СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСИЛИКАТА PENOSTEK
METHOD OF PRODUCING GRANULATED FOAMED SILICATE PENOSTEK

Изобретение относится к области производства строительных материалов на основе стекла, а точнее к способам производства силикатного пеностекла или пеносиликата (с коммерческим обозначением PENOSTEK), которое является легковесным, огнеупорным насыпным материалом и может применяться, например, для теплоизоляции и пожарной изоляции машин и сооружений, в качестве наполнителя при производстве бетонных конструкций и в других областях техники.
Известен способ получения гранулированного пеностекла, включающий дробление утилизируемого стекла и стеклянных изделий до получения стеклобоя, его мойку и предварительную сушку, далее весовое дозирование и совместный помол стеклобоя и вводимого порообразователя до получения требуемой удельной поверхности или дисперсности шихты, ее дальнейшее гранулирование на тарельчатом грануляторе с использованием водного раствора жидкого стекла, дальнейшую сушку гранул, их вспенивание во вращающейся печи с добавкой речного кварцевого песка и последующее отделение гранул от разделяющей среды (см. например, патент РФ №2162825, МКИ С03С 11/00, 13.12.1998).
Недостатками данного способа являются использование пено- и порообразователя в твердом виде (типа кокса, мела, доломита), что приводит к необходимости и его помола, одноступенчатое гранулирование и применение кварцевого песка в значительных объемах, что снижает эффективность производства.
Известен способ получения гранулированного пеносиликата (пеностекла), включающий получение тонкоизмельченного дисперсного стеклянного порошка, преимущественно, путем дробления стеклянных изделий при их утилизации и дальнейшего помола, добавление в порошок связующего и порообразователя в заданной весовой или объемной пропорции, их перемешивание и гранулирование в специальных устройствах, предварительную сушку, последующее спекание полученных гранул при температуре пенообразования с дальнейшим охлаждением в процессе стеклования и отделением разделяющей среды (см. например, патент РФ №2294902, МКИ С03С 11/00, 03.08.2005).
Недостатками известного способа являются применение твердообразного порообразователя, затрудняющего помол и равномерное смешивание компонентов, а также применение достаточно статичного оборудования для гранулирования и отжига сырья в процессе производства, что отражается на качестве продукции.
Предложенное техническое решение направлено на повышение технологичности и качества продукции за счет применения жидких реагентов, таких как жидкое стекло, глицерин и вода, на повышение эффективности, снижение энергозатрат и на создание условий для стабильного непрерывного производства.
Предложенный способ получения гранулированного пеносиликата включает стадии получения тонкоизмельченного дисперсного стеклянного порошка, преимущественно, путем дробления силикатных стеклянных изделий при их утилизации и дальнейшего помола, добавление в порошок связующего и порообразователя в заданной весовой или объемной пропорции, их перемешивание и гранулирование в специальных устройствах, предварительную сушку, последующий нагрев и отжиг полученных гранул при температурах пенообразования с дальнейшим охлаждением в процессе стеклования и с отделением полученных гранул пеностекла, разделяющей среды и шлака, что известно из прототипа, а также тем, что в качестве основного связующего используют жидкое стекло в количестве 10-20% от массы стеклянного порошка, в качестве основного поро- и гранулообразователя применяют смесь глицерина в количестве 0,5-2% и воды в количестве 10-20% от массы порошка, причем стеклянный порошок измельчают в несколько стадий и просеивают для достижения дисперсии частиц стекла размером не более 5 мкм (микрон), затем производят перемешивание порошка с водной смесью глицерина и с жидким стеклом в указанной пропорции в течение не менее 15 минут, преимущественно, в планетарно-шнековых конических смесителях с перемещением винтового шнека заданного шага вдоль конической поверхности смесителя до получения требуемых заготовок гранул, которые затем уплотняют и накатывают, преимущественно в тарельчатом грануляторе с емкостью типа наклонной тарелки вращения, далее заготовки гранул сушат при температурах от 150 до 400 градусов Цельсия в течение не менее 10 минут, просеивают с отделением отходов и полученные гранулы заданного размера смешивают или обсыпают каолином или каолинитом, который добавляют из расчета 1-3% от массы гранул, которые затем направляют в поворотную печь, где при вращении печи гранулы нагревают до температуры 750-800 градусов Цельсия до вспенивания, выдерживают при температуре вспенивания 5-10 минут и далее постепенно охлаждают до завершения процесса спекания и стеклования в произведенных гранулах пеностекла (пеносиликата), которые окончательно охлаждают и затаривают.
Указанная совокупность технологических операций позволяет получить новый технический результат, который связан с одновременным применением очень мелкого дисперсного стеклянного порошка и смеси жидких реагентов, включающих жидкое стекло, глицерин и воду, что делает шихту более однородной и пластичной, а также многостадийностью и повышением качества формирования гранул, поступающих в печь, включая особенности применения каолина и применения вращающейся печи для их обжига. Указанная совокупность технологических приемов и операций, включая указанные температурные режимы, позволяет получать стандартизованные качественные заготовки гранул и сократить время их обжига, что повышает качество производимых гранул, сокращает энергозатраты, повышает производительность и эффективность производства в целом.
Указанная полная совокупность технологических операций является новой и неизвестна из уровня техники. С учетом изготовления и проверки работы опытного образца оборудования данный способ является промышленно применимым, что подтверждает возможность и целесообразность патентования данного способа.
Возможная реализация данного изобретения поясняется схемой и чертежами (которые могут быть исключены из описания на стадии экспертизы).
На фиг.1 условно изображен пример возможной структурной технологической схемы реализации предложенного способа, которая также приведена в описании; на фиг.2 условно, для демонстрации способа, показана возможная схема выполнения планетарно-шнекового конического смесителя, в разрезе.
В предложенном способе планетарно-шнековый конический смеситель (фиг.2) явлется одним из важнейших устройств и служит для первичного получения заготовок гранул. Он состоит из конического корпуса 1, внутри которого расположен винтовой прямолинейный (с прямой осью вращения) шнек 2, который кинематически (через планетарную передачу, показана условно) связан с приводом 3 его вращения вокруг собственной оси, которая примерно параллельна образующей (направляющей) конуса. Одновременно, посредством водила 4 и другого привода 5 шнек 2 совершает круговое (коническое) движение.
Предложенный способ включает совокупность технологических операций, указанных ниже, и может быть осуществлен следующим образом:
операция 1.1. - первично производят сбор стеклянных изделий из силикатного стекла на основе двуокиси кремния и их бой (создают склад стеклобоя);
операция 1.2. - производят предварительное (грубое) дробление собранного стекла, например, в щековых дробилках или шаровых мельницах, после операции 1.1.;
операция 1.3. - производят мойку стеклобоя после операции 1.2.;
операция 1.4. - производят предварительную сушку стеклобоя после операции 1.3., например, барабанных сушилках;
операция 1.5. - производят повторное, после операций 1.2. и 1.3., тонкое дробление стеклобоя для получения фракции не более 0,5 мм, например, в молотковой мельнице, который собирают, например, в бункере-накопителе стеклопорошка;
операция 1.6. - с помощью объемного дозатора, например ковшевой нории, отбирают из бункера-накопителя требуемую порцию стеклопорошка и подают его в мельницу тонкого помола, например в аттритор с металлическими шарами диаметром 8-10 мм, для получения требуемой фракции с размером частиц стекла не более 5 микрон;
операция 1.7. - после операции 1.6 фракцию порошка 5 мкм подают в порошковый бункер-накопитель с весовым дозатором для подачи в корпус конического смесителя 1;
операция 1.8. - одновременно с загрузкой бункер-накопитель и другими операциями производят дозирование глицерина (порообразователь) в количестве 0,5 -2% от массы порошка;
операция 1.9. - одновременно с загрузкой бункер-накопитель и другими операциями производят дозирование воды (порообразователь) в количестве 10 - 20% от массы порошка;
операция 2.0. - после дозирования глицерина и воды (операции 1.8. и 1.9.) производят смешение (соединение) глицерина и воды в заданных пропорциях;
операция 2.1. - одновременно с загрузкой бункера-накопителя и другими операциями производят дозирование жидкого стекла (связующее) в количестве 10 - 20% от массы порошка;
операция 2.2. - после дозирования жидкого стекла, глицерина и воды в заданных отношениях (операции 2.0. и 2.1.) производят их смешение;
операция 3.0. - после дозирования заданную порцию порошка стекла из бункера-накопителя (операция 1.7.) и заданные порции жидкого стекла, глицерина и воды (операция 2.2.) подают в корпус 1 планетарно-шнекового смесителя, при этом возможно нарушение последовательности операций 1.8., 1.9., 2.0., 2.1., 2.2. при непосредственной подаче всех указанных компонентов в корпус 1, и производят дальнейшее их перемешивание в нем;
операция 3.1. - включают приводы 3 и 5 смесителя и производят смешение всех компонентов шихты в течение 15 - 30 минут до образования заготовок гранул требуемого размера и плотности. При этом параметры гранул и процесс образования гранул предварительно отрабатывают экспериментально и далее регулируют параметры получаемых гранул, например, путем изменения скорости и длительности работы приводов 3 и 5;
операция 3.2. - после операции 3.1. накатанные (образованные) гранулы из корпуса 1 подают, например, отдельными порциями в тарельчатый гранулятор (выполненный в виде наклонной тарелки с вращением относительно ее оси), в котором известным путем при вращении его тарелки в течение примерно 10 - 20 минут производят уплотнение гранулированной композиции до требуемого размера сырых гранул;
операция 3.3. - далее полученные в тарельчатом грануляторе заготовки сушат при температуре от 150 до 400 градусов Цельсия в течение от 10 до 60 минут, например, в печах-сушилках туннельного типа;
операция 3.4. - после операции 3.4. заготовки гранул просеивают, с отделением отходов и мусора иного размера, например, на вибросите и полученные заготовки гранул заданного размера смешивают или обсыпают каолином или каолинитом, который добавляют из расчета 1 - 3% от массы гранул;
операция 3.5. - после операции 3.4. полученные гранулы и присыпку направляют, например, после очередного дозирования во вращающуюся печь вспенивания, где гранулы нагревают до температуры вспенивания (750 - 800 градусов Цельсия), выдерживают при температуре вспенивания 5 -10 минут и далее постепенно охлаждают до завершения процесса спекания и стеклования произведенных гранул полученного пеностекла (пеносиликата);
операция 3.6. - полученные гранулы пеносиликата окончательно охлаждают, например, на воздухе и затаривают, например, в бумажные мешки.
Данная совокупность и последовательность технологических операций может быть воспроизведена на типовом или доработанном оборудовании указанных типов, что было проверено экспериментально. Именно данная совокупность операций определяет получение указанного технического результата и, с учетом возможного наличия накопителей, позволяет осуществить как прерывистый, так и непрерывный режим работы, например в туннельной вращающейся печи. Особенностью предложенного способа также является возможность сбора образовавшихся отходов производства на всех циклах процесса для их последующего повторного использования, что также повышает эффективность предложенного способа.
ПРИМЕР ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСИЛИКАТА PENOSTEK
В качестве связующего использовано жидкое стекло в количестве 12% от массы стеклянного порошка, в качестве поро- и гранулообразователя - смесь глицерина в количестве 1,5% и воды в количестве 12% от массы стеклянного порошка, стеклянный порошок измельчен в две стадии и просеян до размера частиц стекла 5 микрон, затем порошок и водная смесь глицерина с жидким стеклом перемешаны в течение 15 минут в планетарно-шнековом коническом смесителе с перемещением винтового шнека вдоль конической поверхности смесителя до получения требуемых заготовок гранул, которые затем уплотнены в тарельчатом грануляторе, далее заготовки гранул высушены при температуре 300 градусов Цельсия в течение 15 минут. Гранулы просеяны с отделением отходов, затем обсыпаны каолином, который добавлен из расчета 2% от массы гранул, после этого гранулы вспенены в поворотной печи при температуре 750 градусов Цельсия в течение 10 минут и далее постепенно охлаждены до завершения процесса стеклования, затем затарены.