Сырьевая смесь и способ получения гранулированного теплоизоляционного материала

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к получению пористых искусственных изделий, и может быть использовано при производстве гранулированных теплоизоляционных материалов, особо легкого заполнителя для бетонов промышленного и гражданского строительства. Технический результат: сокращение длительности термообработки сырцовых гранул и температуры гидротермальной обработки сырьевой смеси, уменьшение насыпной плотности и объемного водопоглощения, повышение пористости гранулированного теплоизоляционного материала. Сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала включает микрокремнезем, раствор гидроксида натрия и воду, причем она дополнительно содержит гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11Н – водный раствор метилсиликоната натрия с концентрацией 26,2%, при следующем соотношении компонентов, масс.%: микрокремнезем - 41,20, раствор гидроксида натрия с концентрацией 45,22%, в пересчете на Na₂O - 21,38, ГКЖ-11Н с концентрацией 26,2% - 0,21-0,62, вода - остальное. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к получению пористых искусственных изделий, и может быть использовано при производстве гранулированных теплоизоляционных материалов и особо легкого заполнителя для бетонов промышленного и гражданского строительства.

Известны сырьевая смесь и способ получения гранулированного теплоизоляционного материала из жидкого стекла - стеклопора [Горлов Ю.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. М.: Высшая школа, 1989. - 384 с.]. Сырьевая смесь включает следующие компоненты: 93÷95% жидкого стекла плотностью 1,4-1,45 г/см³, 7-5% тонкодисперсного наполнителя с удельной поверхностью 2000-3000 см²/г и 0,5÷1% гидрофобизирующей добавки. Способ изготовления стеклопора заключается в следующем: сырьевая смесь, перемешанная до однородного состояния, подается в капельном виде в раствор хлористого кальция с температурой 22-30°С и выдерживается в течение 40 мин для формирования гранул. Полученные сырцовые гранулы подсушиваются при температуре 85-90°С в течение 10-20 мин и затем вспучиваются при температуре 350-500°С в течение 1-3 мин.

Недостатками известной сырьевой смеси и способа производства являются низкие прочность и водостойкость полученного материала, сложность и длительность технологического процесса его изготовления, а также применение раствора хлористого кальция, вызывающего коррозию используемого оборудования.

Наиболее близкими к изобретению по технической сущности являются сырьевая смесь и способ получения гранулированного теплоизоляционного материала [RU 2151121, 1998]. Способ получения теплоизоляционного материала включает приготовление сырьевой смеси (мас.%) из каустической соды (в пересчете на Na₂O) 5,74-6,13; наполнителя - микрокремнезема - отхода производства кристаллического кремния - 43,0-45,9; натриевой соли неорганической кислоты - бикарбоната натрия - 0,57-1,21 и воды - остальное; подогрев суспензии; грануляцию с последующей термообработкой сырцовых гранул, причем подогрев суспензии проводят при 110-120°С в течение 20-30 мин, а термообработку сырцовых гранул - при 350-400°С в течение 1 ч.

Недостатками способа являются длительный режим термической обработки сырцовых гранул, что приводит к повышенным энергозатратам, повышенная насыпная плотность, относительно низкие пористость и водостойкость гранулированного теплоизоляционного материала.

Техническим результатом изобретения являются сокращение длительности термообработки сырцовых гранул и температуры гидротермальной обработки сырьевой смеси, уменьшение насыпной плотности и объемного водопоглощения, повышение пористости гранулированного теплоизоляционного материала.

Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала содержит микрокремнезем, раствор гидроксида натрия с концентрацией 45,22% в пересчете на Na₂O, воду и дополнительно гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11Н с концентрацией 26,2% при следующем соотношении компонентов, мас.%: микрокремнезем - 41,2; раствор гидроксида натрия c концентрацией 45,22% в пересчете на Na₂O - 21,38; ГКЖ-11Н с концентрацией 26,2% - 0,21-0,62; вода - остальное.

Микрокремнезем (МК) является отходом производства кристаллического кремния следующего химического состава (мас.%): SiO₂-78,6; Fе₂O₃-0,479; Аl₂О₃-1,22; CaO-0,607; MgO-0,303; (Na₂O+К₂O) - 0,18; (SiC+С)-13,23; п.п.п. - 5,2.

Микрокремнезем представляет собой высокодисперсный порошок серого цвета с удельной поверхностью 25÷34 тыс. см²/г и насыпной плотностью 135-300 кг/м³.

Свойства микрокремнезема соответствуют требованиям ТУ-1-249М533-01-90 “Микрокремнезем конденсированный. Технические условия”.

Гидрофобизирующая кремнийорганическая жидкость ГКЖ-11Н является водным раствором метилсиликоната натрия, формула (CH₃-Si-ONa)n, где n от 1 до 2, желтого цвета (без осадка) с концентрацией 26,2% и плотностью 1202 кг/м³. Массовая доля сухого остатка 26,2%; массовая доля щелочи (в пересчете на NaOH) 15,3%; массовая доля кремния 4,9%; массовая доля этилового спирта 13,7%.

Свойства гидрофобизирующей кремнийорганической жидкости ГКЖ-11Н соответствуют требованиям ТУ-2229-276-05763441-99.

В качестве щелочного компонента используется раствор гидроксида натрия с концентрацией 45,22% в пересчете на Na₂O.

Свойства гидроксида натрия соответствуют требованиям ГОСТ 2263-79 “Натр едкий технический. Технические условия”.

Вода соответствует требованиям ГОСТ 23732-79 “Вода для бетонов и растворов. Технические условия”.

Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала заключается в следующем. Микрокремнезем, раствор гидроксида натрия с концентрацией 45,22% в пересчете на Na₂O, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11Н с концентрацией 26,2% и воду, отдозированные в заданных количествах, перемешивают в течение 1-1,5 мин. Далее гидротермальной обработкой (при 80-90°С и атмосферном давлении) в течение 10-15 мин сырьевой смеси получают высокомодульную жидкостекольную композицию, которую подают в экструдер – для обеспечения ее порционного поступления в тарельчатый гранулятор. Сформированные сырцовые гранулы опудриваются микрокремнеземом и поступают на термообработку в сушильный барабан. Термообработка состоит из двух стадий: подсушивание сырцовых гранул при 100°С в течение 10 мин и низкотемпературное вспучивание при 350-400°С в течение 10 мин.

В табл.1 приведены физико-механические показатели предлагаемого и известного материалов.

В табл.2 приведены сравнительные результаты предлагаемого и известного способов получения материала.

Как видно из табл.1-2, предлагаемый способ позволяет уменьшить длительность термообработки сырцовых гранул в 3 раза и существенно повысить качественные характеристики гранулированного теплоизоляционного материала. Кроме того, вовлечение в производство строительных материалов техногенного многотоннажного отхода (микрокремнезема) способствует снижению экологической напряженности в регионе и приводит к освобождению полезных площадей, занятых под отвалы.

Предлагаемое изобретение для производителей отходов решает проблему бюджетных платежей за образование и размещение отходов, повышает рентабельность производства.

Таблица 1
Показатели	Материал
	Известный	Предлагаемый
МК-41,2 мас.%; NaOH-21,38 мас.%; ГКЖ-11Н-0,21 мас.%; вода-остальное	МК-41,2 мас.%; NaOH-21,38 мас.%; ГКЖ-11Н-0,42 мас.%; вода-остальное	МК-41,2 мас.%; NaOH-21,38 мас.%; ГКЖ-11Н-0,62 мас.%; вода-остальное
Насыпная плотность, кг/м3	150,0-170,0	120,0-100,0	100,0-90,0	90,0-80,0
Объемное водопоглощение,%	10,0-12,0	4,0-6,0	6,0-7,0	7,0-9,0
Общая пористость,%	67,0-75,0	78,0-80,0	80,0-85,0	85,0-90,0
Таблица 2
Показатели	Способ
известный	предлагаемый
Общее время термообработки сырцовых гранул, мин.	60	20
Температура подогрева суспензии, °С	110-120	-
Время подогрева суспензии, мин.	20-30	-
Температура гидротермальной обработки сырьевой смеси, °С	-	80-90
Время гидротермальной обработки сырьевой смеси, мин.	-	10-15

1. Сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала, включающая микрокремнезем, раствор гидроксида натрия и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11Н – водный раствор метилсиликоната натрия с концентрацией 26,2% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Микрокремнезем 41,20

Раствор гидроксида натрия

с концентрацией 45,22% в пересчете на Na₂O 21,38

ГКЖ-11Н с концентрацией 26,2% 0,21-0,62

Вода остальное

2. Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала из сырьевой смеси, включающий приготовление суспензии из микрокремнезема, раствора гидроксида натрия и воды, гидротермальную обработку суспензии, грануляцию полученных сырцовых гранул с последующей термообработкой при 350-400^оС, отличающийся тем, что при получении теплоизоляционного материала из смеси по п.1 для приготовления суспензии дополнительно используют гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11Н - водный раствор метилсиликоната натрия с концентрацией 26,2%, гидротермальную обработку суспензии проводят при 80-90^оС и атмосферном давлении в течение 10-15 мин, сырцовые гранулы предварительно термообрабатывают при 100^оС в течение 10 мин, а продолжительность последующей термообработки при 350-400^оС составляет 10 мин.