Лигносульфонаты в технологии вяжущих веществ реферат

Обновлено: 05.07.2024

Лигносульфонаты щелока служат для выработки дубильных экстрактов, ванилина, его сухой остаток сжигают как топливо. После нейтрализации известковым молоком или аммиачной водой лигнин используют в качестве минеральных удобрений, в смеси с высококачественными золами применяют для производства стеновых камней.[ . ]

Лигносульфонаты применяют в промышленности строительных материалов для пластификации цемента, разжижения цементно-сырьевого шлама, производства кирпичей повышенной прочности, увеличения прочности гипсовых изделий, изготовления домостроительных деталей и изделий, а также в дорожном строительстве для упрочнения покрытий, повышения морозоустойчивости шоссейных дорог прочности битумных дорожных покрытий. Их можно использовать в синтетических смолах и пластических массах. Так как лигносульфоновые кислоты близки к натуральным таннидам, они находят применение при производстве дубильных экстрактов. Лигносульфонаты часто используют при формировании, склеивании и брикетировании, при буровых работах, а также для приготовления дезинфекционных и дезинсекционных средств.[ . ]

Лигносульфонаты могут служить одним из источников получения новых видов органических удобрений. Они являются природными полимерами, в состав которых входят вещества альдегидного и фенольного типа. Лигносульфонаты богаты различными органическими и минеральными веществами; они содержат серу, кальций, магний, калий, углерод, водород, кислород, фосфор, а также 28 микроэлементов.[ . ]

Добавка лигносульфонатов к песчаной почве увеличивает ее влажность, т. е. является средством борьбы с засухой, а также замедляет потери фосфорных удобрений при их вымывании. Внесение в почву лигносульфонатов может способствовать увеличению урожая бобовых культур на 50 %, капусты — на 19 %. Как активные ионообменные материалы лигносульфонаты способствуют удалению из почвы элементов, препятствующих нормальному росту растений.[ . ]

Вязкость лигносульфонатов можно снизить до нужного значения нагреванием их до 60—80 °С, причем чем выше температура нагрева, тем меньше вязкость. Лигносульфонаты могут также применяться в качестве модификаторов карбамидоформальдегидных смол с целью уменьшения их удельного расхода на производство плит без снижения показателей свойств плит.[ . ]

Это позволило получить экспериментальные данные, отвечающие равной степени растворения - 50 % (табл. 6.1).[ . ]

Ввиду того что лигносульфонат бария при обработке 0,1 н. раствором иода присоединяет 23,8% иода, Класон [129] заключил, что в лигнине не присутствуют этиленовые группы.[ . ]

Из элюентной диаграммы лигносульфонатов, перешедших в варочную жидкость (рис. 6.4 В), следует, что при варке до 6 ч в раствор переходят только низкомолекулярные лигносульфонаты. Высокомолекулярные фракции появляются в растворенных лигносульфонатах только после 7 ч варки, причем их содержание неуклонно растет до 10 ч.[ . ]

При химической переработке лигносульфонатов получают ванилин, фенолы и их производные, хлорпроизводные, угли и органические кислоты. Комплексная переработка сульфитных щелоков с получением спирта, дрожжей и концентратов позволит довести утилизацию щелоков до 95—97 % и обеспечить высокие выходы продуктов; при этом с 1 т целлюлозы средней жесткости можно получить примерно 80 л очищенного спирта, 40 кг кормовых дрожжей и несколько сотен килограммов концентратов.[ . ]

Одной из первых попыток использовать лигносульфонаты не как коллоидные растворы, а для производства новых химических продуктов является получение ванилина. Ванилин представляет собой альдегид, относящийся к ароматическому ряду органических соединений, и находит себе применение как душистое вещество при изготовлении пищевых, винных и парфюмерно-косметических изделий. Кроме того, ванилин применяется в фармакологии для синтеза лекарственных препаратов.[ . ]

Диспергатор Реакс представляет собой лигносульфонаты натрия, очищенные от солей двухвалентных металлов или модифицированные (обработанные аммиаком под давлением) в виде смеси натриевых или аммониевых солей.[ . ]

При мягком окислении гидроокисью кобальта последний дал смесь производных ванилина, по видимому, различных степеней бромирования.[ . ]

Достоинствами способа очистки газов от хлора с помощью лигносульфоната является дешевизна и доступность реагента (затраты на 60—70% ниже, чем при использовании известкового молока), возможность переработки продуктов газоочистки в катионообменную смолу К.ХЛ-2, нечувствительность сорбента к другим примесям газов. Недостатками способа являются повышенная коррозионная агрессивность поглотительного раствора, сравнительно сложная технология переработки продуктов газоочистки в катионообменную смолу.[ . ]

Пригодность органических оснований для выделения лигносульфоновой кислоты изучалась Эрдтманом [245], который нашел, что осаждаемость лигносульфоновой кислоты из промышленных отработанных сульфитных щелоков зависит не только от типа использованного для этих целей основания, но также от условий варки и сорта использованной древесины.[ . ]

Схема ультрафильтрационного выделения технических лигносульфонатов

Термообработка концентрата приводит к снижению доли фракции лигносульфоната с низким молекулярным весом, что рез«о меняет его свойства. При замещении кальциевого катиона в лигносульфонатах на одновалентные удается получить растворы, обладающие большой текучестью. При этом явно изменяется структура элементарных частиц. Это можно заметить по изменению структурной вязкости коллоидных растворов и по повышению, по сравнению с обычным кальциевым концентратом, скорости диффузии. Напротив, при введении в раствор концентрата соединений, содержащих многовалентные металлы, текучесть растворов снижается и резче проявляется внутренняя структура коллоидных частиц.[ . ]

Принципиальная технологическая схема производства ванилина из лигносульфонатов показана на рис. 124.[ . ]

Присутствие в варочном растворе после 7 ч варки высокомолекулярных лигносульфонатов обусловлено, по-видимому, вторичными реакциями деструкции первоначально образовавшейся трехмерной сетки.[ . ]

Для растворов на водной основе следует отказаться от использования лигносульфонатов, хроматов и бихроматов, битума, реагентов-бактерицидов, нефти, заменяя ее более эффективными и менее токсичными смазочными добавками. Следует активно внедрять в практику бурения реагенты на основе сложных эфиров целлюлозы, биополимеров. сополимеров на основе производных стирола.[ . ]

Разработан технологический процесс производства удобрений на основе лигносульфонатов.[ . ]

Натровая соль ее содержит 3,14% натрия и 13,7% метоксильных групп.[ . ]

Известно, что легкосорбируемые анионы таких веществ, как оксалаты, тартраты, лигносульфонаты и сульфаты оказывают вредное влияние на проклейку. Причина этого заключается в том, что они мешают установлению координационной связи смолы и целлюлозы с ионом алюминия.[ . ]

В [33, 34] описана кислая сульфитная варка в потоке, при которой исключался гидролиз лигносульфонатов в растворе. Оказалось, что при отсутствии условий для вторичного гидролиза ММ лигносульфонатов неуклонно растет.[ . ]

При помощи неорганических реагентов (вторая подгруппа) получают: 1) алкали-лигнин; 2) лигносульфонаты; 3) гидротропные лигнины.[ . ]

При исследовании осадков сточных вод после флотации, полученных коагуляцией с помощью лигносульфонатов, установлена возможность их применения в качестве кормовой добавки для свиней. Экспериментальный откорм последних проводили комбикормом и кормом с добавкой 15% осадков. Существенных отличий в приросте массы тела у животных экспериментальной и контрольной групп не обнаружено.[ . ]

Отходом при производстве дрожжей является последрожжевая бражка, содержащая в основном лигносульфонаты. Последрожжевую бражку утилизируют в виде концентратов путем упаривания на современных выпарных батареях из четырех-шести корпусов обычно до 50—55 %-го содержания сухих веществ. Утилизация сухих веществ щелока при выпаривании последрожжевой бражки составляет более 50 %. Полученные концентраты используют в литейном производстве в качестве крепителя, связывающего зерна песка.[ . ]

Данная схема позволяет разделить содержащиеся в сточных водах компоненты на фракции.[ . ]

Молекулярный вес лигнина определяли почти всеми известными методами. Найдены значения от 200 до 50 ООО ООО.[ . ]

По данным показателям построены интегральные кривые молекулярного массового распределения (ММР) исходного препарата ДЛА 1 и лигносульфонатов 2 (рис. 6.6). При сопоставлении этих кривых не трудно обнаружить, что если исходный препарат лигнина имел максимальную М около 30000, то примерно 40 % лигносульфонатов превышали эту величину.[ . ]

Очистка от хлора и хлорида водорода. Газообразный хлор хорошо поглощается такими твердыми органическими соединениями, как лигнин и лигносульфонат кальция, представляющими крупнотоннажные отходы процессов химической переработки древесины и другого растительного сырья. Однако более эффективным является использование этих поглотителей в виде водных растворов и пульп.[ . ]

Присутствие гидроксильных групп в лигносульфоновой кислоте было определено Класоном [129] в результате приготовления р-бромобензоил-лигносульфоната калия. Тот факт, что метилированная лигносульфоновая кислота дает вератровый альдегид вместо ванилина [316], также доказывает, что лигносульфоновая кислота содержит фенольные гидроксильные группы.[ . ]

Хегглунд и Клингштедт [291] определили кривые абсорбции серии спиртовых и щелочных лигнинов из различных источников и кривые некоторых лигносульфонатов. В полном согласии с Герцогом и Гильмером они нашли, что все кривые абсорбции были одинакового типа и показывали максимум при 280м;х для лигнинов из мягких пород древесины и при 276m;j. для лигнинов из твердых пород с минимумом около 259м[х. Фракционное выделение лигнина мало влияет на кривые абсорбции. Как было установлено, абсорбционный спектр лигносульфоновой кислоты из ели подобен абсорбционному спектру изоамилепиртовых лигнинов из бука и березы; это указывает на то, что кислота еще содержит ненасыщенные группы, вызывающие избирательную абсорбцию. На основе своих результатов и результатов, полученных Герцогом, Хегглунд сделал заключение, что элементарное структурное звено лигнина должно содержать по крайней мере одно ароматическое кольцо.[ . ]

Варку осуществляли в стеклянных ампулах, причем процесс троводили в различных режимах. В ходе варки изучали динамику изменения молекулярной массы Лигносульфонатов и кинетику растворения лигнина.[ . ]

В качестве разжижителей, кроме неорганических реагентов (комплексные фосфаты), используют реагенты органической природы: гуматы, производные лигнина, лигносульфонаты и их производные, синтетические тонины, фосфороорганические комплексоны.[ . ]

Зависимость скорости седиментации дисперсии — оборотной воды обогащения железных кварцитов, обработанной комплексным реагентом (1,2), и остаточной концентрации лигносульфонатов в воде (3, 4) от содержания в системе ПЭИ с М 70 000 (/, 3) и 20 000 (2, 4).

Несмотря на спад производства, заметного улучшения состояния водных объектов в 1996 году не наблюдалось. Повышенный уровень загрязнения сохраняется на устьевом участке Северной Двины. В одном километре ниже сброса сточных вод АО "Архангельский ЦБК" средние за год концентрации лигносульфонатов составили 5 ПДК, метанола и формальдегида 1 ПДК при максимальных концентрациях 37,5 и 3 ПДК. Органические вещества по БПК5 содержались в количестве 1,5 ПДК (максимальная - 4 ПДК), ХПК -43,9 мг/л (максимальная - 79,9 мг/л). Максимальная концентрация нефтепродуктов составила 3 ПДК. Хлорорганические пестициды содержались в следовых количествах. В реке Вычегда ниже выпуска сточных вод ОАО "Котласский ЦБК" отмечалось повышенное содержание лигносульфонатов (4 ПДК), легкоокисляемых органических веществ по БПК5 (1,6 ПДК). Ниже по течению реки в районе Сольвычегодска содержание лигносульфонатов и нефтепродуктов составило 2 ПДК, железа - 9 ПДК.[ . ]

По разработанной технологии шихта, состоящая, % (мае.): из шлака — 85; глины — 10; кека — 5, подвергается предварительному совместному помолу до удельной поверхности более 3000 см2/г. Далее шихта поступает на тарельчатый гранулятор, где при одновременном увлажнении водой или водным раствором лигносульфонатов закатывается в гранулы диаметром 8—10 мм. Прочность сырцовых гранул 700-800 г/гранулу, влажность 9-11 %. Гранулы подсушивают в ленточной сушилке и подают на обжиг во вращающуюся барабанную печь прямоточного действия, где они подвергаются обжигу (тепловому удару). При температуре обжига 1050—1100 °С поверхностный слой гранулы не размягчается за счет образования окисного железа в поверхностном слое под действием теплоудара. Прогревание гранулы приводит к бурному выделению паров и газов, которые свободно мигрируют к поверхности гранулы. Содержание в кеке до 25 % невыгоревших органических остатков приводит к выделению СО и восстановлению окислов железа. Закисное железо, являясь сильным плавнем, способствует переходу шихты в пиропластическое состояние и закупорке пор, вследствие чего газы, образующиеся внутри гранулы, вспучивают ее. После вспучивания заполнитель постепенно охлаждают до 900—920 °С для снятия разрушающих напряжений и далее в барабанном холодильнике быстро охлаждают до 100 °С и ниже.[ . ]

Исходя из концепции о бесконечной трехмерной сетке лигнина авторы пришли к выводу, что при делигнификации древесины сначала растворяются образовавшиеся низкомолекулярные фрагменты лигнина, а затем более крупные, что обусловлено меньшей диффузионной подвижностью последних. После перехода в раствор крупных фрагментов они гидролизуются и ММ лигносульфонатов уменьшается.[ . ]

В [43] описан эксперимент, моделирующий кислую сульфитную варку по режиму, близкому к производственному. С этой целью препарат ДЛА обрабатывали варочным раствором с pH 1,2 согласно следующему графику: подъем температуры до 105 С - 2 ч; выдерживание при 105 С - 2 ч; подъем температуры до 140 °С - 2 ч; варка при постоянной температуре 140 ’С - 4 ч. По окончании варки раствор продували азотом для удаления SCj. посредством ионообмена очищали от примесей и, наконец, осуществляли фракционирование лигносульфонатов хроматографией на колонке с сефадексом.[ . ]

В природе ванилин встречается в стручках ванили, произрастающей в тропической полосе, в количестве 1,5—2,5%- С развитием тонкой химической технологии ванилин стали получать синтетически из различных химических веществ. Так, известны способы получения ванилина из эвгенола, пирокатехина, гваякола и других веществ. Однако все эти сырьевые источники являются дорогостоящими и дефицитными, поэтому, естественно, идут поиски более доступных и близких по своему строению веществ для синтеза ванилина. Лигнин и в особенности лигносульфонаты сульфитного щелока или барды спиртовых заводов оказалось возможным использовать для этих целей. Исходя из формулы сульфитированного лигнина (лигносульфонаты), можно легко представить возможность получения ванилина из этих продуктов.[ . ]

Получающийся в этих условиях нерастворимый остаток, составляющий около 50% от веса исходной древесины, представляет собой волокнистую массу, которая состоит в основном из целлюлозы. Гидролизованные гемицеллюлозы и лигносульфо-наты переходят в водный раствор сульфитной кислоты, образуя сульфитный щелок. Последний после удаления или нейтрализации сернистой кислоты подвергают биохимической переработке, причем из содержащихся в нем гексоз можно получить этиловый спирт, а пентозы использовать для выращивания кормовых дрожжей. Остающийся при этом раствор лигносульфонатов упаривают до содержания не менее 50% сухих веществ и в таком виде они находят широкое применение в народном хозяйстве, в основном в строительной, металлургической и нефтяной промышленности. Лигносульфонаты используются также в производстве ванилина и дубильных веществ.[ . ]

Характер и последствия нефтяного загрязнения водных объектов достаточно подробно изучены и освещены в еде циалъной литературе [49, 77]. Известные работы отечественных специалистов дают некоторые представления о влиянии отработанных буровых растворов и шлама на морские гидробионты [75, 76, 85, 181]. В них при оценке действия OBF и шлама и их ингредиентов в различных концентрациях на отдельные виды морского и пресноводного фитопланктона и зоопланктона были определены пороговые концентрации для гидробионтов различных видов. Подобные исследования проводились и спе циалистами отдела биологии Техасского университета США. Они изучали токсичность четырех разных фракций бурового раствора на основе лигносульфонатов с добавкой хрома для морских беспозвоночных. Специалисты США [216] исследовали влияние суспензии бентонита на острую токсичность гидробионтов и установили пороговые концентрации для такого материала Как видно, отходы бурения представляют серьезную опас ность для водных объектов.[ . ]

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Институт физики и химии

Кафедра физической химии

Реферат по дисциплине Химия строительных материалов,

Выполнил студент 4-го курса,

специальности ХФиММ: Кутюшев Д. Р.

Проверил преподаватель: Арасланкин С. В.

Вяжущие вещества – вещества, затвердевающие в следствии действия различных физико-химических процессов, иными словами, они работают в качестве цементирующего элемента. Переходя из вязкой пастообразной фазы в камневидную фазу, вяжущие вещества соединяют друг с другом частицы какого-нибудь заполнителя (песка, каменной крошки, щебня и прочих). Данная функциональная черта вяжущих веществ, нашла довольно обширное применение в строительной промышленности, их используют в рецептурах растворов – кладочных, штукатурных и специализированных, а кроме того бетонов, силикатного кирпича, асбестоцементных и других необожженных строительных материалов искусственного происхождения[2].

Вяжущие вещества классифицируются на органические и неорганические (минеральные) вещества. К органическому классу вяжущих веществ, принадлежат битумы, дегти, животные клеи, различные высокомолекулярные соединения. Они все переходят в эксплуатационную фазу в следствии воздействия повышенных температур, расплавления, либо растворения в разных органических растворителях. К неорганическому классу вяжущих веществ, принадлежат строительный гипс, известь, различные виды цементов, растворимое стекло и прочие. Неорганические вяжущие вещества, как правило, затворяются водой, а иногда и водными растворами различных солей. Их классифицируют на воздушные, кислотостойкие, гидравлические и вяжущие вещества автоклавного твердения. Также вяжущие вещества подразделяются на множество разных марок. Марка вяжущего вещества говорит о его прочностных показателях при сжатии, в стандартных условиях эксперимента. Еще их классифицируют по быстроте затвердевания. Самую большую скорость затвердевания имеют вяжущие вещества на основе гипса (до нескольких часов). Самую маленькую скорость затвердевания имеет воздушная известь (не один месяц)[5].

О примитивных вяжущих веществах знали уже за несколько тысячелетий до нашей эры, их прародителем была необожженная глина. Уже в древнем династическом Египте, в эпоху властвования фараонов, при строительстве пирамид активно употребляли вяжущие вещества, которые получали из гипса. Наглядным примером является известная египетская пирамида Хеопса, построенная приблизительно 4000 лет назад, которая возведена именно на гипсовом растворе. Тогда вяжущие вещества получали в следствии обжига гипсового камня и известняковых пород. Римляне для повышения стойкости к воде, к ним добавляли различные сильно измельченные минеральные порошки, например вулканический пепел, туф или пемзу. В древней Руси вяжущие вещества на основе гипса начали применять приблизительно в XI веке, при строительстве Софийского храма в Киеве[1]. В растворы, обладающие хорошими гидравлическими показателями, наши предки также добавляли бычью кровь, творожную массу, яйца и прочие похожие материалы. В 1584 году в Москве был издан Каменный приказ, который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также изготовлением извести.

Большой вклад в развитие производства вяжущих веществ внесли англичане. В 1796 году Джеймс Паркер получил патент на производство романцемента. А в 1824 году Джозефом Аспдином был заявлен патент на производство портландцемента[1].

В нашей стране первые рецептуры по приготовлению вяжущих веществ были разработаны в XVIII веке. Данные рецептуры были обобщенным плодом многолетних исследований многих русских ученых.

Так, Василий Михайлович Севергин говорил о целесообразности применения известняковых пород с примесями глин и мергелистых пород для приготовления вяжущих веществ, обладающих хорошими гидравлическими свойствами[2].

Совершенно новым стали правила технологии получения гидравлических вяжущих, представленные в научной работе русского военного техника Егора Герасимовича Челиева, изданной в XIX веке. В своих исследованиях он приводит описание изготовления гидравлического вяжущего, полученного из извести и глины (в отношении 1:1) смешанных в присутствии воды; изготовления кирпичей и обжига их в горне на сухих дровах (примерно при температуре 1100 – 1200 ° C ). Уже тогда Егор Челиев предложил применять гипс при затворении получаемого им цемента водой, как для повышения устойчивости к воздушной среде только что обожженного продукта, так и для повышения прочности лежавшего без употребления в течение долгого времени цемента[1].

В XIX – XX веках в усовершенствование базы по производству вяжущих большой вклад внесли исследования Дмитрия Ивановича Менделеева, а также работы таких великих ученых, как Алексей Романович Шуляченко, Иван Григорьевич Малюга, Николай Николаевич Лямин, Николай Аполонович Белелюбский[1].

1. Неорганические вяжущие

Неорганическими вяжущими называют порошкообразные вещества высокой степени перемола, которые переходят в следствии затворения водой в вязкотекучее сходное с тестом вещество, затвердевающее при конкретных условиях до камневидного состояния.

По своему составу, важным показателям и применению выделяют несколько разновидностей неорганических вяжущих: воздушные, кислотоустойчивые, гидравлические и вяжущие автоклавного затвердевания. Каждую из приведенных групп подразделяют еще на некоторое количество различных подгрупп[2].

Таблица 1. Классификация минеральных вяжущих

В контакте с воздухом, затворенные воздушные вяжущие схватываются, затвердевают и упрочняются. В конечном итоге выходит камневидный материал, долго сохраняющий свои прочностные показатели, но исключительно на воздухе. Эти материалы, в силу особенности своих свойств, не используются ни в каких сооружениях, кроме наземных, в коих исключено действие не воздушных сред. К этому классу принадлежат строительная воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие[2].

Кислотостойкие вяжущие после затвердевания в воздухе некоторый период сохраняют свои прочностные характеристики под влиянием неорганических кислот. К данному классу вяжущих принадлежат кислотостойкий цемент и прочие[ 1 ].

Затворенные водой, гидравлические вяжущие обладают особенностью, увеличивать свои прочностные характеристики в воде. По клинкерному и вещественному составу бывают: цементы на базе портландцементного клинкера (портландцемент, портландцемент с неорганическими добавками) и цементы на базе глиноземистого клинкера (глиноземистый и гипсоглиноземистый).

Вяжущие автоклавного твердения превращаются в камень исключительно в автоклавных условиях, то есть при паровом давлении 0,9 – 1,3 МПа и температуре 440 – 470 K . К ним принадлежат, к примеру известково-кремнеземистые, известково-пуццолановые, известково-зольные вяжущие и прочие [2].

Важными показателями вяжущих являются плотность, насыпная плотность, показатель водопотребления, быстрота схватывания и твердения, прочностные показатели.

Плотность сильно зависит от класса неорганического вяжущего. Больше остальных у негашеной извести – 3,1 – 3,3 г/см 3 и портландцемента – 3 – 3,2 г/см 3 , меньше всего у гипсовых вяжущих – 2,6 – 2,7 г/см 3 .

Насыпная плотность вяжущих сильно зависит от основной плотности и степени перемола порошка. Насыпная плотность портландцемента – 900 – 1100 кг/м 3 .

Водопотребление – это объем воды, нужный для достижения вязкотекучего тестообразного состояния. Маленький показатель водопотребления дает лучшее качественные и прочностные характеристики. Самый маленький показатель у портландцемента – 24 – 28%, самый большой у вяжущих на базе гипса – 50 – 80 %.

Время схватывания – это время, за которое затворенное неорганическое вяжущее, поддерживает свои показатели пластичности. Очень скоро схватываются гипсовые вяжущие: начинают через 4 – 5 минут, заканчивают через 10 – 15 минут после затворения водой. Очень долго схватывается гидратная известь, аж через 3 – 5 суток.

Быстрота затвердевания зависит от взаимодействия компонентов неорганического вяжущего с водой. У гипсовых вяжущих скорость затвердевания около 1 – 2 часов. Гашеная известь затвердевает не один год. Цементы по быстроте твердения выделяют: обычные (с нормировкой прочностных показателей за срок 28 суток), быстротвердеющие (с нормировкой прочностных показателей за срок 1 – 28 суток), быстротвердеющие (с нормировкой прочностных показателей за 1 сутки и меньше).

Прочность показывает способность вяжущего сохранять свои свойства под действием различных внешних нагрузок. Прочностные показатели камневидной фазы являются зависимыми от нескольких условий: вида вяжущего, тонкости его перемола, показателя водопотребления, быстроты твердения. По прочностным характеристикам выделяют цементы: высокопрочные (550 – 600 и более), повышенной прочности (500), рядовые (300 – 400), низкомарочные (менее 300). Большие прочностные показатели имеют вяжущие автоклавного твердения. А вот, прочностные показатели воздушных вяжущих намного меньше (5 – 20 МПа)[ 5 ].

1.1 Воздушные вяжущие

Затворенные водой воздушные вяжущие затвердевают и сохраняют прочностные характеристики исключительно в воздухе. Под влиянием водной среды такие материалы достаточно быстро подвергаются разрушению. Из-за этого воздушные вяжущие используются только при возведении наземных сооружений. К таким материалам принадлежат гипсовые вяжущие, воздушная известь (негашеная комовая известь, гашеная молотая известь), магнезиальные вяжущие, кислотостойкий цемент, растворимое стекло и прочие[2].

Гипсовые вяжущие классифицируются на две группы – низко обжиговые и высоко обжиговые. Исходным сырьем для них служит гипсовый камень – двухводный гипс – CaSО ₄ ·2H ₂ О, и ангидрит, в его состав входит безводный гипс – CaSО ₄ , а кроме того отходы химической индустрии, содержащее двухводный или безводный сернокислый кальций. Чистый двухводный гипс состоит из 32,56% СаО; 46,51% SО ₃ и 20,93% воды, а ангидрит – из 41,19% СаО и 58,81% SО ₃ . Растворимость двухводного гипса, равна 2,05 грамм в одном литре воды при 20 ° С. Растворимость ангидрита – один грамм на один литр воды[ 3 ].

Магнезит широко распространенный минерал, который назван от области Магнесия (Фессалия, Греция), где был впервые обнаружен. В природных условиях магнезит существует в двух разновидностях – кристаллическом и аморфном. Прочностные показатели и того и другого вида магнезита по шкале Мооса находится в интервале 3,5 – 4,5; плотность 2,9 – 3,1. Состав магнезита 47,82% оксида магния и 52,18% CO ₃ . В природном магнезите имеют место разные примеси: глинистые породы, углекислый кальций и прочие. В зависимости от состава примесных компонентов различают белый, бурый, серый и желтый магнезит. В аморфном состоянии всегда есть наличие кремнезема, но отсутствуют соединения железа. В природных условиях магнезит более редкий минерал, чем известняк и доломит. Наиболее известны два магнезиальных вяжущих: каустический магнезит и доломит. Каустический магнезит получают в следствии обжига магнезита (MgCО ₃ ) и перемолом его в порошок высокой степени тонкости. Отличие между каустическим доломитом и каустическим магнезитом в исходном сырье. Для каустического доломита им является не магнезит, а доломит (CaCО ₃ ·MgCО ₃ ). И то и другое вяжущие затворяют раствором хлористого магния, сернокислого магния или прочих солей.

Доломит – это минерал, который имеет состава CaCO ₃ – MgCO ₃ . Еще доломитом называют осадочную карбонатную горную породу, которая состоит из минерала доломита на 95 %. Доломит назвали в честь геолога из Франции Деода де Доломье, он первым описал характерные особенности доломитовых пород. Прочностные показатели доломита по шкале Мооса 3,5 – 4; плотность 2,85 – 2,95. Содержание в доломите СаСО ₃ – 54,27%; MgCО ₃ – 45,73% или в окислах: СаО – 30,41%; MgO – 21,87% и СО ₂ – 47,72%. Доломит, который встречается в природе, как правило, имеет избыток углекислого кальция. Кроме него, в доломите имеются глинистые и прочие примеси. Доломит бывает белого, желтого и бурого цвета, в зависимости от примесного состава[4].

Воздушная известь одно из самых древних вяжущих, которое до сих пор применяется в строительстве. Известь получается в следствии обжигания кальциевых и кальциево-магниевых карбонатных пород до избавления от углекислого газа. В следствии обжигания получается белый материал, который имеет название негашеная комовая известь. Исходным сырьем для получения извести являются достаточно распространенные осадочные горные породы: известняки, доломиты, мел, доломитизированные известняки. В составе сырья имеет преимущество карбонат кальция СаСО ₃ , а также содержатся карбонат магния и прочие примеси. Сырье, обжигают в шахтных или вращающихся печах при температуре 900 – 1200 ° C , по итогам обжигания комовую известь гасят водой. В контакте с водной средой комки извести активно с ней взаимодействуют, преобразуясь в порошок, а при излишнем количестве воды – в пластичное тестообразное вещество. Такой процесс, сопровождающийся очень большим выделением тепла и нагреванием воды до кипения, называют гашением извести. В зависимости от времени гашения различают быстро гасящуюся известь (время гашения до 8 минут) средне гасящуюся (до 25 минут) и медленно гасящуюся (более 25 минут)[3].

1.2 Гидравлические вяжущие

Гидравлические вяжущие являются порошками высокой степени перемола, состоящие из силикатов и алюминатов кальция, которые реагируют с водой, переходя в твердую камневидную фазу. Состав компонентов, из которых состоят гидравлические вяжущие, записывают в виде различных оксидов. Например, силикат кальция CaSiО ₃ , трехкальциевый алюминат Са ₃ А1 ₂ О ₃ [3].

К гидравлическим вяжущим принадлежат гидравлическая известь, которая занимает среднее положение между воздушными и гидравлическими вяжущими, романцемент, портландцемент, разновидности портландцемента и специализированные виды цементов[2].

Цементы готовят из мергеля конкретного химического состава или из смеси известняковых горных пород и глин (известняк 75 %, глина 25 %). Эту смесь подвергают обжигу в печах при 1450 ° C . Результатом обжига является частичное оплавление, и получение гранул, которые называют клинкером. Типичный клинкер имеет примерный состав 67% СаО, 22% SiO ₂ , 5% A l ₂ O ₃ , 3% Fe ₂ O ₃ и 3% других компонентов и обычно содержит четыре фазы: алит, белит, алюминатная и ферритная фаза. В клинкере также обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция. При едином перемоле клинкера с гипсом и прочими добавками получается порошок серого цвета – это и есть цемент. Гипс регулирует быстроту схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Степень перемола цемента также оказывает влияние на быстроту его схватывания, а еще и на прочностные показатели после затвердевания. Цементы разделяют: по виду клинкера и вещественному составу; прочностным показателям; быстроте затвердевания; специальным свойствам. Портландцемент готовят путем совместного перемола портландцементного клинкера, доменного шлака и гипса. Шлаковый портландцемент схватывается и затвердевает намного дольше, чем обычный портландцемент[5].

Из описания справочников химических веществ можно определить, что лигносульфонат - это производные лигнина природного происхождения. Химическое вещество, обладающее высокой растворимостью в воде, образующееся посредством сульфитной делигнификации древесных материалов. Широко применяются на практике, но продолжают изучаться теоретическими исследованиями с проведениями лабораторных опытов.

Технические виды лигносульфоната такие как натриевые лигносульфонаты, натриевые соли, лигносульфоновая кислота представлены сульфопроизводными лигнина природного происхождения, обладающими высокой растворимостью в водной среде. Как правило, такие смеси солей натрия отличаются примесями редуцирующего или минерального вещества в большем объеме. Представляют собой поверхностно – активные вещества (ПАВ) анионного типа.

Характеристика вещества. Состав и химическое обозначение

Для обозначения в реакциях и материалах справочного характера вещество обозначается с помощью следующей общей химической формулы (I), в которой:

Следует отметить, что точная структура строения лигносульфонатов до сегодняшнего дня не установлена, что в достаточной степени объясняет повышенный интерес изучения вещества в лабораторных условиях.

Но современная химическая промышленность располагает молекулярным уравнением лигносульфоната натрия:

Процентное соотношение частей в составе лигносульфоната находится в следующих пропорциях:

• Вещества сухие в доле 96, 5, %, где в объеме 20, 2 % содержится зола. Также определено наличие ингредиентов редуцирующего характера в объеме 7, 1 %;
• Вещества основные в доле 70, 2, %.

Основные виды ЛСТ

Современная химическая промышленность выделяет лигносульфонат (ЛСТ) как в состоянии жидкостей, так в форме порошка. Отличительные черты каждой формы вещества следующие:

Помимо выше перечисленных стоит отметить наличие лигносульфонатов модифицированных в жидкой форме. Их основное качественное отличие заключено в том, что им характерны улучшенные связующие свойства.

Производство лигносульфонатов жидкого типа из порошкового вещества

Лигносульфонаты технического назначения в жидких формах получают методом смешивания порошкообразной формы вещества с очищенной водой в соответствующей форме:

• Лигносульфонат в порошковом состоянии в части 1, 1 - 1, 2;
• Воды для смешивания используется всего одна часть.

Условием качественного производства вещества является непрерывное перемешивание с использованием механических промышленных установок. Время операции составляет несколько минут, а температура воды, добавляемой к порошкообразному лигносульфонату, постепенно увеличивается с 20°С до 700°С. Залогом качественного продукта производства определено полное растворение порошка в нагреваемой воде.

Показатель вязкости растворов лигносульфоната изменяется от природных характеристик катионов и температурного режима. Наиболее выраженное уменьшение показателя вязкости отмечено в период реакции, осуществляемой при температуре от 20° до 40° C. Максимальная концентрация раствора достигается при нагреве веществ до 120° C, причем в результате будет получен продукт малоподвижного типа.

Получение лигносульфонатов происходит с использованием лигнина, который представляет класс природных полимеров с характерным нахождением в межклеточной среде древесины, тем самым обеспечивая ей высокую степень эластичности и прочности.

История возникновения и изучения ЛCT

Технический лигносульфонат, обозначаемый аббревиатурой (ЛСТ), в российской промышленности был доступен впервые в 1937 году. Стал результатом переработки в процессах целлюлозно – бумажного производства. По сути, является продуктом отходов, отличающимся наличием кальциевых, натриевых и аммониевых солей (лигносульфоновые кислоты) в составе.

В российской промышленности вещество получило свое второе название – барда сульфит-спиртовая, обозначаемая СББ. Особое значение производство барды получило в использовании для задавок скважин в период проведения капитальных ремонтных работ. В подобной методике СББ заменила пластовую воду, обеспечив высокую степень проницаемости и нефтеотдачи разрабатываемых пластов.

С целью сохранности диспергирующей, дубящей функции вещества лигносульфонат аммония в процессе концентрирования обрабатывается при условии следующих параметров:

• Температурный режим равный 105 °С - 110 °С;
• Уровень рН в пределах 5 - 5, 5;
• Сухие вещества (массовая доля) присутствуют в величине 43 - 45 %.

Транспортная перевозка и форма упаковки

Лигносульфонат в форме жидкостей различают по промышленным цистернам с наличием сливного люка. Допустима фасовка по бочкам и иным емкостям промышленного назначения. В виде порошка вещество пакуется в мешки из полипропиленовых нитей или бумаги. Мелкие объемы продукции допустимо упаковывать по мягким контейнерам.

Особых рекомендаций по перевозке нет, соответственно, лигносульфонат перевозиться любым транспортным средством. В этом случае предъявляемые требования относятся к нормам упаковки. От материала фасовки также зависит и цена на соответствующую партию реализуемого лигносульфоната.

Ведущие производители лигносульфоната

Особенностью жидкой формы лигносульфонатов (сульфит – спиртовой барды), является то, что вещество образуется как отходы в процессе деятельности всех ЦБК.

На сегодняшний день фиксированная цена на технический лигносульфонат по России составляет около 50 рублей за двадцатикилограммовый мешок и порядка 5 800 рублей за тонну продукции.

Области применения

Основными сферами использования такого вещества, как лигносульфонаты являются:

• Производство углерода технического типа;
• Категория литейного производства;
• Нефтяная и газовая промышленность;
• Строительство дорог;
• Производство фанеры.

В частности лигносульфонат кальция применяется в качестве основы в производстве импортных марок пластифицирующей добавки.

Лигносульфонат принадлежит к веществам 4-го класса опасности. Не является аллергеном, не раздражает ткани и покровы человека. Негативное влияние на организм фактически выявлено не было.

В статье описывается 70-летний отечественный опыт эффективного применения многотоннажных отходов производств — лигносульфонатов ЦБК, металлургии, химических, пищевых предприятий — с получением универсальной химической добавки, регулирующей и управляющей свойствами всех вяжущих. В ХХI веке Россия может стать изготовителем нано-суперпластификаторов из отечественных лигносульфонатов для всего мира.

Вспомним отечественную историю развития строительства и химии. Первый цементный завод (Щуровский) был запущен в 1920 году знаменитым впоследствии д.т.н. В. Н. Юнгом (1883-1955), заведующим кафедрой Менделеевского института, потом В. Н. Юнг создавал новые виды цементов, за плодотворную работу правительство неоднократно награждало учёного.

Модернизация в строительном производстве 1980 годы была достигнута путём почти 95% химизации всей технологии цементов и бетонов. Всепогодное и круглогодичное строительство в критических климатических условиях СССР, на вечной мерзлоте при температурах -50°С, и в южных районах с особо жарким климатом, при температурах +55°С — а также возведение самых высотных на земле железобетонных сооружений было бы невозможно без применения химических добавок для цементов и бетонов из лигносульфонатов, многотоннажных отходов ЦБК (целлюлозно-бумажных комбинатов). ПАВ (пластификаторы) начали своё существование 70 лет назад в 1947 году — в лаборатории к.т.н. Б.Д. Тринкера (1914-2004), построившего тысячи уникальных и специальных сооружений.

Лигносульфонаты технические — для строительства самое универсальное, безвредное и доступное вещество, улучшающее текучесть и реологические свойства материалов, повышающее их прочность, долговечность и износостойкость. Снижает восприимчивость к солевой агрессии и температурным колебаниям, применяется при производстве: цемента, гипса, бетона, кирпича, керамзита, керамических изделий, ДСП, клеев и смол, красителей и пигментов. При экструзии повышается скорость производства изделий.

На фото №1 — строительство уникального инженерного сооружения, дымовой трубы высотой 330 метров на Экибастузской ГРЭС № 1, выполненной в скользящей опалубке, разработанной В.О. Гидроспецстрой (главный конструктор М.М.Тринкер). Впервые в мире строительство уникального сооружения происходило круглогодично: летом 1978 года при температуре + 55°С, зимой 1978/1979 при температуре -40°С. Автор технологии и бетона А.Б. Тринкер.

На фото №2 — одно из уникальных высотных сооружений энергетической системы страны, построенное с ПАВ, ТЭЦ-25 Мосэнерго. Особо тонкостенная оболочка градирни рассчитана на 100 лет работы при градиенте температур: внутри +40-60°С, снаружи от -50°С до +50°С. Справа главный технолог Минэнерго СССР А.Б. Тринкер, слева директор станции, 1977 год.

В ХХ веке человечество терпело многомиллиардные убытки от всех видов коррозии, в связи с недолговечностью бетона в атмосферных и агрессивных средах, и только грамотное применение химических добавок обеспечило 100% первичную защиту конструкций и сооружений. Научная система особо тонкого дисперсного измельчения материалов академика П.А. Ребиндера была успешно продолжена и модернизирована его учеником в коллоидной химии Б.Д. Тринкером, который впервые изучил и применил в 1950-е годы химические добавки в микродозах. В 1970-е годы он добился практической наноиндустрии при химизации строительства, используя отходы производств, так как в основе теории влияния ПАВ является химическое диспергирование и пептизация флокул цемента, с уменьшением В/Ц.

Впервые в мировой истории опыт сверхвысотного строительства был получен в СССР при возведении Останкинской телебашни высотой 540 метров, до сих пор самого высокого северного сооружения. Необходимо уточнить, все высотные сооружения из металла — Эйфелева башня в Париже, Шуховская башня в Москве — красят, а все небоскрёбы защищают своё бетонное ядро жёсткости металлом-стеклом-силиконом. Однако железобетонный ствол Останкинской телебашни никогда не красили – такой вот вечный отечественный бетон! Все технологические подготовительные мероприятия перед возведением в рекордно сжатые сроки (1963-1967 гг.) были проведены при строительстве в 1956-1963 годах на первых дымовых трубах высотой 250 и 320 метров Запорожской и Углегорской ГРЭС.

Даже бетон на высокоалюминатном, то есть жаростойком (содержание Al2O3 60-70%) цементе значительно уменьшает свою прочность при температурах выше 600 градусов — Б.Д. Тринкер ещё в 1950-е годы доказал необходимость применения для подобных уникальных высотных и специальных сооружений низкоалюминатных ( Al2O3 не более 8% ) или сульфатостойких (содержание Al2O3 не более 5%) цементов.

Б.Д. Тринкер на строительстве Останкинской телебашни

Поверхностно-активные вещества ПАВ из многотоннажных отходов ЦБК, лигносульфонатов технических (лигнинов), т.е. отечественые химические многофункциональные добавки для цементов и бетонов в последние годы в России были дополнительно исследованы, практически подтвердив свою универсальность, стабильность и эффективность. Лигносульфонаты технические можно успешно и прибыльно использовать при производстве: цементов, в монолитном и сборном строительстве из тяжёлого и лёгкого бетона, производстве кирпичей, керамики, керамзита, практически для всех видов вяжущих. В настоящее время есть возможность оснастить отечественные лаборатории современным оборудованием, например, на основе SIMS: анализатор-масс-спектрометр решает многие проблемы, недоступные учёным ХХ века.

Последние годы в Россию интенсивно импортируют много химических добавок (супер-пластификаторы, гипер-пластификаторы, и т.д. и т.п.), которые являются продуктами химических заводов иностранных фирм, изготовлены из полимеров и сложных органических соединений (нафталины, меламины, формальдегиды, карбоксилаты, силиконы, фенилы). Они на порядок дороже отечественных пластификаторов, имеют ограничения и вредны для людей при использовании.

Россия с ХХ века является подтверждённой законодательницей мод в технологии бетонов и всепогодного строительства с применением многотоннажных отходов производств. Научно-практические достижения отечественных учёных ХХ века по производству вечного бетона одновременно успешны с точки зрения экологии, экономии, техники безопастности, ресурсосбережению. Учёным современной России необходимо их совершенствовать и применять.

Читайте также: