, предлагаемая масса для изготовления строительных изделий и способ ее получения содержит ряд новых признаков, обеспечивающих, по нашему мнению, новый технический результат, а именно: получение нетоксичных дешевых изделий улучшенного качества. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "Изобретательский уровень".

Ниже приводятся примеры реализации предлагаемого изобретения.

Используют обезвреженный шлам хроматного производства, не содержащий шестивалентного хрома, состава, мас. 30,2 CaO, 25,2 MgO, 10,4 Fe2O3, 7,1 Al2O3, 5,2 SiO2, 9,2 Cr2O3.

Навеску воздушно-сухого шлама в количестве 20-50% от исходного шлама для получения магнезиально-гипсового вяжущего смешивают с заданным количеством воды из расчета массового отношения Т:Ж 1:3, получая водную суспензию, которую помещают в реактор с мешалкой и обогревом и нагревают до 80-90oC. По достижении заданной температуры в суспензию при постоянном перемешивании вносят серную кислоту в количестве, обеспечивающем массовое отношение шламмагн.: кислота в пределах 0,9-1,65.

Реакционную смесь перемешивают в течение 20-60 мин, получая так называемое магнезиально-гипсовое вяжущее. Последнее затем переносят в лабораторный двухвальный смеситель с электрообогревом, куда последовательно вводят наполнитель и серусодержащий восстановитель, выбираемый из следующих веществ: сера, сульфид, сульфит или тиосульфат натрия. Древесную массу или лигнит в качестве органического наполнителя вводят в количестве 20-60 мас. от навески шламамагн., а неорганического остальное количество шлама /шламнап, т. е. 20-80% от исходного шлама. Количество восстановителя - 0,1-0,5 мас. от хроматного шлама.

Массовое отношение шламмагн.: шламнап. в приготовляемой сырьевой массе изменяют в пределах от 1:1 до 1:4. Последнюю тщательно перемешивают и с влажностью 5-15 мас. из нее на лабораторном прессе при давлении прессовании 150-200 кг/см2 формируют образцы диаметром 1 см и высотой 0,8-1,0 см, которые затем отверждают, выдерживая на воздухе при комнатной температуре, после чего определяют предел прочности при сжатии, используя этот же пресс.

Результаты представлены в табл.1.

МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ

Прочностные показатели приведены для образцов, отвержденных на воздухе в течение 7 дней.

Изделия, изготовленные из предлагаемой массы, характеризуются достаточной высокой механической прочностью при кажущейся плотности в пределах 1,624-2,213 г/см3.

Сравнительная оценка целевого изделия, изготовленного на базе предлагаемого магнезиально-гипсового вяжущего (табл.1), и соединений магния (оксид, сульфат, хлорид магния), применяемых в известном способе-прототипе (табл.2), показала, что известное вяжущее не дает эффекта в случае использования в качестве наполнителя шлама хроматного производства.

Выбор и обоснование заявляемых параметров обусловлено следующим.

Поддерживание в заявляемых пределах массового отношения Т:Ж в водной суспензии шлама, поступающей на кислотное взаимодействие, а также температурно-временных параметров процесса обеспечивает 90-95%-ное разложение соединений магния шлама и получение магнезиально-гипсового вяжущего, водорастворимая часть которого представлена сульфатом магния (60-100 г/л MgSO4), а также соединениями кальция (0,7-2 г/л CaO), кремния (0,6-1,9 г/л SiO2), алюминия (0,2-1,5 г/л Al2O3) и железа (0,6-0,8 г/л Fe2O3), нерастворимая сульфатом кальция и минеральными фазами исходного шлама.

При уменьшении содержания магнезиально-гипсового вяжущего в заявляемой массе (уменьшение отношения шламмагн.:шламнап.) ухудшается пластичность и формуемость массы, уменьшается механическая прочность изготовленных изделий. Это связано с тем, что не достигается достаточной смачиваемости компонентов массы и заполнения мельчайших пор в ней, с одной стороны, и снижается эффект прессования (формования), с другой. Увеличение же его содержания выше верхнего предела, т. е. увеличение массового отношения шламмагн.:шламанап. в приготовляемой сырьевой массе, экономически нецелесообразно, т.к. увеличиваются расход кислоты и затраты на разложение шлама.

В качестве органического наполнителя используют древесную массу и лигнин. Введение его выше верхнего предела уменьшает формовочную способность заявляемой массы и прочность получаемого из нее изделия. Влажность массы при формовании поддерживают в пределах 5-15 мас. Понижение влажности ниже нижнего предела снижает эффект прессования (формования) при данном давлении; при повышении выше верхнего, кроме того, сопряжено со значительной трудностью при прессовании и усадкой изделий при отверждении.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Масса для изготовления строительных изделий, содержащая магнийсодержащее соединение, неорганический и органический наполнители и воду, отличающаяся тем, что в качестве магнийсодержащего соединения и неорганического наполнителя она содержит обезвреженный шлам хроматного производства и дополнительно серную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.

Обезвреженный шлам хроматного производства 46 61

Серная кислота 11,0 21,5

Органический наполнитель 4 10

Вода Остальное

2. Способ получения массы для изготовления строительных изделий путем приготовления водного раствора магнийсодержащего сырья, смешения раствора с органическим и неорганическим наполнителями, с последующей сушкой полученной смеси, отличающийся тем, что для приготовления магнийсодержащего сырья в водном растворе используют обезвреженный шлам хроматного производства в количестве 20 50 мас. от исходного, в водную суспензию которого при перемешивании и нагревании вводят серную кислоту, а в полученное магнезиально-гипсовое вяжущее затем последовательно вводят органический наполнитель и остальное количество шлама хроматного производства.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что шлам хроматного производства смешивают с водой в массовом соотношении, обеспечивающем Т Ж в смеси 1 1 - 3 соответственно.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что серную кислоту вводят из расчета массового соотношения шлам кислота в пределах 0,9 1,65.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что серосодержание восстановители, выбранные из группы сера или сульфид, сульфит или тиосульфат натрия, вводят в количестве 0,1 0,5 мас. от введенного шлама.

6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что обработку реакционной смеси серной кислотой ведут при 80 90oС в течение 20 60 мин.

7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что неорганический наполнитель - остальное количество шлама вводят из расчета массового соотношения шламмагн.

шламнап. 1 1 1 3.

8. Способ по п. 2, отличающийся тем, что полученную сырьевую массу перед формованием подсушивают до влажности 5 15 мас.

Версия для печати
Дата публикации 18.12.2006гг


вверх