Сырьевая смесь для получения керамзита

 

Сырьевая смесь для получения керамзита относится к промышленности строительных материалов, в частности к использованию сточных вод, содержащих фенол, формальдегид и метанол, а также шлам очистки сточных вод для получения строительного гравия. Сырьевая смесь для получения керамзита включает глину и органическую добавку, причем в качестве органической добавки используют надсмольные воды производства фенолформальдегидных смол и дополнительно шлам очистки сточных вод травильного и гальванического производства на основе оксида железа при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина 96,08 - 95,26, указанная органическая добавка 1,08-0,94, шлам очистки сточных вод 2,84-3,80 (в расчете на сухое вещество). Технический результат: увеличение вспучивания, улучшение экологии среды. 2 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к использованию сточных вод при получении строительного гравия Известна сырьевая смесь для изготовления керамзита, включающая глину, кальцинированную соду, шламовые отходы и кислые гудроны при следующем соотношении компонентов, вес.%: Слабовспучивающее глинистое сырье - 97,0 - 98,0 Кальцинированная сода - 0,2 - 0,3 Нефтяной шлам - отходы первичной переработки - 1,875 - 2,850 Кислые гудроны - 0,123 - 0,165 (А.С. СССР N 874703 C 04 B 21/00, 1981).

К причинам, препятствующим достижению технического результата, относятся высокое значение насыпной плотности (850 - 900 кг/м³), многокомпонентный состав смеси, высокая температура обжига (1200 - 1250^oC), трудоемкость транспортировки вводимых в смесь компонентов, большая энергоемкость.

Наиболее близкой к предлагаемой является сырьевая смесь, полученная смешением глинистого сырья, воды и органожелезной суспензии - органодобавки при следующем соотношении компонентов, вес.%: Глина - 99,0 - 98,5 Органожелезистая суспензия - 1,0 - 1,5 (А.С. СССР N 218047 C 04 B 21/02, 1972).

К причинам, препятствующим достижению технического результата, относятся: высокая температура обжига гранул (1180^oC), более низкое значение коэффициента вспучивания по сравнению с предлагаемым, многокомпонентный состав смеси, трудоемкость транспортировки вводимых в смесь компонентов, которые в основном в твердом виде, большие энергозатраты.

Задача: утилизация надсмольных вод производства фенолформальдегидных смол, содержащих формальдегид, фенол, метанол, являющихся добавкой к глинистому сырью, а также шлама очистки сточных вод травильного и гальванического производств, улучшение экологии окружающей среды.

При осуществлении предлагаемого изобретения может быть получен следующий технический результат: увеличение значения коэффициента вспучивания за счет введения в сырьевую смесь органической добавки надсмольных вод производства фенолформальдегидных смол и шлама сточных вод травильного и гальванического производств, улучшение экологии среды, незначительные энергозатраты.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предлагаемая сырьевая смесь содержит глину и органическую добавку, в качестве которой используют надсмольные воды производства фенолформальдегидных смол, и дополнительно шлам очистки сточных вод травильного и гальванического производств в следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глина - 96,08 - 95,26
Указанная органическая добавка - 1,08 - 0,94
Шлам очистки сточных вод (в расчете на сухое вещество) - 2,84 - 3,80
В предлагаемом изобретении используют надсмольные воды производства фенолформальдегидных смол, содержащие 1,7% формальдегида, 0,6% фенола, 4% метанола, а также шлам сточных вод травильного и гальванического производств, имеющий следующий состав, мас. %: Fe₂O₃ 83,95 - 84,35; CuO 0,9 - 1,0; NiO 1,40 - 1,41; ZnO 1,55 - 1,60; CaO 4,8 - 6,2 и п.п. 5,89 - 7,55. Шлам состоит на 50% из твердых веществ и 50% воды.

Таким образом, утилизируются вещества, загрязняющие сточные воды, и от которых избавиться нелегко, так как требуется сложное оборудование, большой расход реагентов, значительное время и энергозатраты.

Кроме того, предприятия вывозят шлам в течение многих лет на свалку, что снижает плодородные качества почвы, вместе с дождевой водой просачивается в подземные воды, повышает жесткость воды.

При термической обработке сырьевой смеси и ее обжиге образуется газовая смесь, обеспечивающая эффект вспучивания. Шлам очистки сточных вод гальванического и травильного производств (pH 8-9) благоприятен для создания пиропластичного состояния глины.

Масса из тонкодисперсного глинистого сырья характеризуется повышенной реакционной способностью при обжиге вследствие глубокого разрушения глинистого материала, его активации и увеличения гомогенности. Это приводит к более интенсивному переходу массы в пиропластичное состояние, в том числе и примесей кварца, и значительному снижению количества "баластных" частиц, более равномерному вспучиванию и последующим процессам минерало- и стеклообразования, чему способствуют также присутствующие ионы Ca²⁺. Образующаяся стеклофаза отличается более однородной структурой, что влияет на физико-механические свойства керамзита.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научным источникам информации и выявлению источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существующим признакам заявленного изобретения, а определение из перечисленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналогов позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенном в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизны" по действующему законодательству. Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Составы известной и предлагаемой сырьевых смесей для получения керамзитового гравия приведены в табл. 1 в конце описания.

Для получения керамзита используют сырье Чепурниковского месторождения. Глина - минеральное вещество с карбонатными включениями, высокопластичная, дисперсная, шоколадного цвета. По огнеупорности она относится к легкоплавким глинам, спекается при низкой температуре и имеет следующий химический состав, мас. %: Fe₂O₃ 7,58; FeO 1,04; SiO₂; 53,08; Al₂O₃ 17,25; CaO 3,83; MgO 2,32; K₂O 2,90; SO₃ 1,31; п.п. 7,96.

Керамзит получают по следующей технологии. Глинистое сырье высушивают, дробят и просеивают через сито размерами 1 мм, просеянную глину смешивают с необходимым количеством шлама сточных вод гальванического и травильного производств с pH 8-9, добавляют надсмольной воды производства фенолформальдегидных смол. Далее готовят глинистое тесто формовочной влажности. Приготовленному тесту дают возможность вылежаться в течение двух часов, после чего формуют гранулы диаметром и высотой 15 мм. Гранулы сушат при температуре 100 - 105^oC в течение двух часов и проводят обжиг в муфельной печи при температуре 1080 - 1150^oC в течение 15 минут. Вспученные гранулы помещают в термошкаф на 20 минут при температуре 300^oC, а затем охлаждают при комнатной температуре. Физико-механические показатели керамзитового гравия определены по ГОСТ 9757-90 и представлены в табл. 2 в конце описания.

При увеличении содержания органической добавки более 1,08 мас.% керамзитовый материал приобретает ноздреватую структуру с образованием крупных пор и полостей, что снижает прочность керамзита. Снижение температуры (ниже 1080^oC) уменьшает эффект вспучивания.

При введении в шихту менее 0,94 мас.% органической добавки ослабевает эффект вспучивания глинистого сырья, что приводит к увеличению насыпной плотности, а повышение температуры (> 1100^oC) приводит к оплавлению гранул и тем самым снижается качество получаемого керамзитового материала.

Пример 1.

К смеси, состоящей из 19,40 г высушенной и просеянной глины и 0,60 г шлама, добавляют 16 мл сточных вод (1,08 г органической добавки), перемешивают. Приготовленное тесто помещают в эксикатор для вылеживания в течение 2,0-2,5 часов, затем формуют цилиндрики высотой и диаметром 15 мм, сушат гранулы в термошкафу при температуре 100-105^oC в течение 2 часов и быстро переносят их в муфельную печь, где обжигают при температуре 1100^oC в течение 10 минут. Полученные гранулы помещают в термошкаф при 300^oC на 20 минут, а затем охлаждают при комнатной температуре. Физико-механические показатели керамзитового гравия приведены в табл. 2.

Пример 2.

К смеси, содержащей 19,28 г высушенной и просеянной глины и 0,72 г шлама, добавляют 15 мл сточных вод (1,00 г органической добавки), перемешивают. Глинистое тесто помещают в эксикатор для вылеживания в течение 2,0-2,5 часов. Далее процесс приготовления гранул проводят согласно примеру 1. Обжиг в муфельной печи осуществляют при температуре 1090^oC. Охлаждение вспученных гранул согласно примеру 1. Физико-механические показатели керамзитового гравия приведены в таблице 2.

Пример 3.

К смеси, содержащей 19,16 г высушенной и просеянной глины и 0,84 г шлама, добавляют 14 мл сточных вод (0,94 г органической добавки) и готовят гранулы керамзитового гравия согласно примеру 1. Обжиг проводят при температуре 1070^oC. Охлаждение вспученных гранул согласно примеру 1. Физико-механические показатели керамзитового гравия приведены в таблице 2.

Предлагаемая сырьевая смесь для получения керамзитового гравия позволяет по сравнению с прототипом:
- утилизировать твердые отходы (шлам сточных вод гальванического и травильного производств);
- утилизировать сточные воды, содержащие фенол, формальдегид, метанол;
- использовать сточные воды, содержащие фенол, формальдегид, метанол и шлам гальванического и травильного производств для приготовления гранул керамзитового гравия, экономить дефицитную воду;
- получить строительный материал высокого качества и низкой стоимости;
- снизить энергозатраты;
- улучшить экологию окружающей среды.

Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его использовании в промышленности, а именно при воспроизводстве строительных материалов;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждая возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение или его осуществление, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Формула изобретения

Сырьевая смесь для получения керамзита, включающая глину и органическую добавку, отличающаяся тем, что в качестве органической добавки используют надсмольные воды производства фенолформальдегидных смол и дополнительно шлам очистки сточных вод травильного и гальванического производств на основе оксида железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глина - 96,08 - 95,26
Указанная органическая добавка - 1,08 - 0,94
Шлам очистки сточных вод (в расчете на сухое вещество) - 2,84 - 3,80

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2