способ получения полуфабриката для изготовления строительного материала

Формула изобретения

1. Способ получения полуфабриката для изготовления строительного материала, включающий получение шихты смешением кремнеземсодержащего компонента, щелочного компонента и воды с получением суспензии, ее сушку с получением полуфабриката и термообработку, отличающийся тем, что шихта дополнительно содержит барханный песок и нефелинсодержащий компонент при следующем соотношении компонентов, мас.%:

щелочной компонент в пересчете на гидроксид	2,0-40,0
нефелинсодержащий компонент	0,9-10,0
барханный песок	49,0-96,0
кремнеземсодержащий компонент	остальное,

а сушку осуществляют распылением суспензии с получением сыпучего полуфабриката с влажностью не более 9 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего компонента используют природное и/или техногенное кремнистое сырье.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного компонента используют гидроксид натрия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание воды в суспензии составляет 40-90 мас.%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку суспезии осуществляют в потоке газообразного теплоносителя.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют формование сыпучего полуфабриката с получением на его основе сырцовых заготовок в виде гранул или массива.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют прокаливание сыпучего полуфабриката или сырцовых заготовок на его основе.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют вспучивание термообработкой сыпучего полуфабриката и/или сырцовых заготовок на его основе с получением пористого засыпного, теплоизоляционного или конструкционно-теплоизоляционного строительного материала.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют спекание термообработкой сыпучего полуфабриката и/или сырцовых заготовок на его основе с получением конструкционного или отделочного строительного материала.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют приготовление вяжущего смешением сыпучего полуфабриката с кальцинированными добавками, преимущественно с цементом или известью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительной индустрии, а именно, к способу получения строительного материала.

Известен способ получения строительного материала, заключающийся в смешивании кремнеземсодержащего компонента, щелочного компонента, цинкосодержащего компонента и воды, укладке смеси в формы и ее термическом вспучивании при температуре 300-400°С. Содержание щелочного компонента в смеси в сухом эквиваленте составляет 30-33 мас.% (патент RU 2053984).

К недостаткам способа относится невысокое качество получаемого материала, проявляющееся в неоднородной пористости, высоком водопоглощении и неудовлетворительном сочетании характеристик материала - плотности, прочности на сжатие и коэффициента теплопроводности.

Известен способ получения строительного материала, заключающийся в смешивании кремнеземсодержащего компонента, щелочного компонента и воды, укладке смеси в формы и ее термической обработке путем предварительного нагрева сырьевой смеси при температуре 40-60°С в течение 30-60 мин с последующим ее нагревом со скоростью 50-150°С/мин до температуры 800-900°С и выдержки при ней в течение 20-30 мин. Содержание воды в исходной смеси составляет 23-29 мас.% (патент RU 2154618).

Недостатком этого способа также является невысокое качество получаемого материала, проявляющееся в неоднородной пористости, высоком водопоглощении и неудовлетворительном сочетании характеристик материала - плотности, прочности на сжатие и коэффициента теплопроводности.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ получения пористого строительного материала, включающий сушку кремнеземсодержащего компонента - кремнистой породы, ее термообработку при 250-700°С в течение не менее 0,5 часа, измельчение до фракции менее 5 мм, смешение полученного кремнеземсодержащего компонента, щелочного компонента и воды с получением суспензии, выдержку при температуре 0-150°С в течение не менее 0,2 часов, ее сушку при 0-350°С в течение до 6 часов до полного удаления физической и частично химической воды с сохранением гидроксильных групп на AL и Fe, дробление шихты после сушки до фракций менее 1 мм и повторную термообработку с удалением остатков физически и химически связанной воды, формование и термическое вспучивание. Причем возможно, что после смешения компонентов осуществляют указанные выдержку, сушку, термообработку шихты, производят ее дробление до фракции менее 5 мм, дополнительно вводят до 70 мас.% заполнителя - кварцевого, барханного песка, укладывают в формы или на полотно конвейера или гранулируют и производят обжиг (по патенту RU 2333176, опубл. 10.09.2010).

Недостатком этого способа являются невысокие эксплуатационные характеристики материала, а также нестабильность получаемых характеристик материала.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик строительного материала.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения полуфабриката для изготовления строительного материала, включающем получение шихты смешением кремнеземсодержащего компонента, щелочного компонента и воды с получением суспензии, ее сушку с получением полуфабриката и термообработку, шихта дополнительно содержит измельченный до барханный песок и нефелинсодержащий компонент при следующем соотношении компонентов, мас.%: щелочной компонент в пересчете на гидроксид 2,0-40,0, нефелинсодержащий компонент 0,5-10,0, барханный песок 49,0-96,0, кремнеземсодержащий компонент остальное, а сушку осуществляют распылением суспензии с получением сыпучего полуфабриката с влажностью не более 9 мас.%.

Причем в качестве кремнеземсодержащего компонента используют природное и/или техногенное кремнистое сырье. В качестве щелочного компонента используют гидроксид или силикат, или карбонат щелочного металла, или их смесь. Перечисление не является исключающим, можно использовать различные щелочные отходы производств, например сульфида натрия, капролактама, глинозема, кислорода, щелочные растворы, используемые для очистки металлических отливок от шлака, пригара и окалины. Предпочтительно использование гидроксида щелочного металла, например натрия.

В качестве нефелинсодержащего компонента используют измельченную нефелиновую руду, как хвосты обогащения, так и кондиционный нефелиновый концентрат. Например, нефелиновый концентрат - отход, образующийся при обогащении апатит-нефелиновой руды, содержащий, мас.%: нефелин - до 84, полевой шпат - до 12, эгирин - до 4, гидрослюду - до 3, а также другие примеси. Барханный песок имеет примерно следующий (средний) состав, мас.%: SiO ₂ 45,0-63,0, AI₂O₃ 6,5-9,8, Fe ₂O₃ 1,5-2,9, CaO 10,5-15,1, MgO 1,2-2,1, Na ₂O 1,4-1,8, SO₃ 1,5-2,0, K₂O 1,2-2,1, P₂O₃ 1,1-1,4, потери при прокаливании - остальное. Содержание воды в суспензии составляет 40-90 мас.%. Сушку суспензии осуществляют в потоке газообразного теплоносителя, прямом или вихревом. Возможно использование любых существующих методов сушки диспергируемого материала в потоке газообразного носителя - распылительные методы с дисковым распылом или через форсунку пневматическим способом (сжатым воздухом), или с использованием вихревых методов диспергации и сушки. Сыпучий полуфабрикат предварительно подвергают прокаливанию при температуре, которая примерно на 150°С меньше температуры при термообработке. Распыляемую суспензию можно подавать в любом направлении - снизу, сверху, сбоку, под любым углом. По соотношению направлений подачи суспензии и теплоносителя может применяться любая схема - в одном направлении, во встречных направлениях, под углом. При этом поток теплоносителя может быть как прямым, так и вихревым. Все эти параметры определяются конструкцией сушила. Верхний температурный предел сушки определяется исходной композицией суспензии и в основном зависит от содержания щелочного компонента в суспензии - чем ниже его содержание, тем выше может быть температура сушки. Возможно при содержании щелочного компонента 22% верхний предел температуры сушки составляет 450-550°С. Температура сушки определяется температурой термообработки и должна быть ниже последней не менее чем на 150°С.

Характеристики получаемого в результате сыпучего полуфабриката и, прежде всего, его влажность, средний размер и гранулометрический состав определяются характеристиками суспензии, в частности средним размером частиц суспензии, их гранулометрическим составом, видом диспергации, температурой теплоносителя. Средний размер частиц сыпучего полуфабриката зависит от требований к конечной продукции и принятыми методами диспергации и сушки и находится в диапазоне значений до 5 мм, преимущественно 50-300 мкм.

Также возможно, что термообработку гранул проводят в разделяющей среде в количестве до 30 мас.%, преимущественно в порошке кремнеземсодержащего компонента, каолина, кварцевого песка, цемента или смесей из них. Осуществляют термообработку в виде массива в формах, задающих пространственную конфигурацию и габариты материалу. Осуществляют термообработку в виде массива бесформовым методом, преимущественно на конвейере. При осуществлении термообработки поверхности, контактирующие с материалом, используют выполненные из антиадгезионного состава или защищенные антиадгезионным покрытием, или обработанные антиадгезионным веществом, преимущественно порошком кремнеземсодержащего компонента, каолина, кварцевого песка, цемента или их смесью в сухом виде или на жидкой связке, преимущественно водной или углеводородной.

Изобретение осуществляют следующим образом.

Кремнеземсодержащий компонент, а также барханный песок, нефелинсодержащий компонент приводят в дисперсное состояние со средним размером частиц, находящимся, преимущественно, в диапазоне значений до 300 мкм. Например, удельная поверхность может составлять 2000-3500 см²/г. Целесообразно проводить совместное измельчение, что способствует равномерному распределению исходных компонентов по объему смеси. Для этого можно использовать методы как сухого, так и влажного измельчения или их комбинацию. Измельчение проводят в одну или несколько стадий в зависимости от свойств измельчаемого материала и принятой схемы переработки. Во влажном состоянии измельчение можно проводить как до, так и после введения всех компонентов суспензии. Влажное измельчение позволяет использовать материал естественной влажности и исключить необходимость предварительной сушки. В некоторых случаях требуется предварительная термическая обработка кремнеземсодержащего компонента перед приготовлением на его основе суспензии с целью исключения факторов, оказывающих отрицательное воздействие на равномерность структуры и физико-механические свойства готового пористого материала.

Содержание воды в суспензии составляет 40-90 мас.% и зависит от принятого метода измельчения и сушки, требований к конечному продукту, а также от свойств используемых кремнеземсодержащего и щелочного компонентов и от количества последнего. Содержание воды подбирают из условия, с одной стороны, чтобы суспензия диспергировалась принятым методом до нужного размера, с другой, чтобы минимизировать количество испаряемой воды при сушке в потоке газообразного теплоносителя. С целью регулирования реологических свойств суспензии и/или для придания сыпучему полуфабрикату требуемых свойств в суспензию могут вводиться различные модифицирующие добавки, например пластификаторы. Также возможно введение в суспензию других соединений, обеспечивающих специальные характеристики готовой продукции.

Компоненты суспензии дозируют. Полученную суспензию доводят до гомогенного состояния, поддерживая его при необходимости до полного ее использования.

Полученную суспензию подвергают сушке в потоке газообразного теплоносителя с получением сыпучего полуфабриката. Сырцовые гранулы могут формироваться в свой конечный вид в процессе высыхания частиц распыляемой суспензии в потоке газообразного теплоносителя. Обычно сырцовые гранулы имеют неправильную округлую форму. В том случае, если размер этих сырцовых гранул не удовлетворяет требованиям, их подвергают формованию гранулированием. Это может относиться к гранулам со средним размером до 500 мкм. Гранулирование сыпучего полуфабриката осуществляют одним из существующих способов, например, с помощью тарельчатого, барабанного, лопастного гранулятора, методом экструзии или таблетирования. Целесообразно применять способы, основанные на методе окатывания, как наиболее эффективные в данном случае. Результатом гранулирования являются сырцовые гранулы увеличенного размера, которые подвергаются дальнейшей обработке.

Сыпучий полуфабрикат используется для получения широкого ряда строительных материалов, которые условно можно разделить на три вида: пористый засыпной, теплоизоляционный или конструкционно-теплоизоляционный материал, получаемый термическим вспучиванием сыпучего полуфабриката и/или сырцовых заготовок на его основе; конструкционный или отделочный материал, получаемый спеканием при обжиге сыпучего полуфабриката и/или сырцовых заготовок на его основе; вяжущее, получаемое смешением сыпучего полуфабриката с кальцинированными добавками, преимущественно, с цементом или известью.

1. Получение пористого засыпного, теплоизоляционного или конструкционно-теплоизоляционного строительного материала термическим вспучиванием сыпучего полуфабриката и/или сырцовых заготовок на его основе.

При получении пористого материала содержание щелочного компонента обычно находится в диапазоне от 10-12% до 40%. Пористый засыпной материал получают термическим вспучиванием сырцовых гранул, в качестве которых выступают частицы сыпучего полуфабриката. В данном случае сырцовые гранулы (они же частицы сыпучего полфабриката) формируются в процессе высыхания частиц распыляемой суспензии в потоке газообразного теплоносителя. Обычно сырцовые гранулы имеют неправильную округлую форму. В случае, если размер этих сырцовых гранул (частиц полуфабриката) не удовлетворяет требованиям, их подвергают формованию гранулированием. Гранулирование сыпучего полуфабриката осуществляют одним из известных способов, например с помощью тарельчатого, барабанного, лопастного гранулятора, методом экструзии или таблетирования. Рекомендуется применять способы, основанные на методе окатывания, как наиболее эффективные в данном случае. Результатом гранулирования являются сырцовые гранулы увеличенного размера, которые подвергаются дальнейшей обработке.

Строительный материал в виде гранул со средним размером в диапазоне 0,05-40 мм получают термической обработкой (термическим вспучиванием) сырцовых гранул соответствующего размера с учетом их увеличения за счет вспучивания. Соединение гранул в агрегаты и спекание гранул в массив в процессе термообработки исключают применением разделяющей среды либо использованием соответствующих методов термообработки, например в кипящем слое.

Пористый теплоизоляционный и конструкционно-теплоизоляционный материал является строительным материалом в виде массива и представляет собой пористый камень произвольной или заданной пространственной конфигурации, например блоки, плиты, сегменты, скорлупы и т.п. Пористый строительный материал в виде массива (плиты, блоки, фасонные изделия) получают термическим вспучиванием сыпучего полуфабриката, сырцовых гранул, смеси полуфабриката и сырцовых гранул, сырцовых заготовок в виде массива. Сырцовые заготовки в виде массива получают методом прессования сыпучего полуфабриката или сырцовых заготовок в виде гранул. Можно подвергать прессованию смесь сыпучего полуфабриката и сырцовых гранул. Сыпучий полуфабрикат или сырцовые гранулы, или смесь из них подвергается прессованию с получением сырцового массива в виде блоков, плит и т.п., которые затем подвергаются термическому вспучиванию. Использование сырцового массива особенно удобно при территориальной разнесенности подготовительного производства и производства по получению готовой продукции. Плотность сырцового массива составляет порядка 1500-2000 кг/м³ , что обеспечивает его компактное, удобное и экономичное хранение и транспортирование. При вспучивании термообработкой объем сырцового массива увеличивается до 20 раз.

Засыпной строительный материал в виде щебня получают разрушением пористого строительного материала в виде массива. Разрушение камня можно производить стандартными механическими способами, например, с использованием дробильных установок. Наиболее экономичным является вариант разрушения горячего пористого массива посредством его резкого охлаждения в печи, на открытом воздухе или с помощью воды. В этом случае производится расчет и/или экспериментально подбирается температурно-временной график охлаждения вспученного материала, приводящий к его разрушению на щебень требуемой фракции. Как показали эксперименты, вспученный материал, перемещенный на открытый воздух с температурой 20°С непосредственно после завершения процесса вспучивания, разрушается на куски различных размеров. Для получения щебня готовых фракций необходим дополнительный обдув материала холодным воздухом или воздействие на него водой.

При получении сырцовых гранул и сырцового массива процессы гранулирования и прессования проводят с добавлением связующего. В качестве связующего рекомендуется использовать воду. Количество связующего определяется экспериментально и зависит от вида самого связующего, влажности исходных сырцовых гранул и композиции суспензии. Обычно количество связующего не превышает 30 мас.%. В случае передозировки связующего сыпучий полуфабрикат превращается в бесформенную массу, исключающую возможность гранулирования или усложняющую прессование. Если гранулированию или прессованию подвергают предварительно прокаленный сыпучий полуфабрикат, то в качестве связующего рекомендуется жидкое стекло, возможно, с плотностью до 1,45 г/см, в количестве до 30 мас.%.

Сырцовые заготовки-гранулы и массив, полученные формованием, до термообработки (до вспучивания) рекомендуется подвергать сушке. Это позволяет сделать более быстрым и стабильным процесс термообработки, исключить негативное влияние воды на процесс и оборудование, а также уменьшить массу заготовок. Верхний температурный предел сушки сырцовых заготовок определяется так же, как и для сушки суспензии.

Исходные сырцовые гранулы, как и полученные из них формованием сырцовые заготовки в виде гранул и массива, гигроскопичны. Для существенного снижения или полного устранения свойства гигроскопичности и большей стабилизации процессов формования и вспучивания рекомендуется сыпучий полуфабрикат или сырцовые заготовки из него (гранулы и массив) подвергнуть прокаливанию. Температура прокаливания зависит в основном от композиции исходной суспензии и должна быть обычно ниже температуры термообработки (вспучивания) не менее чем на 20-50°С. Прокаленный сыпучий полуфабрикат или отформованные из него сырцовые заготовки удобнее хранить и транспортировать. В некоторых случаях прокалка положительно влияет на качество готовой продукции и может использоваться как необходимый элемент технологии. Процесс формования гранулированием более стабилен на прокаленных исходных сырцовых гранулах со связкой на жидком стекле.

Температура термообработки (вспучивания) сыпучего полуфабриката и его производных, полученных формованием, зависит от исходной композиции. Так, например, температура, позволяющая получить легкие пористые гранулы из сырцового гранулята для содержания гидроксида натрия 22 мас.%, составляет 630-770°С. В общем случае диапазон температуры термообработки гранулированного или массивного материала может быть ориентировочно определен по следующему алгоритму: при содержании 40 мас.% щелочного компонента в исходной суспензии температура 300-450°С, при уменьшении его содержания на каждый процент в пределах до 20 мас.% диапазон температур увеличивают на 18°С. При содержании ниже 20 мас.% до 1 мас.% увеличивают на 30°С.

Термообработку (вспучивание) гранул проводят во вращающихся трубчатых, барабанных печах. Возможно использование печей виброкипящего или кипящего слоя, а также других известных типов печей.

Перед термообработкой гранулы перемешивают с разделяющей средой, в качестве которой могут выступать, например, порошок кремнеземсодержащего компонента, каолина, цемента, кварцевого песка или их смеси. Количество разделяющей среды находится в диапазоне значений до 30 мас.%. Конкретное значение определяется, в основном, типом разделяющей среды, крупностью гранул и способом термообработки. Разделяющая среда препятствует спеканию и агрегирования гранул при термообработке, а также исключает адгезию гранул и рабочих поверхностей печи. Кроме того, частички среды могут образовывать на поверхности гранул слои с определенными свойствами. В некоторых случаях можно отказаться от использования разделяющей среды, например, при использовании печи кипящего слоя с соблюдением некоторых условий.

Сырцовые гранулы до вспучивания или готовые гранулы после вспучивания при необходимости подвергают классификации на товарные фракции. Классификация проводится известными способами на серийно выпускаемых установках.

При получении пористого строительного материала термообработку с получением конечного материала в виде массива осуществляют в формах, задающих конфигурацию и габариты материалу, либо бесформовым методом, преимущественно на конвейере. При формовом варианте сырцовый материал помещают в формы, в которых осуществляют термообработку. Целесообразно равномерное размещение сырцового материала в форме. После спекания и перехода сырцового материала в пиропластическое состояние в процессе нагрева запускается процесс вспучивания, при этом повторяется пространственная конфигурация ограничивающей формы. При бесформовой термообработке на конвейере вспучивающийся материал повторяет рабочую поверхность конвейера, обычно трапециевидного выполнения. Термообработку с получением конечного материала в виде массива осуществляют в печах известных типов, например тоннельных, садочных, тупиковых и проходных с различными транспортными системами.

Поверхности, контактирующие с материалом в процессе термообработки, выполняются из антиадгезионного состава или защищаются антиадгезионным покрытием, или обрабатываются антиадгезионным веществом, преимущественно порошком кремнеземсодержащего компонента, каолина, кварцевого песка, цемента или их смесью в сухом виде или на жидкой связке, преимущественно водной или углеводородной.

Вспученный материал охлаждают по заданному температурно-временному графику, исключающему превышение предельных разниц температур по объему материала. В противном случае материал трескается вплоть до разрушения. Это свойство материала используется при производстве щебня из него, как было показано выше. Срок охлаждения, исключающий трещинообразование и разрушение материала, зависит от размеров материала, композиции суспензии и изменяется от десятков минут до десятков часов.

Полученный материал в виде массива при необходимости обрабатывают для придания ему требуемой формы и геометрических размеров, в т.ч. для получения блоков, плит, сегментов.

Пористый гранулированный материал со строительной точки зрения является искусственным неорганическим материалом, относящимся к категории тепло- и звукоизолирующих засыпок и наполнителей. Потери массы при кипячении и собственные деформации (набухание и усадка) гранул отсутствуют.

Возможно получение высокопрочных гранул, когда увеличение объемного веса в пределах размерной группы до 2 раз позволяет увеличить прочность до 3 и более раз. Например, гранулы размерной фракции 0,5-1 мм с объемным весом 450 кг/м³ имеют прочность 50 кгс/см² .

Гранулированный материал можно эффективно применять для утепления чердачных перекрытий, утепления и звукоизоляции перекрытий, в качестве засыпного материала для стен, для утепления наружных стен зданий, утепления фундаментов, для производства теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных блоков, получения легких бетонов, теплоизоляции трубопроводов, технологического оборудования и в качестве термоизоляционного слоя в дорожной одежде. Используя совместно со смолой в качестве связующего, можно получать прочную и эффективную гидротеплоизоляцию. Мелкие гранулы размером до 2 мм можно эффективно использовать в легких тепло- и звукоизолирующих штукатурках, наливных полах, клеевых смесях, кладочных растворах.

2. Получение конструкционного или отделочного строительного материала спеканием сыпучего полуфабриката и/или сырцовых заготовок на его основе.

При получении конструкционного или отделочного строительного материала не пористого либо с невысокой пористостью содержание щелочного компонента составляет от 1% до 10-12%.

Термообработку (спекание обжигом) конструкционных непористых материалов или материалов с невысокой пористостью для содержания щелочного компонента в исходной композиции до 10-12 мас.% с получением конечного материала в виде массива производят без использования форм и, преимущественно, в садках и печах, обычно применяемых в керамической промышленности.

Методы формования и определения температур обработки проводят как указано для пористого материала.

Спекание термообработкой сыпучего полуфабриката и/или сырцовых заготовок на его основе позволяет получать конструкционный и отделочный строительный материал в виде плитки, кирпича, блоков, фасонных изделий плотностью до 2700 кг/м³ (водопоглощение до 0, прочность на сжатие до 4000 кгс/см²).

Материал в виде массива в зависимости от своих характеристик и прежде всего от плотности может быть условно разделен на два вида - теплоизоляционный с плотностью до 200 кг/м³ и конструкционно-теплоизоляционный с плотностью от 200 кг/м ³.

Увеличивая плотность более 400 кг/м ³, можно получать различные марки высокопрочного конструкционного материала.

Теплоизоляционный материал может быть использован для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленных установок, аппаратуры, холодильников, трубопроводов и транспортных средств. Конструкционно-теплоизоляционный материал может использоваться для возведения конструкций зданий и сооружений, выполняя одновременно и конструкционную и теплоизоляционную функции.

3. Получение вяжущего смешением сыпучего полуфабриката с кальцинированными добавками, преимущественно с цементом или известью.

При получении вяжущего содержание щелочного компонента составляет от 1% до 20%.

Сыпучий полуфабрикат, смешанный с водой, является вяжущим. При этом характеристики цементного камня зависят от используемого кремнеземсодержащего компонента и обычно являются неудовлетворительными. Однако введение кальцинированных продуктов позволяет получать в ряде случаев хорошие показатели. Для этого требуется экспериментальный подбор содержания щелочного компонента, вида и количества кальцинированного продукта. Лучшие результаты были получены при использовании негашеной извести и цемента. Содержание кальцинированного продукта в смеси вяжущего может варьироваться в значительных пределах от нескольких процентов до нескольких десятков процентов.

На основе вяжущего получают бетоны, кирпич, блоки, тротуарную и облицовочную плитку и другие материалы.

Используя сыпучий полуфабрикат, можно получать строительные материалы различного цвета. Для этих целей используют промышленно производимые пигменты.

Все строительные материалы, получаемые на основе сыпучего полуфабриката, относятся к неорганическим, негорючим, экологически чистым, механически прочным, био-, атмосферо- кислото-, влаго- и морозостойким, долговечным и эффективным строительным и теплоизоляционным материалам с низкой теплопроводностью.

Другие цели и преимущества изобретения станут более понятны из следующих конкретных примеров его выполнения.

Пример 1.

В качестве кремнеземсодержащего компонента используют трепел, нефелинсодержащего компонента - нефелиновый концентрат, щелочного компонента - водный раствор гидроксида натрия 43%-ный. Воду используют водопроводную.

Для приготовления суспензии взято в сухом эквиваленте 37 мас.% трепела, 37 мас.% барханного песка, 4 мас.% нефелинового концентрата и 24 мас.% едкого натра - гидроксида натрия. Вода использована в количестве 58 мас.% при 43 мас.% указанных выше компонентов. В расчет количества воды включается вода, входящая в раствор едкого натра, а также вода, составляющая естественную (карьерную) влажность используемых трепела, нефелинового концентрата и барханного песка. Указанную исходную смесь с помощью кавитационного диспергатора-гомогенизатора обработали в течение 15 минут с получением гомогенной щелочно-силикатной суспензии со средним размером частиц 90 мкм. В процессе диспергирования и гомогенизации в смеси прошли все требуемые реакции силикатообразования и гидратации. Затем полученную гомогенную щелочно-силикатную суспензию подвергли распылительной сушке в противоточном потоке горячего воздуха с распылом снизу-вверх через форсунку с пневматической подачей суспензии при температуре входящего и исходящего воздуха 380°С и 115°С соответственно. В результате был получен сырцовый гранулят влажностью 4,9% и средним размером 125 мкм. Часть сырцового гранулята была подвергнута гранулированию на тарельчатом грануляторе с водой в качестве связующего в количестве 16% от массы исходного сырцового гранулята. В результате были получены сырцовые заготовки в виде гранул размером в диапазоне 0,55-10 мм, в т.ч. 0,55-1,1 мм - 27 мас.%, 1,1-2,2 мм - 32 мас.%, 2,2-4,5 мм - 37 мас.%, 4,5-10,0 мм - 4 мас.%. Сырцовые заготовки в цеховых условиях при температуре 20-22°С оставались в течение 15 часов. Затем их подвергали вспучиванию обжигом (термообработкой). Перед обжигом к сырцовым гранулам добавляли 10% от массы гранул порошкообразного каолина, выполняющего роль разделяющей среды при вспучивании. Термообработка гранул проводилась в трубчатой вращающейся печи с электрическим нагревом горячей зоны. Температура вспучивания 630-650°С в зависимости от крупности гранул. В результате получен пористый строительный материал в виде гранул со следующими характеристиками:

товарные фракции гранул, мм	насыпной вес, кг/м3	прочность при сдавливании в цилиндре, кгс/см2
1-2	180	18
2-4	160	14
4-8	130	10
8-16	95	9

Водопоглощение за 24 часа гранул всех фракций не превышает 5%, потери массы при кипячении равны нулю, собственные деформации (набухание и усадка) отсутствуют.

Пример 2.

Из части оставшегося сырцового гранулята, полученного по примеру 1 посредством распылительной сушки, были отсеяны гранулы размером 0,07-0,55 мм, которые смешали с 12% порошкового каолина от массы гранул и подвергли вспучиванию при температуре 630°С. В результате получили пористый микрогранулированный материал со следующими характеристиками:

товарные фракции гранул, мм	насыпной вес, кг/м3	прочность при сдавливании в цилиндре, кгс/см2
0,12-0,22	430	28
0,22-0,35	370	28
0,35-0,55	310	26
0,55-1,0	250	21

Водопоглощение за 24 часа гранул всех фракций не превышает 5%, потери массы при кипячении равны нулю, собственные деформации (набухание и усадка) отсутствуют.

Пример 3.

Часть оставшегося сырцового гранулята, полученного по примеру 1 распылительной сушкой, насыпали в прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и нагрели до температуры 730°С, при которой произвели обжиг. Форма предварительно была смазана порошком трепела на углеводородной связке. Вспученная масса постепенно была охлаждена до температуры окружающей среды. Готовый пористый материал в виде массива был извлечен из формы. Полученный строительный материал в виде блока размером 200×200×100 мм был разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор составил менее 1 мм, плотность материала составила 150 кг/м³, коэффициент теплопроводности - 0,045 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 14,5 кгс/см². Полученный строительный материал относится к теплоизоляционным строительным материалам.

Пример 4.

Часть оставшегося сырцового гранулята, полученного по примеру 1 распылительной сушкой, подвергли прессованию с усилием 9 кгс/см с получением сырцовых заготовок в виде массива размером 100×100×7,5 мм и плотностью 1780 кг/м³. Прессование проводилось на водной связке в количестве 14% от массы сырцового гранулята. Четыре сырцовых массива положили в один слой в прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и нагрели до температуры 730°С, при которой произвели обжиг. Форма предварительно была смазана порошком трепела на углеводородной связке. Вспученная масса постепенно была охлаждена до температуры окружающей среды. Полученный строительный материал в виде блока размером 200×200×80 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Плотность материала составила 145 кг/м ³, коэффициент теплопроводности - 0,042 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 13 кгс/см². Полученный строительный материал относится к теплоизоляционным строительным материалам.

Пример 5.

Часть оставшихся сформованных гранул фракции 0,5-10 мм, полученных по примеру 1 гранулированием, насыпали в прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и нагрели до температуры 710°С, при которой произвели вспучивание обжигом. Форма предварительно была смазана порошком трепела на углеводородной связке. Вспученная масса постепенно была охлаждена до температуры окружающей среды. Полученный строительный материал в виде блока размером 200×200×100 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор составил менее 1 мм, плотность материала составила 155 кг/м ³, коэффициент теплопроводности - 0,044 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 12 кгс/см². Полученный строительный материал относится к теплоизоляционным строительным материалам.

Пример 6.

Часть оставшихся сформованных гранул фракции 0,5-10 мм и часть оставшегося сырцового гранулята, полученных по примеру 1, в равных пропорциях перемешали и насыпали в прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и нагрели до температуры 680°С, при которой произвели вспучивание обжигом. Форма предварительно была смазана порошком трепела на углеводородной связке. Вспученная масса постепенно была охлаждена до температуры окружающей среды. Полученный строительный материал в виде блока размером 200×200×70 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Плотность материала составила 200 кг/м ³, коэффициент теплопроводности - 0,049 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 18 кгс/см². Полученный строительный материал относится к конструкционно-теплоизоляционным строительным материалам.

Пример 7.

Часть оставшихся сформованных гранул фракции 0,5-10 мм, полученных по примеру 1, была подвергнута прессованию с усилием 10 кгс/см² с получением сырцового массива размером 100×100×30 мм и плотностью 1800 кг/м³. Прессование проводилось на водной связке в количестве 12% от массы гранул. Полученный сырцовый массив подвергли сушке при температуре 105°С, затем положили в прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и по определенному графику нагрели до температуры 730°С, при которой произвели вспучивание обжигом. Форма предварительно была смазана порошком трепела на углеводородной связке. Вспученная масса постепенно была охлаждена до температуры окружающей среды. Полученный строительный материал в виде блока размером 200×200×80 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Плотность материала составила 145 кг/м³, коэффициент теплопроводности - 0,042 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 12 кгс/см².

Пример 8.

Часть оставшихся сформованных гранул фракции 0,5-10 мм и часть оставшегося сырцового гранулята, полученных по примеру 1, в соотношении 2:1 перемешали и подвергли прессованию с усилием 10 кгс/см ² с получением сырцового массива размером 100×100×30 мм и плотностью 1800 кг/м³. Прессование проводилось на водной связке в количестве 15% от массы гранул. Полученный сырцовый массив подвергли сушке в естественных условиях при температуре 20°С в течение суток, затем положили в прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и по определенному графику нагрели до температуры 735°С, при которой произвели обжиг. Форма предварительно была смазана порошком трепела на углеводородной связке. Вспученная масса в форме была извлечена из печи в окружающую атмосферу, где естественным образом была охлаждена до температуры окружающей среды. Готовый материал, извлеченный из формы, представлял собой щебень с размерами частиц до 30 мм. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Плотность материала составила 145 кг/м³, коэффициент теплопроводности - 0,044 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 12 кгс/см ².

Пример 9.

Часть оставшегося сырцового гранулята, полученного по примеру 1 распылительной сушкой, была подвергнута прокаливанию во вращающейся трубчатой печи при температуре 500°С. Прокаленный сырцовый гранулят был подвергнут гранулированию в лопастном грануляторе с жидким стеклом плотностью 1,25 в качестве связующего в количестве 20 мас.% от гранулируемой массы. В результате были получены сырцовые заготовки в виде гранул размером в диапазоне 0,55-4,5 мм, в т.ч. 0,55-1,1 мм - 14 мас.%, 1,1-2,2 мм - 35% мас, 2,2-4,5 мм - 51 мас.%. Процесс гранулирования был коротким (не более 10 минут), стабильным и обеспечивающим возможность получения сформованных гранул в узком размерном диапазоне. Полученные гранулы имели форму близкую к правильной. Сформованные гранулы были подвергнуты сушке в сушильном шкафу при температуре 105°С в течение 40 минут. Затем они подвергались вспучиванию обжигом. Перед обжигом к сырцовым гранулам добавлялось 10 мас.% порошкообразного каолина, выполнящего роль разделяющей среды при вспучивании. Обжиг гранул проводили в трубчатой вращающейся печи с электрическим нагревом горячей зоны. Температура вспучивания составила 650-685°С в зависимости от крупности гранул. В результате был получен пористый строительный материал в виде гранул со следующими характеристиками:

товарные фракции гранул, мм	насыпной вес, кг/м3	прочность при сдавливании в цилиндре, кгс/см2
1-2	210	18
2-4	160	14
4-8	100	7

Водопоглощение за 24 часа гранул всех фракций не превышает 5%, потери массы при кипячении равны нулю, собственные деформации (набухание и усадка) отсутствуют.

Пример 10.

Часть оставшегося прокаленного сырцового гранулята, полученного по примеру 9, насыпали в прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и нагрели до температуры 730°С, при которой произвели обжиг. Форма предварительно была смазана порошком трепела на углеводородной связке. Вспученная масса постепенно была охлаждена до температуры 60°С. Полученный строительный материал в виде блока размером 200×200×100 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор составил менее 1 мм, плотность материала составила 160 кг/м³, коэффициент теплопроводности - 0,045 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 14 кгс/см². Полученный строительный материал относится к теплоизоляционным строительным материалам.

Пример 11.

Часть оставшихся прокаленных сырцовых гранул, полученных по примеру 9, подвергли прессованию с усилием 10 кгс/см с получением сырцовых заготовок в виде массива размером 100×100×7,5 мм и плотностью 1850 кг/м ³. Прессование проводилось на жидком стекле плотностью 1,38 г/см³ в количестве 15% от массы сырцового гранулята. Перед прессованием в прокаленный сырцовый гранулят добавили 3 мас.% зеленого минерального пигмента и смесь перемешали до гомогенного состояния. Четыре сырцовых массива положили в один слой в прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и нагрели до температуры 740°С, при которой произвели обжиг. Форму предварительно смазали порошком трепела на углеводородной связке. Вспученную массу постепенно охлаждали до температуры окружающей среды. Полученный строительный материал в виде блока размером 200×200×80 мм после извлечения из формы разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Плотность материала составила 150 кг/м³, коэффициент теплопроводности - 0,045 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 14 кгс/см². Полученный пористый строительный материал имел зеленый окрас. Полученный строительный материал относится к теплоизоляционным строительным материалам.

Пример 12.

Четыре сырцовых массива, полученных по примеру 4 подвергли термообработке в муфельной мечи в течение 60 минут при температуре 500°С. Затем поместили их в один слой в прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и нагрели до температуры 750°С, при которой произвели вспучивание обжигом. Форма предварительно была смазана порошком трепела на углеводородной связке. Вспученная масса постепенно была охлаждена до температуры окружающей среды. Полученный строительный материал в виде блока размером 200×200×82 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Плотность материала составила 140 кг/м ³, коэффициент теплопроводности - 0,042 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 10 кгс/см². Полученный строительный материал относится к теплоизоляционным строительным материалам.