Способ получения минеральных формованных изделий

Изобретение относится к способу получения минеральных формованных изделий посредством экструзии. Способ получения формованных изделий с связанными фазами гидрата силиката кальция (КСГ), в котором смесь сырья из минеральных составляющих и, по крайней мере, одного вещества, содержащего кальций, которое может взаимодействовать с фазами гидрата силиката кальция, по крайней мере, одного пластификатора и воды, смешивают до пластификации. Конденсируют в червячном экструдере. Прессуют через мундштук и полученные заготовки отверждают посредством гидротермальной реакции при давлении от 8 до 25 бар и высокой температуре от 180 до 240°С в атмосфере водяного пара с получением формованных изделий с КСГ-связанными фазами. В качестве пластификатора используют полиэтиленоксид или простой эфир целлюлозы, который имеет предпочтительно один или несколько заместителей из группы метила, этила, гидроксиэтила, гидроксипропила и сульфоэтила. Технический результат - получение крупноформатных КСГ-формованных изделий, величина которых ограничена только величиной закалочного котла. 6 з.п.ф-лы.

 

Изобретение относится к новому способу получения минеральных формованных изделий со связанными фазами из гидрата силиката кальция (формованных изделий с КСГ-связанными фазами). Применение предложенного способа способствует получению большого разнообразия форм формованных изделий с КСГ-связанными фазами, которые до сих пор получали с использованием коммерчески доступных прессов. Кроме того, в соответствии с новым способом возможно формование заготовок, величина которых ограничена только величиной закалочного котла. Полученные таким образом формованные изделия демонстрируют высокий уровень прочности, а также высокий уровень твердости поверхности.

До сих пор формованные изделия с КСГ-связанными фазами для применения в строительстве получали посредством смешивания и формования землисто-влажного песка с негашеной известью или гидроксидом кальция и возможными другими составляющими, предварительной реакции при температуре гашения, формования с получением заготовок и их последующего отверждения в водяном паре при температуре от 180 до 240°С и давлении от 8 до 25 бар.

Отдельную стадию формования заготовок из вышеуказанных смесей до сих пор проводили в гидравлических прессах периодичного действия при напряжении около 6-20 Н/мм². Такое высокое давление необходимо для соединения между бугорками заготовок, так как иначе заготовки разрушаются при транспортировке от пресса до корпуса закалочного котла. Несмотря на высокое давление формования, всегда существуют кирпичи, которые разрушаются при транспортировке в печи или растрескиваются в результате слишком низкого соединения между бугорками заготовок.

Так как в целях снижения затрат на стройплощадках идет тенденция к применению кирпичей более больших размеров, то для их получения также необходимо использование больших прессов и пресс-форм, а также высокого давления формования.

Для получения крупноформатных кирпичей и большого давления формования формы подвергают исключительно высоким сжимающим нагрузкам, что приводит к высокой стоимости таких форм. Поэтому задачей данного изобретения является разработка способа получения формованных изделий с КСГ-связанными фазами с наибольшей величиной и наибольшим разнообразием форм, и с наибольшей экономичностью, чем раньше.

В соответствии с данным изобретением задача решается способом, в котором смесь сырья из минеральных составляющих и, по крайней мере, одного вещества, содержащего кальций, которое может взаимодействовать с фазами гидрата силиката кальция, одного или нескольких пластификаторов, воды и, в случае необходимости, наполнителей, смешивают до пластификации, затем в случае необходимости размалывают или разминают, конденсируют в червячном экструдере и проводят формование профилированных изделий/экструдируют через мундштук. Затем полученные заготовки отверждают посредством гидротермальной реакции в атмосфере водяного пара при высокой температуре и высоком давлении с получением формованных изделий с КСГ-связанными фазами.

Экструзия заготовок из гидрата силиката кальция в неотвержденном состоянии раньше являлась неизвестной. Известна была только экструзия предварительно полностью отвержденной в автоклаве суспензии гидрата силиката кальция (см. немецкий патент DE-PS 1796293). Причем водную суспензию СаО и SiO₂ в массовом отношении 0,5:1-1:1 подвергают известной реакции в автоклаве обычно с асбестовыми волокнами или глинами для образования тоберморитовых или ксонотлитовых кристаллов. При этом массовое отношение сухих составляющих к воде составляет около 1:10. Затем полученную суспензию гидрата силиката кальция экструдируют. При ближайшем рассмотрении оказывается, что осуществление указанного способа требует большого количества СаО, что значительно сказывается на стоимости веществ. Глины, применяемые в случае необходимости, как известно, снижают прочность. Применение асбестовых волокон хотя и улучшает способность массы к экструдированию, однако является вредным для здоровья и уже запрещено во многих странах. Высокий расход воды приводит к большим затратам на заключительную сушку/удаление воды. В японском патенте JP 61-53141 также описана экструзия уже отвержденных ксонотлитовых кристаллов, предварительно полученных в виде водной суспензии. Однако для удаления воды из материалов, формируемых затем посредством экструзии, необходима продолжительная сушка в течение 12 часов при температуре 150-160°С.

Предложенный способ может быть проведен следующим образом.

Вначале сырье смешивают в любой последовательности. Обычно вначале смешивают все сухие составляющие, затем добавляют рассчитанное количество воды и снова перемешивают до пластификации. Также возможно смешивание сухих веществ с водным раствором пластификатора или смешивание одновременно всех составляющих и воды. Также возможно смешиванием части или всех составляющих землисто-влажными.

В качестве минеральной составляющей предпочтительно применяют материал, содержащий SiO₂. Предпочтительно применение измельченного или неизмельченного SiO₂-содержащего колчедана, целлюлозы, песка, золы и муки и смесей из одного или нескольких таких материалов, наиболее предпочтительно кварцевого песка и кварцевой муки. Обычно экструдируют песок с различной величиной частиц, однако при составлении препаративной формы обращают внимание на распределение величины частиц, которые способствуют получению возможно компактного материала. В качестве веществ, содержащих кальций, которые могут взаимодействовать с КСГ-фазами, предпочтительно применяют гидрат калька (Са(ОН)₂), негашеную известь (СаО), а также их смеси. В качестве наполнителей дополнительно могут быть использованы волокна и/или стружки на основе целлюлозы или на основе синтетических полимеров, а также углеродные волокна.

В качестве пластификатора предпочтительно используют оксид полиэтилена, а также простой эфир целлюлозы, который предпочтительно имеет один или несколько заместителей из метила, этила, гидроксиэтила, гидроксипропила и/или сульфоэтила. Пластифицированную массу конденсируют в червячном экструдере и прессуют через мундштук. Полученные заготовки отверждают в водяном паре обычно при низком давлении и высокой температуре, предпочтительно при 8-25 бар и 180-240°С.

Пример

36,2 мас.% кварцевого песка F 34

8,7 мас.% гидрата белой извести

63,8 мас.% кварцевой муки с площадью поверхности 1506 см²/г

1,09 мас.% пластификатора Walocel VP-M-14140

вначале смешивают сухими, затем добавляют 843,4 мас.ч. воды и перемешивают в течение 10 минут до получения гомогенной пасты. Пластифицированным смешанным продуктом заполняют загрузочную воронку экструдера, запускают червяк экструдера, массу откачивают в вакуумную камеру, сжимают и прессуют через мундштук. Давление формования в сопле мундштука составляет 3 бар. Образцы выгружают и отверждают в течение нескольких часов при температуре около 180-240°С и давлении водяного пара 8-25 бар.

1. Способ получения формованных изделий с связанными фазами гидрата силиката кальция (КСГ), в котором смесь сырья из минеральных составляющих и, по крайней мере, одного вещества, содержащего кальций, которое может взаимодействовать с фазами гидрата силиката кальция, по крайней мере, одного пластификатора и воды смешивают до пластификации, конденсируют в червячном экструдере, прессуют через мундштук и полученные заготовки отверждают посредством гидротермальной реакции при давлении от 8 до 25 бар и высокой температуре от 180 до 240°С в атмосфере водяного пара с получением формованных изделий с КСГ-связанными фазами, причем в качестве пластификатора используют полиэтиленоксид или простой эфир целлюлозы, который имеет предпочтительно один или несколько заместителей из группы метила, этила, гидроксиэтила, гидроксипропила и сульфоэтила.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минеральной составляющей используют материал, содержащий SiО₂, предпочтительно измельченный или не измельченный SiO₂-содержащий колчедан, целлюлозу, песок, золу и муку, и смесь из одного или нескольких таких материалов.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после смешивания сырья и перед конденсацией в червячном экструдере сырьевую смесь дополнительно размалывают или разминают.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что сырьевая смесь содержит дополнительно волокна, предпочтительно волокна и/или стружки на основе целлюлозы или на основе синтетических полимеров, или углеродные волокна.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве материала, содержащего SiО₂, используют кварцевый песок, кварцевую муку или смесь из одного или обоих материалов.

6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве вещества, содержащего кальций, используют гашеную известь (Са(ОН)₂), или негашеную известь (СаО), или их смесь.

7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что для получения сырьевой смеси вначале все составляющие за исключением воды сушат или смешивают землисто-влажными, добавляют воду и перемешивают до пластификации.