Сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала


 


Владельцы патента RU 2532112:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН (ИХТРЭМС КНЦ РАН) (RU)

Изобретение относится к составу сырьевой смеси для производства строительных материалов, в частности пористых искусственных изделий, и может быть использовано при изготовлении гранулированного теплоизоляционного материала и особо легкого заполнителя для бетонов. Сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала содержит, мас.%: микрокремнезем 33,5-45, золошлаковую смесь 3,0-14,5, отход обогащения апатито-нефелиновой руды 25-30, гидроксид натрия (в пересчете на Na2O) 22-27, двууглекислый аммоний 0,5-1,5. Изобретение развито в зависимых пунктах. Технический результат - повышение прочности гранулированного теплоизоляционного материала при снижении его водопоглощения, утилизация техногенных отходов. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к составу сырьевой смеси для производства строительных материалов, в частности пористых искусственных изделий, и может быть использовано при изготовлении гранулированного теплоизоляционного материала и особо легкого заполнителя для бетонов в промышленном и гражданском строительстве.

При изготовлении строительных изделий все более широкое распространение получает техногенное сырье в виде кремнеземсодержащих промышленных отходов горнорудных и металлургических предприятий. Одним из перспективных направлений применения микрокремнезема является получение теплоизоляционных материалов с использованием жидкостекольных композиций. Конструкционно-теплоизоляционные материалы на основе жидкого стекла представляют значительный интерес в условиях сложившегося дефицита цементного вяжущего, причем технологии их получения просты и не предполагают больших материальных вложений. Однако использование техногенного сырья не позволяет получать достаточно высокие технические характеристики теплоизоляционных материалов.

Известна сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала (см. Горлов Ю.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. - М.: Высшая школа, 1989. - С.179-180), содержащая следующие компоненты, мас.%: жидкое стекло плотностью 1,4-1,45 г/см3 - 93-95%, тонкодисперсный наполнитель с удельной поверхностью 0,2-0,3 м2/г (зола ТЭС) - 7-5% и гидрофобизирующую добавку - кремнийорганическую жидкость (ГКЖ-94, ГКЖ-10, ГКЖ-11) 0,5-1%). При приготовлении материала сырьевую смесь, перемешанную до однородного состояния, подают в капельном виде в раствор хлористого кальция с температурой 22-30°C и выдерживают в течение 40 минут для формирования гранул. Полученные сырцовые гранулы подсушивают при 85-90°C в течение 10-20 минут и затем вспучивают при 300-450°C в течение 1-3 минут. Полученный гранулированный материал - стеклопор имеет прочность 1-7 кгс/см2 и высокое водопоглощение.

Недостатками данной сырьевой смеси являются низкие прочность и водостойкость полученного гранулированного теплоизоляционного материала. Применение раствора хлористого кальция при формировании гранул из сырьевой смеси вызывает коррозию используемого оборудования.

Известна также сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала (см. пат. 2452704 РФ, МПК C04B 12/04 (2006.01), 2012), включающая, мас.%: гидроксид натрия - 2-40, отход обогащения апатито-нефелиновой руды 0,9-10, барханный песок - 49-96, кремнеземсодержащий компонент - остальное. Отход обогащения апатито-нефелиновой руды содержит, мас.%: нефелин - до 84, полевой шпат - до 12, эгирин - до 4, гидрослюду - до 3, а также другие примеси. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют кремнистую породу - трепел. При приготовлении материала сырьевую смесь перемешивают, подвергают распылительной сушке в противоточном потоке входящего и исходящего воздуха с температурой 380 и 115°C соответственно с получением сырцового гранулята. Последний выдерживают в течение 15 часов и вспучивают при температуре 630-650°C. Полученный гранулированный материал имел насыпную плотность 95-130 кг/м3, прочность 9-10 кгс/см2 и водопоглощение ≤5%.

Недостатками известной сырьевой смеси являются низкая прочность теплоизоляционного материала, а также ограниченное число используемых техногенных отходов.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении прочности гранулированного теплоизоляционного материала при обеспечении его пониженного водопоглощения. Кроме того, технический результат заключается в расширении сырьевой базы и улучшении экологии за счет использования большего числа техногенных компонентов.

Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала, включающая кремнеземсодержащий компонент, отход обогащения апатито-нефелиновой руды и гидроксид натрия, согласно изобретению, дополнительно содержит золошлаковую смесь и двууглекислый аммоний, а в качестве кремнеземсодержащего компонента - микрокремнезем, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

микрокремнезем 33,5-45
золошлаковая смесь 3,0-14,5
отход обогащения апатито-нефелиновой руды 25-30
гидроксид натрия (в пересчете на Na2O) 22-27
двууглекислый аммоний 0,5-1,5

На достижение технического результата направлено то, что микрокремнезем имеет состав, мас.%: SiO2 92,84-93,04, TiO2 0,47-0,98, Fe2O3 0,76-1,93, Al2O3 0,25-0,74, СаО 0,59-0,88, K2O 0,23-1,2, MnO 0,04-0,30, CuO 0,13-0,26, потери при прокаливании - остальное.

На достижение технического результата направлено также то, что золошлаковая смесь имеет состав, мас.%: SiO2 52,48-53,44, TiO2 1,08-1,23, Fe2O3 13,44-13,74, FeO 1,03-1,93, Al2O3 17,57-18,45, СаО 2,43-2,47, K2O 1,30-1,55, потери при прокаливании - остальное.

На достижение технического результата направлено также и то, что отход обогащения апатито-нефелиновой руды имеет состав, мас.%: SiO2 35,10-35,98, TiO2 4,43-4,98, (Fe2O3+FeO) 7,00-12,22, Al2O3 16,45-16,61, СаО 8,92-9,13, MgO 1,07-1,25, P2O5 4,05-4,11, Na2O 9,13-10,77, K2O 4,59-5,05.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Введение модифицирующей добавки в виде золошлаковой смеси в состав шихты для получения гранулированного теплоизоляционного материала в количестве 3-14,5 мас.% обусловлено тем, что наличие такой добавки приводит к образованию большего числа замкнутых пор с более прочными межпоровыми перегородками. Это способствует снижению водопоглощения и повышению прочности при сжатии. Содержание золошлаковой смеси менее 3 мас.% не позволяет достичь требуемой прочности материала. При содержании добавки более 14,5 мас.% увеличивается вязкость и снижается пластичность жидкостекольной композиции, что ведет к увеличению плотности и ухудшению теплопроводности гранулированного материала.

Введение в состав шихты двууглекислого аммония в количестве 0,5-1,5 мас.% обусловлено тем, что он выполняет функцию разрыхлителя и позволяет увеличить вспучиваемость гранул. Предпочтительно использовать двууглекислый аммоний марки «химически чистый». При содержании двууглекислого аммония менее 0,5 мас.% материал недостаточно вспучивается, что ведет к ухудшению теплопроводности. Содержание добавки аммония более 1,5 мас.% приводит к потере прочности гранулированного материала.

Использование в составе шихты микрокремнезема обусловлено тем, что на его основе готовят жидкостекольную композицию для получения гранулированного материала. При содержании микрокремнезема менее 33,5 мас.% получается материал с пониженной прочностью и водостойкостью. Содержание микрокремнезема более 45 мас.% ведет к избыточному увеличению плотности жидкостекольной композиции и затрудняет гранулирование материала.

Использование в составе шихты отхода обогащения апатито-нефелиновой руды обусловлено тем, что нефелинсодержащие отходы являются эффективной модифицирующей добавкой, улучшающей прочностные характеристики теплоизолирующего материала. Использование отхода обогащения апатито-нефелиновой руды в количестве менее 25 мас.% приводит к снижению прочности гранулированного теплоизоляционного материала, а использование нефелиновых отходов в количестве больше 30 мас.% ведет к уменьшению пластичности жидкостекольной композиции и вследствие этого к ухудшению вспучиваемости гранул, увеличению средней и насыпной плотности и снижению теплопроводности гранулированного материала.

Гидроксид натрия является щелочным компонентом и используется в составе шихты совместно с микрокремнеземом для приготовления жидкостекольной композиции. Он соответствует требованиям ГОСТ 2263-79 и может быть использован в виде водного раствора различной концентрации, предпочтительно 45% водного раствора. В составе шихты гидроксид натрия NaOH содержится в количестве 22-27 мас.% в пересчете на Na2O. Содержание гидроксида натрия менее 22 мас.% ведет к снижению вязкости жидко-стекольной композиции, а содержание более 27 мас.% ведет к ее излишней плотности, что негативно сказывается на формировании гранул.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышение прочности гранулированного теплоизоляционного материала при обеспечении его пониженного водопоглощения, а также в расширении сырьевой базы и улучшении экологии.

В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны техногенные компоненты сырьевой смеси следующего состава.

Микрокремнезем является отходом кислотной переработки нефелина на ОАО «Апатит» и имеет следующий химический состав, мас.%: SiO2 92,84-93,04, TiO2 0,47-0,98, Fe2O3 0,76-1,93, Al2O3 0,25-0,74, СаО 0,59-0,88, K2O 0,23-1,2, MnO 0,04-0,30, CuO 0,13-0,26, потери при прокаливании - остальное. Микрокремнезем представляет собой тонкодисперсный порошок светлосерого цвета с удельной поверхностью 1,72-2,37 м2/г, насыпной плотностью 256-287 кг/м3 и истинной плотностью 2,0-2,17 г/см3.

Золошлаковая смесь представляет собой отход Апатитской ТЭЦ. Смесь имеет химический состав, мас.%: SiO2 52,48-53,44, TiO2 1,08-1,23, Fe2O3 13,44-13,74, FeO 1,03-1,93, Al2O3 17,57-18,45, СаО 2,43-2,47, K2O 1,30-1,55, потери при прокаливании - остальное. Средняя удельная поверхность этой смеси составляет 0,4 м2/г. Введение золошлаковой смеси в состав шихты для получения теплоизоляционного материала приводит к увеличению интенсивности рефлексов кварца и соединений типа алюмосиликатов. Это можно интерпретировать как увеличение содержания SiO2 в системе силиката натрия Na2O·nSiO2 и формирование нерастворимых алюмосиликатных новообразований. Введение указанной добавки способствует увеличению количества связей Si-O-Al-O в структуре высокомодульного жидкого стекла из микрокремнезема, а также появлению аналогичных связей вследствие замещения иона кремния ионом алюминия. Кристаллические фазы представлены в основном кристобалитом и кварцем.

Отход флотационного обогащения апатито-нефелиновых руд ОАО «Апатит» имеет следующий химический состав, мас.%: SiO2 35,10-35,98, TiO2 4,43-4,98, (Fe2O3+FeO) 7,00-12,22, Al2O3 16,45-16,61, СаО 8,92-9,13, MgO 1,07-1,25, P2O5 4,05-4,11, Na2O 9,13-10,77, K2O 4,59-5,05.

Средняя удельная поверхность отхода обогащения равна 0,19 м2/г. Отход обогащения апатито-нефелиновых руд содержит до 61,1 мас.% нефелина и по своим функциональным свойствам не уступает нефелиновому концентрату. Кроме нефелина основными компонентами отхода являются также эгирин и вторичные минералы по нефелину, содержание которых составляет соответственно, мас.%: 10,2-13,0 и 7,5-10,2. Второстепенные минералы представлены полевым шпатом и апатитом, содержание которых составляет, мас.%: 5,8-7,4 и 3,4-5,4.

Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют получить оптимальный состав сырьевой смеси на базе техногенных отходов при обеспечении повышенной прочности гранулированного теплоизоляционного материала и пониженного водопоглощения.

В общем случае получение сырьевой смеси согласно изобретению заключается в следующем. Сначала готовят шихту путем дозирования в заданных количествах ее компонентов: микрокремнезема, золошлаковой смеси, отхода обогащения апатито-нефелиновой руды, 45% раствора гидроксида натрия и двууглекислого аммония с добавлением воды и перемешиванием в течение 1,5-3 минут до образования однородной суспензии. Далее осуществляют гидротермальную обработку при температуре 90-95°C и атмосферном давлении в течение 20-25 минут. Полученную жидкостекольную композицию подвергают грануляции в тарельчатом грануляторе. Сформированные сырцовые гранулы после сушки при комнатной температуре в течение 6-8 часов опудривают микрокремнеземом и обрабатывают при температуре 300-450°C в течение 20-30 минут с вспучиванием гранул. Затем гранулы подвергают кратковременному обжигу при 800-900°C в течение 1-3 минут. В итоге получают гранулированный теплоизоляционный материал с крупностью гранул 4-16 мм.

Сущность и преимущества заявленной сырьевой смеси для получения гранулированного теплоизоляционного материала могут быть проиллюстрированы Примерами 1-6 конкретного выполнения. Составы сырьевой смеси для получения гранулированного теплоизоляционного материала согласно Примерам 1-6 и основные характеристики полученного теплоизоляционного материала приведены в Таблице.

Из данных Таблицы видно, что предлагаемая сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала по сравнению с прототипом позволяет получить материал с более высокой (в 2,2-3,3 раза) прочностью и сопоставимым водопоглощением (≤5%). Использование в качестве компонентов сырьевой смеси большего числа техногенных отходов позволяет расширить сырьевую базу и улучшить экологию. Гранулированный теплоизоляционный материал из предлагаемой сырьевой смеси может быть получен промышленным способом на базе стандартного строительного оборудования.

Таблица
Пример № Компоненты сырьевой смеси Технические характеристики материала
микро-кремнезем золошла-ковая смесь отход обогащения апатито-нефелино-вой руды гидроксид натрия двуугле-кислый аммоний насыпная плотность, кг/м3 прочность, кгс/см2 водопоглощение, %
фракции гранул, мм
8-16 4-8 8-16 4-8 8-16 4-8
1 45,0 3,0 27 24 1 105 112 22 24 5 4,5
2 40,5 7,5 27 24 1 105 113 26 28 5 4
3 36,7 11,3 27 24 1 106 117 27 30 4 3,5
4 33,5 14,5 27 24 1 110 123 28 30 4 3,5
5 40,0 7,5 25 27 0,5 109 117 25 27 5 5
6 35,2 11,3 30 22 1,5 111 124 27 28 4,5 4

1. Сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала, включающая кремнеземсодержащий компонент, отход обогащения апатито-нефелиновой руды и гидроксид натрия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит золошлаковую смесь и двууглекислый аммоний, а в качестве кремнеземсодержащего компонента - микрокремнезем, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

микрокремнезем 33,5-45
золошлаковая смесь 3,0-14,5
отход обогащения апатито-нефелиновой руды 25-30
гидроксид натрия (в пересчете на Na2O) 22-27
двууглекислый аммоний 0,5-1,5

2. Сырьевая смесь по п.1, отличающаяся тем, что микрокремнезем имеет состав, мас.%: SiO2 92,84-93,04, TiO2 0,47-0,98, Fe2O3 0,76-1,93, Al2O3 0,25-0,74, СаО 0,59-0,88, K2O 0,23-1,2, MnO 0,04-0,30, CuO 0,13-0,26, потери при прокаливании - остальное.

3. Сырьевая смесь по п.1, отличающаяся тем, что золошлаковая смесь имеет состав, мас.%: SiO2 52,48-53,44, TiO2 1,08-1,23, Fe2O3 13,44-13,74, FeO 1,03-1,93, Al2O3 17,57-18,45, СаО 2,43-2,47, K2O 1,30-1,55, потери при прокаливании - остальное.

4. Сырьевая смесь по п.1, отличающаяся тем, что отход обогащения апатито-нефелиновой руды имеет состав, мас.%: SiO2 35,10-35,98, TiO2 4,43-4,98, (Fe2O3+FeO) 7,00-12,22, Al2O3 16,45-16,61, СаО 8,92-9,13, MgO 1,07-1,25, P2O5 4,05-4,11, Na2O 9,13-10,77, K2O 4,59-5,05.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству легкого керамзитобетона для малоэтажного строительства. Состав керамзитобетонной смеси включает, мас.%: портландцемент 18,87-21,34, керамзит 41,13-41,56, суперпластификатор ЛСТМ 0,0312, золу-унос ТЭЦ 13,92-18,87, газообразующую добавку ПАК-3 0,022-0,025, воду - остальное.

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к составам для производства ячеистого бетона и изделий на его основе, которые могут применяться в промышленном и гражданском строительстве.

Изобретение относится к строительной индустрии и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных, конструкционных изделий автоклавного твердения.
Изобретение относится к способу изготовления изделий из ячеистого бетона и к составу сырьевой смеси для изготовления неавтоклавного теплоизоляционного ячеистого бетона.
Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении искусственных пористых заполнителей для легких бетонов и теплоизоляционных засыпок.

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам смесей для изготовления морозостойких стеновых камней и монолитных стен. .

Изобретение относится к составам сырьевых смесей для изготовления керамических теплоизоляционных материалов и может быть использовано для производства теплоизоляционной керамики при строительстве жилых, гражданских и промышленных зданий.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству ячеистых бетонов, используемых в малоэтажном строительстве. .
Изобретение относится к производству теплоизоляционных ячеистых строительных материалов. .
Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к области поризации гипсовых смесей, и может быть использовано в промышленности строительных материалов.
Изобретение относится к технологии получения неорганических термостойких, антикоррозионных композиционных материалов при производстве пластиков, антифрикционных и смазочных материалов при изготовлении композиционных материалов для строительной, электротехнической, атомной, машиностроительной и химической промышленностей.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства безобжиговых теплоизоляционных материалов, применяемых для изоляции зданий, сооружений и трубопроводов.
Изобретение относится к сырьевым смесям для получения теплоизоляционного материала, применяемого для устройства теплоизоляционных покрытий трубопроводов с теплоносителями на атомных и тепловых электростанциях.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов. Сырьевая смесь дня изготовления теплоизоляционного слоя, содержащая волокнистый наполнитель, жидкое стекло, в качестве волокнистого наполнителя включает волокнит, полученный на основе хлопковых волокон и имеющий вид хлопьев спутанного волокна, при следующем соотношении компонентов, вес.ч.: волокнит 100, жидкое стекло 50-100.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов. Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного слоя содержит, вес.ч.: волокнистая металлокерамика 100, жидкое стекло 65-75, мел 10-15.
Изобретение относится к строительной индустрии, к способу получения стеклокерамзита и порокерамики. В способе получения стеклокерамзита и порокерамики, включающем предварительный помол кремнесодержащей смеси из трепелов и опок и последующее смешение ее с щелочным компонентом - едким натром, грануляцию полученной смеси, вспучивание и спекание во вращающейся печи, указанную кремнесодержащую смесь предварительно подвергают помолу до фракции 3-5 мм с последующей сушкой при температуре 600°C до влажности 10%, повторный помол до получения порошка фракции 0,315 мм, далее полученный порошок последовательно подвергают грануляции и химизации в турбулентном грануляторе, куда дозированно поступает порошок и раствор едкого натра, с получением гранул фракции от 1,5 до 2,5 мм, далее полученные гранулы подвергают повторной грануляции и химизации в тарельчатом грануляторе, куда дозированно поступают полученные гранулы, указанные порошок и раствор едкого натра, с получением гранул окончательной фракции от 5 до 7 мм с влажность 45% по массе, которые подвергаются сушке, вспучиванию и спеканию до достижения коэффициента вспучивания от 2,2 до 5,5 в зависимости от заданной рецептуры, во вращающейся подовой печи с температурой 740-760°C в течение 15-20 минут, или осуществляют термообработку гранул на электроконвейре в процессе доставки их потребителю.

Изобретение относится к производству прочных, легких тепло-шумовлагоизолирующих термостойких строительных материалов. Сырьевая смесь для получения тепло- шумовлагоизолирующего термостойкого материала, содержащая наполнитель - вспученный перлит или вспученный вермикулит, кварцевый песок, шунгит и жидкое стекло, содержит указанные перлит или вермикулит с размером 0,5-2,5 мм, кварцевый песок, содержащий ил и глину не более 3%, с размером 0,01-0,03 мм, жидкое стекло плотностью 1,45 г/см3 и дополнительно - базальтовое или стекловолокно размером 3-7 мм, магнезитовый порошок, раствор хлорида магния плотностью 1,2-1,25 г/см3 и кремнефтористый натрий, причем магнезитовый порошок и шунгит - в виде магнезиально-шунгитовой смеси в соотношении 1:3, при следующем соотношении компонентов, масс.
Изобретение относится к растениеводству и касается подготовки крупного заполнителя (природный гравий или щебень, керамзит и др.), используемого при оформлении цветников и клумб.
Изобретение относится к производству конструкционно-теплоизоляционных материалов. Способ изготовления конструкционно-теплоизоляционного материала состоит в том, что силикат-глыбу измельчают до удельной поверхности 2500 см2/г, смешивают ее с модификатором, упрочняющей добавкой в виде портландцемента, вспенивающим реагентом в виде перекиси водорода и водой затворения, заливают в форму изделия и далее проводят тепловую обработку изделия токами СВЧ в течение 15 минут при температуре 300°С, при этом в качестве модификатора используют суперпластификатор С-3, а в качестве дополнительной упрочняющей добавки - базальтовую микрофибру при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%: указанная силикат-глыба 62-64, суперпластификатор С-3 0,01-0,012, портландцемент 10-12, базальтовая микрофибра 0,04-0,1, перекись водорода 0,5-0,7, вода затворения 25.
Изобретение относится к области производства искусственных материалов, имитирующих природные. Сырьевая смесь для изготовления материала, имитирующего природный камень, включает, мас.%: измельченная и просеянная через сетку № 5 слюда 5,0-7,0; жидкое стекло 1,0-1,5; вода 29,0-31,0; белый портландцемент 33,0-35,0; молотое и просеянное через сетку № 014 кварцевое стекло 21,0-28,5; этилсиликонат натрия или метилсиликонат натрия 0,5-1,0; по меньшей мере один компонент из группы: окись хрома, ультрамарин, охра, редоксайд, пиролюзит, сурик железный 0,3-3,0.

Изобретение относится к неорганическим мелкодисперсным материалам, а именно полым остеклованным микросферам на основе перлита, и может быть использовано при изготовлении микросфер из других кислых гидроалюмосиликатов.
Наверх