Способ получения водостойкого пористого заполнителя
Владельцы патента RU 2476394:
Автономное муниципальное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарская академия государственного и муниципального управления" (АМОУ ВПО "САГМУ") (RU)
Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству пористых заполнителей на основе жидкого стекла, предназначенных для изготовления легких бетонов, а также теплоизоляционных засыпок. Техническим результатом является повышение прочности при сжатии и коэффициента размягчения пористого заполнителя. Способ получения водостойкого пористого заполнителя включает тщательное перемешивание всех компонентов в керамической композиции, содержащей, мас.%: натриевого жидкого стекла плотностью 1,41 г/см3 - 50-75; хлористого натрия, размолотого до размера менее 0,3 мм, - 1-3; отхода от углеобогащения методом флотации с содержанием глинистой составляющей не менее 71% - 22-49, с последующим гранулированием и вспучиванием гранул. Затем осуществляют первую термообработку гранул в интервале температур 350-400°С, вторую - в интервале температур 900-1000°С в течение 15-25 мин до выгорания углерода, после чего охлаждают со скоростью 55-65°С в минуту до образования стеклофазы 41-58%. 2 табл.
Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству пористых заполнителей на основе жидкого стекла, предназначенных для изготовления легких бетонов, а также теплоизоляционных засыпок.
Известен способ получения керамзита (пористого заполнителя) состава, мас.%: отходы флотации углеобогащения - 60, модифицированное жидкое стекло - 40, включающий гранулирование керамзита и его термообработку при 700°С /Денисов Д.Ю. Использование отходов флотации углеобогащения в производстве керамзита. / Д.Ю.Денисов, И.В.Ковков, В.З.Абдрахимов // Башкирский химический журнал. - 2008. - Том 15. - №2. - С.107-109/.
Недостатком указанного состава керамической массы является относительно низкая прочность 1,7-1,9 МПа.
Известен способ получения водостойкого пористого заполнителя состава, содержащего, мас.%: натриевого жидкого стекла плотностью 1,41 г/см3 - 50-75, хлористого натрия, размолотого до размера менее 0,3 мм, - 1-3, отхода от углеобогащения методом флотации с содержанием глинистой составляющей не менее 71% - 22-49, включающий перемешивание компонентов, гранулирование и вспучивание гранул, термообработку при температуре 780-800°С в течение 7-10 мин, а охлаждение со скоростью не более 40°С в мин /патент №2406708 Российская Федерация, МПК С04В 14/24. Способ получения водостойкого пористого заполнителя. Мизюряев С.А., Иванова Н.В., Жигулина А.Ю., Мамонов А.Н.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный архитектурно-строительный университет; заявлено 20.01.2009; опубл. 20.12.2010, БИ №21/.
Недостатками указанного технического решения являются относительно низкие прочность состава при сжатии (0,14-0,26) и коэффициент размягчения (55-92%).
Данное техническое решение принято за прототип.
Техническим результатом является повышение прочности при сжатии и коэффициента размягчения пористого заполнителя.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения водостойкого пористого заполнителя состава, содержащего, мас.%: натриевого жидкого стекла плотностью 1,41 г/см3 - 50-70, хлористого натрия, размолотого до размера менее 0,3 мм, - 1-3, отхода от углеобогащения методом флотации с содержанием глинистой составляющей не менее 71% - 22-49, включающем перемешивание компонентов, гранулирование и вспучивание гранул, термообработку при температуре 780-800°С в течение 7-10 мин, а охлаждение со скоростью не более 40°С в мин, полученные гранулы термообрабатывают при температуре воспламенения и горения органических веществ 350-400°С, обжигают в интервале температур 900-1000°С в течение 15-25 мин до выгорания углерода и охлаждают со скоростью 55-65°С в минуту до образования стеклофазы 41-58%.
Известно, что основным условием, обеспечивающим вспучивание композиции при ее нагревании, является совмещение во времени пиропластического состояния композиции с интенсивным газовыделением внутри обжигаемого материала. Пиропластическое состояние композиции обеспечат жидкое стекло и содержание в отходах углеобогащения глинистой составляющей (не менее 71%), а газовыделение - содержание в отходах углеобогащения органики (п.п.п., таблица 1).
| Таблица 1 | ||||||
| Химический состав отходов углеобогащения | ||||||
| Содержание, мас.% | ||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | R2O | п.п.п. |
| 55,84 | 13,52 | 5,3 | 1,50 | 0,51 | 4,47 | 16,7+11,4 (углерод) |
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Для приготовления сырьевой смеси использовались следующие компоненты:
1) товарное натриевое жидкое стекло плотностью 1,41 г/см3 (см. ГОСТ 13075-81);
2) хлористый натрий (ГОСТ 13830-97, производства ОАО «Бассоль»), размолотый до размера менее 0,3 мм;
3) в качестве тонкомолотого глиносодержащего компонента - отход от углеобогащения методом флотации горно-обогатительной фабрики «Томусинская» Кузнецкого угольного бассейна, содержащего 71% глины, размолотый до прохода через сито 0,14 мм.
Составы, технологические параметры и физико-механические показатели пористого заполнителя представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||
| Составы, технологические параметры и физико-механические показатели пористого заполнителя | ||||
| Компоненты | Содержание компонентов, мас.% | Прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Натриевое жидкое стекло | 75 | 60 | 50 | 50-75 |
| Хлорид натрия | 3 | 2 | 1 | 1-3 |
| Тонкомолотый глиносодержащий компонент | 22 | 38 | 49 | 22-49 |
| Технологические параметры композиции | ||||
| Первая термообработка гранул, °С | 350 | 370 | 400 | 250-300 |
| Обжиг при конечной температуре, °С | 900 | 950 | 1000 | 790 |
| Время второй термообработки, мин | 15 | 20 | 25 | 7-10 |
| Наличие органических веществ | отсутствуют | - | ||
| Скорость охлаждения, °С/мин | 55 | 60 | 65 | Не более 40 |
| Количество стеклофазы, % | 41 | 52 | 58 | - |
| Физико-механические показатели пористого заполнителя | ||||
| Прочность на сжатие, МПа | 2,28 | 2,45 | 2,78 | 0,14-0,26 |
| Насыпная плотность, кг/м3 | 160 | 200 | 300 | 85-170 |
| Потери при 5-минутном кипячении, % | 0,11 | 0,09 | 0,08 | 0,12-0,7 |
| Коэффициент размягчения, % | 94 | 96 | 97 | 55-92 |
Получение смеси производилось в мешалке принудительного действия в следующем порядке. Сначала в мешалку загружались тонкомолотый глиносодержащий компонент и хлорид натрия, которые тщательно перемешивались, затем в готовую сухую смесь при включенной мешалке заливалось натриевое жидкое стекло тонкой струйкой. Перемешивание производилось до получения однородной массы, но менее 5 минут.
Полученная смесь системой ножей разрезалась на отдельные гранулы, которые, учитывая, что в композиции содержится отход углеобогащения, содержащий более 25% органики (п.п.п. более 25%, таблица 1), термообрабатывались в интервале температур 350-400°С (начало горения органики, как правило, от 350 до 400°С) в печном грануляторе, вспучиваясь при этом и образуя шарообразные высокопористые гранулы.
Полученные гранулы помещались в электрическую печь, разогретую до 900-1000°С (окисление углерода начинается при температурах воспламенения органических веществ, но полностью он выгорает при 900-1000°С), и выдерживались там 15-25 минут. При температуре 1000°С полностью удаляется из глины химически связанная вода (дегидратация), появляется жидкая фаза, за счет повышенного содержания щелочей и выгорают органические примеси, что приводит к дополнительному вспучиванию.
После изотермической выдержки и выгорания углерода с целью увеличения содержания в гранулах стеклофазы гранулы охлаждались со скоростью 55-65°С/минута.
Общеизвестным фактом является то, что чем выше скорость охлаждения изделия, тем больше в нем образуется количество стеклофазы, так как стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава независимо от их состава и температурной области затвердевания.
Указанная скорость охлаждения гранул повысит содержание в гранулах связующей - стеклофазы (41-58%), которая свяжет все образовавшиеся минералы в одно целое и именно стеклофаза, как известно, обеспечивает водостойкость получаемого материала.
Как видно из таблицы 2, предлагаемый способ производства позволяет значительно повысить физико-механические показатели пористого заполнителя: прочность при сжатии и коэффициент размягчения, чем прототип.
Полученное техническое решение при использовании предложенного способа позволяет повысить прочность на сжатие и коэффициент размягчения пористого заполнителя.
Использование техногенного сырья при получении пористого заполнителя способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для керамических материалов.
Способ получения водостойкого пористого заполнителя, включающий тщательное перемешивание всех компонентов в керамической композиции, содержащей, мас.%: натриевое жидкое стекло плотностью 1,41 г/см3 - 50-75; хлористый натрий, размолотый до размера менее 0,3 мм - 1-3; отход от углеобогащения методом флотации с содержанием глинистой составляющей не менее 71% - 22-49, гранулирование и вспучивание гранул, термообработку и охлаждение, отличающийся тем, что первую термообработку гранул ведут в интервале температур 350-400°С, вторую - в интервале температур 900-1000°С в течение 15-25 мин до выгорания углерода и охлаждают со скоростью 55-65°С/мин до образования стеклофазы 41-58%.
