RU2847032C1 - Способ производства высокопрочных карбонизированных строительных изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к производству строительных изделий повышенной прочности и может быть использовано в строительной промышленности для производства различных строительных изделий. В частности, изобретение относится к области получения изделий карбонатного твердения из техногенных отходов металлургии и диоксида углерода. Изобретение содержит способ производства высокопрочных карбонизированных изделий. Способ включает подготовку и смешивание сырья, добавление воды, формование, принудительную карбонизацию с последующим полным погружением получившихся изделий в емкость с водой и выдерживанием в водной среде. В качестве сырья используют минеральное сырье и остаточные продуктов металлургии – шлаки и шламы. Техническим результатом изобретения является увеличение прочностных характеристик строительных изделий. 7 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл., 3 пр.

Description

Заявляется способ производства высокопрочных карбонизированных строительных изделий.

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Изобретение относится к производству строительных изделий повышенной прочности и может быть использовано в строительной промышленности для производства различных строительных изделий. В частности, изобретение относится к области получения изделий карбонатного твердения из остаточных продуктов металлургии, в частности металлургических шлаков и шламов, и диоксида углерода и направлено на решение фундаментальной проблемы снижения углеродного следа экономики, в частности в нефте- и газоперерабатывающей, металлургической и строительной ее отраслях, и основывается на разработке научно-технологических основ поглощения и связывания антропогенного СО2 различными металлургическими шлаками и шламами в результате их переработки в сырье для строительных материалов и изделий. Помимо решения задачи утилизации СО2, изобретение может быть применено в производстве бетонных изделий, кирпичей, тротуарной плитки, а также в строительстве зданий и сооружений, где требуется применение материалов с повышенной прочностью и долговечностью.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известны решения для производства карбонизированных строительных материалов.

В частности, из уровня техники известны решения, в которых в качестве сырья используются побочные продукты или вторичные продукты металлургических производств (в частности шлаки и шламы). В решении компании Arcelormittal согласно изобретению [WO 2019064052, опубликовано 04.04.2019] расплавленный сталелитейный шлак, содержащий по меньшей мере 2 мас.% свободной извести, отверждают с получением частиц отвержденного шлака, имеющих диаметр меньше 1 мм. При отверждении расплавленный сталелитейный шлак приводят в контакт с по меньшей мере одним первым газом карбонизации. Частицы отвержденного шлака охлаждают до температуры, составляющей 300°C или ниже, со скоростью от 1 до 100°C/мин, причем при охлаждении частицы отвержденного шлака приводят в контакт с по меньшей мере одним вторым газом карбонизации. Устройство для непрерывного получения отвержденного сталелитейного шлака содержит замкнутую камеры, содержащую устройство для отверждения, устройство для впрыскивания первого газа карбонизации, устройство для второго газа карбонизации, нижнюю пористую стенку и устройство для впрыскивания третьего газа карбонизации через нижнюю пористую стенку. Обеспечивается получение отвержденного шлака с низким содержанием свободной извести при сохранении короткого времени обработки.

Известно устройство для изготовления кирпича [CN 112318681, опубликовано 05.02.2021]. Изобретение раскрывает способ работы устройства для изготовления корпуса кирпича, карбонизированного диоксидом углерода, и относится к области производства кирпича для строительства. В изобретении специально разработаны два процесса предварительной карбонизации и вторичной карбонизации, так что извлечение из формы и быстрое повышение прочности плавно завершаются после временной стабилизации формы и прочности корпуса кирпича. Все системы в устройстве работают в соответствии с последовательностью технологических операций, так что загрузка, формование, уплотнение и транспортировка кирпичной формы выполняются одновременно, добавление кирпичного материала и равномерное смешивание выполняются в процессе предварительной карбонизации, производительность повышается за счет двухстадийного процесса и системы транспортировки; верхняя конвейерная лента и нижняя конвейерная лента вращаются посредством вращающегося вала, корпуса кирпичей извлекаются из форм через пружинные ограничители в кирпичных формах, а расформовка корпусов кирпичей и эффективное циклическое использование пустых кирпичных форм достигаются за счет электромагнитной адсорбции, высвобождения и транспортировки конвейерные ленты.

Также из уровня техники известны решения, в которых в качестве сырья используются побочные продукты или вторичные продукты металлургических производств или отсевы камнедобычи и камнедробления. В работе “Способ производства композитных карбонизированных изделий” [RU 2642573, опубликовано 18.08.2017] описывается способ производства композитных карбонизированных изделий, включающий перемешивание гашеной кальциевой или доломитовой извести и карбонатного наполнителя в виде отходов добычи и обработки известняков фракции до 5 мм с получением формовочной массы, карбонизацию изделий углекислым газом, отличающийся тем, что дополнительно проводят порезку изделий, формовочную массу готовят методом экструзии, осуществляют экструзионное формование изделий из формовочной массы под давлением 55-75 кг-с/см2, а в качестве карбонатного наполнителя используют отходы камнепиления известняков-ракушечников или нуммулитовых известняков, или отходы дробления и переработки известняковых пород на щебень, или отходы дробления и переработки изверженных горных пород на щебень.

В авторском свидетельстве “Способ изготовления известково-песчаных изделий” [Авторское свидетельство 330128, опубликовано 24.11.1972] описывается способ изготовления известково-песчаных изделий путем приготовления сырьевой смеси на основе негашеной доломитовой извести, формования изделий из смеси, с последующей их термообработкой, отличающийся тем, что, с целью устранения деформаций при термовлажностной обработке, повышения механической прочности и срока службы изделий, сырьевую смесь перед формованием выдерживают в течение 15-20 минут, а свежеотформованные изделия подвергают карбонизации углекислым газом величиной потока 0,15-0,2 л/см2 мин с последующей термовлажностной обработкой в течение 5-6 часов.

В другой схожей работе авторов Роланд БАЙЕР, Вольфганг БУРЧЕР “Способ получения минеральных формованных изделий” [RU2248952C2] описывается способ получения формованных изделий с связанными фазами гидрата силиката кальция (КСГ), в котором смесь сырья из минеральных составляющих и, по крайней мере, одного вещества, содержащего кальций, которое может взаимодействовать с фазами гидрата силиката кальция, по крайней мере, одного пластификатора и воды смешивают до пластификации, конденсируют в червячном экструдере, прессуют через мундштук и полученные заготовки отверждают посредством гидротермальной реакции при давлении от 8 до 25 бар и высокой температуре от 180 до 240°С в атмосфере водяного пара с получением формованных изделий с КСГ-связанными фазами, причем в качестве пластификатора используют полиэтиленоксид или простой эфир целлюлозы, который имеет предпочтительно один или несколько заместителей из группы метила, этила, гидроксиэтила, гидроксипропила и сульфоэтила.

Также из уровня техники известен ряд решений, связанных с оборудованием для карбонатного твердения и принудительной карбонизации строительных материалов.

Известно техническое решение в области оборудования для карбонизации и графитации [CN219433778 (U), опубликовано 28.07.2023]. Комплексная печь карбонизации и графитации содержит корпус печи, внутреннюю камеру-контейнер, которая расположена в центре внутренней части корпуса печи. Корпус и внешняя дверца печи соединена с возможностью вращения относительно внутренней части. В верхней части корпуса печи выполнено цилиндрическое вытяжное отверстие; имеются впускные и выпускные отверстия для охлаждающей воды, расположенные на внешней боковой дверце печи; впускное отверстие для воздуха и выпускное отверстие для воздуха расположены сформированы на левой и правой сторонах корпуса печи соответственно.

Наиболее близким аналогом выбран “Способ изготовления известково-песчаных изделий” [Авторское свидетельство 630236 , опубликовано 30.10.1978]. Способ изготовления известково-песчаных изделий на основе негашеной магнезиальной или доломитовой извести, включающий формование изделий, их карбонизацию и последующее твердение, отличающийся тем, что с целью повышения прочности, уменьшения расхода тепла и упрощения технологии путем исключения тепловлажностной обработки, последующее твердение проводят в щелочной среде при нормальных условиях, а затем изделия подсушивают. Твердение проводят в рециркулируемом растворе гидроксида натрия 0,3-0,5 нормальной концентрации.

ПРОБЛЕМАТИКА И ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ

Недостатками рассмотренных решений является недостаточная прочность получившихся изделий карбонатного твердения в сравнении с настоящим изобретением. Также общими недостатками известного уровня техники является применение энергозатратных способов твердения изделий (автоклавная обработка при давлении до 25 бар и температуре до 240°С или термовлажностная обработка при температуре до 100°С и времени до 6 часов), а также получение при данных способах производства низкой механической прочности изготовленных строительных изделий. Низкая прочность соответственно, будет обуславливать незначительный срок эксплуатации изделий при высокой себестоимости их производства, а также значительной металлоемкости производственной линии, в особенности в случае использования автоклавного оборудования.

Это влечет за собой высокую конкуренцию на рынке строительных изделий в сегменте со схожими прочностными характеристиками и схожей себестоимостью.

Недостатками ближайшего аналога является низкая прочность (15,7 МПа) получившихся изделий карбонатного твердения в сравнении с настоящим изобретением. При этом, дополнительная выдержка изделий после карбонизации в рециркулируемом растворе гидроксида натрия 0,3-0,5 нормальной концентрации, вызывает необходимость в наличии существенного парка дорогих коррозионностойких емкостей и как следствие значительных производственных площадей. Также необходимость высушивания изделий при температуре до 100°С, после их извлечения из емкостей с раствором гидроксида натрия увеличивает общие энергозатраты на производство и как следствие увеличивается себестоимость готовой продукции.

Техническим результатом изобретения является увеличение прочностных характеристик строительных изделий. При этом технический результат может быть достигнут без увеличения энергопотребления, материалоемкости.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технический результат достигается решением задачи усовершенствования способа производства высокопрочных карбонизированных строительных изделий путем финальной обработки карбонизированных изделий.

Способ производства высокопрочных карбонизированных изделий включает подготовку и смешение сырья, в качестве которого используется минеральное сырье и остаточные продукты металлургии, добавление воды, формование, принудительную карбонизацию с последующим выдерживанием получившихся изделий в водной среде в течение периода времени от 12 до 28 суток.

В основу изобретения поставлена техническая задача усовершенствования способа производства высокопрочных карбонизированных строительных изделий путем финальной обработки карбонизированных изделий.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе производства высокопрочных карбонизированных строительных изделий, который включает формование изделий прессованием из формовочной сырьевой смеси, карбонизацию углекислым газом и последующее твердение изделий в водной среде согласно изобретению сырьевую смесь готовят на основе остаточных продуктов металлургии: измельченных металлургических шлаков/шламов и заполнителей, в качестве заполнителей используют техногенные металлургические отходы фракцией до 5 мм, формование изделий осуществляют при удельном давлении прессования 10-30 МПа. Полученные после формования изделия подвергают карбонизации в камере при концентрации СО2 до 99 % в течение 3-6 часов при атмосферном давлении и температуре 20-50°С. Извлеченные из камеры карбонизации изделия помещаются в емкости с водой для последующей выдержки в водной среде в течение определенного периода времени (подробнее рассмотрено в примерах осуществления).

ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ И ЧЕРТЕЖЕЙ

Общая блок-схема процесса приведена на фигуре 1, где:

1 - блок подготовки сырья;

2 - блок формования;

3 - блок карбонизации;

4 - блок выдерживания в воде;

5 - склад готовой продукции.

На фигурах 2 - 4 представлены изображения продукции, получаемой согласно изобретению, а именно - кирпичей и тротуарной плитки согласно примерам осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Между совокупностью существенных признаков изобретения и техническим результатом есть следующая причинно-следственная связь. В заявленном способе в качестве вяжущего используются измельченные металлургические шлаки/шламы, содержащие в своем составе значительное количество оксидов кальция и магния, вступающих в активное химическое взаимодействие с углекислым газом с образованием наноразмерных кристаллов карбоната кальция. В результате данной реакции после 3-6 часов выдержки изделий в камере карбонизации прочность изделий достигает 50-60 МПа, а в структуре изделий остается часть измельченных металлургических шлаков/шламов, не вступивших в реакцию карбонизации, но обладающих скрытогидравлическими свойствами. Полученные таким образом изделия помещают в емкости с водой для последующей выдержки в водной среде в диапазоне от 12 до 28 суток в результате чего активируется процесс гидратации частиц измельченных металлургических шлаков/шламов, не вступивших в реакцию карбонизации. Выдерживание карбонизированных изделий в водной среде проводится при нормальных условиях. За счет гидратации данных частиц в структуре материала изделий образуются дополнительные кристаллические новообразования, которые способствуют повышению прочностных показателей изделий до 90-95 МПа, а также снижению водопоглощения материала изделий до 3-7 %. В комплексе указанная взаимосвязь способствует повышению срока эксплуатации полученных изделий за счет увеличения циклов морозостойкости, т.е. свойства в основном определяющего долговечность строительных изделий. В заявленном способе карбонизация изделий в камере карбонизации осуществляется без избыточного давления в течение 3-6 часов при температуре 20-50°С. При этом температура в камере карбонизации повышается до 50°С за счет химической реакции карбонизации являющейся экзотермической. В заявленном способе выдержка изделий после карбонизации осуществляется в емкостях с обычной водопроводной водой в течение 28 суток. Согласно прототипу, выдержка изделий осуществляется в растворе гидроксида натрия, являющегося агрессивным щелочным соединением и требующем соответственно емкостей из коррозионностойких материалов, что увеличивает капиталовложения в оборудование. В заявленном способе использование воды в качестве среды для выдержки изделий существенно снижает требования к материалу емкостей с точки зрения коррозионной стойкости, а соответственно и капиталовложений.

Процесс изготовления изделий состоит из операций подготовки вяжущих и заполнителей, смешением данных компонентов с получением формовочной сырьевой смеси, прессованием изделий из сырьевой смеси, карбонизацию изделий углекислым газом в камере карбонизации с последующей выдержкой получившихся изделий в водной среде для придания изделиям высоких прочностных характеристик.

Подготовка вяжущих и заполнителей для использования их в сырьевых составах должна предусматривать их сушку до влажности 0-1 % по массе и последующее измельчение (для вяжущих) до получения порошка с удельной поверхностью частиц от 250 до 450 м²/кг. Заполнитель используют крупностью до 5 мм и получают отсеиванием крупных фракций металлургических шлаков и шламов или при необходимости измельчают с последующей классификацией и отбором требуемых фракций.

Для приготовления сырьевых смесей измельченное вяжущее и заполнитель крупностью до 5 мм, в требуемых пропорциях загружают в высокоскоростной смеситель (гомогенизатор) и перемешивают. После гомогенизации смеси в смеситель подается требуемое количество воды и снова осуществляется процесс перемешивания для равномерного распределения воды в смеси. При необходимости в смеситель добавляются дополнительные компоненты, например, пигменты. Далее подготовленную смесь подают в пресс, где происходит формирование изделий. Отпрессованные изделия загружают в камеру карбонизации, где осуществляется их искусственная карбонизация. Принудительную карбонизацию полученных после прессования изделий проводят в карбонизационной камере в течение от 3 до 6 часов в искусственно созданных средах с концентрацией СО2 в диапазоне от 30 до 99 об.%. После карбонизации изделия извлекают из камеры и помещают в водную среду для последующего выдерживания в диапазоне от 12 до 28 суток.

В частности, готовые изделия помещают в водную среду полным погружением изделий в открытую емкость. Размер емкости зависит от количества изделий. По истечение данного времени изделия достигают необходимых характеристик и могут быть отгружены потребителю или на склад.

В частном случае реализации изобретения, после выдерживания в водной среде в течение заданного времени проводили пропаривание для проведения дальнейших исследований прочности изделий.

Блок подготовки сырья представляет собой площадку, на которой размещено следующее оборудование, входящее в состав установки:

- сушилка барабанная для сушки шлама/шлака и минерального сырья;

- дробильно-помольно-сортировочный комплекс переработки шлама/шлаков и минерального сырья;

- ленточные и винтовые транспортеры для подачи на переработку и складирование подготовленного сырья;

- пневмотранспорт для транспортирования молотого сырья в силос;

- силос для хранения молотого сырья;

- расходные бункера для хранения минерального заполнителя.

Блок формовки включает:

- скоростного смесителя-активатора с дозаторным комплексом;

- гидравлических прессов полусухого прессования;

- роботов укладчиков отформованных изделий на поддоны;

- емкость для воды;

- ленточные и винтовые транспортеры для транспортирования сырья и формовочной смеси.

Блок карбонизационного твердения представляет собой комплекс из карбонизационных камер и манипуляторный комплекс загрузки-выгрузки поддонов с изделиями и транспортировки изделий после карбонизации на участок упаковки.

Блок выдерживания карбонизированных изделий в водной среде для увеличения прочностных характеристик представляет собой открытые или закрытые емкости, в которые помещаются карбонизированные изделия для дальнейшего выдерживания в заданном промежутке времени для придания изделиям прочностных характеристик. Емкость должна быть такого размера чтобы изделия полностью покрывались водой и дополнительно 10 см водного слоя сверху верхнего ряда изделий.

Склад готовой продукции представляет крытую площадку. Складирование и погрузка готовой продукции осуществляются с помощью вилочных автопогрузчиков.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Способ производства высокопрочных карбонизированных строительных изделий иллюстрируется рядом примеров, реализованных в условиях опытно-промышленной эксплуатации изобретения.

ПРИМЕР 1

Сырьевая база:

- нефелиновый шлам подготовленный (измельченный);

- нефелиновый шлам отвальный (без предварительного измельчения);

- вода;

- углекислый газ, улавливаемый из потоков отдувочных газов (концентрация ≈80 об.%).

Запуск технологического цикла по примеру 1 проведен на 1000 шт. изделий - кирпича карбонатного твердения. Эскиз и общий вид кирпича представлен на фигуре 2.

Режим карбонатного твердения кирпичей

Режим принудительной карбонизации изделий в камере проходит в искусственно созданной среде с повышенной концентрацией СО2 в три стадии:

1-я стадия - активного карбонатного твердения:

- продолжительность - 30 мин,

- количество СО2, которое требуется подать в камеру - 200 кг;

2-я стадия - умеренного карбонатного твердения:

- продолжительность - 90 мин,

- количество СО2, которое требуется подать в камеру - 100 кг;

3-я стадия - выдерживания в диоксид углеродной среде:

- продолжительность - 120 мин,

- количество СО2, которое требуется подать в камеру - 100 кг.

После того, как процесс карбонизации полностью завершен, готовые изделия перед складированием помещаются в водную среду для придания изделиям прочностных характеристик. Выдержка в воде проходит 28 суток. Временной диапазон обусловлен видом изделия, его габаритами и необходимыми прочностными характеристиками.

Результаты испытаний образцов после 28 суток выдержки в емкости с дистиллированной водой до пропаривания.

Таблица 1. Прочностные характеристики после выдерживания в воде.

№ п/п	Геометрические размеры, см		Разрушающая нагрузка, кгс	Водопоглощение по массе, %	Прочность образца, МПа	Прочность образца после выдержки в воде, МПа
	а	b
Образцы кирпича на основе нефелинового шлама
1	25	12	110500	10,1	36,8	45,6
2	25	12	109675	10,2	36,6	44,5
3	25	12	111250	9,9	37,1	46,1
Среднее				10,1	36,8	45,4

Результаты испытаний образцов после 28 суток выдержки в емкости с дистиллированной водой и последующего проведения трех циклов пропаривания.

Таблица 2. Прочностные характеристики после выдерживания в воде и пропаривания.

№ п/п	Геометрические размеры, см		Разрушающая нагрузка, кгс	Водопоглощение по массе, %	Прочность образца, МПа	Прочность образца после цикла пропаривания, МПа
	а	b
Образцы кирпича на основе нефелинового шлама
1	25	12	115750	9,6	-	48,1
2	25	12	117000	9,9	-	49,5
3	25	12	116250	9,7	-	48,6
Среднее				9,7	-	48,7

В ходе проведения испытаний образцов кирпича на силикатный распад, процессов, свидетельствующих о деструкции материала образцов не выявлено (появление трещин, шелушения поверхности). Как видно из таблиц 1 и 2, водопоглощение по массе образцов до и после пропаривания практически не изменяется, а разбежка в значениях находится в пределах погрешности эксперимента. В случае протекания силикатного распада в теле материала (полиморфное превращение 2СаО∙SiO₂ из одной формы в другую), его водопоглощение должно существенно увеличится. Данные испытания показали стойкость полученного карбонизированного материала кирпича против силикатного распада.

ПРИМЕР 2

Аналогично проведенному первому эксперименту был проведен эксперимент 2 в котором сократилось время выдерживания карбонизированных изделий в водной среде.

Для данного эксперимента в качестве карбонизированных изделий были выбраны плиты тротуарные на основе сталеплавильного шлака.

Сырьевая база:

- сталеплавильный шлак, подготовленный дробленный (измельченный);

- шлак сталеплавильный отвальный фракции 0,63-5 мм (без предварительного измельчения);

- вода;

- углекислый газ, улавливаемый из потоков отдувочных газов (концентрация ≈80 об.%).

Запуск технологического цикла по примеру 2 проведен на 1000 шт. плит тротуарных карбонатного твердения

Режим принудительной карбонизации изделий в камере проходит в искусственно созданной среде с повышенной концентрацией СО2 в три стадии:

1-я стадия - активного карбонатного твердения:

- продолжительность - 60 мин,

- количество СО2, которое требуется подать в камеру - 130 кг;

2-я стадия - умеренного карбонатного твердения:

- продолжительность - 120 мин,

- количество СО2, которое требуется подать в камеру - 90 кг;

3-я стадия - выдерживания в диоксид углеродной среде:

- продолжительность - 120 мин,

- количество СО2, которое требуется подать в камеру - 40 кг.

После того, как процесс карбонизации полностью завершен, готовые изделия перед складированием помещаются в водную среду для придания изделиям прочностных характеристик. Выдержка происходила в течении 12 суток. Временной диапазон обусловлен видом изделия, его габаритами и необходимыми прочностными характеристиками.

Результаты испытаний образцов после 12 суток выдержки в емкости с дистиллированной водой до пропаривания.

Таблица 3. Прочностные характеристики после выдерживания в воде.

№ п/п	Геометрические размеры, см		Разрушающая нагрузка, кгс	Водопоглощение по массе, %	Прочность образца, МПа	Прочность образца после выдержки в воде, МПа
	а	b
Образцы плитки на основе сталеплавильного шлака
1	7	7	49500	6,7	75,2	99,0
2	7	7	53625	6,7	81,5	107,3
3	7	7	48000	6,6	73,0	96, 0
Среднее				6,7	76,6	100,8

Результаты испытаний образцов после 12 суток выдержки в емкости с дистиллированной водой и последующего проведения трех циклов пропаривания.

Таблица 4. Прочностные характеристики после выдерживания в воде и пропаривания.

№ п/п	Геометрические размеры, см		Разрушающая нагрузка, кгс	Водопоглощение по массе, %	Прочность образца, МПа	Прочность образца после цикла пропаривания, МПа
	а	b
Образцы плитки на основе сталеплавильного шлака
1	7	7	45000	6,8	-	96,0
2	7	7	54000	6,2	-	98,2
3	7	7	47125	6,9	-	94,3
Среднее				6,6	-	96,2

В ходе проведения испытаний образцов плит тротуарных на силикатный распад, процессов (появление трещин, шелушения поверхности), свидетельствующих о деструкции материала образцов не выявлено. Как видно из таблиц 3 и 4, водопоглощение по массе образцов до и после пропаривания практически не изменяется, а разбежка в значениях находится в пределах погрешности эксперимента. В случае протекания силикатного распада в теле материала (полиморфное превращение 2СаО∙SiO₂ из одной формы в другую), его водопоглощение должно существенно увеличится. Данные испытания показали стойкость полученного карбонизированного материала плит против силикатного распада. Падение средней прочности изделий после трех циклов пропаривания находится в пределах погрешности и не является следствием падения прочности изделий.

ПРИМЕР 3

Для сравнения полученных результатов после двух проведенных экспериментов был проведен эксперимент с выдерживанием в водной среде плит тротуарных в течении 20 суток.

В качестве сырьевой базы для производства плит тротуарных был выбран шлак электрометаллургического комбината.

Сырьевая база:

- шлак электросталеплавильный, подготовленный дробленный (измельченный);

- шлак электросталеплавильный отвальный фракции 0,63-5 мм (без предварительного измельчения);

- вода;

- углекислый газ, улавливаемый из потоков отдувочных газов (концентрация ≈80 об.%).

Запуск технологического цикла по примеру 2 проведен на 1000 шт. плит тротуарных карбонатного твердения.

Режим принудительной карбонизации изделий в камере проходит в искусственно созданной среде с повышенной концентрацией СО2 в три стадии:

1-я стадия - активного карбонатного твердения:

- продолжительность - 60 мин,

- количество СО2, которое требуется подать в камеру - 130 кг;

2-я стадия - умеренного карбонатного твердения:

- продолжительность - 120 мин,

- количество СО2, которое требуется подать в камеру - 90 кг;

3-я стадия - выдерживания в диоксид углеродной среде:

- продолжительность - 120 мин,

- количество СО2, которое требуется подать в камеру - 40 кг.

После того, как процесс карбонизации полностью завершен, готовые изделия перед складированием помещаются в водную среду для придания изделиям прочностных характеристик. Выдержка в воде проходит 20 суток. Временной диапазон обусловлен видом изделия, его габаритами и необходимыми прочностными характеристиками.

Результаты испытаний образцов после 20 суток выдержки в емкости с дистиллированной водой до пропаривания.

Таблица 5. Прочностные характеристики после выдерживания в воде.

№ п/п	Геометрические размеры, см		Разрушающая нагрузка, кгс	Водопоглощение по массе, %	Прочность образца, МПа	Прочность образца после выдержки в воде, МПа
	а	b
Образцы плитки на основе шлака электрометаллургического
1	7	7	41125	8,3	59,4	80,5
2	7	7	40750	8,3	67,5	83,3
3	7	7	41250	9,3	69,3	85,5
Среднее				8,6	66,5	83,1

Результаты испытаний образцов после 20 суток выдержки в емкости с дистиллированной водой и последующего проведения трех циклов пропаривания.

Таблица 6. Прочностные характеристики после выдерживания в воде и пропаривания.

№ п/п	Геометрические размеры, см		Разрушающая нагрузка, кгс	Водопоглощение по массе, %	Прочность образца, МПа	Прочность образца после цикла пропаривания, МПа
	а	b
образцы плитки на основе шлака электрометаллургического
1	7	7	36625	9,1	-	82,3
2	7	7	41625	8,9	-	81,5
3	7	7	42750	9,5	-	82,5
Среднее				9,2	-	82,1

В ходе проведения испытаний образцов плит тротуарных на силикатный распад, процессов (появление трещин, шелушения поверхности), свидетельствующих о деструкции материала образцов не выявлено. Как видно из таблиц 5 и 6, водопоглощение по массе образцов до и после пропаривания практически не изменяется, а разбежка в значениях находится в пределах погрешности эксперимента. В случае протекания силикатного распада в теле материала (полиморфное превращение 2СаО∙SiO₂ из одной формы в другую), его водопоглощение должно существенно увеличиться. Данные испытания показали стойкость полученного карбонизированного материала плит против силикатного распада.

Claims (8)

1. Способ производства высокопрочных карбонизированных изделий, включающий подготовку и смешивание сырья, в качестве которого используется минеральное сырье и остаточные продуктов металлургии – шлаки и шламы, добавление воды, формование, принудительную карбонизацию с последующим полным погружением получившихся изделий в емкость с водой и выдерживанием получившихся изделий в водной среде в течение периода времени от 12 до 28 суток.

2. Способ по п. 1, в котором формование изделий осуществляется прессованием из формовочной сырьевой смеси.

3. Способ по п. 1, в котором карбонизация осуществляется в течение от 3 до 6 часов в искусственно созданных средах с концентрацией СО2 в диапазоне от 30 до 99 об.%.

4. Способ по п. 1, в котором выдерживание осуществляется в дистиллированной воде.

5. Способ по п. 1, в котором выдерживание в водной среде осуществляется при нормальных условиях.

6. Способ по п. 1, в котором выдерживание в водной среде осуществляется в открытых или закрытых емкостях.

7. Способ по п. 1, в котором выдерживание в водной среде осуществляется с таким расположением изделий, чтобы обеспечивался водный слой сверху изделий или верхнего ряда изделий не менее 0,1 м.

8. Способ по п. 1, в котором изготавливаемыми изделиями является плита тротуарная или кирпич.