Способ производства строительного полимерного вяжущего и строительное полимерное вяжущее

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНОГО ПОЛИМЕРНОГО ВЯЖУЩЕГО И СТРОИТЕЛЬНОЕ ПОЛИМЕРНОЕ ВЯЖУЩЕЕ Данное изобретение относится к способу производства строительного полимерного вяжущего и к полимерному вяжущему. Способ производства строительного полимерного вяжущего заключается в том, что помещают от 30 до 60 вес.% отходов серы, нагреваемых до температуры 125-135C, во вращающийся барабан мешалки и после того, как они расплавятся, добавляют к ним от 10 до 40 вес.% отвального шлака, содержащего селен, мышьяк, фосфор и их сульфиды, и оксиды металла и измельченного на гранулы размером до 10 мм и предварительно прошедшего регулирование реакции pH до значения примерно 6,5 с помощью отходов фосфогипса в количестве 15-30 вес.%, и затем добавляют минеральный наполнитель в количестве до 30 вес.%; смесь затем перемешивают примерно 10 мин со скоростью примерно от 16 до 20 об./мин; образованное строительное вяжущее затем заливают в формы или разливают на заданной поверхности. Строительное полимерное вяжущее состоит из отходов серы в количестве 30-60 вес.%, отвального шлака в количестве 10-45 вес.%, отходов фосфогипса в количестве 15-30 вес.% и минерального наполнителя в количестве 10-40 вес.%. Данное изобретение относится к способу производства строительного полимерного вяжущего и к строительному полимерному вяжущему, имеющему в своей основе гранулированный доменный шлак и отходы серы, а также отвальный шлак от выплавки меди и отходов серы. Строительное полимерное вяжущее, имеющее в своей основе доменный шлак и отходы серы, является материалом, подобным обычному бетону, имеющему в своей основе портландцемент, который в отличие от обычного бетона обладает следующими достоинствами: высокая прочность на сжатие и изгиб выше прочности обычного бетона, короткое время схватывания в течение нескольких часов, низкая абсорбционная способность, хорошая плотность, стойкость к кислотной среде, которой лишены большинство строительных материалов. Известны способы производства серных связующих, описанные в патентах США 4058500 и 4348313, в которых раскрывается серное связующее, в котором сера модифицирована олефиновыми углеводородами, то есть органическими модификаторами. Серные связующие, произведенные таким же способом в Польше, имеют в своей основе органические модификаторы олефинового углеводородного типа. Подобные решения опасны в использовании изза риска воспламенения или взрыва в процессе модификации и их токсического воздействия на персонал. Целью изобретения является разработка способа производства строительного полимерного вяжущего и строительного полимерного вяжущего, имеющего в своей основе доменный шлак или отвальный шлак от выплавки меди и использование отходов серы и отходов фосфогипса в виде доменного шлака или отвального шлака от выплавки меди как регулятора реакции рН в процессе производства, что приводит к снижению накапливаемых ядовитых отходов и позволяет утилизировать их безопасным для окружающей среды способом. Полимерный строительный материал согласно данному изобретению производится, когда доменный шлак, измельченный на гранулы размером до 10 мм и предварительно прошедший регулирование реакции pH от 10 pH до значения примерно 6,5, то есть до слабокислотного состояния, с использованием отходов фосфогипса, добавляется к жидким отходам серы при температуре 130-135C. В результате, металлы, содержащиеся в доменном шлаке, такие как мышьяк, селен, фосфор и их сульфиды, задерживают процесс кристаллизации серы и стабилизируют ее полимерную форму. При определенных технических условиях, то есть, при подходящей температуре и развитии крупной фазы жидкой серы, происходит распад замкнутых цепей, образованных атомами серы, на открытые цепи, вызванный расщеплением этих цепей при температурах выше диапазона температур 130-135C. Цепочечные структуры серы SX, заменяющие циклическую структуру, преобладают при температуре 130-135C. Металлы и их сульфиды, включая мышьяк, селен и фосфор, которые являются модификаторами серы, содержащиеся в доменном шлаке, подвергаются реакции сополимеризации с серой, имеющей цепочечную структуру, и образуют сополимер со свойствами высокомолекулярного соединения,какие встречаются в полимерных материалах. Полимерный строительный материал, связанный с данным изобретением, состоит из 40-60 вес.% отходов серы, 20-45 вес.% доменного шлака, размельченного на гранулы размером до 10 мм, который содержит около 90 вес.% силикатов, около 5 вес.% металлов, включая мышьяк, селен, фосфор и их сульфиды, а также оксиды металла, около 5 вес.% воды, смешанной с отходами фосфогипса, то есть доменный регулятор реакции pH, в количестве 15-23 вес.%. Отходы фосфогипса, смешанные с доменным шлаком в весовом соотношении 1:1, изменяют pH доменного шлака от примерно 10 до значения примерно 6,5, то есть до слабокислотного состояния. При загрузке во вращающийся нагреватель (фиг. 1) сера нагревается до температуры 130-135C и приобретает жидкую форму путем распада циклической серы в линейную форму. Предварительно взвешенное количество доменного шлака, смешанного с отходами фосфогипса, то есть с регулятором реакции pH доменного шлака, загружается к жидкой сере. Во вращающемся нагревателе, в процессе смешивания жидкой серы с доменным шлаком, содержащим металлы и их сульфиды, включая селен, мышьяк,фосфор в качестве модификаторов серы, происходит модификация серной цепочки, и в результате образуется сополимер со свойствами высокомолекулярного соединения. Строительное полимерное вяжущее, созданное таким способом, может иметь специфическое применение посредством его заливания в форму, разливания на определенной поверхности вместо бетона,имеющего в своей основе строительный цемент. Нет сведений о том, что строительное полимерное вяжущее вызывает коррозию арматурной стали, однако арматура должна быть защищена от внешних воздействий при работах с арматурной сталью во влажных условиях. Полимерный строительный материал после охлаждения может быть раздроблен в щековой дробилке, расфасован в мешки и затем высыпан в дорожную машину, именуемую "дорожная перерабатывающая машина", где после нагрева материала до подходящей температуры расплавленная масса может быть разлита на определенной поверхности и использована в ремонте дорог и дворов. Подходящее количество строительного полимерного вяжущего,добавленное в состав дорожного покрытия, снижает количество используемого дорожного битума в этих составах примерно на 2 вес.% и, таким образом, снижает стоимость дорожного строительства. Кроме того, полимерный строительный материал увеличивает температуру размягчения дорожного покрытия и предотвращает образование на нем колеи, что увеличивает срок эксплуатации дороги. Строительное полимерное вяжущее, имеющее в своей основе серу и доменный шлак, обладает очень хорошими функ-1 018572 циональными свойствами, то есть высокой прочностью на сжатие, примерно 55 МПа, прочностью на разрыв примерно 5 МПа, прочностью на изгиб примерно 7,5 МПа, водопоглотительной способностью примерно 1%. Водонепроницаемость и морозостойкость зависят от надлежащего вибрационного уплотнения профилей, изготовленных из вяжущего. Строительное полимерное вяжущее устойчиво к кислой среде; оно обладает превосходной адгезией к подложке и минеральным материалам, которые используются в дорожном строительстве. Вдобавок, оно плотно заполняет трещины и пустоты в поврежденном бетоне и дорожном покрытии. Непредвиденные свойства, обеспечивающие такое значительное улучшение механической прочности на сжатие, устойчивости к агрессивной среде, такой как кислоты, соли, масла, в которой обычный бетон, имеющий в своей основе портландцемент, приходит в негодность, вызваны доменным шлаком,который является источником металлов, включая мышьяк, селен, фосфор и их сульфиды, являющиеся модификаторами серы. Цепочки серы, образованные в результате нагревания циклической серы, создают вместе с модификатором сополимер с линейной или сетчатой структурой, обладающий типичными качествами макромолекулярного соединения, какие имеются у полимерного материала. Используемый доменный шлак, состоящий из примерно 90 вес.% силикатов, примерно 5 вес.% металлов, включая мышьяк, селен, фосфор и их сульфиды и оксидов металлов, примерно 5 вес.% воды, имеет серый цвет и используется в измельченной форме; для изменения его реакции pH от 10 до реакции pH, примерно равной 6,5, его смешивают с отходами фосфогипса с реакцией pH, примерно равной 4. Фосфогипс является отходом промышленного производства фосфорной кислоты. Отходы серы являются отходами десульфурации природного газа или десульфурации сырой нефти, которые приобретают коричневый цвет после плавления. Способ производства строительного полимерного вяжущего, имеющего в своей основе доменный шлак и отходы серы согласно данному изобретению, описан более подробно в примерах вариантов воплощения. Пример I. Строительное полимерное вяжущее с составом, в вес.%: Отходы серы 46 Доменный шлак 31 Отходы фосфогипса в качестве регулятора реакции pH доменного шлака 23 Изготовляют следующим способом: взвешенное количество отходов серы помещают во вращающийся нагреватель ВО (фиг. 1) через засыпное устройство ZS. Во вращающемся нагревателе, где внутренняя зона ограничена двумя металлическими кольцами, серу нагревают до температуры 130-135C с помощью двух горелок Р, и она изменяет свою форму с твердой на жидкую и приобретает коричневый цвет. Измеряют температуру в зоне нагрева серы выполняют термометрами Т. Нагреватель располагают под углом наклона 0, и таким образом расплавленная сера вращается во внутренней окружности нагревателя и не перемещается к выпускному отверстию нагревателя. Взвешенные количества сухого доменного шлака, предварительно смешанные с отходами фосфогипса в качестве регулятора реакции pH, загружают через засыпное устройство ZS к нагретой сере. При температуре 130-135C в зоне расплавленной серы происходит контакт доменного шлака, смешанного с отходами фосфогипса, и жидкой серы. Смешивание вышеупомянутых ингредиентов длится примерно 10 мин. Происходит процесс модификации отходов серы с доменным шлаком, вызванный металлами, содержащимися в шлаке, включая мышьяк, селен, фосфор и их сульфиды. Образуется строительное полимерное вяжущее. После этого с помощью цилиндров, установленных под корпусом нагревателя ВО (как показано на виде В-В), нагреватель ВО приобретает угол наклона примерно 15, в результате чего строительное полимерное вяжущее удаляют из нагревателя и заливают в форму на заданную поверхность или охлаждают, измельчают и расфасовывают в мешки. Строительное полимерное вяжущее, полученное таким способом, имеет серый цвет, подобно обычному бетону. Оно обладает высокой механической прочностью на сжатие, примерно 55 МПа, устойчивостью к кислотам, солям, маслам. Низкое время схватывания строительного полимерного вяжущего дает возможность быстрого использования элементов, изготовленных из него; прочность на изгиб составляет примерно 7,5 МПа и прочность на разрыв составляет примерно 5 МПа. Вращающийся нагреватель ВО имеет отдельный привод М и газоотводное вытяжное устройство ОО. Вращающийся нагреватель ВО работает циклично, то есть, после удаления изготовленного строительного полимерного вяжущего из нагревателя, повторяют следующий цикл загрузки отходов серы, их расплавления и добавления доменного шлака. За один цикл получают примерно 4 тонны строительного полимерного вяжущего. Пример II. Строительное полимерное вяжущее с составом, в вес.%: Отходы серы 60 Доменный шлак 20 Отходы фосфогипса 20 Способ приготовления идентичен способу из примера I; разница заключается в процентном составе и цвете полученного строительного полимерного вяжущего, более светлом, чем в примере I. Изобретение также включает в себя создание полимерного строительного материала, имеющего в своей основе отвальный шлак от выплавки меди и отходы серы. Полимерный строительный материал согласно данному изобретению производится, когда отвальный шлак от выплавки меди, измельченный на гранулы размером 0-5 мм, добавляется к жидким отходам серы при температуре 125-135C. Отвальный шлак от выплавки меди имеет реакцию pH примерно 8,5 и, таким образом, подвергается процессу регулирования реакции pH с помощью отходов фосфогипса до значения реакции pH примерно 6,0, то есть до слабокислотного состояния. Отвальный шлак от выплавки меди содержит металлы, такие как медь, фосфор и их сульфиды, которые чрезвычайно ценны для процесса модификации серы; количества этих металлов значительно выше, чем в других типах шлака. Сера, как элемент с чрезвычайно электроотрицательным характером, вступает в сильную реакцию с металлами. Медь вступает в реакцию с серой при комнатной температуре, а при более высоких температурах сера соединяется практически со всеми элементами. Кроме того, отвальный шлак от выплавки меди имеет реакцию pH примерно 8,5, в отличие от доменного шлака от выплавки стали, который имеет реакцию pH 10,5; это очень важно для процесса модификации серы, так как легче получить реакцию pH ниже 7 с помощью отходов фосфогипса, что положительно влияет как на модификацию, так и на качества полимерного строительного материала, образованного в результате модификации серы с помощью отвального шлака от выплавки меди. В результате, металлы, содержащиеся в отвальном шлаке от выплавки меди, такие как фосфор, медь и их сульфиды,задерживают процесс кристаллизации серы и стабилизируют ее полимерную форму. При определенных технологических условиях, то есть при высокой температуре, происходит распад замкнутых цепочек,образованных атомами серы, на открытые цепочки, вызванный расщеплением этих цепей при температурах выше диапазона температур 125-135C. Цепочечная структура серы Sx, заменяющая ромбовидную структуру, преобладает при диапазоне температуры 125-135C. Металлы и их сульфиды, включая медь,фосфор, которые являются модификаторами серы, содержащиеся в отвальном шлаке от выплавки меди,подвергаются реакции сополимеризации с серой, имеющей цепную структуру, и образуют сополимер со свойствами высокомолекулярного соединения, какие встречаются в полимерных материалах. В процессе смешивания расплавленной серы и отвального шлака от выплавки меди также происходят реакции, в которых металлические сульфиды вступают в реакцию со своими оксидами и образуются чистый металл и диоксид серы. В результате, на поверхности расплавленных ингредиентов появляется газовая пена,вызванная диоксидом серы. В то же время чистый металл является прекрасной средой для модификации цепочек расплавленной серы и образует с серой сополимер со свойствами многомолекулярного соединения. Полимерный строительный материал, имеющий в своей основе отвальный шлак от выплавки меди и отходы серы, связанный с данным изобретением, состоит из 30 - 50 вес.% отходов серы, 10-45 вес.% отвального шлака от выплавки меди, размельченного на гранулы размером 0-5 мм, который содержит примерно 45% силикатов, примерно 12% триоксида алюминия, примерно 11% триоксида железа, примерно 6% оксида магния, примерно 15% оксида кальция, примерно 0,2% пентоксида фосфора, примерно 0,4% меди, смешанной с регулятором реакции pH отвального шлака от выплавки меди, то есть, с отходами фосфогипса в количестве 15-30 вес.%. При смешивании с отвальным шлаком от выплавки меди в весовом соотношении 1:1 отходы фосфогипса изменяют реакцию pH отвального шлака от выплавки меди от примерно 8,5 до примерно 6,0, то есть, до слабокислотного состояния. Жидкая сера, предварительно расплавленная в резервуаре 3 косвенным нагревом с помощью печного топлива, загружается в мешалку 1 (фиг. 2). Затем предварительно взвешенные количества отвального шлака от выплавки меди с регулятором реакции pH шлака, то есть, с отходами фосфогипса, загружают в мешалку 1. В мешалке при температуре 125-135C и при постоянном перемешивании со скоростью приблизительно 16 об./мин происходит модификация цепочки серы с помощью металлов и их сульфидов, содержащихся в отвальном шлаке от выплавки меди; соединения фосфора и меди особенно ценны. Образуется сополимер со свойствами высокомолекулярного соединения. Путем добавления в мешалку 1 определенных количеств минеральных наполнителей в количестве 10-40% мы получаем полимерный строительный материал, который в зависимости от необходимости может быть залит в форму или разлит на определенной поверхности вместо использовавшегося до этого бетона, имеющего в своей основе обычный цемент, или использован в изготовлении составов дорожного покрытия. Все оборудование нагревают печным топливом, что облегчает регулирование температуры нагретых механизмов и позволяет обойтись без открытого огня в процессе нагрева оборудования. Из мешалки 1 готовый строительный материал загружают в мешалку 2, чтобы можно было выполнить визуальную оценку и оценку температуры; строительный материал затем направляют либо в форму, либо на стадию измельчения. Строительный материал в вышеприведенном варианте, который предназначен для разлива в формы или на заданной поверхности, отличается своим процентным составом от полимерного строительного материала для изготовления составов дорожного покрытия, имеющих в своей основе дорожный битум, и полимерного строительного материала,предназначенного для ремонта и создания нового дорожного покрытия. Количество минерального наполнителя, измельченного на гранулы размером до 2 мм, снижено в нем до 10 вес.%. Подходящее количество полимерного строительного материала, имеющего в своей основе отвальный шлак от выплавки меди и отходы серы, добавленное в состав дорожного покрытия, снижает количество используемого дорожного битума в этих поверхностях примерно на 3 вес.% и, таким образом, снижает стоимость дорожного строительства. Кроме того, полимерный строительный материал увеличивает температуру размягчения дорожных покрытий и предотвращает образование на них колеи, что увеличивает срок эксплуата-3 018572 ции этих дорог. Полимерный строительный материал, имеющий в своей основе отвальный шлак от выплавки меди и отходы серы, обладает очень хорошими функциональными свойствами, то есть, прочностью на сжатие примерно 40-50 МПа, прочностью на разрыв примерно 5 МПа, что значительно выше прочности на разрыв обычного бетона, прочностью на изгиб примерно 7 МПа, низкой абсорбционной способностью, примерно 1%, хорошей морозостойкостью и надлежащей шероховатостью, что существенно для процесса создания дорожного покрытия. Это полимерный строительный материал, который устойчив к кислотам и который обладает превосходной адгезией к подложке и минеральным материалам, применяемым в дорожном строительстве. Вдобавок, он плотно заполняет трещины и пустоты в поврежденном бетоне и дорожном покрытии. Соединения, содержащиеся в полимерном строительном материале, такие как оксиды меди, оксиды алюминия, соединения железа (II) и железа (III) являются ингибиторами выделения сероводорода при смешивании с битумом и повышении температуры смешанного битума и полимерного строительного материала выше 150C, что улучшает безопасность труда при производстве этих композиций для дорожно-маркировочных покрытий. Непредвиденные свойства, обеспечивающие такое значительное улучшение механической прочности на сжатие, устойчивости к агрессивной среде, то есть к кислотам, солям, маслам по сравнению с бетоном, имеющем в своей основе портландцемент, и способность создания композиций для дорожно-маркировочных покрытий, вызваны отвальным шлаком от выплавки меди, который является источником металлов, включая медь, фосфор и их сульфиды, являющиеся модификаторами серы. Цепочки серы, образованные в результате нагревания циклической серы, создают вместе с модификатором сополимер с линейной или сетчатой структурой,обладающий типичными качествами высокомолекулярного соединения, какие имеются у полимерных материалов. Использующийся отвальный шлак от выплавки меди, состоящий из примерно 45 вес.% силикатов, примерно 12 вес.% триоксида алюминия, примерно 11 вес.% триоксида железа, примерно 6 вес.% оксида магния, примерно 15 вес.% оксида кальция, примерно 0,5 вес.% пентоксида фосфора, примерно 0,4 вес.% весу меди, имеет серый цвет и измельчен на гранулы размером до 5 мм. Для изменения его реакции pH от 8,5 до реакции pH, равной 6, он смешивается с отходами фосфогипса с реакцей pH,примерно равной 4. Отходы фосфогипса являются продуктом промышленного производства фосфорной кислоты. Отходы серы являются отходами десульфурации природного газа или десульфурации сырой нефти, которые приобретают коричневый цвет после плавления. Способ производства полимерного строительного материала, имеющего в своей основе отвальный шлак от выплавки меди и отходы серы согласно данному изобретению, описан более подробно в примерах вариантов воплощения. Пример III. Полимерный строительный материал с составом в вес.% для заливки в форму или разлива на поверхности. Отходы серы 30% Отвальный шлак от выплавки меди 25% Отходы фосфогипса в качестве регулятора реакции pH шлака 15% Минеральный наполнитель 0-2 мм 30% Изготовляют следующим способом: Взвешенные количества отходов серы помещают в мешалку 1 (фиг. 2). Мешалку 1 нагревают косвенным нагревом с помощью печного топлива, которое нагревают в электрической печи. Мешалка 1 имеет лопасть, которая вращается со скоростью 16 об./мин. Взвешенные количества отвального шлака от выплавки меди, предварительно смешанные с отходами фосфогипса в качестве регулятора реакцииpH, загружают в мешалку 1 при температуре 125-135C. При температуре 125-135C в зоне расплавленной серы происходит контакт отвального шлака от выплавки меди, смешанного с отходами фосфогипса и жидкой серы. Смешивание ингредиентов длится примерно 20 мин. Происходит процесс модификации отходов серы с отвальным шлаком от выплавки меди, вызванный металлами, содержащимися в шлаке, включая медь, фосфор и их сульфиды. После 20 мин процесса модификации в мешалке 1 минеральный материал в качестве наполнителя добавляют в мешалку и перемешивают примерно 10 мин; полимерный строительный материал, образованный таким образом, циклически выгружают в промежуточную мешалку 2, изготовленный строительный материал оценивают визуально, также оценивают температуру и материал заливают в форму или разливают на заданную поверхность. Материал, изготовленный данным способом, имеет серый цвет и обладает высокой механической прочностью на сжатие 40 МПа -50 МПа, устойчивостью к кислотам, маслам, солям. Пример IV. Полимерный строительный материал с составом в вес.% для изготовления композиций для дорожно-маркировочных покрытий Отходы серы 50% Отвальный шлак от выплавки меди в гранулах размером до 2 мм 10% Отходы фосфогипса в качестве регулятора реакции pH шлака 30% Минеральный наполнитель размером до 2 мм 10% Способ приготовления идентичен способу из примера III; разница заключается в том, что из промежуточной мешалки 2 полимерный строительный материал направляют на измельчение на гранулы. Гранулят используют для изготовления составов дорожного покрытия с повышенной температурой размягчения в 100-115C в соответствии с методом "Кольца и шара". Способ приготовления состава дорожного покрытия, имеющего в своей основе гранулят полимерного строительного материала, следующий. Нагретые минеральные материалы, использующиеся для создания дорожного покрытия, то есть, диабаз,базальт, с температурой, не превышающей 150C, загружают в мешалку 1 установки для изготовления дорожного покрытия (фиг. 3). В мешалку 1 (фиг. 3) загружают дорожный битум, смешанный в мешалке 2, с полимерным строительным материалом, изготовленным по рецепту из примера III. Смесь битума и гранулята образует связующий агент с составом в вес.%: Дорожный битум 15% Полимерный строительный материал 85% 100% связующий агент для дорог Материал для создания дорожного покрытия с составом в вес.% Связующий агент для дорог 25% Диабаз 55% Базальт 20% 100% материал для создания дорожного покрытия Полученный слой дорожного покрытия имеет черный цвет и превосходное качество. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ производства строительного полимерного вяжущего, имеющего в своей основе отходы серы, включающий следующие этапы, на которых от 30 до 60 вес.% отходов серы нагревают до температуры 125-135C, помещают во вращающийся барабан мешалки и после того, как отходы серы расплавятся, добавляют от 10 до 45 вес.% измельченного на гранулы размером до 10 мм отвального шлака, содержащего селен, мышьяк, фосфор и их сульфиды, оксиды металла, при этом отвальный шлак предварительно проходит регулирование pH до значения примерно 6,5 с помощью отходов фосфогипса в количестве 15-30 вес.%, далее добавляют минеральный наполнитель в количестве до 30 вес.%, после этого смесь перемешивают примерно 10 мин со скоростью примерно от 16 до 20 об/мин; образованное строительное вяжущее затем заливают в форму или разливают на заданной поверхности. 2. Строительное полимерное вяжущее, отличающееся тем, что оно является продуктом модификации отходов серы и металлов, содержащихся в доменном шлаке, включая селен, мышьяк, фосфор и их сульфиды, и оксидов металла и состоит из 40-60 вес.% отходов серы, 20-45 вес.% доменного шлака и 1523 вес.% отходов фосфогипса. 3. Строительное полимерное вяжущее, отличающееся тем, что оно является продуктом модификации отходов серы и металлов, содержащихся в отвальном шлаке от выплавки меди, включая медь, фосфор и их сульфиды и оксиды металла, и состоит из 30-50 вес.% отходов серы, 10-45 вес.% отвального шлака от выплавки меди, измельченного на гранулы размером до 5 мм, 15-30 вес.% отходов фосфогипса в качестве регулятора реакции pH отвального шлака от выплавки меди и 10-40 вес.% минерального наполнителя.