СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
RAW AMATERIAL MIXTURE FOR PRODUCTION OF POROUS HEAT INSULATING MATERIAL

Изобретение относится к производству строительных материалов на основе природного минерального сырья, а именно к составам для изготовления пористых теплоизоляционных материалов.
Известна сырьевая смесь и способ производства зернистого теплоизоляционного материала, включающая (мас.%): отходы переработки черных сланцев при извлечении тонкорудной минерализации 55,2-56,2 с добавкой микрокремнезема производства кристаллического кремния 6,7-7,7 и жидкостекольной связки 37,1 (патент РФ №2163898, С04В 14/00, 2001).
Недостатком данного теплоизоляционного материала является повышенная температура обжига.
Известна смесь для изготовления теплоизоляционных изделий, включающая (мас.%): глину - 20-30, вспениватель 0,8-1,4, пластификатор - сульфидно-дрожжевую бражку 3-5, жидкое стекло 10-15 и выгорающую добавку - отходы углеобогащения 16-24, огнеупорное стекловолокно - остальное (патент РФ №2171240, С04В 28/24, 2001).
Однако изделия из предлагаемой смеси имеют высокую гигроскопичность и объемную массу. Смесь многокомпонентна.
Для изготовления теплоизоляционного материала известна сырьевая смесь, включающая (мас.%): жидкое стекло в расчете на сухой остаток 10-18; вспученный вермикулит 50-65; этилсиликат 0,04-0,16 и вода остальное (а.с. №1527215, С04В 28/26, 38/08, 14/20, 1988).
Материал имеет высокий коэффициент теплопроводности и низкую прочность при сжатии.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению (прототипом) является сырьевая смесь для получения пористого теплоизоляционного материала, включающая жидкое стекло, отвердитель и наполнитель, в которой в качестве отвердителя применен слюдяной гидрозоль, а в качестве наполнителя пыль от обжига вермикулитового концентрата при следующем соотношении компонентов на сухое, масс.%: жидкое стекло 89-98, слюдяной гидрозоль 1-5, пыль от обжига вермикулитового концентрата 1-6, при водотвердом отношении 0,4-2,5. Кроме того, смесь дополнительно содержит алкилсиликонат натрия и вспученный вермикулит класса минус 1 мм в количестве сверх 100%, мас.%: алкилсиликонат натрия 2-3, вермикулит вспученный класса минус 1 мм 5-15 (патент РФ №2063941 С04В 28/26, 1996).
Недостатком известной теплоизоляционной смеси является низкая прочность при сжатии, повышенная теплопроводность, а также недостаточная влагостойкость. Кроме того, известная смесь многокомпонентна и вызывает заболевание органов дыхания у человека вследствие вдыхания пыли вермикулита, который содержит асбест.
Задачей настоящего изобретения является создание сырьевой смеси для получения пористого теплоизоляционного материала с использованием экологически чистого, доступного минерального сырья, образующегося при комплексной разработке месторождений хромовых руд и платиновой минерализации, например, Аганозерского месторождения в Республике Карелия.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности, влагостойкости и снижение коэффициента теплопроводности материалов.
Это достигается тем, что известная сырьевая смесь для получения пористого теплоизоляционного материала, включающая жидкое стекло, отвердитель и наполнитель, согласно изобретению, в качестве отвердителя содержит озерный диатомит, а в качестве наполнителя серпентинит при следующем соотношении компонентов, мас.%: жидкое стекло - 25-40, озерный диатомит - 5-20, серпентинит - 40-70.
Диатомиты озерного происхождения относятся к аморфным кремнеземистым осадочным породам. В естественном состоянии (при влажности 80-85%) они представляют собой студенистую массу (гель), состоящую из кремнистых (опаловых) створок микроскопических водорослей - диатомей.
2
2
3
2
3
2
2
Предлагаемая смесь содержит аморфный диатомит озерного происхождения следующего химического состава, мас.%: SiO 70,20-91,20; AlO 1,90-4,40; FeO 0,07-2,27; MgO 0,30-1,60; CaO 0,30-0,60; NaO 0,08-0,76; KO 0,03-0,30. Озерный диатомит является экологически чистым сырьевым материалом, не содержит токсичных для человека веществ.
2
Аморфные озерные диатомиты Карелии характеризуются высокой удельной поверхностью 20,0-110,0 м/г и дисперсностью гранулометрического состава 15-110 мкм.
Серпентиниты являются вмещающими породами Аганозерского месторождения хромовых руд. При комплексной разработке месторождения они направляются в отвалы, загрязняя окружающую среду. Серпентиниты содержат (масс.%): серпентин 78-93; гидроталькит до 10,5; пироаурит до 1; хлорит до 3; тальк до 2; кальцит, брейнерит, сидерит до 1,5; биотит до 0,3; магнетит до 2,5; хромит до 0,5; сульфиды до 0,2; гидрогематит до 0,4. В серпентинитах высокое содержание MgO (36-40%) и повышенное количество химически связанной воды (п.п.п. - 15-18,5%).
Используемый для получения предлагаемой сырьевой смеси природный серпентинит гидроталькит-серпентинового состава по внешнему виду представляет собой породу из зоны дезинтеграции и выщелачивания кор выветривания. Это рыхлая порода из отвалов в виде алевритовых, обломочных зерен, песчаных, дресвяных и щебнистых разновидностей пониженной прочности. Для получения сырьевой смеси серпентинит предварительно просеивали через сито размером 0,25 мм. (Горошко А.Ф. Новый геолого-промышленный тип месторождений комплексного никель-магнезиального сырья в ультрамафитах Карелии. // Геология и полезные ископаемые Карелии. Вып.1. Петрозаводск, 1998. С.24-35).
2
Высокая удельная поверхность, тонкодисперстность и связанная с этим высокая химическая активность озерных диатомитов, в сочетании с серпентинитом, имеющим высокое содержание химически связанной воды, выделяющейся при обжиге, а также карбонаты и гидрокарбонаты, разлагающиеся с выделением CO, способствуют формированию пористой структуры материала с низкой теплопроводностью, высокой прочностью и влагостойкостью.
Изобретение реализуют следующим образом.
3
Сырьевую смесь приготавливают путем взвешивания в необходимых количествах, приведенных в таблице, и перемешивания в шаровой мельнице до остатка на сите с размером ячейки 0,063 мм - 1,5% серпентинита фракции не более 0:25 мм и предварительно высушенного и просеянного для удаления примесей озерного диатомита размером не более 110 мкм а, затем в массу добавляют жидкое стекло. В качестве жидкого стекла используют натриевое или калиевое жидкое стекло с модулем 2,4-3,0 и плотностью 1,36-1,50 г/см.
Из предлагаемой смеси формуют теплоизоляционные изделия различной формы: в виде кирпичей, плиток методом прессования. Обжиг изделий производят путем подъема температуры до 400°C со скоростью 120°C/мин с выдержкой при этой температуре 30 минут и последующим подъемом температуры до 950-980°C и выдерживают при этой температуре 2 часа.
На образцах, отформованных методом прессования из предлагаемой смеси, определяли их свойства в соответствии с действующими методиками. В таблице представлены составы предлагаемой сырьевой смеси и свойства изделий, изготовленных на ее основе (примеры 1, 2, 3). В качестве эталона сравнения использован прототип (пример 6).
3
Из таблицы следует, что изготовленные на основе предлагаемой сырьевой смеси образцы позволяют, по сравнению с прототипом, повысить их механическую прочность в 8,0-15,4 раза и снизить коэффициент теплопроводности в 2,19-2,8 раза. Влагостойкость изготовленных образцов повышается в 32,2-33,7 раза по сравнению с прототипом. Объемная масса полученных изделий составляет 110-167 кг/м. Указанные свойства обеспечивают высокие эксплуатационные и технологические показатели полученных материалов.
Для доказательства того, что предлагаемый компонентный состав является наилучшим для достижения наиболее выраженных эффектов повышения прочности, влагостойкости и снижения коэффициента теплопроводности полученных изделий, в таблице также приведены варианты составов 4 и 5 с запредельными содержаниями компонентов сырьевой смеси.
Сырьевая смесь не содержит токсичных компонентов. Экономическая эффективность и технологичность заявляемой сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционных материалов обусловлена ее малокомпонентностью, использованием доступного природного сырья, упрощением технологии получения пористого теплоизоляционного материала при обеспечении экологической безопасности.
Высокие показатели механической прочности, влагостойкости и низкая теплопроводность позволяют использовать предлагаемую смесь в качестве теплоизоляционного материала для тепловых агрегатов и морозильных камер.
Таблица
№ состава
Связующее
Отвердитель
Наполнитель
Кроме того, сверх 100%
Прочность при сжатии, МПа
Коэффициент теплопроводн ости, Вт/мК
Влагостойкть, %
Жидкое стекло, мас.%
Озерный диатомит, мас.%
Слюдяной гидрозоль мас.%,
Серпентинит, мас.%
Пыль при обжиге вермикулит. концентрата, мас.%
Алкилсиликанат натрия, мас.%
Вермикулит вспученный, мас.%
1
25
5
-
70
-
-
-
19,94
0,032
0,086
2
35
10
-
55
-
-
-
12,87
0,025
0,09
3
40
20
-
40
-
-
-
24,66
0,028
0,091
4
43
22
-
35
-
-
-
11,89
0,04
0,127
5
20
3
-
77
-
-
-
11,81
0,05
0,140
Прототип
89
-
5
-
6
2
10
1,6
0,07
2,9