Пеностекольный щебень из аморфных кремнеземных пород
FOAM GLASS GRAVEL FROM NEOSYL SILICA ROCKS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности, к способу изготовления пеностекольного щебня с применением шихты для получения пеностекольного щебня и шихты для получения стеклобоя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известна шихта для изготовления стеклогранулята для пеностекла, раскрытая в RU 2361829 С2, опубл. 20.07.2009. Шихта для изготовления стеклогранулята для пеностекла содержит кремнеземсодержащую породу, кальцинированную соду, доломит, при этом в качестве кремнеземсодержащей породы берут кремнийсодержащее сырье с содержанием оксида кремния не менее 83 мас.% и размером фракции менее 0,1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: кремнеземсодержащая порода: кварцевый песок, маршаллит, диатомит, опока - 60-68; кальцинированная сода - 19-23; доломит - 13-16.
Недостатком раскрытого выше технического решения является сложность и многостадийность процесса получения конечного продукта, более низкие физико-механические показатели стеклогранулята из-за образования остаточного кремнезема.
Также из уровня техники известен способ производства гранулированного пеностекла, раскрытый в RU 2526452 С1, опубл. 20.08.2014. Способ производства гранулированного пеностекла включает получение тонкомолотого стекольного порошка, добавление к тонкомолотому стекольному порошку порообразователя, связующего, их перемешивание с получением пеностекольной смеси, гранулирование пеностекольной смеси с получением сырцовых гранул полуфабриката, вспенивание сырцовых гранул полуфабриката в печи с получением гранулированного пеностекла. При этом в качестве исходного сырья для получения тонкомолотого стекольного порошка использован несортовой стеклобой, к тонко молотому стекольному порошку добавляют крупнопористый силикагель, измельченный до размера частиц не более 80 мкм.
Недостатком раскрытого выше технического решения является сложность и многостадийность процесса получения конечного продукта.
Кроме того, из уровня техники известен способ получения гранулированного пеносиликата, раскрытый в RU 2547479 С2, опубл. 27.07.2011, прототип. Способ получения гранулированного пеносиликата включает получение тонкоизмельченного дисперсного стеклянного порошка путем дробления стеклянных изделий при их утилизации и дальнейшего помола, добавление в порошок связующего и порообразователя, их перемешивание и гранулирование, предварительную сушку, последующий нагрев и отжиг полученных гранул при температуре пенообразования с дальнейшим охлаждением в процессе стеклования и с отделением полученных гранул пеностекла, разделяющей среды и шлака. При этом в качестве связующего используют жидкое стекло в количестве 10-20% от массы стеклянного порошка, в качестве поро- и гранулообразователя - смесь глицерина в количестве 0,5-2% и воды в количестве 10-20% от массы стеклянного порошка, стеклянный порошок измельчают в несколько стадий и просеивают для достижения дисперсии частиц стекла размером не более 5 мкм, затем производят перемешивание порошка с водной смесью глицерина и с жидким стеклом в течение не менее 15 мин в планетарно-шнековом коническом смесителе с перемещением винтового шнека вдоль конической поверхности смесителя до получения требуемых заготовок гранул, которые затем уплотняют и накатывают в тарельчатом грануляторе с емкостью типа наклонной тарелки вращения, далее заготовки гранул сушат при температурах от 150 до 400°С в течение не менее 10 мин, просеивают с отделением отходов, полученные гранулы смешивают или обсыпают каолином или каолинитом, который добавляют из расчета 1-3% от массы гранул, гранулы затем направляют в поворотную печь, где при вращении печи их нагревают до температуры 750-800°С до вспенивания, выдерживают при температуре вспенивания 5-10 мин и далее постепенно охлаждают до завершения процесса спекания и стеклования в произведенных гранулах пеносиликата, затем окончательно охлаждают и затаривают.
Недостатком раскрытого выше технического решения является низкая прочность слоя из пеностекла, т.к. пеностекольный щебень имеет угловатую форму, в отличии от окатанного гранулированного пеностекла. За счет угловатой формы в слое из пеностекольного щебня есть угол внутреннего трения (сцепления). Это позволяет удобно работать с материалом практически любой техникой. Укладывается как обычный щебень. Создается эффект «расклинки». От чего слой становится прочным и цельным, не рассыпается в разные стороны. По слою может ездить техника и ходить человек. Гранулированная пеностеклокерамика постоянно стремится рассыпаться в стороны, техника при проезде по такому слою проваливается в него. В дорожной конструкции нельзя сформировать ровный слой с уклоном без применения дополнительных средств: устройство опалубки, нарезка корыта. При работе с пеностекольным щебнем этого не нужно, так как он ведет себя при укладке также как обычный щебень.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является разработка шихты для получения стеклобоя, шихты для получения пеностекольного щебня и способа получения пеностекольного щебня с использованием указанных шихт.
Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических свойств пеностекольного щебня.
Указанный технический результат достигается за счет того, что шихта для получения стеклобоя содержит аморфную кремнеземную породу, карбонатный плавень и соду кальцинированную, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
аморфная кремнеземная порода
50-85
карбонатный плавень
10-30
сода кальцинированная
5-20.
В шихте для получения стеклобоя в качестве аморфной кремнеземной породы с размером частиц от 1 мкм до 20 мм используют диатомит, трепел, опоку, перлит, цеолит.
В шихте для получения стеклобоя в качестве карбонатного плавня используют мраморный отсев фракции 0-10 мм, доломит, известняк, фракции 0-20 мм.
Шихта для получения стеклобоя дополнительно содержит стеклобой в количестве 5-25 мас.% от массы шихты для получения стеклобоя.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что шихта для получения пеностекольного щебня содержит стеклобой, полученный из шихты, раскрытой выше, жидкое стекло, глицерин и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанный стеклобой
75-97
жидкое стекло
1-10
глицерин
1-5
вода
1-10.
В шихте для получения пеностекольного щебня в качестве жидкого стекла используют калиевое или натриевое жидкое стекло.
Способ получения пеностекольного щебня включает следующие этапы:
a) подготовка вышеуказанной шихты для получения стеклобоя, которая включает перемешивание компонентов шихты до гомогенного состояния при увлажнении шихты до 3-8% в смесителе;
b) варка стекла при температуре 1200-1500°С.
c) выработка стекла;
d) получение стеклобоя с размером частиц 10-150 мкм, включающее последовательные стадии дробления и тонкого помола;
e) приготовление пеносмеси из вышеуказанной шихты для получения пеностекольного щебня;
f) термическая обработка в конвейерной печи пеносмеси толщиной 1,5-10 см, нанесенной на конвейерную ленту, при температуре 500-1000°С и скорости конвейерной ленты 10-100 м/ч;
g) Резкое охлаждение полученного пеностекла.
Между конвейерной лентой и пеносмесью располагается стеклохолст, смоченный каолиновой суспензией.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения пеностекольного щебня включает получение стеклобоя с использованием шихты для получения стеклобоя, содержащей аморфную кремнеземную породу (диатомит, трепел, опоку, перлит, цеолит) с размером частиц от 1 мкм до 20 мм, карбонатный плавень (мраморный отсев фракции 0-10 мм, доломит, известняк фракции 0-20 мм) и соду кальцинированную, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
аморфная кремнеземная порода
50-85
карбонатный плавень
10-30
сода кальцинированная
5-20.
Шихта для получения стеклобоя дополнительно содержит стеклобой в количестве 5-25 мас.% от массы шихты для получения стеклобоя.
Затем осуществляют получение пеностекольного щебня с использованием шихты для получения пеностекольного щебня, содержащей стеклобой, полученный из шихты, раскрытой выше, жидкое стекло (калиевое или натриевое жидкое стекло), глицерин и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанный стеклобой
75-97
жидкое стекло
1-10
глицерин
1-5
вода
1-10.
Способ получения пеностекольного щебня включает следующие этапы:
a) подготовка вышеуказанной шихты для получения стеклобоя;
b) варка стекла при температуре 1200-1500°С.
c) выработка стекла;
d) получение стеклобоя с размером частиц 10-150 мкм, включающее последовательные стадии дробления и тонкого помола;
e) приготовление пеносмеси из вышеуказанной шихты для получения пеностекольного щебня;
f) термическая обработка в конвейерной печи пеносмеси толщиной 1,5-10 см, нанесенной на конвейерную ленту, при температуре 500-1000°С и скорости конвейерной ленты 10-100 м/ч;
g) Резкое охлаждение полученного пеностекла.
Между конвейерной лентой и пеносмесью располагается стеклохолст, смоченный каолиновой суспензией.
В результате указанных операций получают пеностекольного щебня фракции 0-80 мм.
Тонина помола существенно влияет на однородность и качество вспенивания, при указанном диапазоне размера частиц получается наиболее качественное вспенивание.
Толщина пеносмеси 1,5-10 см выбрана из учета того, что нужно получать пеностекольный щебень определенной фракции на выходе, а также толщина слоя пеносмеси влияет на производительность конвейерной печи, чем тоньше слой пеносмеси, тем быстрее он будет пропекаться и вспениваться.
Скорость конвейерной ленты 10-100 м/ч подобрана исходя из того, чтобы пеносмесь успевала пропечься и вспениться, при этом производительность была высокой, находится оптимум «толщина пеносмеси» - «скорость конвейерной ленты» так чтобы и производительность была высокой и пеносмесь успевала пропечься и вспениться.
Указанные параметры необходимы для повышения физико-механических свойств пеностекольного щебня при высокой производительности конвейерной печи.
Пример 1
На первом этапе осуществляют подготовку шихты для получения стеклобоя, содержащую в мас.%: диатомит -78, мраморный отсев - 12; соду кальцинированную - 10, для этого указанные компоненты (диатомит и мраморный отсев предварительно подвергают сушке) шихты дозируют в смеситель в необходимых количествах, увлажняют до 8% и осуществляют перемешивания до получения гомогенной смеси компонентов. Затем шихту помещают в печь для варки стекла, например ванную или горшковую, и осуществляют варку стекла при температуре 1500°С. Затем осуществляют выработку стекла любым известным способом, например литьем в форму. Застывшее стекло вынимают из формы и направляют на последовательные стадии дробления и тонкого помола для получения стеклобоя с размером частиц 50 мкм.
На втором этапе осуществляют приготовление пеносмеси путем смешивания компонентов шихты для получения пеностекольного щебня, содержащей в мас.%: стеклобой, полученный на первом этапе - 95; натриевое жидкое стекло - 2; глицерин 1; воду - 2. Далее осуществляют термическую обработку в конвейерной печи пеносмеси толщиной 1,5 см, нанесенной на конвейерную ленту, при температуре 980°С и скорости конвейерной ленты 30 м/ч. Для исключения прилипания пеносмеси к металлической сетке конвейерной ленты, между конвейерной лентой и пеносмесью располагается стеклохолст, смоченный каолиновой суспензией. В печи пеносмесь проходит следующие этапы: нагрев, спекание и пенообразование с получением пеностекла. После выхода полученного пеностекла из печи, происходит резкое охлаждение пеностекла, при котором пеностекло распадается на кусочки. В результате получают пеностекольный щебень фракции 0-80 мм, который не нужно подвергать ни дополнительному отжигу, ни дроблению.
3
Пеностекольный щебень имеет следующие физико-механические характеристики: насыпная плотность 220 кг/м; теплопроводность 0,098 Вт/(м⋅°С); прочность до 1,9 МПа; водопоглощение кратковременное 1,8% по объему; водопоглощение длительное 2,6% по объему.
Пример 2
Пример 2 отличается от примера 1 тем, что на первом этапе осуществляют подготовку шихты для получения стеклобоя, содержащую в мас.%: диатомит - 67, мраморный отсев - 20; соду кальцинированную -13, при перемешивании шихту увлажняют до 5%, варку стекла осуществляют при температуре 1350°С. Тонкий помол осуществляют до получения стеклобоя с размером частиц 90 мкм.
По сравнению с примером 1, в примере 2 на втором этапе осуществляют приготовление пеносмеси из шихты для получения пеностекольного щебня, содержащей в мас.%: стеклобой, полученный на первом этапе - 88; натриевое жидкое стекло - 5; глицерин 3; воду - 4, термическую обработку осуществляют при температуре 850°С, толщине пеносмеси 4 см и скорости конвейерной ленты 50 м/ч.
3
Пеностекольный щебень имеет следующие физико-механические характеристики: насыпная плотность 140 кг/м; теплопроводность 0,078 Вт/(м⋅°С); прочность до 0,8 МПа; водопоглощение кратковременное 2% по объему; водопоглощение длительное 2,8% по объему.
Пример 3
Пример 3 отличается от примера 1 тем, что на первом этапе осуществляют подготовку шихты для получения стеклобоя, содержащую в мас.%: диатомит - 55, мраморный отсев - 25; соду кальцинированную - 20, при перемешивании шихту увлажняют до 3%, варку стекла при температуре 1250°С. Тонкий помол осуществляют до получения стеклобоя с размером частиц 150 мкм.
По сравнению с примером 1, в примере 3 на втором этапе осуществляют приготовление пеносмеси из шихты для получения пеностекольного щебня, содержащей в мас.%: стеклобой, полученный на первом этапе - 84; натриевое жидкое стекло - 6; глицерин 4; воду - 6, термическую обработку осуществляют при температуре 900°С, толщине пеносмеси 6 см и скорости конвейерной ленты 60 м/ч.
3
Пеностекольный щебень имеет следующие физико-механические характеристики: насыпная плотность 120 кг/м; теплопроводность 0,075 Вт/(м⋅°С); прочность до 0,7 МПа; водопоглощение кратковременное 1,8% по объему; водопоглощение длительное 2,4% по объему.
Пример 4
Пример 4 отличается от примера 2 тем, что в шихте для получения стеклобоя вместо диатомита используют трепел, а вместо мраморного отсева - доломит, которые предварительно подвергают сушке.
3
Пеностекольный щебень имеет следующие физико-механические характеристики: насыпная плотность 160 кг/м; теплопроводность 0,084 Вт/(м⋅°С); прочность до 1 МПа; водопоглощение кратковременное 1,9% по объему; водопоглощение длительное 2,6% по объему.
Пример 5
Пример 5 отличается от примера 2 тем, что в шихте для получения стеклобоя вместо диатомита используют опоку, а вместо мраморного отсева - известняк, которые предварительно подвергают сушке.
3
Пеностекольный щебень имеет следующие физико-механические характеристики: насыпная плотность 150 кг/м; теплопроводность 0,082 Вт/(м⋅°С); прочность до 1,2 МПа; водопоглощение кратковременное 2% по объему; водопоглощение длительное 2,4% по объему.
Пример 6
Пример 6 отличается от примера 2 тем, что в шихте для получения стеклобоя вместо диатомита используют перлит, который предварительно подвергают сушке.
3
Пеностекольный щебень имеет следующие физико-механические характеристики: насыпная плотность 160 кг/м; теплопроводность 0,085 Вт/(м⋅°С); прочность до 1 МПа; водопоглощение кратковременное 1,6% по объему; водопоглощение длительное 2% по объему.
Пример 7
Пример 7 отличается от примера 2 тем, что в шихте для получения стеклобоя используют диатомит карьерной влажности (15-50%), шихту для получения стеклобоя дополнительно не увлажняют.
3
Пеностекольный щебень имеет следующие физико-механические характеристики: насыпная плотность 140 кг/м; теплопроводность 0,073 Вт/(м⋅°С); прочность до 0,8 МПа; водопоглощение кратковременное 1,8% по объему; водопоглощение длительное 2,5% по объему.
Пример 8
Пример 8 отличается от примера 2 тем, что в шихту для получения стеклобоя дополнительно добавляют стеклобой в количестве 10 мас.% от массы шихты, а вместо диатомита - цеолит.
3
Пеностекольный щебень имеет следующие физико-механические характеристики: насыпная плотность 120 кг/м; теплопроводность 0,071 Вт/(м⋅°С); прочность до 0,7 МПа; водопоглощение кратковременное 1,6% по объему; водопоглощение длительное 2,2% по объему.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как оно раскрыто в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.