Пеношлакостекло
Владельцы патента RU 2448919:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт") (RU)
Изобретение относится к строительным теплоизоляционным материалам. Технический результат изобретения заключается в снижении температуры вспенивания до 850-980°С, упрощении технологии получения пеношлакостекла. Пеношлакостекло содержит следующие компоненты, мас.%: шлак ТЭС - 60-80; борную кислоту - 10-20; мел - 5-10; магний сернокислый - 5-10. 3 пр., 1 табл.
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к технологии изготовления эффективных теплоизоляционных материалов.
Известен состав блочного пеностекла (патент РФ №2187473), содержащий стеклоотходы, вспенивающую смесь: натриевое жидкое стекло, активная сажа, сульфат натрия, активный кремнезем, оксид бора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Стеклоотходы | 75-98 |
| Вспенивающаяся смесь, включающая мас.%: | 2-25 |
0,5-5 натриевого жидкого стекла;
0,2-1,5 активной сажи;
0,5-1,5 сульфата натрия;
0,6-12,0 активного кремнезема;
0,2-5,0 оксида бора.
Недостатком является трудоемкий способ получения данного блочного пеностекла.
Известна сырьевая смесь для получения гранулированного пеностекла (патент РФ №2243174), 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.
Наиболее близкой по составу является композиционная смесь для получения гранулированного пеностекла (патент РФ №2287495), которая включает бой стекла, шлак ТЭЦ, растворимое стекло и 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 |
Недостатком прототипа является высокая температура вспенивания 1003-1063ºС.
Задача изобретения - снижение ресурсоемкости технологии пеношлакостекла без ухудшения его качества.
Технический результат изобретения заключается в расширении сырьевой базы, снижении себестоимости, утилизации золошлаковых отходов ТЭС, снижении температуры вспенивания до 850-980ºС, в зависимости от количества шлака ТЭС в составе пеношлакостекла, и упрощении технологии получения пеношлакостекла.
Технический результат достигается за счет введения в состав пеношлакостекла в качестве основного сырьевого компонента шлаковых отходов ТЭС (шлак ТЭС) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Шлак ТЭС | 60-80 |
| Борная кислота | 10-20 |
| Мел | 5-10 |
| Магний сернокислый | 5-10 |
Процесс получения пеношлакостекла включает следующие стадии:
- приготовление шихты;
- вспенивание;
- отжиг;
- механическую обработку блоков.
Шихту для пеношлакостекла готовят путем тонкого измельчения и тщательного смешивания шлака ТЭС, борной кислоты, мела и магния сернокислого. Тщательное перемешивание достигается совместным помолом всех компонентов шихты в шаровых мельницах. Помол следует производить до достижения удельной поверхности 400…600 м2/кг. В процессе помола производят увлажнение смеси до 1%.
Подготовка форм для вспенивания включает очистку и обмазку их внутренней поверхности меловой или каолиновой суспензией для предотвращения прилипания стекла к металлу.
Подготовленную шихту для пеношлакостекла равномерно загружают в формы, занимая 30…50% их объема, и вручную производят уплотнение смеси пуансоном, стараясь использовать при этом постоянное давление. Формы закрывают и переносят в разогретую до 500…600ºС электрическую муфельную печь для вспенивания. В камере печи формы устанавливают в зоне постоянных температур.
Температура вспенивания может измениться в пределах 850-980ºС, в зависимости от количества шлака ТЭС в составе пеношлакостекла. Время вспенивания - 10…30 мин. За периодом вспенивания следует стадия резкого охлаждения для фиксирования структуры материала. Поскольку на этой стадии поверхностные слои могут переохладиться, предусмотрена стадия стабилизации при температуре порядка 600ºС.
После выдержки при 600ºС в течение 30…40 мин печь отключают. Отжиг блоков пеношлакостекла происходит при самопроизвольном охлаждении электрической муфельной печи в течение не менее 4…5 ч.
После извлечения блоков пеношлакостекла из форм проводят их опиловку для придания точной формы и размеров.
В таблице приведены свойства синтезированных пеношлакостекол.
Пример №1.
Для получения шихты пеношлакостекла в качестве сырьевых материалов используют следующие материалы: мел, магний сернокислый, борная кислота, шлак ТЭС. Состав пеношлакостекла в данном случае следующий, мас.%:
| Шлак ТЭС | 60 |
| Борная кислота | 20 |
| Мел | 10 |
| Магний сернокислый | 10 |
Шихту для пеношлакостекла готовят путем тонкого измельчения и тщательного смешивания шлака ТЭС, борной кислоты, мела и магния сернокислого. Подготовленную шихту для пеношлакостекла равномерно загружают в формы, занимая 30…50% их объема, и вручную производят уплотнение смеси пуансоном. Формы закрывают и переносят в разогретую до 500…600ºС электрическую муфельную печь для вспенивания. Температура вспенивания может измениться в пределах 850-980ºС, в зависимости от количества шлака ТЭС в составе пеношлакостекла. Время вспенивания - 10…30 мин. За периодом вспенивания следует стадия резкого охлаждения для фиксирования структуры материала. После выдержки при 600ºС в течение 30…40 мин печь отключают. Отжиг блоков пеношлакостекла происходит при самопроизвольном охлаждении электрической муфельной печи в течение не менее 4…5 ч. После извлечения блоков пеношлакостекла из форм проводят их опиловку для придания точной формы и размеров.
Пример №2.
Для получения шихты пеношлакостекла в качестве сырьевых материалов используют следующие сырьевые материалы: мел, магний сернокислый, борная кислота, шлак ТЭС. Состав пеношлакостекла в данном случае следующий, мас.%:
| Шлак ТЭС | 70 |
| Борная кислота | 15 |
| Мел | 10 |
| Магний сернокислый | 5 |
Шихту для пеношлакостекла готовят путем тонкого измельчения и тщательного смешивания шлака ТЭС, борной кислоты, мела и магния сернокислого. Подготовленную шихту для пеношлакостекла равномерно загружают в формы, занимая 30…50% их объема, и вручную производят уплотнение смеси пуансоном. Формы закрывают и переносят в разогретую до 500…600ºС электрическую муфельную печь для вспенивания. Температура вспенивания может измениться в пределах 850-980ºС, в зависимости от количества шлака ТЭС в составе пеношлакостекла. Время вспенивания - 10…30 мин. За периодом вспенивания следует стадия резкого охлаждения для фиксирования структуры материала. После выдержки при 600ºС в течение 30…40 мин печь отключают. Отжиг блоков пеношлакостекла происходит при самопроизвольном охлаждении электрической муфельной печи в течение не менее 4…5 ч. После извлечения блоков пеношлакостекла из форм проводят их опиловку для придания точной формы и размеров.
Пример №3.
Для получения шихты пеношлакостекла в качестве сырьевых материалов используют следующие сырьевые материалы: мел, магний сернокислый, борная кислота, шлак ТЭС. Состав пеношлакостекла в данном случае следующий, мас.%:
| Шлак ТЭС | 80 |
| Борная кислота | 10 |
| Мел | 5 |
| Магний сернокислый | 5 |
Шихту для пеношлакостекла готовят путем тонкого измельчения и тщательного смешивания шлака ТЭС, борной кислоты, мела и магния сернокислого. Подготовленную шихту для пеношлакостекла равномерно загружают в формы, занимая 30…50% их объема, и вручную производят уплотнение смеси пуансоном. Формы закрывают и переносят в разогретую до 500…600ºС электрическую муфельную печь для вспенивания. Температура вспенивания может измениться в пределах 850-980ºС, в зависимости от количества шлака ТЭС в составе пеношлакостекла. Время вспенивания - 10…30 мин. За периодом вспенивания следует стадия резкого охлаждения для фиксирования структуры материала. После выдержки при 600ºС в течение 30…40 мин печь отключают. Отжиг блоков пеношлакостекла происходит при самопроизвольном охлаждении электрической муфельной печи в течение не менее 4…5 ч. После извлечения блоков пеношлакостекла из форм проводят их опиловку для придания точной формы и размеров.
| ПЕНОШЛАКОСТЕКЛО | ||||||
| Свойства синтезированных пеношлакостекол | ||||||
| № состава | Удельный вес, г/см3 | Водопоглощение, % | Кажущаяся пористость, % | Плотность, г/см3 | Предел прочности при сжатии, МПа | Теплопроводность, Вт/м·град (при 0ºС) |
| 1 | 0,55 | 84,43 | 46,60 | 0,55 | 0,24 | 0,14 |
| 2 | 0,58 | 70,00 | 55,79 | 0,80 | 0,29 | 0,28 |
| 3 | 0,63 | 50,00 | 54,87 | 0,89 | 0,36 | 0,32 |
Пеношлакостекло, содержащее шлак ТЭС, отличающееся тем, что дополнительно содержит мел, магний сернокислый, борную кислоту в следующем соотношении, мас.%:
| Шлак ТЭС | 60-80 |
| Борная кислота | 10-20 |
| Мел | 5-10 |
| Магний сернокислый | 5-10 |
