Сырьевая смесь и способ изготовления керамических материалов высокопористой структуры
Владельцы патента RU 2263088:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Братский государственный технический университет" (RU)
Предлагаемое изобретение относится к производству керамических материалов ячеистой структуры и может быть использовано для изготовления строительных конструкций. Технический результат - повышение прочности, снижение себестоимости материала, расширение сырьевой базы. Сырьевая смесь для приготовления керамических материалов высокопористой ячеистой структуры включает компоненты в следующем соотношении, мас. %: микрокремнезем 8,06-8,31, зола-унос 56,30-58,20, алюминиевая пудра 0,40-0,42, моющее средство «Тайга» 0,40-0,42, карбоксиметилцеллюлоза натрия 0,81-0,98, хлористый кальций 0,17-0,19, вода 32,20-33,54. Способ изготовления керамических материалов высокопористой структуры из сырьевой смеси включает приготовление смеси, формование, вибровспучивание, сушку при температуре 100°С и обжиг при температуре 900°С. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к производству керамических материалов ячеистой структуры и может быть использовано для изготовления легковесных изделий строительных конструкций.
Известны сырьевые смеси, включающие диатомит, опилки и т.п. Наиболее близким аналогом является сырьевая смесь, включающая золу-унос, кремнеземистый компонент и выгорающие добавки (порообразователи) [заявка ФРГ №3207623, опубл. 29.09.1983, кл. С 04 В 21/00].
Недостатком указанной смеси является необходимость использования локально залегающего или дорогостоящего (цеолит, диатомит, полистирол и др.) сырья, высокая средняя плотность материала.
Технический результат - снижение средней плотности материала, расширение сырьевой базы.
Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для приготовления керамических материалов высокопористой структуры, включающая золу-унос, кремнеземистый компонент, порообразователь и воду, дополнительно содержит хлористый кальций, в качестве кремнеземистого компонента - микрокремнезем с удельной поверхностью более 25 тыс. см2/г и содержанием аморфного SiO2 90-95%, в качестве порообразователя - алюминиевую пудру, моющее средство "Тайга" и карбоксиметилцеллюлозу натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Зола-унос | 56,30-58,20 |
| Микрокремнезем | 8,06-8,31 |
| Алюминиевая пудра | 0,40-0,42 |
| Моющее средство "Тайга" | 0,40-0,42 |
| Карбоксиметилцеллюлоза натрия | 0,81-0,98 |
| Хлористый кальций | 0,17-0,19 |
| Вода | 32,20-33,54 |
Микрокремнезем производства кристаллического кремния является дисперсным отходом, характеризующимся малым размером частиц (0,1...3 мкм) и, как следствие, высокой удельной поверхностью (более 250 тыс. см2/г). Микрокремнезем осаждается в электрофильтрах газоочистки плавильных печей производства кристаллического кремния. Химический состав микрокремнезема (в мас.%): SiO2-90...95; Al2О3 - до 0,8; Fe2О3 - до 0,8; СаО-1,6; MgO - до 1,2; SiC - до 5; Собщ - до 9; K+ - до 0,25; Na+ - до 0,06; п.п.п. - до 20.
Золы-уносы от сжигания бурых углей Канско-Ачинского бассейна (Ирша-Бородинское, Назаровское, Березовское месторождения) являются высококальциевыми и содержат, мас.%: SiO2 21...55; Al2O3 4...11; Fe2О3 6...16; СаО 20...46; MgO 3...6; К2О 0,2...1,5; Na2О 0,2...0,6; SO3 0,9...9; СаОсв 3...13; горючих примесей - не более 2...2.5.
Моющее средства "Тайга" (МС "Тайга") является побочным продуктом сульфатной обработки древесины, производимым "Братсккомплексхолдингом" г. Братска [ТУ 13-4302007-032-92].
Моющее средство получают путем переработки и очистки сырого сульфатного мыла - промежуточного продукта сульфатно-целлюлозного производства.
Химический состав моющего средства "Тайга", мас.%:
| Кислоты жирные талловые омыленные | 98,6 |
| Формалин (консервант) | 0,2 |
| Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы или | |
| метилцеллюлозы (антиресорбент) | 0,5 |
| Отдушка для мыла и моющих средств | 0,7 |
Введение моющего средства "Тайга" способствует вовлечению воздуха в сырьевую смесь за счет поверхностно-активных свойств добавки и интенсифицирует газовыделение при обжиге вследствие выгорания органики.
Высокая общая и развитая закрытая пористость материала обуславливает низкую теплопроводность изделий.
Наиболее близок к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту способ [заявка ФРГ №3207623, опубл. 29.09.1983, кл. С 04 В 21/00], включающий приготовление смеси, формование, сушку и обжиг материала.
Недостатками указанного способа являются высокая теплопроводность материала.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе приготовления керамических материалов высокопористой структуры, включающем приготовление смеси, формование, сушку при 100°С и обжиг при 900°С, приготавливают смесь по п.1 и при формовании дополнительно осуществляют вибровспучивание.
Пример:
Процесс приготовления сырьевой смеси включает следующие операции. Сухие компоненты дозируют, тщательно перемешивают. В воду затворения вводят хлористый кальций и предварительно замоченную в воде карбоксиметилцеллюлозу натрия. Смесь перемешивают в быстроходном смесителе в течение 4-5 минут. В полученную массу вводят суспензию алюминиевой пудры в водном растворе моющего средства "Тайга", после чего смесь перемешивается в течение 1 минуты. Смесь укладывают в хорошо смазанную и герметично собранную форму, которую устанавливают на вибростол и подвергают вибрации, в процессе которой происходит тиксотропное разжижение смеси и взаимодействие алюминиевой пудры с Са(ОН)2, находящимся в золе-уносы. Образцы выдерживаются в формах в течение суток, затем срезается "горбушка", распалубливаются и высушиваются до постоянной массы при температуре 100°С, обжиг производится при температуре 900°С.
Состав и физико-механические показатели готовых изделий представлены в табл.1 и 2.
| Таблица 1. | |||
| Компоненты | Количество, мас.% | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Зола-унос | 58,20 | 56,30 | 57,9 |
| Микрокремнезем | 8,31 | 8,21 | 8,06 |
| Алюминиевая пудра | 0,40 | 0,41 | 0,42 |
| Моющее средство "Тайга" | 0,40 | 0,38 | 0,42 |
| Карбоксиметилцеллюлоза натрия | 0,89 | 0,98 | 0,81 |
| Хлористый кальций | 0,17 | 0,18 | 0,19 |
| Вода | 31,63 | 33,54 | 32,20 |
| Таблица 2. | |||
| Состав | Температура обжига, °С | Средняя плотность, кг/м3 | Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/(м °С) |
| Прототип | 700...1000 | 900...1500 | 0,353...0,670 |
| 1 | 900 | 425 | 0,088 |
| 2 | 900 | 418 | 0,064 |
| 3 | 900 | 409 | 0,086 |
| Примечание. Теплопроводность прототипа рассчитана по эмпирической формуле В.Н.Некрасова |
где λ - теплопроводность, (Вт/м °С); ρm - средняя плотность материала, т/м3.
1. Сырьевая смесь для приготовления керамических материалов высокопористой структуры, включающая золу-унос, кремнеземистый компонент, порообразователь и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хлористый кальций, в качестве кремнеземистого компонента - микрокремнезем с удельной поверхностью более 25 тыс. см2/г и содержанием аморфного SiO2 90-95 %, в качестве поробразователя - алюминиевую пудру, моющее средство «Тайга» и карбоксиметилцеллюлозу натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Зола-унос | 56,30-58,20 |
| Микрокремнезем | 8,06-8,31 |
| Алюминиевая пудра | 0,40-0,42 |
| Моющее средство "Тайга" | 0,40-0,42 |
| Карбоксиметилцеллюлоза натрия | 0,81-0,98 |
| Хлористый кальций | 0,17-0,19 |
| Вода | 32,20-33,54 |
2. Способ изготовления керамических материалов высокопористой структуры из сырьевой смеси, включающий приготовление смеси, формование, сушку при температуре 100°С и обжиг при температуре 900°С, отличающийся тем, что приготавливают смесь по п.1 и после формования дополнительно осуществляют вибровспучивание.
