способ получения водостойкого пористого заполнителя

Формула изобретения

Способ получения водостойкого пористого заполнителя, включающий тщательное перемешивание всех компонентов в керамической композиции, содержащей, мас.%: натриевое жидкое стекло плотностью 1,41 г/см ³ - 50-75; хлористый натрий, размолотый до размера менее 0,3 мм - 1-3; отход от углеобогащения методом флотации с содержанием глинистой составляющей не менее 71% - 22-49, гранулирование и вспучивание гранул, термообработку и охлаждение, отличающийся тем, что первую термообработку гранул ведут в интервале температур 350-400°С, вторую - в интервале температур 900-1000°С в течение 15-25 мин до выгорания углерода и охлаждают со скоростью 55-65°С/мин до образования стеклофазы 41-58%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству пористых заполнителей на основе жидкого стекла, предназначенных для изготовления легких бетонов, а также теплоизоляционных засыпок.

Известен способ получения керамзита (пористого заполнителя) состава, мас.%: отходы флотации углеобогащения - 60, модифицированное жидкое стекло - 40, включающий гранулирование керамзита и его термообработку при 700°С /Денисов Д.Ю. Использование отходов флотации углеобогащения в производстве керамзита. / Д.Ю.Денисов, И.В.Ковков, В.З.Абдрахимов // Башкирский химический журнал. - 2008. - Том 15. - № 2. - С.107-109/.

Недостатком указанного состава керамической массы является относительно низкая прочность 1,7-1,9 МПа.

Известен способ получения водостойкого пористого заполнителя состава, содержащего, мас.%: натриевого жидкого стекла плотностью 1,41 г/см³ - 50-75, хлористого натрия, размолотого до размера менее 0,3 мм, - 1-3, отхода от углеобогащения методом флотации с содержанием глинистой составляющей не менее 71% - 22-49, включающий перемешивание компонентов, гранулирование и вспучивание гранул, термообработку при температуре 780-800°С в течение 7-10 мин, а охлаждение со скоростью не более 40°С в мин /патент № 2406708 Российская Федерация, МПК С04В 14/24. Способ получения водостойкого пористого заполнителя. Мизюряев С.А., Иванова Н.В., Жигулина А.Ю., Мамонов А.Н.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный архитектурно-строительный университет; заявлено 20.01.2009; опубл. 20.12.2010, БИ № 21/.

Недостатками указанного технического решения являются относительно низкие прочность состава при сжатии (0,14-0,26) и коэффициент размягчения (55-92%).

Данное техническое решение принято за прототип.

Техническим результатом является повышение прочности при сжатии и коэффициента размягчения пористого заполнителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения водостойкого пористого заполнителя состава, содержащего, мас.%: натриевого жидкого стекла плотностью 1,41 г/см³ - 50-70, хлористого натрия, размолотого до размера менее 0,3 мм, - 1-3, отхода от углеобогащения методом флотации с содержанием глинистой составляющей не менее 71% - 22-49, включающем перемешивание компонентов, гранулирование и вспучивание гранул, термообработку при температуре 780-800°С в течение 7-10 мин, а охлаждение со скоростью не более 40°С в мин, полученные гранулы термообрабатывают при температуре воспламенения и горения органических веществ 350-400°С, обжигают в интервале температур 900-1000°С в течение 15-25 мин до выгорания углерода и охлаждают со скоростью 55-65°С в минуту до образования стеклофазы 41-58%.

Известно, что основным условием, обеспечивающим вспучивание композиции при ее нагревании, является совмещение во времени пиропластического состояния композиции с интенсивным газовыделением внутри обжигаемого материала. Пиропластическое состояние композиции обеспечат жидкое стекло и содержание в отходах углеобогащения глинистой составляющей (не менее 71%), а газовыделение - содержание в отходах углеобогащения органики (п.п.п., таблица 1).

Таблица 1
Химический состав отходов углеобогащения
Содержание, мас.%
SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	R2O	п.п.п.
55,84	13,52	5,3	1,50	0,51	4,47	16,7+11,4 (углерод)

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Для приготовления сырьевой смеси использовались следующие компоненты:

1) товарное натриевое жидкое стекло плотностью 1,41 г/см ³ (см. ГОСТ 13075-81);

2) хлористый натрий (ГОСТ 13830-97, производства ОАО «Бассоль»), размолотый до размера менее 0,3 мм;

3) в качестве тонкомолотого глиносодержащего компонента - отход от углеобогащения методом флотации горно-обогатительной фабрики «Томусинская» Кузнецкого угольного бассейна, содержащего 71% глины, размолотый до прохода через сито 0,14 мм.

Составы, технологические параметры и физико-механические показатели пористого заполнителя представлены в таблице 2.

Таблица 2
Составы, технологические параметры и физико-механические показатели пористого заполнителя
Компоненты	Содержание компонентов, мас.%	Прототип
1	2	3
Натриевое жидкое стекло	75	60	50	50-75
Хлорид натрия	3	2	1	1-3
Тонкомолотый глиносодержащий компонент	22	38	49	22-49
Технологические параметры композиции
Первая термообработка гранул, °С	350	370	400	250-300
Обжиг при конечной температуре, °С	900	950	1000	790
Время второй термообработки, мин	15	20	25	7-10
Наличие органических веществ	отсутствуют	-
Скорость охлаждения, °С/мин	55	60	65	Не более 40
Количество стеклофазы, %	41	52	58	-
Физико-механические показатели пористого заполнителя
Прочность на сжатие, МПа	2,28	2,45	2,78	0,14-0,26
Насыпная плотность, кг/м3	160	200	300	85-170
Потери при 5-минутном кипячении, %	0,11	0,09	0,08	0,12-0,7
Коэффициент размягчения, %	94	96	97	55-92

Получение смеси производилось в мешалке принудительного действия в следующем порядке. Сначала в мешалку загружались тонкомолотый глиносодержащий компонент и хлорид натрия, которые тщательно перемешивались, затем в готовую сухую смесь при включенной мешалке заливалось натриевое жидкое стекло тонкой струйкой. Перемешивание производилось до получения однородной массы, но менее 5 минут.

Полученная смесь системой ножей разрезалась на отдельные гранулы, которые, учитывая, что в композиции содержится отход углеобогащения, содержащий более 25% органики (п.п.п. более 25%, таблица 1), термообрабатывались в интервале температур 350-400°С (начало горения органики, как правило, от 350 до 400°С) в печном грануляторе, вспучиваясь при этом и образуя шарообразные высокопористые гранулы.

Полученные гранулы помещались в электрическую печь, разогретую до 900-1000°С (окисление углерода начинается при температурах воспламенения органических веществ, но полностью он выгорает при 900-1000°С), и выдерживались там 15-25 минут. При температуре 1000°С полностью удаляется из глины химически связанная вода (дегидратация), появляется жидкая фаза, за счет повышенного содержания щелочей и выгорают органические примеси, что приводит к дополнительному вспучиванию.

После изотермической выдержки и выгорания углерода с целью увеличения содержания в гранулах стеклофазы гранулы охлаждались со скоростью 55-65°С/минута.

Общеизвестным фактом является то, что чем выше скорость охлаждения изделия, тем больше в нем образуется количество стеклофазы, так как стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава независимо от их состава и температурной области затвердевания.

Указанная скорость охлаждения гранул повысит содержание в гранулах связующей - стеклофазы (41-58%), которая свяжет все образовавшиеся минералы в одно целое и именно стеклофаза, как известно, обеспечивает водостойкость получаемого материала.

Как видно из таблицы 2, предлагаемый способ производства позволяет значительно повысить физико-механические показатели пористого заполнителя: прочность при сжатии и коэффициент размягчения, чем прототип.

Полученное техническое решение при использовании предложенного способа позволяет повысить прочность на сжатие и коэффициент размягчения пористого заполнителя.

Использование техногенного сырья при получении пористого заполнителя способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для керамических материалов.