Сырьевая смесь для получения керамзита

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к использованию осадка, полученного при фильтрации промывных сточных вод, содержащих соли фенилфосфорной кислоты и карбонат натрия, для получения строительного гравия. Технический результат: получение керамзита с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Сырьевая смесь для получения керамзита включает глину и органическую добавку - осадок, полученный при фильтрации промывных сточных вод производства пластификаторов - триарилфосфатов, содержащий 70% солей фенилфосфоновой кислоты и 30% карбоната натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанная органическая добавка 1,10-1,82, глина 98,18-98,90. 2 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности утилизации осадков фильтрации сточных вод производства пластификаторов, для получения строительного гравия.

Известна сырьевая смесь для изготовления керамзита, включающая глинистое сырье и органическую добавку (осадок после биологической очистки бытовых сточных вод, содержащий окислы железа и углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Глинистое сырье - 94-95 Осадок после биологической очистки бытовых сточных вод, содержащий окислы железа и углерод - 5-6 (Патент РФ N 2059582, C 04 В 14/12, 1996).

К причинам, препятствующим достижению технического результата относятся: высокая температура обжига сырьевой массы, высокое значение насыпной плотности керамзита, присутствие в осадке завышенного содержания токсичных компонентов, таких как кадмий 0,05 (ПДК 0,001 мг/л), свинец 1,00 (ПДК 0,1 мг/л), большой расход электроэнергии.

В качестве вспучивающей добавки на производстве используют мазут, соляровое масло, древесные опилки, шламы промышленных и бытовых сточных вод и другие.

Наиболее близкой к предлагаемой является сырьевая смесь, полученная по способу приготовления керамзита путем смешения глины, воды и органической добавки, которую вводят в виде предварительно сгущенного осадка промывных вод фильтровальных сооружений станции очистки поверхностных вод. Очищенный осадок промывных вод обезвоживают до содержания в нем органических веществ в количестве 0,9-4,0 мас.% (Патент СССР N 1165660 A, C 04 В 20/02,1985).

К причинам, препятствующим достижению технического результата, относятся высокая температура обжига гранул (1200^oC), более низкое значение коэффициента вспучивания керамзитового материала по сравнению с предлагаемым, трудоемкость получения обезвоженного органического осадка, большая энергоемкость процесса.

Задача: утилизация осадка, полученного при фильтровании промывных сточных вод производства пластификаторов, являющегося органической добавкой к глинистому сырью при производстве керамзитового гравия, улучшение экологии окружающей среды.

При осуществлении предлагаемого изобретения может быть получен следующий технический результат: уменьшение значений насыпной плотности за счет введения в сырьевую смесь органической добавки осадка, полученного при фильтрации промышленных сточных вод производства пластификаторов, увеличение значений коэффициента вспучивания, невысокие температуры обжига; процесс получения керамзита не требует значительных энергетических затрат.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предлагаемая сырьевая смесь содержит глину и органическую добавку, а в качестве органической добавки она содержит осадок, полученный при фильтрации промышленных сточных вод производства пластификаторов-триарилфосфатов, содержащий 70% солей фенилфосфорной кислоты и 30% карбоната натрия, при следующем соотношении компонентов, мас,% : Органическая добавка - осадок, полученный при фильтрации промывных сточных вод производства пластификаторов - 1,10-1,82 Глина - 98,18-98,90 В предлагаемом изобретении применяют в качестве органической добавки осадок, образующийся при фильтрации отработанных промывных сточных вод производства пластификаторов-триарилфосфатов.

Органическая добавка обеспечивает вспучивание глинистого сырья при нагревании, что позволяет совместить во времени пиропластическое состояние глины с интенсивным газовыделением внутри обжигаемого материала и получить керамзитовый гравий высокой насыпной плотности.

Наиболее распространенными фосфорсодержащими пластификаторами являются триарилфосфаты, получаемые взаимодействием фосфорилхлорида с соответствующими фенолами или крезолами.

В промышленности реализованы непрерывные, периодические и полупериодические процессы получения триарилфосфатов. Последовательность операций во всех случаях одинакова. В качестве катализаторов, как правило, применяют хлорид магния (MgCl₂) или хлорид алюминия (AlCl₃). В зависимости от природы используемого катализатора температура синтеза колеблется от 150 до 200^oC.

При получении триарилфосфатов из смеси фенолов в оборотных фенолах накапливается менее реакционноспособные компоненты.

Химизм процесса можно представить следующим образом: 1) фосфорилхлорид взаимодействует с фенолом с образованием финилхлорфосфатов; 2) фенилхлорфосфат взаимодействует со спиртом с образованием HCl и трифенилфосфата.

Для нейтрализации примесей, содержащихся в эфире (кислые соли, монофенилфосфат и т.д.) обрабытывают его щелочью или содой, а также промывают водой для удаления солей и остатков нейтрализующего реагента. Присутствие соды не только оказывает нейтрализующее действие, но и улучшает фильтруемость эфира.

При промывке пластификаторов могут образовываться в сточных водах кислые соли моноарилфосфаты и диарилфосфаты, присутствие которых нежелательно. После обработки промышленных сточных вод содой (карбонатом натрия) Na₂CO₃ моно- и диарилфосфаты образуют соли фенилфосфорной кислоты, выпадающие в осадок, который отделяется при фильтрации. В составе осадка 70% солей фенилфосфорной кислоты и 30% карбоната натрия.

Таким образом, утилизируются вещества, которые вывозятся на свалку, загрязняя земельные участки, а также подземные воды. Кроме того, осадок содержит 30% соды, что благоприятствует созданию пиропластичного состояния глины. При термической обработке сырьевой смеси и обжиге ее образуется газовая смесь, обеспечивающая эффект вспучивания. Присутствие ионов натрия снижает температуру плавления шихты, обуславливает образование значительных количеств жидкой фазы, необходимой для придания системе оптимальной для вспучивания вязкости и в возможно более широком интервале температур, а также обеспечивает равномерное вспучивание, что влияет на физико-механические свойства керамзита.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам 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, изложенных 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 влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию изобретательский уровень по действующему законодательству.

Состав известной и предлагаемой сырьевой смеси для получения керамзитового гравия приведены в таблице 1.

Для получения керамзита используют глинистое сырье Чепурниковского месторождения. Глина представляет собой минеральное вещество с карбонатными включениями, высокопластичная, дисперсная. По огнеупорности она относится к легкоплавким глинам, спекается при низкой температуре и имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ 53,08; Al₂O₃ 17,25; Fe₂O₃ 7,58; FeO 1,04; 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 с размерами 1 мм. Просеянную глину смешивают с необходимым количеством органической добавки - осадка, полученного при фильтрации промывных сточных вод производства пластификаторов, смачивают водой и готовят глинистое тесто формовочной влажности. Приготовленному тесту дают возможность вылежаться в течение 2,0 - 2,5 часов, после чего формуют гранулы диаметром и высотой 15 мм. Далее гранулы сушат при температуре 110 -120^oC в течение 2 часов и проводят обжиг в муфельной печи при температуре 1080-1120^oC в течение 15 минут. Вспученные гранулы помещают в термошкаф на 20 минут при температуре 300^oC, а затем охлаждают при комнатной температуре. Полученный керамзитовый гравий имеет тонкую поверхностную корку коричневого цвета.

Масса из тонкодисперсного глинистого сырья характеризуется повышенной реакционной способностью при обжиге вследствие глубокого разрушения глинистого материала. Это приводит к более интенсивному переходу массы в пиропластичное состояние, в том числе и примесей кварца и т.п., значительному снижению количества "балластных частиц", более равномерному вспучиванию и последующим процессам минерало- и стеклообразования. Образующаяся стеклофаза отличается более однородной структурой, что влияет на физико-механические свойства керамзита. Физико-механические показатели керамзитового гравия приведены в таблице 2.

При увеличении содержания органической добавки в шихте более 1,82% керамзитовый материал становится крупнопористым, что ухудшает качество керамзита, а снижение температуры (< 1080^oC) понижает эффект вспучивания глинистого сырья.

При введении в шихту менее 1,10% органической добавки ослабевает эффект вспучивания глинистого сырья, что приводит к увеличению насыпной плотности, а повышение температуры (> 1120^oC) приводит к оплавлению гранул и тем самым снижается качество получаемого керамзитового материала.

Пример 1.

К смеси, состоящей из 20 г высушенной, просеянной глины и 0,37 г осадка, добавляют 16 мл воды, 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 110-120^oC в течение 2 часов и быстро переносят их в муфельную печь, где обжигают при температуре 1120^oC в течение 15 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 таблице 2.

Пример 2.

К смеси, содержащей 20 г высушенной, просеянной глины и 0,30 г осадка, добавляют 15 мл воды, 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 1100^oC. Охлаждение полученных гранул согласно примеру 1. Физико-механические показатели керамзитового гравия приведены в таблице 2.

Пример 3.

К смеси, содержащей 20 г высушенной, просеянной глины и 0,23 г осадка добавляют 14 мл воды, перемешивают. Далее обработку глинистого теста и приготовление гранул проводят согласно примеру 1. Обжиг осуществляют при температуре 1080^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 отходы, образующиеся при фильтрации промывных вод производства пластификаторов;
- снизить температуру обжига гранул;
- снизить энергетические затраты;
- 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 она содержит осадок, полученный при фильтрации промывных сточных вод производства пластификаторов - триарилфосфатов, содержащий 70% солей фенилфосфорной кислоты и 30% карбоната натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Органическая добавка - осадок, полученный при фильтрации промывных сточных вод производства пластификаторов - 1,10 - 1,82
Глина - 98,18 - 98,9а

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2