Композиционная смесь для получения гранулированного пеностекла

Изобретение относится к составам для получения гранулированного пеностекла, используемого в качестве эффективного теплоизоляционного материала, а также в качестве заполнителя для легких бетонов. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности готовых гранул при сдавливании в цилиндре, расширении сырьевой базы, снижении себестоимости и охране окружающей среды. Композиционная смесь для получения гранулированного пеностекла включает бой стекла, шлак ТЭЦ, растворимое стекло и пыль электрофильтров кремниевого производства при следующем соотношении компонентов мас.%:

Шлак ТЭЦ21,5-23Пыль электрофильтров кремниевого производства3,0-5,0Растворимое стекло7,0-8,0Бой стеклаостальное

2 табл.

 

Изобретение относится к составам для получения гранулированного пеностекла, используемого в качестве эффективного теплоизоляционного материала, а также в качестве заполнителя для легких бетонов.

Известно пеностекло, включающее: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₂, CaO, K₂O, Na₂O, SiC, TiO₂ [a.c. 14130676, МПК С 03 С 11/00, опубл. 30.07.88 г., Бюл. №28].

Недостатком этого пеностекла является высокая температура вспенивания 1443К.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является сырьевая смесь для получения гранулированного пеностекла [п. 2243174, МПК С 03 С 11/00, опубл. 27.12.2004 г., Бюл. №36, (прототип)], включающая бой стекла, шлак ТЭЦ, связующее - растворимое стекло и порообразователь - шлам алюминиевого производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шлак ТЭЦ	20,0-21,0
Шлам алюминиевого производства	1,0-2,0
Растворимое стекло	8,0-10,0
Бой стекла	остальное

Недостатком этой сырьевой смеси является наличие гидрофобных частиц углерода в шламе, что не позволяет вводить большое количество порообразователя и соответственно снижает количество используемых отходов.

Технический результат изобретения заключается в повышении прочности готовых гранул при сдавливании в цилиндре, расширении сырьевой базы, снижении себестоимости и охране окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что в композиционной смеси для получения гранулированного пеностекла, включающей бой стекла, шлак ТЭЦ, растворимое стекло и порообразователь, новым является то, что в качестве порообразователя используется пыль электрофильтров кремниевого производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шлак ТЭЦ	21,5-23
Пыль электрофильтров
кремниевого производства	3,0-5,0
Растворимое стекло	7,0-8,0
Бой стекла	остальное

В композиционной смеси для получения пеностекла используют отходы оконного и тарного стекла, шлак тепловых электростанций, в качестве связующего - растворимое стекло, а в качестве порообразователя - пыль электрофильтров завода по производству кремния, что позволяет отказаться от дорогостоящих добавок карбида кремния и технического углерода и получать пористые гранулы из отходов других производств.

Изготовление гранулированного пеностекла основано на порошковом способе, который предусматривает приготовление тонкодисперсной шихты, состоящей из порошка стекла, шлака ТЭЦ и порообразователя, формование гранул, спекание шихты с одновременной ее поризацией, закрепление пористой структуры и снятие температурных напряжений.

Технология изготовления композиционной смеси для получения гранулированного пеностекла состоит в следующем: стеклобой, шлак ТЭЦ и пыль электрофильтров кремниевого производства подвергают совместному помолу в шаровой мельнице до удельной поверхности шихты 400-500 м²/кг. Полученную смесь загружают в тарельчатый гранулятор, увлажняют растворимым стеклом плотностью 1,14-1,20 г/см³ до влажности 16-18% и гранулируют. Полученные гранулы сушат при температуре 373-393К, а затем проводят вспенивание при температуре 943-1073К в течение 6-20 минут. Вспененные гранулы пеностекла для снятия температурных напряжений выкладывают в емкости с нагретым песком.

Пыль электрофильтров кремниевого производства содержит, мас.%, мелкодисперсные: SiO₂ - 55,6; С - 20; SiC - 24; TiO₂ - 0,2; Р₂O₅ - 0,2. При данном соотношении порообразователя обеспечивается вспенивание стекол при сравнительно низких температурах 1003-1063К без кристаллизации. Кристаллизация протекает при температуре выше 1063°С, в результате чего образуется кристаллическая корочка, которая обеспечивает повышение прочности при сдавливании в цилиндре от 2,0 до 2,75 МПа, при невысокой насыпной плотности.

В шлаке ТЭЦ содержится до 33,4% СаО, до 11,0% Fe₂O₃, 9,59% п.п.п (потери при производстве, состоящие из углерода, воды и серы), до 0,60% TiO₂, до 45,41% SiO₂.

Добавка к порошку стекла остеклованного шлака ТЭЦ, растворимого стекла и пыли электрофильтров - отходов при производстве кремния способствует упрочнению готовых гранул пеностекла и улучшает процесс вспенивания при обжиге.

Совместное введение с пылью электрофильтров мелкодисперсных SiO₂; С; SiC; TiO₂; P₂O₅; SO₃ и Fe₂O₃, введенных со шлаком ТЭЦ, положительно влияет на процесс вспенивания и упрочнения пеностекла.

При термообработке от температуры 793К начинается плавное выгорание углерода, который вступает в реакцию с триоксидом серы, содержащимся в стекле и шлаке с образованием газообразных оксидов

SO₃+C→S^2-+CO+CO₂

Двухвалентная сера S^2- вступает в реакцию с оксидом железа Fe₂O₃ по схеме

S^2-+Fe₂O₃→FeS₂+O₂

Углерод с кислородом образуют углекислый газ по схеме:

С+О₂→СО₂

С парами воды выделяется активный водород

С+Н₂O→2Н+СО

Выделяющийся атомарный водород участвует в разложении сульфида железа (сульфидов металлов)

FeS₃+2H→H₂S+Fe

MeS₂+2Н→H₂S+Me

Пирит в восстановительных условиях восстанавливается по схеме:

3FeS₂+С→6S+Fe₃C↓

и распределяется по всему объему в мелкодисперсном состоянии.

При контакте с парами воды, выделяющимися из гранул влажностью до 2%, идет интенсивное выделение газов по схеме:

3S+2Н₂O→SO₂↑+2H₂S↑

о чем свидетельствует запах сероводорода при раздавливании гранул.

Процесс вспенивания в присутствии газов СО, CO₂ и H₂S протекает очень интенсивно.

Таким образом, введение пыли электрофильтров кремниевого производства в композиционную смесь, содержащую бой стекла и шлак ТЭЦ, позволяет получить гранулированное пеностекло с равномерной пористой структурой и повышает показатели по прочности при пониженных температурах 943-1063К, а содержащийся в пыли электрофильтров диоксид титана в комбинации с сульфидной серой, углеродом и пятиокисью фосфора способствуют кристаллизации без применения дорогостоящих фторсолей.

Для полученного по такой технологии гранулированного пеностекла характерна сферическая форма пор преимущественно замкнутой структуры.

В таблице 1 приведены составы смесей для приготовления гранулированного пеностекла.

Таблица 1
Наименование компонентов	Примеры предложенного состава, масс.%
	1	2	3
Шлак ТЭЦ	21,5	22,5	23
Пыль электрофильтров кремниевого производства	5	4	3
Растворимое стекло	7	7,5	8
Бой стекла	66,5	66	66

В таблице 2 приведены показатели свойств полученных материалов.

Таблица 2
Сырьевая смесь	Температура вспенивания, К	Показатели свойств
		Коэффициент вспенивания	Насыпная плотность, кг/м3	Прочность при сдавливании в цилиндре, МПа	Водопоглощение, %
1	1063	5,2	150	2,00	2,48
2	1033	4,10	170	2,50	3,0
3	1003	3,76	200	2,75	0,71

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что из предлагаемой композиционной смеси получают гранулированное пеностекло, обладающее насыпной плотностью от 165 до 200 кг/см³ при более низких температурах вспенивания (1003-1063К) и прочностью при сдавливании в цилиндре от 2,00 до 2,75 МПа.

Использование шлаков тепловых электростанций и пыли электрофильтров кремниевого производства позволяет расширить сырьевую базу, снизить себестоимость производства гранулированного пеностекла и одновременно решает проблему утилизации отходов и охраны окружающей среды и сокращает расходы на содержание отвалов.

Композиционная смесь для получения гранулированного пеностекла, включающая бой стекла, шлак ТЭЦ, растворимое стекло и порообразователь, отличающаяся тем, что в качестве порообразователя содержит пыль электрофильтров кремниевого производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шлак ТЭЦ	21,5-23
Пыль электрофильтров
кремниевого производства	3,0-5,0
Растворимое стекло	7,0-8,0
Бой стекла	Остальное