Сырьевая смесь для изготовления строительных изделий

 

Изобретение относится к получению строительных изделий и может быть использовано для утилизации крупнотоннажных отходов производства лесной, химической и/или металлургической промышленности с получением композиционных смесей, приготавливаемых из древесных отходов, минеральных магнийсодержащих вяжущих с последующим изготовлением композиционных строительных материалов. Технический результат - улучшение экологической ситуации за счет использования техногенных отходов производства, улучшение физико-механических свойств готовых изделий и сокращение энергозатрат на их производство. Сырьевая смесь включает измельченные древесные отходы, воду, магнезиальное вяжущее на основе магнийсодержащих неорганических минеральных веществ и шламов карналлитовых хлораторов, при этом в качестве магнийсодержащих неорганических минеральных веществ используют отходы асбестового производства в виде обожженного при 500-900^oС серпентинита состава, мас.%: MgO - 30-45; SiO₂ - 35-40; CaO - 3-7; Fe₂O₃ - 6-9; Аl₂О₃ - 1-2; оксиды других металлов - до 2%; потери при прокаливании - 10-15%, при следующем соотношении компонентов, мас. %: измельченные древесные отходы - 35-45; шлам карналлитовых хлораторов - 35-40; указанный обожженный серпентинит - 15-20; вода - остальное. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к получению строительных изделий и может быть использовано для утилизации крупнотоннажных отходов производства лесной, химической и/или металлургической промышленности с получением композиционных смесей, приготавливаемых из древесных отходов, минеральных магнийсодержащих вяжущих с последующим изготовлением композиционных строительных материалов.

Известна сырьевая смесь для изготовления строительных изделий. Сырьевая смесь включает, мас. ч. : каустический магнезит - 1,0-1,5; хлормагниевый рассол - 1,4-1,9; заполнитель, в качестве которого используют древесный опил - 2,8-3,2; полиорганосилоксан - 0,01-0,03; каолин - 0,04-0,08 и ультрамарин - 0,03-0,07. (Патент RU 2062763, С 04 В 28/30, 1996 г.).

Получаемые изделия характеризуются высокой пористостью при высокой удельной плотности, высокими показателями влагопоглощения, высокой теплопроводностью. Многокомпонентный состав известной композиции осложняет технологию ее приготовления, неудовлетворительные показатели получаемых изделий в большей частью связаны с повышенной склонностью к "вымыванию" из изделия водорастворимых компонентов под воздействием атмосферных осадков, в частности хлорида калия, как составной части рассолов карналлитового производства.

Известен также состав сырьевой смеси, используемый в способе изготовления комплектов строительных деталей, содержащий измельченный наполнитель растительного происхождения - калиброванную щепу, древесный опил, однолетние растения, отжимки от дубильных экстрактов, минеральное вяжущее - магнезитовый каустический порошок, обожженные магниевые руды, смесь магний- и кальцийсодержащих руд, затворитель - рассол хлористого магния.

Известный состав не обеспечивает равномерной пропитки измельченного древесного сырья минерализатором. При изменении состава композиции известный способ имеет ограниченные технологические возможности, связанные с необходимостью поддержания определенного количеств соотношения водной фазы и минерального вяжущего. Получаемые изделия - строительные детали - обладают довольно высокой теплопроводностью, что при жестких требованиях энергосбережения ограничивает области применения или требуют дополнительных приемов улучшения показателей теплопроводности.

Наиболее близким к предлагаемому является композиционный состав для производства конструкционного прессованного бруса, содержащий, мас.%: древесные отходы - 40-50; шлам карналлитовых хлораторов - 40-50; магнезит каустический - не более 10, вода - остальное. (Патент РФ 2151156, C 08 L 97/02, 2000 г.).

К недостаткам известного состава следует отнести то, что известная смесь не обеспечивает получение прессованных деталей удовлетворительного качества, что обусловлено относительно высокими параметрами водопоглощения (до 14%), набухаемости (до 1,0%) и относительно низким коэффициентом теплопроводности (до 0,32 Вт/(м•к). Кроме того, использование в составе смеси в качестве связующего каустического магнезита предполагает организацию специального промышленного участка по переработке исходного магнезита - природного минерала - для его измельчения и прокалки с получением каустического магнезита. В конечном итоге, это существенно удорожает себестоимость сырьевой смеси в целом и в значительной степени сдерживает реализацию крупномасштабного производства строительных изделий.

Задача изобретения - повышение качества готовых строительных деталей за счет снижения водопоглощения, уменьшения набухаемости и повышении морозоустойчивости при одновременном расширении сырьевой базы и снижении затрат на приготовление смеси.

Поставленная задача решается тем, что композиционный состав для производства строительных материалов включает измельченные древесные отходы, воду, магнезиальное вяжущее на основе магнийсодержащих неорганических минеральных веществ и шламов карналлитовых хлораторов, в качестве магнийсодержащих неорганических минеральных веществ используют отходы асбестового производства в виде обожженного серпентинита, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Измельченные древесные отходы - 35 - 45 Шлам карналлитовых хлораторов - 35 - 40 Обожженный серпентинит - 15 - 20 Вода - Остальное при этом обожженный серпентинит имеет состав, мас.%: MgO - 30 - 45; SiO₂ - 35 - 40; CaO - 3 - 7; Fe₂O₃ - 6 - 9; Аl₂О₃ - 1 - 2; оксиды других металлов - до 2%; потери при прокаливании - 10-15%.

Серпентинит обжигают при 500-900^oС и измельчают до размера частиц не более 200 мкм.

В качестве древесных отходов используют древесные опилки, и/или измельченную стружку, и/или калиброванную щепу, и/или кору, и/или гидролизный лигнин.

В качестве шлама карналлитовых хлораторов используют предварительно дробленый и измельченный шлам с размером частиц, преимущественно менее 200 мкм, следующего состава, мас. %: MgCl₂ - 20 - 40; MgO - 30 - 65; KCl - 20 - 30; хлориды и оксиды других металлов - остальное. Шлам магниевого производства перед введением в композицию сырьевой смеси измельчают известными способами до дисперсности менее 200 мкм, преимущественно 50-150 мкм. После помола шлам становится пригодным для использования в качестве вяжущего без дополнительной подготовки. Практическое отсутствие воды в шламе позволяет регулировать его вяжущие свойства путем определенного дозирования воды в процессе приготовления пресс-массы и получать тем самым конечный материал с заранее заданными свойствами. Как показали наши исследования, в шламе магниевого производства оксид и хлорид магния обладают высокой степенью активности, что обеспечивает его высокие вяжущие свойства, которые не теряются после помола.

Использование предлагаемого состава позволяет улучшить теплопроводность, показатели водопоглощения, набухаемости и морозостойкости при сохранении и даже увеличении прочности.

Предлагаемый состав используют следующим образом.

Компоненты смеси пресс-массы готовят следующим образом. Измельченный наполнитель растительного происхождения подсушивают в комбинированной сушилке для стабилизации (усреднения) содержания водной фазы до заданной влажности и подают в реактор-смеситель для получения пресс-массы. Шлам производства металлического магния в виде глыбы измельчают известными способами, например дроблением с последующим помолом до достижения дисперсности 50-150 мкм. Измельченный шлам исследуют на содержание активных компонентов - MgCl₂ и MgO - и используют в качестве магнийсодержащего вяжущего. Отходы асбестового производства в виде предварительно обожженного при 500-900^oС серпентинита состава, мас. %: MgO - 30 - 45; SiO₂ - 35 - 40; CaO - 3 - 7; Fe₂O₃ - 6 - 9; Al₂O₃ - 1 - 2; оксиды других металлов - до 2%; потери при прокаливании - 10-15%, измельчают до размера частиц не более 200 мкм. В реакторе-смесителе наполнитель растительного происхождения смешивают сначала с расчетным количеством воды в течение 1-2 мин, а затем вводят заявляемое количество магнезиального вяжущего, смешивают полученную пресс-массу в течение 1-2 мин. Ингредиенты пресс-массы используют в композиции при следующем соотношении компонентов (в пересчете на абсолютно сухой наполнитель), мас.%: Измельченные древесные отходы - 35 - 45 Шлам карналлитовых хлораторов - 35 - 40 Указанный обожженный серпентинит - 15 - 20 Вода - Остальное
Строительную деталь изготавливают из расчетной дозы пресс-массы путем прессования в экструзионном прессе. Процесс формования готовых изделий можно условно разделить на следующие стадии: начало прогрева, при котором процесс идет с интенсивным парообразованием и быстрым распространением тепла внутрь по сечению заготовки, начинается процесс образования магнезиальных цементов; стабилизация прогрева, при котором интенсивность проникновения тепла внутрь изделия резко снижается, идет перекристаллизация минерального вяжущего в зависимости от содержания влаги и температуры в каждой точке процесса образования цементного камня; завершение процесса формирования изделия, при котором заканчиваются процессы перекристаллизации. Заготовка из камеры формирования экструзионного пресса поступает в камеру стабилизации, в которой происходит стабилизация геометрических и прочностных параметров готового изделия. Незначительный избыток влаги 10-12% постепенно испаряется через оставшиеся поры до влажности 6-8%, отпускаются внутренние напряжения, заготовка набирает прочностные характеристики до заданных параметров.

Примеры конкретного выполнения.

Измельченные древесные отходы (древесные опилки, или калиброванную щепу, или гидролизный лигнин, или другой известный материал) подают в комбинированную сушилку, подсушивание материала ведут до заданной влажности, определяют относительную влажность и через разгрузочное устройство подают в бункер-дозатор наполнителя. При достижении заданной массы высушенного материала в бункер-дозатор наполнителя через блок АСУ поступает команда на отключение комбинированной сушилки, на опорожнение бункера-дозатора наполнителя в загрузочный люк реактора-смесителя. В реактор-смеситель подают 35, 40, 45 мас.% наполнителя в пересчете на абсолютно сухой материал (примеры 1-3 таблицы соответственно), включают приводы вращения лопастных валов и разгрузочно-смесовые шнеки реактора-смесителя. В реактор-смеситель подают расчетное количество воды - до достижения содержания воды 5 мас.% (примеры 1-3 таблицы соответственно) и включают привод перемешивающего механизма, после чего из бункера-дозатора измельченного шлама карналлитовых хлораторов и бункера-дозатора обожженного серпентинита по команде блока АСУ шнековым питателем подают минеральное вяжущее в количестве 35, 37, 40 мас.% шлама и 15, 18, 20 мас. % (примеры 1-3 таблицы соответственно). Для проведения испытаний был взят предварительно дробленый и измельченный (до ≤200 мкм) шлам карналлитовых хлораторов следующего состава (по основным компонентам), мас.%: MgCl₂ - 26; MgO - 31; KCl - 24; NaCl; CaCl₂; хлориды и оксиды - остальное. Отходы асбестового производства в виде обожженного серпентинита были взяты с размером частиц 100 мкм следующего состава, мас.%: MgO - 42; SiO₂ - 40; CaO - 5; Fe₂O₃ - 8; оксиды других металлов - остальное. В реакторе-смесителе компоненты пресс-массы перемешиваются двумя лопастными мешалками и двумя разгрузочно-смесовыми шнеками. По завершении процесса перемешивания разгрузочно-смесовые шнеки реверсивно переключаются на разгрузочный ход, выгружают готовую пресс-массу на транспортер и подают на узел раздачи, где пресс-массу распределяют на объемные дозы и подают в камеры формирования экструзионных прессов. Готовые строительные элементы, например строительные древесно-композиционные материалы, раскраивают делительной пилой на типы - размеры, охлаждают в естественных условиях и складируют.

Для проведения сравнительного анализа были изготовлены составы по прототипу, содержащие, мас.%: древесные отходы - 45, шлам карналлитовых хлораторов - 45, магнезит каустический - 5; вода - 5.

Полученные образцы композиционных составов для производства строительных материалов были испытаны, в соответствии с требованиями технических условий (ТУ), на все нормируемые показатели: плотность, водопоглощение, набухание, пределы прочности на сжатие и изгиб, морозостойкость, огнестойкость, токсичность. В результате сравнительных испытаний с изделием, выполненным по прототипу в строго идентичных условиях, установлено, что все образцы строительных материалов, полученных как на основе известного (прототип), так и на основе предлагаемого композиционного состава, соответствуют нормированным показателям.

Кроме того, установлено, что образцы строительных материалов, полученных на основе предлагаемого композиционного состава, по ряду важных технологических свойств обладают более высокими потребительскими показателями (таблица).

Для выявления оптимального состава и влияния состава композиции на технологические показатели и качество получаемых строительных материалов проведены сопоставительные испытания образцов строительных материалов, полученных из композиционных составов, содержащих различные количества и соотношения компонентов. При проведении опытов содержание компонентов в испытуемых смесях варьировали в следующих пределах, мас.%:
Древесные отходы - 20 - 80
Шлам карналлитовых хлораторов - 20 - 80
Обожженный серпентинит - 5 - 50
Вода - Остальное
Испытания образцов композиций проводились в строго сопоставимых условиях в соответствии с нормированными требованиями по всем нормируемым показателям. В результате проведения этих опытов установлено следующее:
- изменение количества древесных отходов, взятых для приготовления композиционного состава (например, с 35-45% до 70-80%), приводит к резкому снижению прочности получаемых строительных материалов (как на сжатие, так и на изгиб);
- при постоянном количестве древесных отходов и изменении соотношения между количеством шлама карналлитовых хлораторов и количеством обожженного серпентинита за заявляемые значения (35-40% и 15-20% соответственно) приводит к ухудшению качества получаемых строительных материалов: в этом случае практически все технологические показатели выходят за нормируемые техническими условиями величины. В частности, при относительном увеличении содержания обожженного серпентинита с 15-20% до 30-60% резко падает прочность строительных материалов с 20-25 до 6-14 МПа. То же самое наблюдается при увеличении относительного содержания в смеси шламов карналлитовых хлораторов с 35-40% до 50-80%, и соответственно при уменьшении относительного содержания в смеси отходов асбестового производства с 15-20% до 5-10% прочность на сжатие снижается в 2 раза, при этом также ухудшаются другие показатели: увеличивается водопоглощение, набухаемость и уменьшается морозостойкость.

При реализации разработанного технического решения в заявляемом соотношении компонентов обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении качества за счет улучшения технологических показателей строительных материалов. Соотношение активных компонентов смеси влияет на процесс образования необходимой структуры и, как следствие, на основные характеристики готового изделия. Отсутствие воды в измельченном шламе магниевого производства позволяет в широких пределах регулировать вяжущие свойства путем определенного дозирования воды на определенной стадии смешения компонентов.

Заявляемый состав позволит реализовать легко автоматизируемое непрерывное управляемое производство строительных деталей, например, для малоэтажного домостроения, стабильных по физико-механическим свойствам и геометрическим размерам. Кроме того, необходимо отметить следующее. Использование в качестве одного из компонентов композиционной смеси отходов асбестового производства позволяет
- расширить сырьевую базу для получения высококачественных строительных материалов;
- решить проблему утилизации отходов производства;
- снизить (на 10-15%) энергетические, материальные и трудовые затраты на дробление, измельчение и диспергирование шламов карналлитовых хлораторов в связи с относительным уменьшением их содержания в предлагаемом композиционном составе.

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для изготовления строительных изделий, включающая измельченные древесные отходы, магнезиальное вяжущее на основе магнийсодержащих неорганических минеральных веществ и шламов карналлитовых хлораторов и воду, отличающаяся тем, что в качестве магнийсодержащих неорганических минеральных веществ она содержит отходы асбестового производства в виде обожженного серпентинита состава, мас. %: MgO - 30-45; SiO₂ - 35-40; CaO - 3-7; Fe₂O₃ - 6-9; Аl₂О₃ - 1-2; оксиды других металлов - до 2%; потери при прокаливании - 10-15%, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Измельченные древесные отходы - 35-45
Шлам карналлитовых хлораторов - 35-40
Указанный обожженный серпентинит - 15-20
Вода - Остальное
2. Сырьевая смесь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве измельченных древесных отходов используют древесные опилки, и/или измельченную стружку, и/или калиброванную щепу, и/или измельченную древесную кору, и/или гидролизный лигнин.

3. Сырьевая смесь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве шламов карналлитовых хлораторов используют предварительно дробленый и измельченный шлам с размером частиц менее 200 мкм.

4. Сырьевая смесь по п. 3, отличающаяся тем, что в качестве шлама карналлитовых хлораторов используют шламы, содержащие, мас. %: MgCl₂ - 20-40; MgO - 30-65; KCl - 20-30; хлориды и оксиды других металлов - остальное.

5. Сырьевая смесь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве отходов асбестового производства используют обожженный при 500-900^oС серпентинит с размером частиц менее 200 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1