Способ получения легкого заполнителя

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН с 11 4 С 04 В 31/20 31/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

1АР вДь

CA

Со

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3654859!29-33 .(22) 21.10.83 (46) 30.05.86. Бюл. Ф 20 (71) Минский научно-исследовательский институт строительных материалов (72) Д.Р. Садыхов и Б.К. Демидович (53) 666.972.125(088.8) .(56) 1. Авторское свидетельство СССР

8 324237, кл. С 04 В 31/02, 1970.

2. Патент Японии В 51-18968, кл. 21А1 1976. (54)(57) l. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖГКОГО

ЗАПОЛНИТЕЛЯ нз вулканических водосодержащих пород, преимущественно . обсидиана, включающий дробление, обжиг в потоке газового теплоносителя, изотермическую выдержку и последую„„Я1.1„„ 1 234383 А1 щее охлаждение, о т л и ч а ю щ и йс я . тем, что, с целью снижения объемной массы и увеличения прочности, после обжига поверхность нагретых гранул опудривают катализатором кристаллизации, изотермическую выдержку проводят при температуре 8501000 С в течение 3-6 ч, а охлаждение осуществляют в две стадии — до температуры 500-550 С со скоростью

15-20 С/мин, затем до температуры

20-50 С со скоростью 50-60 С/мин.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что в качестве катализатора кристаллизации используют, по крайней мере, один компо- 3 нент иэ группы. кремнегель, оксид хрома, оксид титана, оксид марганца нлн оксид фосфора.

1234383

Изобретение относится к изготовлению легких заполнителей иэ вулканических водосодержащих пород и может быть использовано в промьппленности строительных материалов для производ- 5 ства заполнителей бетона и теплоизоляционных материалов, Известен способ получения заполнителя путем обжига дробленного обсидиана на агломерационной решет- 10 ке (1 .

Недостатки способа — высокая обьемная масса и низкая прочность получаемого заполнителя.

Наиболее близким к предлагаемому 15 по технической сущности и достигаемому результату является способ получения легкого заполнителя иэ вулканических водородсодержащих пород, преимущественно обсидиана, включаю- 20 щий дробление, обжиг в потоке газового теплоносителя, изотермическую выдержку и последующее охлаждение(2l.

Однако при обжиге обсидиана в потоке газового теплоносителя с температурой 900-1200 С указанный способ не обеспечивает получение заполнителя наиболее легких марок 100150 кг/мз и повышение прочности, что обусловлено влиянием термических 30 усадочных явлений вспученной пиропластичной массы из обсидиановых стекол.

Цель изобретения — снижение объемной массы и увеличение прочности заполнителя

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения легкого заполнителя из вулканических водосодержащих пород, преимуществен- 40 но обсидиана, включающему дробление, обжиг в потоке газового теплоносителя, изотермическую выдержку и последующее охлаждение, после обжига поверхность нагретых гранул опудривают 45 катализатором кристаллизации, изотермическую выдержку проводят при температуре 850-1000 С в течение

3-6 ч, а охлаждение осуществляют в две стадии — до температуры 500- 50

550 C со скоростью 15-20 С/мии, за. тем до температуры 20-50 С со скоростью 50-60"С/мин.

В качестве катализатора кристалли- 55 эации используют кремнегель, оксид хрома, оксид титана, оксид марганца или оксид фосфора.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходное сырье (обсидиан) дробят до фракции 2,5-10 мм и подают во вращающуюся печь, где при повышенной температуре обжига 1200-1250 С производят глубокое вспенивание гранул. Затем на выходящие из вращающейся печи вспененные гранулы напыляют катализатор кристаллизации в потоке отходящих горячих газов, имеющих температуру 900-950 С, и направляют их в термоизолированный бункер, в котором поддерживают температуру иэотермической выдержки 850-900 С.

При этой температуре гранулы выдерживают в течение 3-6 ч. В результате вэаимоэамещения катионов кристаллизатора кристаллизации катионами аморфного кремнезема обсидиана на поверхности гранул происходит образование центров кристаллизации, а затем рост самих кристаллов, что приводит к упрочнению структуры вспененной массы с исключением термической усадки.

Далее производят охлаждение гранул со скоростью 15-20 С/мин до температуры 500 С, а затем до 20-50 С со скоростью 50-60 С/мин. Использование указанных скоростей охлаждения обусловлено тем, что для гранулированного пеностекла с кристаллической поверхностью необходимо постепенное снятие внутренних усадочных напряжений, возникающих в стекле и кристаллах наружной поверхности при термообработке.

Пример 1. Исходное сырье— обсидиан Кечалдагского месторождения следующего химического состава, 7.:

SiО 76,75; А1 Оэ 13,06; Ре Оэ 1,18;

Са0 0,84; Na О 4,40; К, 0 4,50, дробили до фракции 2,5-10 мм.. Затем этот материал подавали во вращающуюся печь длиной 5,5 и, внутренним диаметром 1,2 м, в которой осущест вляли вспенивание гранул при 1250 С в течение 10 мин.

Выходящие из печи гранулы имели температуру 850 С. На гранулы, имеющие эту температуру, потоком горячих газов с температурой 900 С напыляли катализатор кристаллиэации— кремнегель, следующего химического состава, 7: Si О 80, 03; А! 0 6,99;

Ге О, 0,05; Ti 0 0,03; СаО О, ) 7;

MgO 008; Na О 013; К 0 006. Проl 234383

Водопоглощенпе, 7 !6,2

Коэффициент теплопроводности, ккал/ (м. ч . С ) О,!9

Пример 3. Отличие от примера 1 состояло в том, что температуру выдержки в бункере поддерживали равы ной 1000 С.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:

Объемная масса, С кг/мПрочность на сжатие, МПа 0,7

Водопоглощение, 7 7

Коэффициент тепJIOIlPOBOPHOCTH ккал/(м.ч. С) 0,03

Бетонные кубики имели следующие

Физико механические cBoHcTBB:

Объемная масса, кг/м 588

Прочность на сжаМэ тие, MIIa 11,2

Водопоглощение, 7 18

Коэффициенты теплопроводности, ккал/(м.ч. С) 0,23

Пример 4. Отличие от примера l состояло в том, что температу30 ру в бункере поддерживали 900 С, а время выдержки 4,? ч.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:

Объемная масса, кг/м" 115

Прочность на сжатие, ИПа

Водопоглощение, 7

Коэффициент теп40 лопроводности ккал/(м.ч. С) 0,025

Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства:

Объемная масса, / Ъ 600

Прочность на сжатие, МПа

Водопоглощение, Ж

Коэффициент теплопроводности, ккал/(M.÷. С) 109

0 5

10,0

18,1

0,9

12,0

0,18

3 цесс напыпения проводили в течение !

О с с расстояния 50 см (анализ сре зов гранул показал, что толщина на.ныленного слоя составила 0,55 мкм).

Зятем гранулы пеностекла с напыленным катализатором помещали в термоизолированный бункер, в котором под держивали температуру 850 С. Гранул выдерживали в бункере 3 ч. После этого гранулированное пеностекло охлаждали со скоростью 16 С/мин до температуры 500 С, а затем — до 30 со скоростью 50"С/мин.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:

Объемная масса, кг/м 103

Прочность на сжатие, МПа

Водопоглощение, 7

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м.ч. С) 0,05

Бетон в кубах размером !Ох10х10с приготовленный на этом заполнителе при соотношениях цемент: заполнитель 1:3 и В/Ц = 0,40 (в последующих примерах при изготовлении бетонных кубиков использовались эти же соотношения), имел следующие физико-механические свойства:

Объемная масса, кг/м 575

Прочность на сжатие, МПа

Водопоглощение, 7

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м.ч. С) 0,25

Пример, 2. Отличие от примера 1 состоит в том, что в термоизолированном бункере поддерживали температуру выдержки, равную 900 С.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:

Объемная масса, кг/м 107

Прочность на сжатие, ИПа 0,6

Водопоглощение, 7 7

Коэффициент теппопроводности, ккал/(м.ч. С) 0,03

Бетонные кубикИ имели следующие физико- механические свойства:

Объемная масса, кг/м 536

Прочность на сжатие, MIIa 11,0

П р и и е р 5. Отличие от примера 1 состояло в том, что в бункере

S5 поддерживали температуру 900 С, а время выдержки составило 6 ч. .Полученное гранулированное пено,стекло имело следующие свойства:

1234383

1l 5

16,9

Объемная масса, кг/и l1O

Прочность на сжатие, ИПа 0,85

Водо по глощение, 3 6

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м.ч. С) 0,29

Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства:

Объемная масса, кг/м 598

Прочность на сжатие, ИПа

Водопоглощение, Ж

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м.ч. С) 0,2

Пример 6, Отличие от примера 1 состояло в том, что температуру в бункере поддерживали 1000 С, а время выдержки 4,5 ч.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:

Объемная масса, кг/м 107

Прочность на сжатие, МПа 0,85

Водопоглощение, Ж 6

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м.ч. С) 0,03

Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства:

Объемная масса, г/м 3 586

Прочность иа сжатие, KIa 11,0

Водопоглощение, Х 17,5

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м.ч."С) 0,2

П р.и м е р 7. Отличие от примера 1 состояло в том, что температуру выдержки в бункере поддерживали

l000 C а время выдержки 6 ч.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:

Объемная масса, з

108

Прочность на сжатие, МПа 0,8

Водопоглощение, Х 7

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м.ч. С) 0,04

Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства:

11,3

0,7

589

40

0,65

7,2

580

Объемная масса, кг/м 588

Прочность на сжатие, MIa

Водопоглощение, 7

Коэффициент теплопроводности, ккал/(и- ч С) 0,21

Пример 8. Отличие от примера состояло в том, что в бункере выдержку гранул пеностекла осуществляли в течение 4,5 ч. Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:

Объемная масса, кг/м 109

Прочность на сжатие, МПа

Коэффициент теп-. лопроводности, ккал/(м ч С) 0,04

ВодопогЛощение, % 7

Бетонные кубики имели следующне физико-механические свойства:

Объемная масса, з

Прочность на сжатие, МПа 11,5

Коэффициент теплапроводности, ккал/(м.ч С) 0i2

Водопоглощение, 7 18

Пример 9, Отличие от приме35 ра 1 состояло в том, что время выдержки в бункере поддерживали в течение 6 ч.

Полученное .гранулированное пеностекло имело следующие свойства:

Объемная масса, кг/м 105

Прочность на сжатие, МПа

Водопоглощение, 7

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м ч С) 0,04

Бетонные кубики имели следукнцие физико-механические свойства:

Объемная масса, кг/м

Прочность на сжатие, МПа 11,2

Водопоглощение, Ж 18,2

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м ч С) 0,2

Л р и м е р 10. Отличие от при.мера 1 состояло в том, что в качест1234383 ве катализатора кристаллизации использовали оксид хрома, который вводили в виде мартеновского шлака, получаемого от плавки высокохромистой стали. Химический состав шлака,%:

Cr2 О 25,08; 810 33,61; . Tio О, 28;

AI 0, 14,62; Fe О 1,44; МпО 0,49;

МрО 19,16; СаО 1,2.

Температуру выдержки в бункере . поддерживали равной 920 С, время !О вьдержки 5 ч.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:

Объемная масса, кг/м 110 I5

Прочность на сжатие, ИПа

Водопоглощение, %

Коэффициент теплопроводности, 20 ккал/(м ч ° С) 0,03

Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства:

Объемная масса, кг/м 585

Прочность на сжатие, МПа 14,6

Водопоглощение, % 12

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м ч .С) 0,15

Пример 11. Отличие от при— мера I состояло в том, что в качестве катализатора кристаллизации использовали оксид титана, который вводили в виде мартеновского шлака, получаемого от плавки титаномагнетовых руд. Химический состав шлака,%:

Т10 20,29; 810 28,78; А! 0> 15,87;

Сг Од 0 12; FeO !,23; МпО 1 58;

М1,0 7,28; СаО 30,82; Na О 2,20;

К О 0,8.

Температуру вьдержки в бункере поддерживали равной 910 С, время выдержки 5 ч.

15,0 !

l,1

14,0

1,25

1,2

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие физико-механические свойства:

Объемная масса, кг/м з

1!5 Прочность на сжатие, ИПа

Водопоглощение, %

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м ч С) 0,027

Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства:

Объемная масса, кг/м 600

Прочность на сжатие, МПа Водопоглощение, %

Коэффициент теплопроводности, ккал/ (м. ч С ) 0,2

Пример 12. Отличие от примера 1 состояло в том, что в качестве катализатора кристаллизации испольэовали оксид марганца, который вводили в виде мартеновского шлака кислой стали. Химический состав шлака, %: MnO 35,0; Si С 42,10; Al О

1,02; FeO 10;08; Мр;О 0,52; СаО 10,5.

Температуру выдержки поддержива ли равной 900 С, время выдержки

4,5 ч.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие физико-механические свойства:

Объемная масса, „г/мЗ 105

Прочность на сжатие, МПа 1,0

Водопоглощение, % 5

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м.ч С) 0,020

Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства:

Объемная масса, „,./м ь 580

Прочность на сжатие, ИПа

Водопоглощение, %

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м ч С) 0,10 Пример 13. Отличие от при- . мера 1 состояло в том, что в качестве катализатора использовали оксид фосфора, который вводили в виде то45 масовского шлака. Химический состав

° У шлака, %: P О.g 20,2; SiO 4,85; .

Т С 0,02; Al, О 0,84; Fe О 24,9;

МпО 5,86; IlgO 2,95; СаО 32,35;

Ба О 1,2; К О 1,5.

Температуру в бункере поддержива-. о ли равной 930 С, время вьдержки5,5 ч.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие физико-меха.нические свойства:

55 Объемная масса, кг/м 109

Прочность на сжатие, NIIa! 234383

Водопоглощение, Ж

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м ч C) 0,025

0,18

Составитель В Образцов

Редактор Н. Кищтулинец Техред Л.Сердюкова Корректор М. немчик

Заказ 2950/29 Тираж 640 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производс гвенно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул.Проектная, 4„

Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства:

Объемная масса, з

Прочность на сжатие, ИПа 14,9

Водопоглощение, Ж )6

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м-ч С) Гранулы пеностекла, полученные по предлагаемому способу, имели крупнопористую структуру с закристалли- 20 эованной поверхностью, Размер гранул 15-25 мм.

При исключении катализатора кристаллизации прочность получаемых гранул из обсидиана резко падает, достигая значений до 0,1 МПа при объемной массе заполнителя 100 кгрм

По сравнению с прототипом пред" лагаемый. способ обеспечивает снижение объемной массы в 1,5-2 раза и повьппение прочности заполнителя до

1 ИПа при выпуске наиболее легких фракций марок 100-150 кг/мз в процессе переработки обсидиановых стекол.

Способ может найти применение при изготовлении легких заполнителей из вулканических водосодержащих пород типа обсидиана.