Способ получения строительных изделий на основе кремнеземсодержащего связующего

Способ получения строительных изделий на основе кремнеземсодержащего связующего

Реферат

Изобретение относится к производству различных строительных изделий, материалов различного назначения, включая такие, в частности, штучные материалы как кирпич, стеновые блоки, изделия тротуарного мощения, бордюры, фасадные и половые плитки, так и различные изделия в виде скорлупы, сегментов, труб колец, обладающих повышенными прочностными и иными свойствами, устраивать тротуарное и дорожное монолитное покрытие, на базе кремнеземсодержащего связующего с использованием дешевого минерального сырья и отходов различных производств.

По своей сути данная технология базируется на стыке бетонной технологии с применением традиционных вяжущих (цемента, щелочных силикатов и т.д.), керамической технологии (создание прочного изделия методом спекания) и устройства дорожного покрытия. При производстве большой группы строительных изделий (кирпича, плиток, блоков) она может быть альтернативной к производству традиционных материалов на основе минеральных вяжущих или керамики. В ряде случаев она позволяет осуществлять производство высококачественных материалов и изделий с использованием нетрадиционных заполнителей, например отходов переработки продукции сельского хозяйства, получать различные материалы с более высоким эксплуатационными характеристиками (прочностными, морозостойкостью, теплопроводностью, пористостью, кислого- и щелочестойкостью, стойкостью к испарению и т.д.) по сравнению с выпускаемыми по традиционным технологиям.

Известен способ изготовления строительных изделий на основе жидкого стекла путем приготовления смеси, содержащей жидкое стекло (91-96 мас.%), кремнефтористоводородную (ускоритель твердения) (0,7-1,5 мас.%), наполнитель (перлит) (3-7 мас.%) и воду (0,3-0,6 мас.%), сушки ее до остаточной влажности 35-40%), измельчения полученного материала, формования изделий из него и нагрева их до 200-400°С с последующей выдержкой их при температуре и охлаждением (SU 643461, 14.03.1977).

Материал, полученный данным способом, обладает повышенной прочностью, но не обладает достаточной водостойкостью (водополощение 11%, гидроскопичность 1,2%), кислотостойкостью.

Известен способ производства термоизоляционных изделий из жидкого стекла, обращенного нагреванием в мелкопористую массу, при котором жидкое стекло дробят на куски желаемых размеров, набивают эти кусочки в металлические разборные формы и нагревают до 300-350°С несколько часов (3-4 ч).

По этому способу можно получить водоупорный материал смешением сначала жидкого растворимого стекла с сухими минеральными добавками (мел, известь, хлористый кальций), подсушиванием массы, дроблением и последующей вышеуказанной обработкой. Получают материал, как указано при описании данного известного способа, обладающий большой механической прочностью. Способ технологически достаточно сложен, не позволяет получать широкий ассортимент строительных изделий.

Данные по водостойкости не приводятся (SU 332431, 05.1935).

Известен способ получения химически стойкого бетона на основе силикатного связующего, при котором смешивают высококремнеземистое щелочное стекло фракции 0,315-1,25 мм, содержащее 8-40 мас.% высококремнеземистого щелочного стекла пылевидной фракции до 0,315 мм, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью 4500 см²/г, рядовой кварцевый песок с модулем крупности 1,4, кварцитовый щебень фракции 5-20 мм и воду. Далее смесь подвергают формованию, прессуют и термообрабатывают при 187°С и давлении 12 атм в течение 21 часа. Получают материал, имеющий кислотостопоглощение 1,5-2,0 мас.%, прочность при сжатии 112,5 МПа (SU 1025688, 30.06.1983).

Однако данными известными способами не удается получить изделия, обладающие одновременно высокими прочностными свойствами и повышенной водостойкостью.

Известен способ получения алюмосиликатного материала, включающий приготовление сырьевой смеси из природного, глинистого материала и воды, формование смеси, сушку и обжиг. Согласно изобретению в сырьевую смесь дополнительно вводят неорганические глазуреобразующие вещества, а формование изделия осуществляют путем заполнения сырьевой смесью формы, в которой установлены газопроницаемые прокладки. При сушке заданную часть поверхности формуемого изделия оставляют открытой, а сушку проводят в потоке ИК-излучения с длиной волны 5-10 мкм с принудительной вытяжкой.

Предпочтительно в качестве глазуреобразующих веществ используют вещества, выбранные из ряда: окись алюминия, окись бария, окись железа, окись, кальция, окись магния, окись натрия, окись цинка, двуокись кремния. Вводят их в смесь в количестве 5-10%. Получаемые материалы имеют высокую монопористость, но использованы в основном в качестве носителей в каталитических и сорбционных процессах в химической промышленности (RU 2197424, 27.01.2003).

Известен способ изготовления теплоизоляционных изделий на основе композиции, содержащей в мас.%: кремнесодержащий компонент-трепел 42,0-50,0; гидроксид натрия 4,5-12,0; металлическая добавка-гидроокись алюминия 3,0-7,0; жидкое стекло 8,0-15,0; вода остальное (RU 2148046, 27.04.2000).

Изготовление теплоизоляционных изделий (скорлуп, плит, кирпича, блоков и т.п.) осуществляют следующим образом. В смеситель-активатор СА 400/300 В загружают водный раствор гидроксида натрия с плотностью ρ=1,3 г/см³, постепенно порциями вносят гидроокись алюминия, туда же добавляют известное количество жидкого стекла с плотностью ρ=1,2 г/см³ и перемешивают в течение 10-20 мин. Затем добавляют трепел и перемешивают мешалкой с числом оборотов 400-450 об/мин. Смесь разогревается до температуры 65±5°С за счет взаимодействия химических компонентов, смесь перемешивают до тех пор, пока температура массы не начнет снижаться.

Готовую смесь разливают в формы различных видов и размеров и выдерживают в течение 24 часов, затем формы штабелем укладывают в печь при температуре 300±25°С и выдерживают в печи 2,5-3,5 часа, затем вынимают их из приемника (термоса) при температуре 60-70°С, выдерживают в течение 18 часов. Затем формы вынимают и разбортовывают. Готовую продукцию складируют.

По известному изобретению получают кислотостойкие материалы с повышенной водостойкостью и огнестойкостью, но не обладающие одновременно повышенными прочностными и теплоизоляционными свойствами.

Известен еще другой способ изготовления строительных изделий (RU 2206536, 20.06.2003), включающий приготовление формовочной массы из силикатного связующего, кремнеземистого наполнителя, ускорителя твердения и воды, формование из полученной смеси изделий и их сушку, используют силикатное связующее, выбранное из группы жидкое стекло, силикат-глыба, гидросиликат натрия, кремнегель, кремнеземистый наполнитель с влажностью не более 20% и дисперсностью 4-50 мкм и 0,1-2,5 мм, приготовление формовочной массы с влажностью 6-10% осуществляют при интенсивном перемешивании до гомогенного состояния путем сначала совместного помола указанного силикатного связующего с 2-5 мас.% указанного наполнителя до его дисперсности 4-50 мкм и 0,1-2,5 мм, затем введения воды и добавления в полученную активированную смесь 20,0-46,5 мас.% указанного наполнителя с дисперсностью 4-50 мкм и 24,5-63,9 мас.% пигмента и ускорителя твердения, формование осуществляют прессованием при давлении от 1,0-150 кг/см, а сушку - при 25-400°С при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанное силикатное связующее - 0,5-15,5; указанный кремнеземистый наполнитель - 75,9-85,9; ускоритель твердения - 0,5-5,0; вода - 8,1-13,3; пигмент - 0-0,5. Причем используют жидкое стекло предпочтительно в количестве 0,5-15,5 мас.%, силикат-глыбу с дисперсностью 4-20 мкм предпочтительно в количестве 3,0-4,0 мас.%, кремнегель с дисперсностью 4-20 мкм предпочтительно в количестве 2,0-4,0 мас.%, а после сушки дополнительно осуществляют обжиг при 600-1000°С в течение 15-90 мин.

Недостатком известного способа прежде всего является его сложность из-за необходимости введения специальных отверждающих добавок, необходимость стадии сушки изделий, а также недостаточно высокие прочностные свойства получаемых изделий.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу по изобретению является известный способ изготовления изделий на основе кремнеземсодержащего связующего путем приготовления формовочной массы из кремнеземсодержащего связующего и кремнеземсодержащего заполнителя, формования изделий из полученной формовочной массы и последующей термообработки отформованных изделий, включает приготовление связующего с плотностью 1,1-2,1 г/см³ из смеси, содержащей неорганическую связку, кремнесодержащий компонент (материал) и воду при их интенсивном перемешивании в высокоскоростном смесителе при скорости их перемешивания 1500-2500 об/мин, частоте колебаний перемешиваемых частиц 2000-35000 Гц, нагревании до 80-90°С и последующем охлаждении его при перемешивании от 40 до 100 об/мин в течение 10-12 часов при 15-25°С, приготовление формовочной массы осуществляют смешением 9,0-13,5 мас.% приготовленного кремнеземсодержащего связующего и 86,5-91,0 мас.% кремнеземсодержащего заполнителя в смесителе, гомогенизации формовочной смеси, а термообработку отформованных изделий осуществляют при 90-950°С в зависимости от типа заполнителя (RU 2283818 20.09.2006).

Однако из-за того, что для приготовления изделий используют связующее плотностью 1,1-2,1 г/см³, это не позволяет получать широкий ассортимент изделий с повышенной прочностью и водостойкостью.

Технической задачей заявленного изобретения является упрощение способа, расширение ассортимента получаемых изделий, повышение прочностных и иных эксплуатационных свойств изделий (морозостойкость, стойкость к истиранию, водостойкость и др.), расширение сырьевой базы как за счет минерального сырья, так и за счет отходов промышленного производства, удешевление получаемых изделий, получение экологически чистых строительных изделий, а также сохранение всех эксплуатационных свойств в течение длительного времени.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе получения строительных изделий на основе кремнеземсодержащего связующего путем приготовления формовочной массы из кремнеземсодержащего связующего и кремнеземсодержащего заполнителя, формования из полученной массы изделий и последующей термообработки, сначала приготавливают (получают) кремнеземсодержащее связующее с плотностью 1,3-2,4 г/см³, модулем 15-30 из смеси, содержащей неорганическую связку, кремнеземсодержащий компонент, воду и соль плавиковой кислоты в количестве 0,5-10,0 мас.% в расчете на смесь, и при их интенсивном перемешивании в высокоскоростном смесителе при скорости перемешивания их 2600-6000 об/мин, частоте колебаний частиц 3600-45000 об/мин, нагревании 80-90°С или при воздействии электрического тока с напряженностью 15-40 Вт и силой тока 60 А, с последующим охлаждением кремнеземистого связующего при постоянном перемешивании со скоростью от 40 до 100 об/мин при 15-25°С в течение 10-12 часов или с использованием воздушной аэрации при 10-20°С в течение 6-11 часов в качестве кремнеземсодержащего компонента используют кремнеземсодержащий компонент с размером частиц от 0,2 до 20,0 мм или предварительно измельченный до размера частиц от 40 Å до 60 мкм, выбранный из группы, включающей песок кварцевый или кварцевую муку с влажностью не более 4%, карьерные глины с влажностью более 10%, обожженные глины, суглинки, супеси, лессовые отложения, с влажностью около 4% микрокремнеземы, полученные из отходов производства ферросплавов, отходы камнеобработки, полученные при распиловке или шлифовке, например гранита, или при производстве гранитного щебня, гидрослюду, такую как используют при производстве вермикулита или вспученного перлита с влажностью около 4%, а также аморфное кремнеземсодержащее минеральное сырье из группы, включающей трепел, диатомит с влажностью 4-6%, приготовление формовочной массы осуществляют смешением 9,0-13,5 мас.% этого полученного кремнеземсодержащего связующего и 86,5-91,0 мас.% кремнеземсодержащего заполнителя с влажностью не более 6% и дисперсностью 4-50 мкм или 60-150 мкм, или 0,2-25 мм, в качестве которого используют различный песок, гранит, базальт, вермикулит, вспученный перлитовый песок, керамзит, гидрослюду, металлургические шлаки, угольные шлаки и золы, отходы производства керамзита, камня и камнеобработки, смесь аморфного кремнезема с отходами переработки древесины или растительными отходами переработки сельскохозяйственных культур, таких как костра от переработки льна, солома, шелуха подсолнечника, а само формование осуществляют путем вибролитья или поверхностного виброуплотнения, или путем вибропрессования, или путем полусухого прессования с усилием от 1,0 до 400 кг/см² на прессе, снабженном системой дозировки подачи поддонов или без поддонов со съемным механизмом подачи сырца на транспортер с усилием прессования от 150 до 600 кг/см²; а термообработку осуществляют при 400-950°С, а при использовании горючих заполнителей из указанных выше, термообработку осуществляют при 85-95°С.

Для получения кремнеземсодержащего связующего с плотностью 1,3-2,4 г/см³ и силикатным путем вибролитья или поверхностным виброуплотнением или путем вибропрессования модулем 15-30, в частности может быть использована следующая смесь (соотношения компонентов смеси в мас.%):

Неорганическая связка	- 5,0-30,0
Кремнеземсодержащий компонент	- 15,-65,0
Соль плавиковой кислоты	- 0,5-10,0
Вода	- остальное.

Указанные соотношения между неорганической связкой и кремнесодержищим компонентом относятся к известным, традиционным соотношениям, обычно используемым при получении аналогичных связующих, как например, такими же, как и используемыми в RU 2236374, 20.09.2004, для последующего использования его при получении различных строительных изделий. И определяется оно выбором конкретных неорганических связок и кремнеземсодержащего компонента, а также варьированием количественного содержания соли плавиковой кислоты в пределах 0,5-10,0 мас.% согласно формуле изобретения, что в целом обеспечивает получение кремнесодержащего связующего с плотностью 1,3-2,4 г/см³ и модулем 15-30, а также улучшенными эксплуатационными и прочностными характеристиками, сохраняющимися при его использовании.

В способе по изобретению используют пресную, например техническую воду, воду морскую, минерализованную воду, что позволяет осуществить способ по изобретению в различных природных условиях, а также утилизировать различную техническую воду, улучшая тем самым окружающую экологию.

Для осуществления способа по изобретению используют различные измельчающие устройства и различные перемешивающие устройства, обеспечивающие предварительное измельчение кремнеземсодержащего сырья до необходимого заданного размера и эффективное перемешивание исходной смеси. К числу таких устройств относятся валковые и дисковые мельницы, различные диссольверы, шаровые мельницы, биссерные; высокоскоростные - дисковые мешалки, дисково-пропеллерные и дисково-лопостные мешалки, смесители с якорной мешалкой, высокоскоростной роторно-статорный смеситель, планетарные смесители, шнековые, планетарные смесители с трехмерным движением спирально-ленточных рабочих органов, обеспечивающие перемешивание при скорости перемешивания по меньшей мере 2600 об/мин и частоту колебаний перемешиваемых частиц 3600-45000 Гц.

В случае смешения кремнеземсодержащего сырья с неорганической связкой и водой без предварительного измельчения кремнеземсодержащего сырья предпочтительное время перемешивания составляет 8-10 ч, в случае использования предварительно измельченного кремнеземсодержащего сырья время перемешивания его с неорганической связкой и водой составляет от 10 мин до 0,5 ч. Способ осуществляют следующим образом.

В высокоскоростной роторно-статорный смеситель загружают кремнесодержащее сырье, например песок, предварительно измельченное с кремнеземсодержащее сырье с размером частиц (дисперсностью) от 40 Å до 60 мкм; туда же загружают силикатную связку или гидроксид натрия (в твердом состоянии или в виде раствора) и воду (пресную, морскую или минерализованную) и соль плавиковой кислоты, например фтористый кальций. Осуществляют интенсивное перемешивание данной смеси при скорости перемешивания по меньшей мере 2600 об/мин и частоте колебаний перемешивающихся частиц 3600-45000 Гц, например в течение 10 минут - 0,5 ч или 8-12 ч.

Перемешивание может осуществляться также и при воздействии электрического поля с напряженностью 15-40 Вт и силой тока 60 А.

Далее осуществляют охлаждение смеси при постоянном перемешивании со скоростью от 40 до 100 об/мин при 15-25°С в течение 10-12 часов или с использованием воздушной аэрации при 10-20°С в течение 6-11 часов до получения связующего с плотностью 1,3-2,4 г/см³, представляющее собой однородный гомогенный продукт, имеющий текучесть, подобную воде, с силикатным модулем 15-30.

В таблице 1 представлены примеры получения связующего, используемого в заявленном способе получения строительных изделий и основные его характеристики.

При изготовлении связующего с использованием вместо нагревания электрического тока, происходит увеличение объема готового связующего в 2-3 раза за счет образования газовых пузырьков. В процессе хранения и использования они не разрушаются и делают готовые изделия более пористыми, что расширяет ассортимент этих изделий.

После перемешивания компонентов, используемых для приготовления кремнеземсодержащего связующего при условиях перемешивания, указанных в таблице 1, осуществляют охлаждение смеси при постоянном перемешивании со скоростью от 49 до 100 об/мин при 15-25°С в течение 12 часов или с использованием воздушной аэрации при 10-20°С в течение 6-11 часов до получения связующего с необходимой плотностью (1,3-2,4 г/см³, представляющий собой однородный гомогенный продукт, имеющий текучесть, подобную воде, с силикатным модулем 15-30, низким водопоглощением, кислотостойкостью и экологически чистые.

Таблица 1
Наименования компонентов,	Содержание компонентов используемой в способе смеси, в мас.%, по примерам
Условия, свойства
1	2	3	4	5	6
1. Неорганическая связка:
- жидкое натриевое стекло, М=3,2	11,8	-	-	-	-	30,0
- силикат-глыба	-	6,3	-	-	-	-
- гидроксид натрия	-	-	11,8	16,6	18,6	-
2.Кремнеземсодержащее сырье (влажность 4%, SiO2 - 85%)
кварцевый песок (мука),
предварит. измельченный, с размером 40 Å - 60 мкм	29,4	-	-	27,8	40,7	50,0
- трепел, с дисп. 0,5-2,0 мкм (влажность 6%)	-	31,2	29,4	-	-	-
3. Вода:
- пресная	-	62,0	53,8	-	-	16,0
- морская	56,3	-	-	-	30,7	-
- минерализованная	-	-	-	52,6	-	-
4. Соль плавиковой кислоты,
CaF2	2,5	0,5	5,0	3,0	10,0	4,0
- Скорость перемешивания, об/мин	3000	3600	4700	2600	6000	4000
- Время перемешивания	0,5 ч	10 ч	8 ч	10 мин	0,5 ч	0,5 ч
- Частота колебаний частиц, Гц	4000	3600	30000	8000	10000	45000
- Перемешивание при воздействии электрического тока 20 Вт, 40 А	-	+	+	-	+	+
- нагревание °С	80	-	-	90	-	-
Свойства:
- плотность, г/см3	2,4	1,6	1,3	1,4	1,5	2,4
- кремнеземистый (силикатный) модуль	15	25	30	20	25	15
Водостойкость (водопоглощение. %)	0,2	0,1	0,15	0,2	0,1	0,05
Кислотостойкость	+	+	+	+	+	+

Примечание: аналогичные результаты по свойствам связующего получают при перемешивании компонентов с использованием воздействия электрического тока напряженностью 15 Вт, 30 Вт и силой тока до 60 А. Происходит разогрев до 100°С. Механическое перемешивание 20-140 об/мин.

Полученное связующее используют для получения различных строительных материалов и изделий последующим формованием смеси его с различными целевыми добавками, такими как наполнители, отверждающие добавки, пигменты-красители, и другими добавками в зависимости от конкретного назначения изделия методом простого прессования под давлением или ударно-прессовым способом, далее отформованные изделия сушат, при необходимости термообрабатывают (обжиг). Изделия с его использованием водостойки имеют небольшое влагопоглощение (практически 0%), кислотостойки, атмосферостойки, имеют хорошие прочностные свойства.

К следующей группе силикатного связующего, используемого в способе по изобретению, относятся кремнегели (кремнезоли) - коллоидный кремнезем с высокими значениями кремнеземистого модуля (с модулем 25 и выше). Может быть использован, например, кремнегель (как отход металлургического производства) следующего состава:

(SiO₂ - 88,2 мас.%, H₂O - 1,7 мас.%, п.п.п. - 8,3 мас.% (примеси); Fе₂O₃ - 0,035 мас.%, Аl₂О₃ - 0,16 мас.%, Na₂O - 1,86 мас.%, SO₄ - 0,12 мас.% (SU 1724638) и другие, например кремнегель, являющийся отходом производства фтористого алюминия (SU 1121233).

В способе по изобретению используют в качестве силикатного щелочного стекла, например, с содержанием SiO₂ 71,2-72,8 мас.% (SU 1112724).

В способе используют сухое силикатное связующее (в виде гидратированных порошков, аморфных и кристаллических), измельченное с дисперсностью от 40 Å до 60 мкм, алюмосиликаты, в качестве которых используют природное минеральное сырье, например глины, суглинки, супеси, обожженные или необожженные глины, лессовые отложения, бой глиняного кирпича и отходы промышленного производства, например металлургические шлаки и золы, и шлаки ТЭЦ, образованные в результате сжигания углей (черных или бурых, или торфа), с содержанием А1 (в виде оксидов или солей) больше 0,5% (к весу сухого вещества).

Итак, для получения кремнеземсодержащего связующего при осуществлении способа по изобретению используют различные кремнеземсодержащие компоненты (материалы) с содержанием SiO₂ не менее 40%, такие как, например, кварцевый песок, кварцевую муку, содержанием SiO₂ до 99 мас.%, дитомит, трепел, маршалит (аморфные кремнеземы), опоки, микрокремнезем, получаемый промышленным способом, отходы камнепереработки, например гранита, кремнеземсодержащие минералы, образовавшиеся в результате вулканической деятельности (вулканический шлак, пемза и т.п.), стеклобой различного химического состава, например, тара для пищевой и непищевой продукции.

При этом влажность кремнеземсодержащего материала (компонента для приготовления неорганического связующего), как правило, например, при использовании измельченного материала, например кварцевого песка, составляет не более 6%, при использовании, например, карьерной глины составляет от более 6% до 100%, а при использовании, например, отходов распиловки или шлифовки гранита с влажностью более 20% вплоть до водной взвеси.

В способе по изобретению используют различную воду (при необходимости очищенную путем фильтрации от органических примесей, например остатков водорослей, живых организмов), например речную, морскую, минерализованную.

В качестве кремнеземсодержащего заполнителя при приготовлении формовочной массы в способе по изобретению используют различные пески (речной, морской, карьерный), гранит, базальт, вермикулит, вспученный перлитовый песок, керамзит, гидрослюду, металлургические шлаки, угольные шлаки и золы, отходы производства керамзита, камня и камнеобработки, смесь аморфного кремнезема с отходами переработки древесины (опилки, стружки) или отходами переработки сельскохозяйственных культур, таких как, в частности, костра от переработки льна, солома, шелуха подсолнечника и др.

Используют кремнеземсодержащий заполнитель с различной дисперсностью (размером частиц), например, с дисперсностью 4-50 мкм или 60-150 мкм, или 0,2-25 мм или их смеси в различных сочетаниях.

Используют кремнеземсодержащий заполнитель с влажностью не более 6%. Согласно способу по изобретению формование изделий осуществляют, например, методом полусухого прессования непосредственно на поддонах (на прессах, снабженных системой дозировки и подачи поддонов) или без поддонов со съемным механизмом подачи сырья на транспортер, например, с усилием прессования от 150 до 600 кг/см².

Формование изделий способом по изобретению может быть осуществлено также, например, литьем (вибролитьем), вибропрессованием или поверхностным виброуплотнением.

Итак, в способе по изобретению при приготовлении неорганической кремнеземсодержащего связующего в качестве неорганической связки используют:

гидросиликаты натрия в виде полуводного гидросиликата натрия,

трехводного гидросиликата, девятиводного гидросиликата, гидрополисиликата натрия, гидрометасиликатов натрия (одновалентный, двух-, трех-, четырехводный и далее, вплоть до четырнадцатого гидрометадивиката натрия);

жидкое стекло (натриевое, калиевое и др.) с модулем 2,3-4,0;

силикат-глыбу (безводная стекловидная масса различной окраски в порошкообразном состоянии или в виде кусков от 0,05 до 10 мм. Получают ее, например, сплавлением смеси кварцевого песка с содой или потамом (сода может быть заменена сульфатом натрия) до образования однородного жидкого расплава. Расплав, выпущенный из печи, при медленном охлаждении на воздухе застывает в виде твердого монолита.

Фракционный состав (дисперсность) кремнеземсодержащего материала, используемого в качестве кремнеземсодержащего компонента при приготовлении кремнеземсодержащего связующего в способе по данному изобретению находится в пределах от 5 мкм (отходы распиловки и шлифовки гранита, гидрослюды для производства перлитового песка Магаданского месторождения) до 20 мм (кирпичный бой, отходы производства керамзита, стеклобой); используют также и предварительно измельченные до размера менее 60 мкм кремнеземсодержащие материалы, такие как различные пески, отходы, отсев при производстве гранитного щебня.

При этом время перемешивания кремнийсодержащего материала-компонента для получения связующего, с неорганической связкой в зависимости от дисперсности кремнеземсодержащего компонента выбирают, например, 10-30 минут при использовании материала с дисперсностью менее 30 мм (отходы производства керамзита, стеклобой, кирпичный бой, туфы, аморфные кремнеземы, трепел и др.), а также для предварительно измельченного материала с дисперсностью 60 мкм и менее (например, кварцевые пески); а для кремнеземсодержащего материала без предварительного его измельчения (различные пески, гранитный отсев, металлургические шлаки, угольные золы и шлаки ТЭЦ) оно составляет 3-12 часов.

Перемешивание неорганической связки с кремнеземсодержащим компонентом при приготовлении связующего осуществляют при 80-90°С, и такая температура поддерживается в течение всего времени приготовления связующего; смешение осуществляют в присутствии соли плавиковой кислоты (CaF₂, NaF; AlF₃ и другие), взятой в количестве 0,5-10,0 мас%.

Последующее охлаждение приготовленного связующего осуществляют также при постоянном перемешивании при частоте вращения 40 до 100 об/мин, например с помощью устройства пропеллерного типа или с использованием воздушной аэрации в течение 8-12 часов при температуре окружающей среды 10-20°С. При таких условиях приготовления связующего происходит увеличение плотности связующего. Например, связующее, приготовленное с использованием кварцевого песка в качестве кремнеземсодержащего компонента и едкого натрия в качестве неорганической связки, сначала имеет плотность 1,63 г/см³, а после охлаждения при вышеописанных условиях плотность его возрастает до 1,71 г/см³.

Перемешивание неорганической связки с кремнеземсодержащим компонентом при приготовлении связующего, используемого в способе по изобретению, осуществляют в различных смесителях при скорости перемешивания 2600-6000 об/мин и частоте колебаний частиц 3600-45000 Гц.

Получают связующее с плотностью 1,3-2,4 г/см³, обладающее текучестью воды, высокой смачивающей способностью, не коагулирует при дальнейшем добавлении в него кремнеземсодержащего заполнителя (молотый песок, вермикулит, перлитовый песок и т.д.), т.е. происходит его равномерное распределение по всему объему шихты - формовочной массы, что способствует получению высокопрочных изделий.

В способе по изобретению используют заполнитель кремнеземсодержащий с дисперсностью в пределах от 40 Å до 25 мм, в частности песок кварцевый - фракция с дисперсностью 4-50 мкм или фракция с дисперсностью 0,4-2,5 мм, или фракция с дисперсностью 60-120 мкм или их различные смеси.

Для осуществления способа по изобретению используют различные измельчающие устройства и различные перемешивающие устройства, обеспечивающие как предварительное измельчение при необходимости кремнеземсодержащего сырья до необходимого заданного размера, так и эффективное перемешивание исходной смеси при приготовлении неорганического связующего и последующего смешения его с заполнителем.

К числу таких устройств относятся валковые, ударно-центробежные и дисковые мельницы, различные диссольверы, шаровые мельницы, биссерные, смесители принудительного действия, дисковые мешалки, дисково-пропеллерные и дисково-лопостные мешалки, смесители с якорной мешалкой, высокоскоростной роторно-статорный смеситель, планетарные смесители, шнековые, планетарные смесители с трехмерным движением спирально-ленточных рабочих органов, обеспечивающие перемешивание при скорости перемешивания от 2600 до 6000 об/мин.

Для приготовления строительных изделий данным способом в зависимости от конкретного назначения их в состав шихты (смеси) возможно введение различных пигментов и красителей неорганического и органического происхождения (щелочестойких и светостойких) в сухом виде, например двуокись титана, цинка, железа, феррофосфорные пигменты, мел, охра, крон оранжевый, окись хрома, мумия, сурик железный, марс красный и коричневый, ультрамарин и т.д.

Пигменты вводят также в порошкообразном виде в количестве предпочтительно до 5%.

Ниже приводятся конкретные примеры осуществления способа изготовления строительных изделий по изобретению, которые иллюстрируют способ по изобретению, но не ограничивают его.

Пример 1

Согласно способу по изобретению сначала приготавливают кремнеземсодержащее связующее на основе смеси, содержащей неорганическую связку, воду, кремнеземсодержащий компонент (материал). В высокоскоростной роторно-статорный смеситель загружают кремнеземсодержащее сырье, например песок, с размером частиц (дисперсностью) от 0,2 до 20 мм или из измельчителя (шаровой мельницы) предварительно измельченное кремнеземсодержащее сырье с размером частиц (дисперсностью) от 40 Å до 60 мкм; туда же загружают силикатную связку или гидроксид натрия (в твердом состоянии или в виде раствора) и воду (пресную, морскую или минерализованную). Осуществляют интенсивное перемешивание данной смеси при нагревании до 90°С и при скорости перемешивания по меньшей мере 2600 об/мин и частоте колебаний перемешивающихся частиц 3600-45000 Гц в течение времени, достаточного для достижения необходимой плотности 1,47 г/см³, например в течение 10-30 мин или 1-8 ч. В результате этого смесь подвергается ударно-сдвиговому воздействию (деформации) и получают однородный гомогенный продукт.

Далее приготовленное связующее охлаждают в емкости при постоянном перемешивании при скорости перемешивания 100 об/мин в течение 10 часов при 15-25°С.

Полученное неорганическое связующее имеет плотность после охлаждения 1,57 г/см³.

Затем готовят формовочную массу, смешивая в смесителе планетарного типа 9,0 мас.% полученного связующего и 91,0 мас.% кремнеземсодержащего заполнителя, в частности смесь аморфного кремнезема (трепел) с дисперсностью 50 мкм с древесными опилками при содержании их в смеси 5-15 мас.%. Далее осуществляют окончательную гомогенизацию формовочной массы (смеси), осуществляя дальнейшее перемешивание в смесителе, например, шнекового типа. Полученная формовочная масса подается на пресс, где непосредственно на поддонах осуществляют полусухое прессование изделий с усилием 2,5-5 кг/см², а далее изделия подвергаются термообработке при 90°С.

Получают теплоизоляционные строительные изделия, имеющие свойства, приведенные в Таблице 2.

Таблица 2Свойства изделий, полученных способом по изобретению с использованием в качестве заполнителя частично древесных опилок
№ п/п	Показатели	Материал
Опилки	Опилки
1.	Объем сухого материала, см3	400	600
2.	Объемный вес сухого материала, кг/м3	100	100
3.	Расход связующего, мл	80	80
4.	Расход воды, мл	0	0
5.	Вес сырьевой смеси, г	145,2	157,2
6.	Нагрузка прессования, г/см2	35	60
7.	Температура термообработки, °С	90	90
8.	Время термообработки при максимальной	90	90
	температуре, мин
9.	Объем образца после прессования, см3	176	176
10.	Объем образца после термообработки, см3	176	176
11.	Вес образца, г	110,6	121,1
12.	Прочность при сжатии, кг/см2	13,7	29,6
13.	Прочность при изгибе, кг/см2	12	20,0
14.	Теплопроводность, ккал/м- час- град	0,06	0,071
15.	Водопоглощение, %	1,2	1,4
16.	Усадка образца после термообработки, %	0	0
17.	Плотность образца, кг/м3	540	610
18.	Морозостойкость, циклы	80	90
19.	Стойкость к истиранию, г/см2	0,1	0,08

Пример 2

Получают изделия с использованием речного намывного песка в качестве заполнителя кремнеземсодержащего и кремнеземсодержащего компонента (материала) при приготовлении неорганического связующего.

Пример осуществления способа по изобретению иллюстрируется с использованием примерной технологической схемы производства (см. чертеж).

Песок доставляют на производство автомобильным или железнодорожным транспортом, что зависит от расстояния его доставки до места производства, объема производства и стоимости перевозки.

Разгрузка песка осуществляется в приемный бункер 1, снабженный рыхлителем 2, обеспечивающим разрушение комков, образование которых возможно особенно в зимний период, и равномерную подачу песка на транспортер 3, подающий песок к элеватору 4. Элеватором 4 песок перегружается в приемный бункер 5 на транспортер 6 с системой ножей разгрузки, который обеспечивает равномерное распределение песка по площади склада хранения песка 7. Со склада, оснащенного системой подачи на сушку 8, например грейферным краном, песок подается в сушильный барабан 10 через приемный бункер 9, который обеспечивает равномерность и беспрерывность его поступления в сушильный барабан. В сушильном барабане происходит не только сушка песка, но и выгорают возможные органические включения, например ракушки или водоросли. На выходе из сушильного барабана песок через бункер 11 попадает в систему сит 12, где происходит удаление из песка более крупных фракций, например гальки. Образовавшийся отсев транспортером 13 направляется в отвал. В дальнейшем отсев может быть использован как крупный заполнитель при производстве каких-либо изделий, например блоков, в качестве подсыпки на дорогах или использован для других целей. Сухой с влажностью не более 6% отсеянный песок транспортером 14 подается в бункер-накопитель 15 для его хранения и дальнейшего распределения по технологической линии. Через питатель 16 бункера-накопителя 15 песок по