Способ получения пеностеклокерамического гранулированного строительного материала из природного кварцевого песка
Владельцы патента RU 2782904:
Акционерное общество "Научно-исследовательский центр" Строительство" (АО "НИЦ "Строительство") (RU)
Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству искусственных пористых заполнителей для бетонов и гранулированных теплоизоляционных материалов для засыпной теплоизоляции, а также к получению полуфабриката для производства гранулированного строительного материала. Способ получения гранулированного строительного материала из сырьевой смеси, состоящей из кремнеземистого компонента и щелочного связующего раствора, включает сушку кремнеземистого компонента, приготовление щелочного связующего раствора путем совместного мокрого помола стекловидного силиката натрия, карбоната натрия и воды при температуре 80-110оС в течение 10-180 мин, смешение полученного связующего и кремнеземистого компонента и гранулирование смеси в смесителе-грануляторе, после грануляции сырцовые гранулы подвергают термообработке: сушке до влажности 1-15% при температуре 200оС и обжигу, в качестве кремнеземистого компонента используют высушенный молотый природный кварцевый песок, совместный мокрый помол осуществляют при следующем соотношении компонентов связующего раствора, вес.%: стекловидный силикат натрия 5-20, карбонат натрия 5-20, вода 60-90, смешивание полученного связующего и указанного кремнеземистого компонента и гранулирование осуществляют при соотношении связующего раствора и указанного кремнеземистого компонента от 1:15 до 1:5, обжиг осуществляют при температуре 850-930оС в течение от 5 до 30 мин, при этом суммарное содержание щелочных оксидов в готовом материале составляет от 15 до 25 вес.%. Изобретение развито в зависимом пункте формулы. Технический результат – снижение насыпной плотности и водопоглощения, повышение прочности на сжатие гранулированного строительного материала, снижение температуры обжига. 1 з.п. ф-лы, 10 табл., 5 пр.
Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству искусственных пористых заполнителей для бетонов и гранулированных теплоизоляционных материалов для засыпной теплоизоляции, а также к получению полуфабриката для производства гранулированного строительного материала.
Известен способ получения гранулированного теплоизоляционного материала для строительных изделий, включающий перемешивание аморфного кремнезема с дисперсностью 1-100 мкм с кремнеземсодержащим сыпучим наполнителем, таким, как песок с дисперсностью 5-70 мкм, в течение 3-10 мин до получения однородной сыпучей массы, введение в сухую сыпучую массу щелочесодержащего компонента, предварительно разбавленного водой либо в виде кремнеземсодержащего вяжущего с плотностью 1,5-1,7 г/см3 при соотношении его от 1:1 до 4:1, либо в виде водного раствора едкого натра или каустической соды при соотношении от 1:0,2 до 1:0,5, перемешивание сухой сыпучей массы с этим щелочесодержащим компонентом в течение 3-5 мин до получения однородной пастообразной массы, продавливание этой массы через фильеры диаметром 3-8 мм, резку образующейся на выходе из фильеры нити на куски размером не более 5-6 мм, последующее гранулирование с одновременным вспучиванием гранул при сушке их во вращающейся сушильной камере при температуре до 250°С и при следующем соотношении исходных компонентов, вес.%: аморфный кремнезем 23,0-34,0, сыпучий наполнитель 49,0-58,0, щелочесодержащий компонент 4,0-13,0, вода остальное (патент РФ № 2403230 от 05.06.2009 г., опубликовано 10.11.2010 г., Бюл. № 31).
Основным недостатком способа является сложный в техническом отношении метод грануляции, предполагающий продавливание формовочной массы сквозь фильеры. К другим недостаткам можно отнести пассивную роль песка, составляющего половину сырьевой массы, но неспособного при 250оС химически включиться в процессы синтеза теплоизоляции, высокую цену едкого натра, по сравнению с такими солями натрия, как карбонат и силикат, а также повышенную санитарную опасность его водных растворов, вызывающих химические ожоги кожи и глаз.
Известен способ изготовления гранулированного пеностеклокерамического заполнителя, включающий измельчение цеолитизированной породы, приготовление сырьевой смеси смешиванием измельченной породы с водным раствором гидроксида натрия в соотношении на сухое вещество, вес.%: цеолитизированная порода 75-80, гидроксид натрия 15-20, остальное вода – последующее гранулирование смеси, карбонизацию гидроксида натрия в гранулах и обжиг гранул в печи. Гранулированную смесь дополнительно опудривают тугоплавким порошком, при этом карбонизацию гидроксида натрия в гранулах проводят в потоке отходящих газов от сжигания углеродсодержащего топлива в течение 10-30 минут, а обжиг гранул - в диапазоне температур 700-900°С. Получается теплоизоляционный гранулят с насыпной плотностью 210-260 кг/м3 (патент РФ №2723886 от 25.09.2019 г. Опубликовано 18.06.2020 г. Бюл. № 17).
Недостатками способа являются высокая стоимость гидроксида натрия и ограниченная распространенность месторождений цеолитизированных алюмосиликатных пород. Кроме того, вряд ли может быть экономически обоснованным получение в заявленном способе карбоната натрия из значительно более дорогого гидроксида.
Известен состав и метод получения пористого заполнителя для легких бетонов и теплоизоляционных засыпок, содержащий шлак ТЭС и стеклобой, отличающийся тем, что сырьевая смесь дополнительно содержит в качестве флюса борную кислоту, а в качестве порообразователя – глицерин, в следующем соотношении, вес.%: шлак ТЭС 50-60, стеклобой 30-40, глицерин 4, борная кислота 6. Шихту для заполнителя пористого для легких бетонов и теплоизоляционных засыпок готовят путем тонкого измельчения и тщательного смешивания шлака ТЭС, глицерина и стеклобоя. Тщательное перемешивание достигается совместным помолом всех компонентов шихты в шаровых мельницах. Помол следует производить до достижения удельной поверхности 400-600 м2/кг. Влажность смеси до 4%. Подготовленную шихту гранулируют на тарельчатом грануляторе с орошением ее водным раствором растворимого стекла, сушку гранул производят на ленточно-сетчатой сушилке при температуре 400оС до влажности 2%. Температура вспенивания 850°С, время вспенивания 20 мин. За периодом вспенивания следует стадия резкого охлаждения для фиксирования структуры материала. Полученный заполнитель обладает насыпной плотностью 150-170 кг/м3, коэффициентом теплопроводности 0,06-0,075 Вт/(м*К) и прочностью на сжатие 0,9-1,0 МПа (патент RU 2555171 от 28.03.2014 г. Опубликовано 10.07.2015 г. Бюл. № 19).
Недостатками способа являются непостоянство свойств теплоизоляции из-за значительных колебаний в химическом составе золы ТЭЦ, а также побочное выделение слезоточивого акролеина при кипении глицерина.
Наиболее близким по технической сущности и одновременно прототипом является способ получения гранулированного строительного материала, включающий подготовку кремнеземистого компонента, приготовление связующего раствора, смешение компонентов, гранулирование смеси и термообработку, отличающийся тем, что связующий раствор готовят на основе коллоидного кремнезема и растворимых солей щелочных металлов путем совместного мокрого помола с одновременным растворением силиката натрия с силикатным модулем от 1,0 до 4,0, карбоната натрия и/или других растворимых в воде соединений щелочных металлов при температуре 80-110°C, при следующем соотношении основных компонентов: стеклообразный силикат натрия 10-50%, карбонат натрия 5-40%, вода 40-80%, причем смешение кремнеземистого компонента со связующим раствором совмещают с добавлением газообразователя и гранулированием смеси, при этом смешение и гранулирование проводят в одном устройстве - грануляторе при соотношении связующего раствора и кремнеземистого компонента от 1:5 до 1:1,2, после чего сырцовые гранулы подвергают термообработке: сушке до влажности 1-15% и обжигу при температуре 750-1100°C, при этом суммарное содержание щелочных оксидов в готовом материале составляет от 5 до 20 вес.%.
В результате получены закрытопористые гранулы с насыпной плотностью 155-180 кг/м3, прочностью на сжатие 0,8-1,45 МПа и коэффициентом размягчения 97-99,7% (патент RU 2605982 от 09.06.2014 г. Опубликовано 10.01.2017 г. Бюл. № 1).
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «Способ получения гранулированного строительного материала, включающий подготовку кремнеземистого компонента, приготовление связующего раствора, смешение компонентов, гранулирование смеси и термообработку».
Недостатками прототипа являются:
- сравнительно невысокая распространенность месторождений аморфных кремнеземов в РФ, особенно в северных регионах, и других странах;
- значительные колебания в химическом составе кремнеземистого компонента, прежде всего в содержании оксидов алюминия, железа, кальция и магния, что затрудняет производство конечного материала при одних и тех же значениях технологических параметров;
- недопустимо высокая энергоемкость процесса вспенивания материала, объясняющаяся необходимостью применения температур 850-1100°С.
Основными задачами, на решение которых направлено изобретение, являются:
- упрощение технологии и удешевление логистики производства гранулированной пеностеклокерамики за счет использования сравнительно однородного природного сырья, запасы которого распространены повсеместно;
- снижение максимальной температуры термообработки материала до значений 850-930оС и/или максимальной продолжительности термообработки до 30 мин;
- улучшение эксплуатационных свойств гранулированной теплоизоляции, в частности, понижение насыпной плотности и теплопроводности, повышение прочности на сжатие и водостойкости.
Поставленная задача решается путем коренного изменения минералогического состава сырьевой смеси в направлении замены в составе кремнеземистого компонента, как минимум, 2/3 аморфного кремнезема кристаллическим кварцем, содержащимся в природном кварцевом песке, с одновременным существенным снижением температуры вспенивания, что становится возможным из-за большей компактности, следовательно, более высокой теплопроводности, сырцовых гранул.
Остальные особенности технологии изготовления пеногранулята, описанные в тексте прототипа: применение многокомпонентного связующего раствора, обеспечивающего больший коэффициент вспенивания и меньшую открытую пористость материала, особый способ приготовления многокомпонентного связующего раствора, а также одностадийный способ получения сырцовых гранул из порошка кремнеземистого компонента и связующего раствора, совмещающий операции смешения и гранулирования – остался тем же, что и в прототипе.
Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных свойств строительного материала, а именно: снижении водопоглощения, а также повышении прочности на сжатие.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения гранулированного строительного материала, включающем подготовку кремнеземистого компонента, приготовление связующего раствора, смешение компонентов, гранулирование смеси и термообработку, связующий раствор готовят на основе растворимых солей щелочных металлов путем совместного мокрого помола с одновременным растворением стекловидного силиката натрия, карбоната натрия и/или других растворимых в воде соединений щелочных металлов при температуре 80-110°С. Например, при следующем соотношении основных компонентов: стекловидный силикат натрия 5-20%, карбонат натрия 5-20%, вода 60-90%, причем смешение кремнеземистого компонента со связующим раствором совмещают с добавлением газообразователя и гранулированием смеси, при этом смешение и гранулирование проводят в одном устройстве - грануляторе - при соотношении связующего раствора и кремнеземистого компонента от 1:15 до 1:5, после чего сырцовые гранулы подвергают термообработке: сушке и обжигу, при этом суммарное содержание щелочных оксидов в конечном продукте составляет от 15 до 25 вес.%, учитывая возможные щелочные ингредиенты кварцевого песка.
Кроме того, для дополнительного снижения удельного веса материала могут быть использованы газообразователи углеродного, и/или карбонатного типа, и/или карбидного типа. Возможно применение и других добавок, например, промоторов грануляции, ускорителей стеклообразования.
Для увеличения производительности гранулятора перед гранулированием проводят предварительное смешение компонентов с получением рыхлой неуплотненной смеси, которая в ходе гранулирования уплотняется, образуя компактные гранулы.
Для ускорения процесса получения связующего раствора молотый стекловидный силикат натрия растворяют в водном растворе карбоната натрия и/или других растворимых в воде соединений щелочных металлов.
Для получения укрупненных гранул сырцовые гранулы дополнительно обрабатывают на тарельчатом или шнековом грануляторе или ином формующем устройстве.
Способ получения вспененного гранулированного строительного материала осуществляется следующим образом.
В качестве кремнеземистого компонента сырьевой смеси используются природные пески, содержащие кремнезем преимущественно в виде мелкодисперсного кристаллического α-кварца, то есть в химически активной, относительно легко вскрываемой форме. Можно использовать пески любого типа, как по минералогической (аллювиальный, делювиальный, морской, эоловый и др.), так и по торговой (речной, карьерный, намывной, молотый песчаник, молотый маршаллит и др.). В число сопутствующих ингредиентов песков входят многочисленные минералы или горные породы преимущественно силикатного или алюмосиликатного состава, такие как глины, полевые шпаты, слюды, а также карбонаты. Для использования в заявляемом способе в качестве кремнеземистого компонента годятся пески с содержанием не менее 60 вес.% SiO2, не более 12 вес.% Al2O3, не более 5 вес.% Fe2O3 и не более 15 вес.% (CaO+MgO).
В качестве связующего раствора, который одновременно является щелочесодержащим компонентом, используют многокомпонентные водные растворы силикатов натрия и/или калия с силикатным модулем в пределах от 1 до 4, карбоната натрия, поташа, а также гидроксидов, сульфатов или нитратов щелочных металлов, полученные путем совместного растворения соответствующих химических соединений, либо техногенных отходов, содержащих упомянутые соединения, причем список компонентов не является исчерпывающим.
Состав связующего раствора должен включать не менее 15% силиката натрия и, по крайней мере, одну водорастворимую соль либо гидроксид щелочного металла из вышеприведенного списка.
Соотношение кремнеземистого компонента и связующего раствора выбирается, исходя из химического состава компонентов, метода гранулирования и необходимого содержания щелочных оксидов в готовом материале, которое должно составлять от 15 до 25 вес.%. Содержание воды в связующем растворе определяется, исходя из необходимости полного растворения используемых соединений щелочных металлов и, в то же время, должно быть достаточным для равномерной пропитки сырьевой массы перед грануляцией.
Продолжительность получения однородного связующего раствора и, соответственно, производительность оборудования, будет ограничиваться скоростью растворения в воде стекловидного силиката натрия, поступающего в виде дробленого стекла (силикат-глыбы), растворение которого с образованием щелочносиликатного раствора требует высокой температуры и длительного времени.
Известно, что скорость растворения (коррозии) силикатных стекол ограничивается образованием на поверхности стекла слоя гидратированного кремнезема, задерживающего диффузию щелочных ионов, и поэтому может быть существенно (в несколько раз) ускорено путем механического удаления верхнего гидратированного слоя стекла, которое достигается при мокром помоле (эффект механоактивации поверхностных реакций). Кроме того, растворение щелочносиликатных стекол, включая стекловидный силикат натрия, в водной среде существенно ускоряется при повышении температуры, а также при контакте с растворами солей натрия и калия, имеющими щелочную реакцию вследствие гидролиза, например, с водными растворами карбоната натрия и поташа. Предлагаемый способ, как и способ, реализованный в изобретении-прототипе, использует все три метода активизации растворения силиката натрия в воде - механический, термический и химический.
При этом нагрев смеси до температуры 80-110°С производится как за счет подводимого извне тепла, так и за счет выделяющейся энергии гидратации щелочных солей и механической энергии помола, переходящих в тепло непосредственно в смеси компонентов, благодаря чему экономится энергия и упрощается технология. Сочетание механической, термической и химической активации растворения силикат-глыбы снижает время помола и затраты энергии на помол не менее чем в 2-3 раза, в зависимости от модуля силиката натрия и устраняет помол силикат-глыбы как отдельную технологическую операцию.
Для получения связующего раствора сухие компоненты (силикат натрия и растворимые соли щелочных металлов) и вода загружаются в шаровую мельницу, аттритор, вибрационную мельницу или другой агрегат для мокрого помола периодического или непрерывного действия, где проводится совмещенная технологическая операция помола, смешения, растворения и гидротермальной обработки реакционной смеси, проходящая при температуре 80-110°С в течение 10-180 мин (при периодическом процессе) или до растворения всех или большей части компонентов при непрерывном процессе приготовления связующего раствора.
Совмещение операций в одном устройстве снижает количество единиц оборудования, исключает межоперационную транспортировку полуфабрикатов и тем самым снижает капитальные затраты на оборудование, а также упрощает его эксплуатацию.
Использование в качестве основы связующего раствора высоковязких растворов силикатов натрия и/или калия позволяет исключить кристаллизацию в растворе водорастворимых солей щелочных металлов, в результате чего при термообработке сырцовых гранул связующий раствор, теряя воду и загустевая, непосредственно переходит в легкоплавкое стекло при температурах ниже температуры стеклования, минуя в ходе синтеза стеклофазы образование кристаллических фаз и сохраняя практически идеально однородное аморфное (стекловидное) состояние. Благодаря непосредственному переходу связующего раствора в стеклофазу, образование замкнутых пор происходит при более низкой температуре и/или более низком содержании оксида натрия, что повышает степень вспенивания и снижает сырьевые затраты.
В предлагаемом способе грануляция, совмещающая в одном устройстве смешение кремнеземистого компонента и связующего раствора, проводится в смесителе-грануляторе скоростного, тарельчатого, лопастного или иного типа, обеспечивающего одностадийное получение сырцовых гранул из сухого порошка кремнеземистого компонента и комплексного связующего раствора, дозируемых в пропорции, обеспечивающей необходимый состав сырцовых гранул.
Полученные в смесителе-грануляторе влажные сырцовые гранулы подвергаются сушке до конечной влажности 1-15%, обеспечивающей необходимую сыпучесть, прочность и водостойкость сырцовых гранул. Тип сушильного агрегата не имеет существенного значения.
Завершающей технологической операцией является высокотемпературная термообработка (вспенивание) сырцовых гранул. Температура вспенивания, в зависимости от состава и технологии производства сырьевых гранул, составляет от 850 до 930°С, длительность пребывания во вращающихся барабанных печах непрерывного действия составляет от 5 до 30 минут.
Для вспенивания также могут применяться печи кипящего слоя или аналогичные агрегаты с аэродинамическим нагревом сырцовых гранул.
Сырцовые гранулы, произведенные указанным способом, используются для производства пеностеклокерамического гравия в конвейерных печах с сетчатым подом методом получения непрерывной ленты вспененного материала, с получением пеностеклокерамического щебня (вспененного гранулята).
Преимущества предлагаемого способа:
- улучшение свойств материала (максимализация степени вспенивания, повышение водостойкости, снижение плотности и объемного водопоглощения конечного продукта);
- упрощение технологии (совмещение смешения и гранулирования в одной технологической операции);
- частичное решение проблемы утилизации кремнеземсодержащих отходов различных производств (литейного, химического, а также строительства и производства стройматериалов).
Ниже представлены примеры конкретного осуществления способа.
Пример 1.
Для приготовления сырцовых гранул в качестве кремнеземистого компонента использован природный песок из Шелковского района Чеченской республики следующего состава (в вес.%):
Таблица 1
| Al2O3 | CaO | Fe2O3 | K2O | MgO | Na2O | P2O5 | SiO2 | TiO2 | п.п.п. |
| 10,29 | 5,69 | 2,77 | 2,18 | 0,99 | 2,78 | 0,15 | 67,10 | 0,36 | 7,39 |
Для приготовления связующего раствора использовались следующие компоненты: силикат-глыба (стекловидный силикат натрия) с массовым силикатным модулем 3,0 (25 вес.% Na2O), карбонат натрия, карбид кремния (газообразователь), вода водопроводная – при следующем соотношении компонентов:
Таблица 2
| № | Компонент | Количество, кг на 10 кг продукта |
| 1 | Песок | 9,0 |
| 2 | Силикат-глыба | 0,9 |
| 3 | Карбонат натрия | 0,19 |
| 4 | Карбид кремния | 0,05 |
| 5 | Вода водопроводная | 1,35 |
Для приготовления связующего раствора дробленая до размера 0-3 мм силикат-глыба, карбонат натрия и вода были загружены в аттритор мокрого помола емкостью 30 л с шаровой загрузкой из стальных шаров диаметром 6 мм, массой 25 кг. Температура в аттриторе поддерживалась на уровне 90-100°С. Через 20 минут после начала помола было зафиксировано полное растворение силикат-глыбы и карбоната натрия. Высушенный молотый песок и приготовленный связующий раствор поместили на 2 минуты, до завершения грануляции, в смеситель-гранулятор скоростного типа емкостью 50 л.
Готовая смесь сырцовых гранул была высушена во вращающейся барабанной сушилке при температуре 200°С. После смешения с разделительной средой в виде каолина сырцовые гранулы подверглись обжигу (вспениванию) во вращающейся барабанной печи при температуре 930°С. Средний срок пребывания гранул в зоне нагрева составил 3 минуты. Разброс диаметров гранул конечного продукта составил 3-10 мм.
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
Таблица 3
| № п/п |
Показатель | Найденные значения |
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 170-230 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 11,3-16,5 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 0,8-1,2 |
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 0,12-0,17 |
| 5 | Степень силикатизации кварца в продукте, вес.% | ~100 |
Структура гранул - крупнопористая, степень остекловывания высокая (стенки ячеек прозрачны).
Пример 2.
Состав сырьевой смеси и технология приготовления гранул были такими же, как в примере 1. Температура вспенивания сырцовых гранул составила 900°С, средний срок пребывания гранул в зоне нагрева 5 минут. Разброс диаметров гранул конечного продукта составил 4-11 мм.
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
Таблица 4
| № п/п |
Показатель | Найденные значения |
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 190-240 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 10,8-16,1 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 1,1-1,9 |
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 0,20-0,31 |
| 5 | Степень силикатизации кварца в продукте, вес.% | 85 |
Структура гранул - мелкопористая, степень остекловывания - высокая (стенки ячеек - прозрачные).
Пример 3.
Состав сырьевой смеси и технология приготовления гранул были такими же, как в примере 1. Температура вспенивания сырцовых гранул составила 850°С, средний срок пребывания гранул в зоне нагрева 10 минут. Разброс диаметров гранул конечного продукта составил 4-11 мм.
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
Таблица 5
| № п/п |
Показатель | Найденные значения |
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 150-180 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 16,2-21,4 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 0,8-1,4 |
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 0,96-1,30 |
| 5 | Степень силикатизации кварца в продукте, вес.% | 65 |
Структура гранул - мелкопористая, степень остекловывания - средняя (стенки ячеек - мутные).
Пример 4.
Для приготовления сырцовых гранул в качестве кремнеземистого компонента использован природный песок из Всеволжского района Ленинградской области следующего состава (в вес.%):
Таблица 6
| Al2O3 | CaO | Fe2O3 | K2O | MgO | Na2O | P2O5 | SiO2 | TiO2 | п.п.п. |
| 8,62 | 1,96 | 0,77 | 0,84 | 0,74 | 2,43 | 0,05 | 82,41 | 0,21 | 1,97 |
Состав сырьевой смеси и технология приготовления гранул были такими же, как в примере 1. Температура вспенивания сырцовых гранул составила 900°С, средний срок пребывания гранул в зоне нагрева 5 минут. Разброс диаметров гранул конечного продукта составил 4-11 мм.
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
Таблица 7
| № п/п |
Показатель | Найденные значения |
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 160-200 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 10,8-14,9 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 1,0-1,7 |
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 0,13-0,19 |
| 5 | Степень силикатизации кварца в продукте, вес.% | 65 |
Структура гранул - крупнопористая, степень остекловывания высокая (стенки ячеек прозрачны).
Пример 5.
Для приготовления сырцовых гранул в качестве кремнеземистого компонента использован природный песок из Заокского района Тульской области следующего состава (в вес.%):
Таблица 8
| Al2O3 | CaO | Fe2O3 | K2O | MgO | Na2O | P2O5 | SiO2 | TiO2 | п.п.п. |
| 3,51 | 6,45 | 2,02 | 1,12 | 1,74 | 2,20 | 0,11 | 78,21 | 0,07 | 3,76 |
Состав сырьевой смеси и технология приготовления гранул были такими же, как в примере 1. Температура вспенивания сырцовых гранул составила 900°С, средний срок пребывания гранул в зоне нагрева 5 минут. Разброс диаметров гранул конечного продукта составил 4-11 мм.
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
Таблица 9
| № п/п |
Показатель | Найденные значения |
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 170-210 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 16,2-21,4 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 0,8-1,4 |
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 0,16-0,30 |
| 5 | Степень силикатизации кварца в продукте, вес.% | 60 |
Структура гранул - крупнопористая, степень остекловывания высокая (стенки ячеек прозрачны).
Результаты определения характеристик приготовленных гранулятов, а также прототипа, приведены в следующей таблице.
Таблица 10
| Пример | Насыпная плотность, кг/м3 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | Водопоглощение, об.% | Потеря массы при кипячении, вес.% | Примечания |
| Прототип | 150 - 200 | 10,5 - 14,5 | 2,8 - 4,2 | 0,22 - 0,33 | - |
| Пример 1 | 170 - 230 | 11,3 - 16,5 | 0,8 - 1,2 | 0,12 - 0,17 | Энергозатратный режим |
| Пример 2 | 190 - 240 | 10,8 - 16,1 | 1,1 - 1,9 | 0,20 - 0,31 | Оптимум при энергосбережении |
| Пример 3 | 230 - 290 | 11,2 - 17,1 | 1,8 - 3,5 | 1,2 - 1,9 | Недостаточная водостойкость |
| Пример 4 | 160 - 200 | 10,8 - 14,9 | 1,0 - 1,7 | 0,13 - 0,19 | Оптимум при энергосбережении |
| Пример 5 | 170 - 210 | 16,2 - 21,4 | 0,8 - 1,4 | 0,16 - 0,30 | Оптимум при энергосбережении |
Основные характеристики материала в сравнении с прототипом.
Таким образом, при оптимальном технологическом режиме предлагаемый способ изготовления строительного материала обеспечивает существенное повышение, по сравнению с прототипом, прочности на сжатие (с 10,5-14,5 до 11,3-21,4 кг/см2) и заметное понижение водопоглощения (с 2,8-4,2 до 0,8-3,5 об.%), а также существенное понижение потери массы при кипячении в воде для легких фракций гранулята, наиболее значимых для теплоизоляции (с 0,22-0,33 до 0,12-0,31).
1. Способ получения гранулированного строительного материала из сырьевой смеси, состоящей из кремнеземистого компонента и щелочного связующего раствора, включающий сушку кремнеземистого компонента, приготовление щелочного связующего раствора путем совместного мокрого помола стекловидного силиката натрия, карбоната натрия и воды при температуре 80-110оС в течение 10-180 мин, смешение полученного связующего и кремнеземистого компонента и гранулирование смеси в смесителе-грануляторе, после грануляции сырцовые гранулы подвергают термообработке: сушке до влажности 1-15% при температуре 200оС и обжигу, отличающийся тем, что в качестве кремнеземистого компонента используют высушенный молотый природный кварцевый песок, совместный мокрый помол осуществляют при следующем соотношении компонентов связующего раствора, вес.%: стекловидный силикат натрия 5-20, карбонат натрия 5-20, вода 60-90, смешивание полученного связующего и указанного кремнеземистого компонента и гранулирование осуществляют при соотношении связующего раствора и указанного кремнеземистого компонента от 1:15 до 1:5, обжиг осуществляют при температуре 850-930оС в течение от 5 до 30 мин, при этом суммарное содержание щелочных оксидов в готовом материале составляет от 15 до 25 вес.%.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в смеситель-гранулятор дополнительно вводят газообразователь углеродного, карбонатного или карбидного типа.
