ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОГРАНУЛЯТА ДЛЯ ПЕНОСТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
MIXTURE FOR PREPARING QUENCHED CULLET FOR PRODUCING FOAMED GLASS-CERAMIC MATERIALS

Изобретение относится к составам для изготовления стеклогранулята для производства пеностеклокристаллических материалов теплоизоляционного назначения.
Стеклогранулят, получаемый путем низкотемпературной обработки (при температурах менее 900°С) шихты определенного состава, представляет собой стекловидный продукт, с присутствующей остаточной кристаллической фазой, количество которой определяется компонентным составом исходной шихты и режимом ее термообработки [RU 2326841, МПК С03С 11/00, 2008]. Стеклогранулят является сырьем для получения пеностеклокристаллических материалов и заменяет традиционно используемый в производстве данного вида изделий вторичный стеклобой, отсутствие которого вне зоны крупных стекольных заводов сдерживает развитие производства эффективных теплоизоляционных пеностекольных материалов.
Утилизация золошлаковых отходов алюмосиликатного состава позволяет снизить себестоимость производства пеностекольных материалов. При этом необходимо учитывать нестабильность химического состава золошлаковых отходов, отрицательное влияние которого снижается в процессе получения пеностеклокристаллических материалов по двухстадийной технологии, предусматривающей синтез промежуточного продукта - стеклогранулята.
Из патента [RU 2243174, МПК С03С 11/10, 2003] известна сырьевая смесь для получения гранулированного пеностекла, включающая бой стекла и порообразователь, дополнительно содержащая шлак ТЭЦ и связующее - растворимое стекло, где в качестве порообразователя используют шлам алюминиевого производства при следующем соотношении компонентов, мас.%: шлак ТЭЦ 20,0-21,0; шлам алюминиевого производства 1,0-2,0; растворимое стекло 8,0-10,0; остальное - бой стекла.
Недостатком данного состава является невозможность использования шлака более 21%, а также необходимость использования стекольного боя (до 70%), доступность которого ограничена, особенно на территориях, где отсутствуют стекольные предприятия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является сырьевая смесь для получения гранулированного пеностекла [RU 2287495, МПК С03С 11/10, 2005], включающая бой стекла, шлак ТЭЦ, растворимое стекло и порообразователь, в качестве которого используется пыль электрофильтров кремнистого производства при следующем соотношении компонентов, мас.%: шлак ТЭЦ 21,5-23; пыль электрофильтров кремниевого производства 3,0-5,0; растворимое стекло 7,0-8,0: остальное - бой стекла.
Недостатком данного состава шихты является высокое содержание (до 70%) боя стекла, незначительное количество используемого шлака - не более 23%, отсутствие достаточных количеств и дефицитность пыли электрофильтров.
Задача изобретения - расширить сырьевую базу для производства пеностекла и пеностеклокристаллических материалов и снизить их себестоимость за счет максимально возможного использования золошлаковых отходов электро- и теплостанций.
Технический результат изобретения достигается тем, что шихта для изготовления стеклогранулята для пеностекла и пеностеклокристаллических материалов включает золошлаковые отходы и дополнительно содержит кремнезем- и щелочесодержащий материалы. Состав золошлаковых отходов определяется главным образом составом сжигаемых углей и может отличаться по содержанию оксидов кальция, алюминия и кремния. Шихты на основе золошлаковых отходов и дополнительно введенных компонентов обеспечивают получение химически стойкого, не кристаллизующегося алюмосиликатного стекла. Алюмосиликатный расплав кристаллизуется, если соотношение суммы масс алюминия и титана к массе кремния превышает 0,4, если отношение сумм кальция и магния к сумме натрия и калия превышает 2,5, если содержание оксидов железа превышает 10% [RU 2232141, МПК С04В 20/10, С04В 18/10 2003].
2
2
3
2
2
Золошлаковые отходы для получения стеклогранулята содержат, мас.%: SiO - не менее 55, АlО - не более 20, СаО - не более 15, с удельной поверхностью отходов не менее 3000 см/г, применение мелкозернистой смеси с удельной поверхностью менее 3000 см/г допускается после предварительного помола. В качестве кремнеземсодержащего материала берут кремнийсодержащую породу с содержанием оксида кремния не менее 83 мас.% и размером фракции менее 0,1 мм, например маршаллит, опока или отсевы кварцевого песка, в качестве щелочесодержащего материала, например кальцинированную соду, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: кремнеземсодержащая порода - 25-50; кальцинированная сода - 25; золошлаковый отход - 25-50.
Шихту для изготовления стеклогранулята для пеностекла и пеностеклокристаллических материалов готовят смешиванием материалов в указанных соотношениях с последующим компактированием на валковом прессе (или на тарельчатом грануляторе, или экструдере). Уплотнение шихты проводится с целью увеличения площади контакта взаимодействующих частиц, тугоплавкого компонента (кремнеземсодержащего и золошлакового материала) и легкоплавкой соды, а также для сохранения однородности шихты и уменьшения ее пыления при термообработке.
2
2
Термообработка компактированной шихты в интервале температур 800-850°С позволяет получить стеклогранулят, фазовый состав которого по данным рентгенофазового анализа представлен стекловидной фазой и остаточной кристаллической фазой в виде SiO. Полученный стеклогранулят подвергают помолу в шаровой мельнице до удельной поверхности 4000-5000 см/г. В порошок стеклогранулята добавляют газообразователь, в качестве которого применяют углеродсодержащие материалы, такие как кокс, сажа, антрацит, графит. Пенообразующую смесь вспенивают при температурах 800-850°С.
3
3
Полученный пеностеклокристаллический материал отличается от пеностекла из стеклобоя повышенной прочностью 2,4-2,9 МПа по сравнению с 0,8-1,0 МПа, от керамзита меньшей плотностью 180-200 кг/м (400-600 кг/м) и более низким водопоглощением 2,5-3,0 мас.% по сравнению с 8-12 мас.%.
2
2
Пример 1. Отсевы кварцевого песка с размером фракции менее 0,1 мм, золошлаковые отходы с удельной поверхностью не менее 3000 см/г, синтетическую кальцинированную соду перемешивают в шаровой мельнице в заданном соотношении 25; 50; 25 мас.% соответственно. Полученную смесь компактируют и подвергают термической обработке при температуре 850°С, с выдержкой при максимальной температурой в течение 30 мин. Полученный спек (стеклогранулят) измельчают до удельной поверхности 4000-5000 см/г, смешивают с газообразователем (1% сажи) и вспенивают.
2
2
Пример 2. Природный маршаллит с размером фракции 0,02 мм, золошлаковые отходы с удельной поверхностью не менее 3000 см/г, синтетическую кальцинированную соду перемешивают в шаровой мельнице в заданном соотношении 40; 35; 25 мас.% соответственно. Полученную смесь компактируют и подвергают термической обработке при температуре 800°С, с выдержкой при максимальной температуре в течение 30 мин. Полученный спек (стеклогранулят) измельчают до удельной поверхности 4000-5000 см/г, смешивают с газообразователем (1% сажи) и вспенивают.
2
2
Пример 3. Природную опоку с размером фракции 0,03 мм, золошлаковые отходы с удельной поверхностью не менее 3000 см/г, синтетическую кальцинированную соду перемешивают в шаровой мельнице в заданном соотношении 50; 25; 25 мас.% соответственно. Полученную смесь компактируют и подвергают термической обработке при температуре 800°С, с выдержкой при максимальной температурой в течение 30 мин. Полученный спек (стеклогранулят) измельчают до удельной поверхности 4000-5000 см/г, смешивают с газообразователем (1% сажи) и вспенивают.
Шихта для изготовления стеклогранулята для пеностеклокристаллических материалов
Таблица 1
Наименование материала
Состав основных компонентов шихты, масс.%
SiO<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+TiO<sub>2</sub>
FеО<sub>общ</sub>
CaO+MgO
Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
п.п.п
Золошлаковые отходы ГРЭС - 2 г.Томска
59,8
18,2
8,1
4,8
3,7
5,4
Отсевы кварцевого песка Туганского месторождения Томской обл.
98,2
0,7
0,1
0,1
-
0,9
Маршаллит Елбашенского месторожд. Новосибирской обл.
95,7
2,1
0,3
1,4
-
0,5
Опока Инзенского месторождения Ульяновской обл.
83
5,3
2,7
3,5
-
5,5
Кальцинирован. сода г.Стерлитамак
-
-
-
-
57
-
Таблица 2
Примеры составов
Компонент шихты
Содержание материала в шихте, %
Содержание оксидов, масс.%
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+TiO<sub>2</sub>
FеО<sub>общ</sub>
СаO+MgO
Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
Сумма
1
золошлак
50
29,9
9,1
4,1
2.4
1,9
-
сода
25
-
-
-
-
14,3
-
песок
25
24,6
0,2
0,03
0,03
-
-
Итого
63
11
5
3
18
100
2
золошлак
35
20,9
6,4
2,8
1,7
1,3
-
сода
25
-
-
-
-
14,3
-
маршаллит
40
38,3
0,8
0,1
0,6
-
-
Итого
68
8
3
3
18
100
3
золошлак
25
15
4,6
2
1,2
0,9
-
сода
25
-
-
-
-
14,3
-
опока
50
41,5
2.7
1,4
1,8
-
-
Итого
66
8,5
4
3,5
18
100
Таблица 3
Свойства материалов
Пеностекло
Керамзит
Пеностеклокристаллические материалы, примеры составов
1
2
3
Насыпная плотность, кг/м<sup>3</sup>
100-250
300-800
180
190
200
Прочность при сдавливании в цилиндре, МПа
0,8-1,0
0,6-4,5
2,4
2,6
2,9
Водопоглощение, мас.%
не более 5
8-12
2,5
2,8
3,0