СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ
RAW MATERIAL MIXTURE FOR OBTAINING POROUS FILLER

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении искусственных пористых заполнителей для легких бетонов и теплоизоляционных засыпок.
3
3
В качестве заполнителей для легких бетонов используют природные и искусственные сыпучие пористые материалы с насыпной плотностью не более 1200 кг/м при крупности зерен до 5 мм (песок) и не более 1000 кг/м при крупности зерен 5…40 мм (щебень, гравий).
Специально изготовленными пористыми заполнителями являются керамзит и его разновидности (шунгизит, зольный гравий, глинозольный керамзит и др.), аглопорит, шлаковая пемза, гранулированный шлак, вспученный перлит и вермикулит. Их специально получают в виде гравия, щебня и песка в результате термической обработки глинистого, зольного, шлакового и другого минерального сырья.
Известна сырьевая смесь для изготовления пористого заполнителя (а.с. СССР №1805117, МПК С04В 18/06, опубл. 30.03.1993г.), состоящая из кремнистой породы (трепел, диатомит, опока), щелочного гидроактиватора, нитратов и нитритов щелочных металлов, фтористого натрия.
Главной особенностью известной сырьевой смеси является то, что компаундом при вспенивании кремнистой породы для получения пористого заполнителя служат отходы производства.
Недостатком сырьевой смеси по А.с. №1805117 является необходимость вводить в компаунд кроме гидроактивизатора щелочного, получаемого из отработанного содового раствора, дополнительно дорогие дефицитные добавки нитраты щелочных металлов и фтористый натрий.
Наиболее близкой к предлагаемой является сырьевая смесь для получения пористого заполнителя (патент РФ №1813080, МПК С04В 14/04, 18/04, опубл. 30.04.1993 г.), включающая кремнеземсодержащую горную породу в качестве заполнителя и шлак производства ферросилиция в качестве газообразователя.
Недостатком сырьевой смеси по патенту РФ №1813080 является его недостаточная прочность, обусловленная тем, что при высоких температурах обжига (1180-1250°С) не исключена возможность спекания гранул заполнителя.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении прочности пористого заполнителя путем уменьшения спекания заполнителя при снижении его водопоглощения и теплопроводности.
Поставленная задача решается тем, что в сырьевой смеси для получения пористого заполнителя, как и в прототипе, используется кремнеземсодержащая горная порода и газообразователь. При этом в отличие от прототипа, в качестве газообразователя используют смесь оксида алюминия и карбида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кремнеземсодержащая горная порода
95,0-96,0
Оксид алюминия
3,0-4,9
Карбид кремния
0,1-1,0
Использование в качестве газообразователя смеси оксида алюминия и карбида кремния с преобладанием оксида алюминия обеспечит уменьшение спекания. Экспериментально установлено, что при заявляемом соотношении компонентов происходит снижение контакта между гранулами заполнителя. Оксид алюминия при спекании выдавливается на поверхность гранул, обволакивая их. Поскольку температура плавления оксида алюминия составляет 3000°С, что значительно выше температуры обжига заполнителя, то спекание гранул не происходит, а полученный в результате пористый материал обладает повышенной прочностью.
Кроме того, обеспечивается возможность повышения температуры вспенивания, что позволит увеличить коэффициент вспенивания, а это в свою очередь и приводит к уменьшению объемной массы и снижению коэффициентов водопоглощения, теплопроводности.
Пористый заполнитель с использованием предлагаемой сырьевой массы получают следующим образом.
Горную кремнеземсодержащую породу (либо отходы ее) измельчают в шаровой мельнице. Измельченную породу смешивают с оксидом алюминия и карбидом кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кремнезесодержащая горная порода
95,0-96,0
Оксид алюминия
3,0-4,9
Карбид кремния
0,1-1,0
Из сырьевой смеси на тарельчатом грануляторе получают шарообразные гранулы заданного размера от 5 до 15 мм в диаметре. Сырцовые гранулы подсушивают при 100°С в течение 30 минут, нагревают до 600°С в течение 5 минут и обжигают при температуре вспенивания 1120-1250°С в течение 10 минут. В результате термохимических реакций окисления карбида кремния происходит выделение газообразных продуктов и происходит вспучивание минерального сырья при обжиге. При этом в процессе обжига материал гранул переходит в пиропластическое состояние, а оксид алюминия стремится к поверхности гранул, препятствуя их спеканию. Остывание вспученных масс производят в холодильнике, где происходит их охлаждение и утилизация тепла.
Предлагаемое технологическое решение позволяет использовать не только стекловатые вулканические породы (перлиты, витрозиты, пеплы или витрокластические туфы), а широко распространенные магматические породы кислого и среднего состава (граниты, диориты, дациты, андезиты и т.д.) без их предварительного переплавления для получения стеклогранулята (сырья для пеностекла). Такие породы имеют низкую температуру плавления, поэтому из шихты на их основе можно изготавливать пористый материал путем однократного нагревания (совмещая процессы ее плавления и вспенивания).
Это дает двукратное уменьшение затрат энергии по сравнению с производством азерита или получением пеностекла по традиционной двухстадийной технологии.
Важный новый элемент предлагаемого решения - возможность использования для производства строительного материала многотоннажных отходов переработки магматических пород (отсевы от дробления на щебень, отвальные хвосты и шламы горно-обогатительных комбинатов), а не специально сваренных стеклогранулятов из дефицитных материалов.
Пример конкретного изготовления пористого заполнителя из заявляемой сырьевой массы.
о
Исходное сырье доставляют автомашинами и подают в приемные бункеры, затем дозируют компоненты шихты для получения нужной дозировки газообразователя, одновременно, по пути следования транспортерной ленты происходит электромагнитная сепарация сырья для удаления металлических включений. В первом сушильном барабане происходит сушка сырья и его первичное перемешивание. Затем шихта подается в виброцентробежные мельницы, где происходит дезинтеграция и механохимическая активация шихты до необходимой кондиции. На тарельчатых грануляторах формуются гранулы, которые подаются в сушильную камеру, где на сеточном конвейере гранулы обдуваются постоянным потоком нагретого воздуха. Нагрев воздуха до температуры 400-450С осуществляется благодаря предварительному проходу его через охлаждающие элементы печей и отбору от них тепла. Нагретые гранулы попадают в нижнюю часть аппарата, где распределительным устройством подаются в обжиговую печь. Нагретые гранулы, движимые в монослое кольцевым подом, дополнительно нагреваются с помощью металлических нагревателей до температуры 1180С. После обжига гранулы попадают в холодильник, где происходит их охлаждение и утилизация тепла.
Примеры конкретного состава сырьевой смеси.
Состав 1.
альбитофир - 67%
диабаз - 28%
оксид алюминия - 4,5%
карбид кремния - 0,5%
В данном составе альбитофир и диабаз - кремнеземсодержащие горные породы.
Состав 2.
Гранит - 95%
Оксид алюминия - 4%
Карбид кремния - 1%
В данном составе гранит - кремнеземсодержащая горная порода. При применении данной смеси увеличивается прочность полученного материала.
Состав 3.
Диорит - 96%
Оксид алюминия - 3,5%
Карбид кремния - 0,5%
В данном составе диорит - кремнеземсодержащая горная порода. При применении данной смеси идет снижение температуры обработки.
Важнейшие потребительские свойства продукта, полученного из предлагаемой сырьевой смеси:
- высокая прочность при сдавливании;
- низкая теплопроводность;
- низкое водопоглощение;
- высокие звукоизоляционные свойства;
- высокая устойчивость к низким температурам;
- негорючесть, нетоксичность.
Для изготовления пористого заполнителя из заявляемой массы можно использовать многотоннажные отходы кремнеземсодержащих горных пород - отходы от производства щебня в виде отсевов, складированных в терриконах, и в виде пылевидных отсевов, складированных в шламбассейнах. При этом в качестве газообразователя также можно использовать отходы производства. Например, оксид алюминия содержится в отходах Ачинского глиноземного комбината, а карбид кремния - в отходах Волжского абразивного завода. Необходимое процентное соотношение ингредиентов в этом случае получают путем дозирования.
Таким образом, при изготовлении строительного материала из заявляемой сырьевой смеси утилизируются отходы горнорудного производства, загрязняющие окружающую среду.
Кроме того, получаемый материал является одновременно как теплоизоляционным, так и конструкционным материалом, обеспечивая существенную экономию.
Предлагаемая сырьевая масса обеспечивает возможность выпуска легкого строительного теплоизоляционного материала в виде блоков стандартных размеров, что позволяет использовать его как традиционный кладочный материал, причем его теплотехнические и прочностные характеристики позволяют уменьшить расход обыкновенного кирпича в пять раз, при неизменной тепловой защите конструкций, что снижает стоимость строительных работ на 20-30%.
Основные характеристики материала, полученного из заявляемой сырьевой смеси приведены в таблице 1.
Таблица 1
Проведенные испытания
Требования ГОСТ 9758-86
Прочность при сжатии в цилиндре
12,9 кг/см<sup>2</sup>, 1,3 МПа
не ниже 1,0 МПа
Водопоглощение
2-8 %
не более 30%
Стойкость к силикатному распаду
3,1%
потери при кипячении не более 5%
Теплопроводность, Вт/м*К
0,06-0,30
Стойкость к щелочному распаду
35 ммоль/л
предельное значение 50 ммоль/л