сырьевая смесь для получения гранулированного пеностекла

Формула изобретения

Сырьевая смесь для получения гранулированного пеностекла, включающая бой стекла и порообразователь, отличающаяся тем, что дополнительно содержит шлак ТЭЦ и связующее - растворимое стекло, а в качестве порообразователя - шлам алюминиевого производства и при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шлак ТЭЦ 20,0 - 21,0

Шлам алюминиевого производства 1,0 - 2,0

Растворимое стекло 8,0 - 10,0

Бой стекла Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к технологии изготовления эффективных теплоизоляционных материалов.

Известны пеностекла, полученные из боя стекла и углеродистой порообразующей добавки - кокса [а.с. СССР №550348, кл. С 03 С 1/00, опубл. 1974 г.].

К недостаткам этой смеси относятся высокая себестоимость и объемная масса получаемых изделий при синтезе пеностекла в окислительных условиях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является сырьевая смесь для изготовления пеностекла [а.с. СССР №844597, кл. С 03 С 1/00, бюл. №25 от 07.07.81 г.], включающая бой стекла и углеродистую порообразующую добавку - шунгит.

Недостатком этой сырьевой смеси является высокая температура вспенивания и невысокая прочность гранул при сжатии.

Техническим результатом изобретения является снижение насыпной плотности, повышение прочности при сдавливании в цилиндре, снижение температуры вспенивания и себестоимости пеностекла и расширение сырьевой базы.

Технический результат достигается тем, что в сырьевой смеси для получения гранулированного пеностекла, включающей бой стекла и порообразователь, новым является то, что дополнительно содержит шлак ТЭЦ и связующее - растворимое стекло, а в качестве порообразователя - шлам алюминиевого производства и при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шлак ТЭЦ 20,0-21,0

Шлам алюминиевого производства 1,0-2,0

Растворимое стекло 8,0-10,0

Бой стекла Остальное

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав сырьевой смеси для получения гранулированного пеностекла отличается от прототипа введением новых компонентов: шлака ТЭЦ, шлама алюминиевого производства и растворимого стекла.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию “новизна”.

А применение этих компонентов в заявляемых количественных соотношениях обеспечивает снижение насыпной плотности, повышение прочности, снижение температуры вспенивания и себестоимости пеностекла.

Таким образом, заявляемая сырьевая смесь для получения гранулированного пеностекла соответствует критерию “изобретательский уровень”.

В сырьевой смеси используют отходы оконного и тарного стекла, шлаки тепловых электростанций, в качестве связующего растворимое стекло, в качестве порообразователя углеродосодержащие и фторсодержащие щелочные отходы, получаемые при производстве алюминия (шлам алюминиевого производства).

Изготовление гранулированного пеностекла основано на порошковом способе, который предусматривает приготовление тонкодисперсной шихты, состоящей из порошка стекла, шлака ТЭЦ и порообразователя, формование гранул, спекание шихты с одновременной ее поризацией, закрепление пористой структуры и снятие температурных напряжений.

Технология изготовления сырьевой смеси для получения пеностекла состоит в следующем: стеклобой, шлак ТЭЦ и порообразователь - шлам алюминиевого производства, подвергают совместному помолу в шаровой мельнице (вибромельнице) до удельной поверхности шихты 400-500 м² /кг.

Полученную смесь увлажняют растворимым стеклом плотностью 1,18-1,20 г/см³ до влажности 16-18% и гранулируют на тарельчатом грануляторе. Гранулы сушат при температуре 373-393К, затем проводят вспенивание термоударом: в нагретой до температуры 1003-1063К печи гранулы устанавливают в печь и выдерживают их при заданных температурах 6-20 мин. В лабораторных условиях вспененные гранулы для снятия температурных напряжений выкладывают в емкость с нагретым песком.

Шлам представляет собой материал черного цвета с размером частиц от 0,071 до 10 мм. Он состоит из хвостов флотации, пыли электрофильтров, шлама газоочистки и угольной пены, которые в виде пульпы откачиваются на шламохранилище и накапливаются в отвалах, загрязняя природный бассейн. В шламе содержатся соединения фтора, состоящие в основном из криолита, Nа₃АlF₆ (8-10%) с небольшим количеством NaF и AlF₄ (4-6%), флюорита СаF₂ (4-6%). Кроме того, в шламе содержится большое количество соды (5-7 мас.% R₂O), а также углерод, сульфатная и сульфидная сера. Содержание в шламе некарбонатного углерода составляет до 60,0 мас.% в виде метаморфизованных угольных частиц графита.

Введение в состав шихты для получения пеностекла шлама алюминиевого производства в количестве 1,0-2,0 мас.% обеспечивает введение щелочного компонента без введения дорогостоящей соды, являющейся плавнем, понижающим температуру вспенивания, а также газообразователей: фтора, углерода и серы взамен дорогостоящих фторсодержащих соединений (криолита и др.).

Присутствующая в шламе Na₂ CO₃· H₂O при повышении температуры начинает разлагаться и является плавнем, понижая температуру вспенивания. Образующаяся углекислота взаимодействует с углеродом, образуя оксид углерода, который способствует вспучиванию гранул.

Щелочи также повышают пластичность массы и конечную прочность сырцовых гранул и улучшают вязкостные свойства смеси при обжиге.

Добавка к порошку стекла остеклованного шлака ТЭЦ, растворимого стекла и шлама алюминиевого производства способствует упрочнению сырцовых гранул и улучшает процесс вспенивания при обжиге.

Использование растворимого стекла со шламом алюминиевого производства при гранулировании пеностекла на тарельчатом грануляторе повышает прочность сухих гранул.

При замешивании разбавленного водой растворимого стекла с сырьевой смесью, содержащейся в шламе, кремнефторид вступает с ним в реакцию:

Na₂SiF ₆+2(Na₂O· SiO₂+H₂ O)=6NaF+3SiO₂· nН₂О

Кремнефторид натрия и растворимое стекло частично вступают между собой в химическую реакцию, частично образуя твердые растворы.

При разбавлении раствора растворимого стекла водой происходит гидролиз щелочных силикатов.

Na₂O· SiO ₂+mH₂O=2NaOH+nSiO₂(m-1)H₂ O

2NaOH+Si+Н₂О=Na₂O· SiO ₂+2Н₂

В очень разбавленных растворах щелочные силикаты оказываются почти полностью гидролизированными на NaOH и SiO₂. При действии воды стекловидные щелочные силикаты содержат различное количество гидратной воды, что положительно влияет на вспенивание гранул.

Твердение сырцовых гранул на основе стекла и шлака ТЭЦ со шламом алюминиевого производства при затворении растворимым стеклом плотности 1,18-1,20 происходит в основном за счет уплотнения геля кремнекислоты, образующегося из раствора растворимого стекла под влиянием химического и коагулирующего действия кремнефторида натрия, образующегося из криолита, а также имеющегося в составе шлама.

Выделяющийся коллоидный кремнезем прочно сцепляется с поверхностью твердых частиц и их цементирует.

При нагревании сырьевой смеси появляется жидкая фаза за счет легкоплавких эвтектик и соединений. С появлением достаточного количества жидкой фазы вязкость пиропластической массы понижается и достигает величины, когда под влиянием динамического напора выделяющейся газообразной фазы материал пластически деформируется. В интервале температур вспенивания, жидкая фаза, образовавшаяся из компонентов сырьевой смеси, создает оптимальную вязкость, обеспечивающую капсуляцию газовых пузырей с одновременным противодействием давлению газов в пузырях при резком снижении перфорации стенок образующихся пор. При этом имеет место интенсивная и равномерная поризация материала, так как все выделяющиеся газы удерживаются в массе, не порывая стенки и не образуя каверн.

Образованию пор в материале также способствует остаток неразложившегося растворимого стекла.

Совместное введение фторсодержащих соединений, углерода и серы, содержащихся в шламе, способствует частичной кристаллизации гранул, повышая их прочность.

Фторсодержащие соединения, а именно, СаF₂, одновременно является плавнем, понижающим температуру вспенивания. Однако содержание углерода ограничивается 1,0-2,0%, так как увеличение концентрации шлама замедляет процессы силикатообразования в присутствии гидрофобных, по отношению к силикатному расплаву, частиц углерода.

Таким образом, введение шлама в сырьевую смесь, содержащую бой стекла и шлак ТЭЦ, позволяет получить пеностекло с равномерной пористой структурой и повышает показатели по прочности при пониженных температурах 1003-1063К.

Одновременно введение фтора в комбинации с сульфидной серой и углеродом способствует кристаллизации без применения дорогостоящих фторсолей, что повышает прочность готовых изделий.

В таблице 1 приведены конкретные составы смесей для приготовления гранулированного пеностекла.

В таблице 2 приведены показатели свойств гранулированного пеностекла из предлагаемой и известных смесей.

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что из предлагаемой сырьевой смеси получается гранулированное пеностекло, обладающее насыпной плотностью 150-200 кг/см³ при более низких температурах вспенивания 1003-1063К, снижается водопоглощение и повышается прочность при раздавливании в цилиндре, что дает возможность снижать расход технологического топлива за счет снижения температуры вспенивания.

Важно также расширение сырьевой базы производства гранулированного пеностекла за счет использования шлаков тепловых электростанций и утилизации шлама от производства алюминия. Это позволяет снизить себестоимость гранулированного пеностекла, а утилизация отходов способствует охране окружающей среды и исключает затраты на содержание отвалов.