Сырьевая смесь и способ получения зернистого теплоизоляционного материала

Сырьевая смесь и способ получения зернистого теплоизоляционного материала

Реферат

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к получению пористых искусственных изделий, и может быть использовано при производстве зернистого теплоизоляционного материала и особо легкого заполнителя для бетонов промышленного и гражданского строительства.

Известна сырьевая смесь и способ получения гранулированного теплоизоляционного материала из жидкого стекла - стеклопора [Горлов Ю.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. М.: Высшая школа, 1989. - 384 с.]. Сырьевая смесь включает следующие компоненты: 93-95% жидкого стекла плотностью 1,4-1,45 г/см³, 7-5% тонкодисперсного наполнителя с удельной поверхностью 2000-3000 см²/г (например, золы ТЭЦ) и 0,5-1% гидрофобизирующей добавки (например, ГКЖ-10). Способ изготовления стеклопора заключается в следующем: сырьевая смесь, перемешанная до однородного состояния, подается в капельном виде в раствор хлористого кальция с температурой 22-30°С и выдерживается в течение 40 мин для формирования гранул. Полученные сырцовые гранулы подсушиваются при температуре 85-90°С в течение 10-20 мин и затем вспучиваются при температуре 350-500°С в течение 1-3 мин.

Недостатками известной сырьевой смеси и способа производства являются низкие прочность и водостойкость полученного материала, сложность и длительность технологического процесса его изготовления, а также применение раствора хлористого кальция, вызывающего коррозию используемого оборудования.

Известна сырьевая смесь и способ получения безобжигового легкого заполнителя, предусматривающие, что в качестве вяжущего вещества используют жидкое стекло, полученное в результате гидротермальной обработки суспензии микрокремнезема - отхода производства кристаллического кремния - с каустической содой при температуре 80-90°С и атмосферном давлении, и дополнительно в качестве порообразующей добавки - отсев кристаллического кремния. Из смеси зола-унос ТЭЦ, вышеназванного жидкого стекла и отсева кристаллического кремния формуют гранулы и производят их термообработку при 120-150°С в течение 1 ч, при предварительном подогреве до 50-60°С вяжущего и порообразующей добавки и следующем соотношении компонентов, мас.%: зола-унос ТЭЦ 25,7-27,6; указанное жидкое стекло 64,5-68,9; отсев кристаллического кремния 3,5-9,8 [RU 2148043, 1998].

Недостатками известных сырьевой смеси и способа получения являются длительный режим термической обработки сырцовых гранул, что приводит к повышенным энергозатратам, и высокая насыпная плотность безобжигового легкого заполнителя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является сырьевая смесь и способ получения гранулированного теплоизоляционного материала [RU 2151121, 1998]. Способ получения теплоизоляционного материала включает приготовление сырьевой смеси (мас.%) из каустической соды (в пересчете на Na₂O) 5,74-6,13; наполнителя - микрокремнезема - отхода производства кристаллического кремния - 43,0-45,9; натриевой соли неорганической кислоты - бикарбоната натрия - 0,57-1,21 и воды - остальное; подогрев суспензии; грануляцию с последующей термообработкой сырцовых гранул, причем подогрев суспензии проводят при 110-120°С в течение 20-30 мин, а термообработку сырцовых гранул - при 350-400°С в течение 1 ч.

Недостатками способа являются длительный режим термической обработки сырцовых гранул, что приводит к повышенным энергозатратам, повышенные насыпная плотность и водопоглощение, относительно низкие прочность и пористость гранулированного теплоизоляционного материала.

Технический результат - сокращение длительности термообработки сырцовых гранул и снижение температуры гидротермальной обработки сырьевой смеси, уменьшение насыпной плотности и водопоглощения, повышение прочности и пористости зернистого теплоизоляционного материала.

Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для получения зернистого теплоизоляционного материала включает микрокремнезем, каустическую соду, воду и дополнительно золу-унос ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.%: микрокремнезем - 39,23-40,77; каустическая сода (в пересчете на Na₂O) - 7,13-7,41; зола-унос ТЭЦ - 2,04-3,96; вода - 49,67-49,78.

Микрокремнезем является отходом производства кристаллического кремния следующего химического состава (мас.%):

SiO₂ - 78,6; Fе₂O₃ - 0,479; Аl₂О₃ - 1,22; CaO - 0,607; MgO - 0,303; (Nа₂О+K₂O) - 0,18; (SiC+С) - 13,23; п.п.п.- 5,2. Микрокремнезем представляет собой высокодисперсный порошок серого цвета с удельной поверхностью 25-34 тыс. см²/г и насыпной плотностью 135-300 кг/м³.

Свойства микрокремнезема соответствуют требованиям ТУ-1-249М533-01-90 “Микрокремнезем конденсированный. Технические условия”.

Зола-унос ТЭЦ образуется при сжигании бурых углей (улавливается электрофильтрами и другими устройствами) и имеет следующий химический состав (мас.%): SiO₂ - 40-55; Fе₂O₃ - 6-14; Аl₂О₃ - 4-10; CaO - 20-35; MgO - 3-6; (Na₂O + К₂О) - 0,5-2; SO₃ - 0,9-5; п.п.п. - не более 2.

Зола-унос ТЭЦ представляет собой несгоревший пылевидный остаток с размером частиц менее 150 мкм, удельной поверхностью 3,9-4,3 тыс. см²/г и насыпной плотностью 820-988 кг/м³, образующийся при сгорании твердого топлива.

Свойства золы-унос ТЭЦ соответствуют требованиям ОСТ 34-70-542-81.

Каустическая сода (гидроксид натрия) соответствует требованиям ГОСТ 2263-79 и может быть использована в виде водного раствора различной концентрации. Расчет количества каустической соды в составе сырьевой смеси производится в пересчете на Na₂O.

Вода соответствует требованиям ГОСТ 23732-79 “Вода для бетонов и растворов. Технические условия”.

Способ получения зернистого теплоизоляционного материала из сырьевой смеси, включающий приготовление сырьевой смеси и ее гидротермальную обработку, грануляцию с последующей термообработкой сырцовых гранул, причем гидротермальную обработку сырьевой смеси проводят при 85-95°С и атмосферном давлении в течение 10-15 мин, а термообработку сырцовых гранул при 100°С в течение 10 мин и при 350-400°С в течение 10 мин.

Способ получения зернистого теплоизоляционного материала заключается в следующем: микрокремнезем, каустическую соду, золу-унос ТЭЦ и воду, отдозированные в заданных количествах, перемешивают в течение 1-1,5 мин. Далее гидротермальной обработкой (при 85-95°С и атмосферном давлении) в течение 10-15 мин сырьевой смеси получают высокомодульную жидкостекольную композицию, которую подают в экструдер для обеспечения ее порционного поступления в тарельчатый гранулятор. Сформированные сырцовые гранулы опудриваются микрокремнеземом и поступают на термообработку в сушильный барабан. Термообработка состоит из двух стадий: подсушивание сырцовых гранул при 100°С в течение 10 мин и низкотемпературное вспучивание при 350-400°С в течение 10 мин.

В таблице 1 приведены физико-механические показатели предлагаемого и известного материалов.

В таблице 2 приведены сравнительные результаты предлагаемого и известного способов получения материала.

Как видно из табл. 1-2, предлагаемый способ позволяет уменьшить длительность термообработки сырцовых гранул в 3 раза и существенно повысить качественные характеристики зернистого теплоизоляционного материала. Кроме того, вовлечение в производство строительных материалов техногенных крупнотоннажных отходов - микрокремнезема и золы-унос ТЭЦ способствует снижению экологической напряженности в регионе и приводит к освобождению полезных площадей, занятых под отвалы.

Предлагаемое изобретение для производителей отходов способствует решению проблемы бюджетных платежей за образование и размещение отходов, повышает рентабельность производства.

Таблица 1
Показатели	Материал
Известный	Предлагаемый
	МК-40,77 мас.%; каустическая сода(в пересчете на Na2O) -7,41 мас.%; зола-унос ТЭЦ-2,04 мас.%; вода -49,78 мас.%.	МК-40,00 мас.%; каустическая сода(в пересчете на Na2O) -7,27 мас.%; зола-унос ТЭЦ-3,0 мас.%; вода -49,74 мас.%.	МК-39,23 мас.%; каустическая сода(в пересчете на Na2O) -7,13 мас.%; зола-унос ТЭЦ-3,96 мас.%; вода -49,68 мас.%.
Насыпная плотность,кг/м3	160,0-180,0	75,0-90,0	90,0-110,0	110,0-130,0
Прочность единичной гранулы при сжатии, МПа	1,5-2,0	3,2-4,0	4,0-5,0	5,0-7,0
Водопоглощение,%	10,0-12,0	7,0-6,0	6,0-5,0	5,0-3,0
Общая пористость,%	67,0-75,0	87,0-83,0	83,0-80,0	80,0-78,0
Таблица 2
Показатели	Способ
известный	предлагаемый
Общее время термообработки сырцовых гранул, мин	60	20
Температура подогрева суспензии, °С	110-120	-
Время подогрева суспензии, мин	20-30	-
Температура гидротермальной обработки сырьевой смеси, °С	-	85-95
Время гидротермальной обработки сырьевой смеси, мин	-	10-15

1. Сырьевая смесь для получения зернистого теплоизоляционного материала, включающая микрокремнезем, каустическую соду и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит золу-унос ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Микрокремнезем 39,23-40,77

Каустическая сода (в пересчете на Na₂О) 7,13-7,41

Зола-унос ТЭЦ 2,04-3,96

Вода 49,67-49,78

2. Способ получения зернистого теплоизоляционного материала из сырьевой смеси, включающий приготовление сырьевой смеси и ее гидротермальную обработку, грануляцию с последующей термообработкой сырцовых гранул, отличающийся тем, что гидротермальную обработку сырьевой смеси по п.1 проводят при 85-95°С и атмосферном давлении в течение 10-15 мин, а термообработку сырцовых гранул при 100°С в течение 10 мин и при 350-400°С в течение 10 мин.