СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОСТОЙКОГО ПОРИСТОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ
METHOD OF PREPARING WATER-RESISTANT POROUS AGGREGATE

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству пористых заполнителей на основе жидкого стекла, предназначенных для изготовления легких бетонов, а также теплоизоляционных засыпок.
Известен способ изготовления легкого заполнителя, включающий приготовление на основе жидкого стекла и тонкодисперсного наполнителя сырьевой смеси с консистенцией густого теста, формование гранул экструзией и последующей термообработкой при 280-350°С в течение 8-10 минут /SU, авторское свидетельство 844607, МПК С04В 31/02, С04 19/04, 1978/ [1]. Недостатком данного способа является низкая водостойкость заполнителя.
Известен способ изготовления гранулированного заполнителя /патент РФ №2055057, МПК С04В 38/02, С04В 28/26, 1992/ [2] путем приготовления сырьевой смеси на основе жидкого стекла, диспергированных отходов производства сферических гранул и борной кислоты, включающий перемешивание компонентов при 40-60°С в течение 30-50 минут, формование гранул, их опудривание, подсушивание при 70-80°С в течение 4-8 часов и вспучивание при 350-400°С. Недостатком известного способа является сложность и длительность процесса изготовления заполнителя, а также разрушение заполнителя после 180-240 минут нахождения в кипящей воде, что свидетельствует о его неводостойкости.
Известны смесь и способ для получения гранулированных вспененных материалов, используемых для получения теплоизоляционных материалов и заполнителей, включающее перемешивание жидкого стекла с добавками и тонкомолотыми наполнителями, при 20-60°С в течение 5-60 минут, формования гранул, последующей сушки при 60-100°С и вспенивания при 360-800°С /патент РФ 2087447, МПК С04В 28/02, С04В 111:40, 1993/ [2]. Недостатком данного способа является сложность изготовления и подготовки компонентов - гидроксид кальция получают декарбонизацией извести при 1000°С с последующим ее гашением в специальных аппаратах; помол кварцевого песка - весьма энергоемкая и длительная операция из-за высокой твердости песка, а также невысокая водостойкость - уже при 5-минутном кипячении потери достигают 0,5-10%.
Следует указать, что традиционно оценка водостойкости строительных материалов и изделий производится по коэффициенту размягчения, т.е. по результатам испытания их на прочность в сухом и насыщенном водой состоянии /ГОСТ 9758-86* Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний. 2003/ [4].
Наиболее близким предлагаемому техническому решению является композиция для производства пористого заполнителя, включающая жидкое стекло и добавку, влияющую на вязко-пластические свойства жидкого стекла, - хлорид натрия /патент 2211196 РФ, МПК С04В 14/24, С04В 38/00, 2000/ [5].
Принят за прототип.
Недостатками данного известного решения является низкая водостойкость получаемого заполнителя.
Техническим результатом предлагаемого способа изготовления пористого заполнителя на основе жидкого стекла является повышение водостойкости заполнителя при сохранении низкой плотности.
3
Технический результат достигается тем, что в известном способе получения водостойкого пористого заполнителя путем приготовления сырьевой смеси на основе натриевого жидкого стекла добавки - хлорида натрия - и тонкомолотого наполнителя, включающем перемешивание компонентов, гранулирование и вспучивание гранул, термообработку и охлаждение, особенностью является то, что для сырьевой смеси берут жидкое натровое стекло плотностью 1,41 г/см; хлористый натрий, размолотый до размера менее 0,3 мм, а в качестве тонкомолотого наполнителя добавляют тонкоразмолотый отход от углеобогащения методом флотации с содержанием глинистой составляющей не менее 71%, при следующем содержании компонентов, мас.%:
- натриевое жидкое стекло
50-75;
- хлорид натрия
1-3;
- отход от углеобогащения
22-49,
при этом термообработку проводят при температуре 780-800°С в течение 7-10 мин, а охлаждение со скоростью не более 40°С в минуту.
2
2
Положительный результат достигается в результате того, что в бинарной системе SiO-NaO, представляющей собою дегидратированное при 250-300°С натриевое «жидкое» стекло, в интервале 780-800°С начинает образовываться жидкая фаза. Образующийся расплав силиката натрия, с одной стороны, интенсивно вступает в реакции с глиноземистыми и силикатными соединениями, присутствующими в глинистом компоненте, с другой стороны, способствует процессу образования соединений, которые наблюдаются в керамических материалах, полученных по традиционной технологии при температурах обжига порядка 900-1050°С.
Указанная скорость охлаждения, с одной стороны, обеспечивает сохранение структур новообразований, а с другой, способствует перекристаллизации малоустойчивых форм в более устойчивые, что и обеспечивает водостойкость получаемого материала.
Проведенные рентгеновские исследования обнаружили в предлагаемых смесях снижение аморфной составляющей и рост кристаллической фазы после обжига и охлаждения по предлагаемому способу по сравнению с исходной, а также образование муллита, который в обычных керамических изделиях обнаруживается при обжиге свыше 900°С.
Дополнительным результатом является значительный экологический эффект за счет возможности использования в качестве тонкомолотого глиносодержащего компонента отходов от углеобогащения, представляющих собою малопластичные землистые глинисто-угольные смеси. Состав твердой фазы в зависимости от месторождения в основном колеблется в следующих пределах: органическая часть угля (6-24%), пирит (4,4-9,4%), карбонат (4,0-8,2%), глинистое вещество (58-80%) и кварц (1,4-3%).
3
Отходы углеобогащения в основном не утилизируются, а складываются в отвалы в значительных количествах. Например только за год с углеобогатительных предприятий Кузбасса направляется в гидроотвалы 30 млн.м (1567 тыс.т) отходов. В результате этого в Кузбассе ежегодно требуется для хранения отходов вводить 480 га новых земель.
Примеры осуществления изобретения
Для приготовления сырьевой смеси использовались следующие компоненты:
- товарное натриевое жидкое стекло плотностью 1,41 г/куб.см, ГОСТ 13075-81,
- хлористый натрий, ГОСТ 13830-97 (производства ОАО "Бассоль"), размолотый до размера менее 0,3 мм;
- в качестве тонкомолотого глиносодержащего компонента - отход от углеобогащения методом флотации горно-обогатительной фабрики «Томусинская» Кузнецкого угольного бассейна, содержащий 71% глины, размолотый до прохода через сито 0,14 мм.
Компоненты брались в соотношении, указанном в табл.1.
Таблица 1
Компоненты
Составы
Содержание компонентов, % мае
Состав №1
Состав №2
Состав №3
Состав №4
Состав №5
Натриевое жидкое стекло
45
50
60
75
80
Хлорид натрия
1
1
2
3
3
Тонкомолотый глиносодержащий компонент
54
49
38
22
17
Получение смеси производилось в мешалке принудительного действия в следующем порядке. Сначала в мешалку загружались тонкомолотый глиносодержащий компонент и хлорид натрия, которые тщательно перемешивались, затем в готовую сухую смесь при включенной мешалке заливалось натриевое жидкое стекло тонкой струйкой. Перемешивание производилось до получения однородной массы, но не менее 5 минут.
Полученная смесь системой ножей разрезалась на отдельные гранулы, которые термообрабатывались при 250-300°С в печном грануляторе, вспучиваясь при этом и образуя шарообразные высокопористые гранулы.
Полученные гранулы помещались в электрическую печь, разогретую до температуры 790°С, и выдерживались там 10 минут. После изотермической выдержки гранулы охлаждались с заданной скоростью.
Следует отметить, что состав №1 имел неудовлетворительную формуемость.
Характеристики полученных материалов приведены в таблице 2.
Таблица 2
Характеристики
Ед. изм.
Составы
№1
№2
№3
№4
№5
Насыпная плотность
кг/м<sup>3</sup>
-
170
145
110
85
Прочность при сжатии
МПа
-
0,26
0,22
0,19
0,14
При скорости охлаждения 50°С в минуту
Потери при 5-минутном кипячении
%
-
0,10
0,11
0,13
0,18
Стойкость после 240 минут кипячения
-
-
Признаков разрушения не обнаружено
Коэффициент размягчения
%
-
72
69
54
35
При скорости охлаждения 40°С в минуту
Потери при 5-минутном кипячении
%
-
0,07
0,07
0,08
0,12
Стойкость после 240 минут кипячения
-
-
Признаков разрушения не обнаружено
Коэффициент размягчения
%
-
92
89
79
55
Примечание:
1. Состав №1 отличается неудовлетворительной формуемостью. Сформовать гранулы не удается вследствие отсутствия у смеси пластичности. Характеристики не определялись.
2. Стойкость после 240 минут кипячения определялась на отдельных гранулах визуальным осмотром и органолептическим испытанием.
Видно, что значительное влияние на водостойкость оказывает состав и скорость охлаждения гранул после термообработки.
При скорости охлаждения гранул 50°С в минуту коэффициент размягчения гранул всех составов ниже 75%, что относит полученные таким образом материалы к неводостойким.
При скорости охлаждения гранул 40°С в минуту потери при 5-минутном кипячении составов номеров 2-4 составляют 0,07-0,08 процентов по массе, после 240 минут кипячения признаков разрушения не обнаружено, коэффициент размягчения гранул выше 75%, что позволяет отнести данные материалы к водостойким.
Состав 5 отличается хорошей формуемостью, низкой плотностью, но неудовлетворительными прочностью и водостойкостью. После 240 минут гранулы не изменили форму, но заметно снизили прочность. Остаточная прочность в насыщенном водой состоянии составляет 35-55%, что заставляет отнести полученный состав к неводостойкому.
Исследованиями установлено, что изменение водостойкости связано с уменьшением типов кристаллических соединений, что говорит о перекристаллизации малоустойчивых форм и общим увеличением количеством кристаллической фазы и уменьшением аморфной.
Следует отметить, что не обнаружено влияния скорости охлаждения на плотность и исходную прочность гранул.
Как видно из таблицы 2, предлагаемый состав и способ изготовления отличается от известного высокой водостойкостью при сохранении низкой плотности.
Дополнительной результат достигается в области экологии за счет возможности использования в предлагаемой смеси промышленных отходов - отходов углеобогащения.
Источники информации
1. SU, авторское свидетельство 844607, МПК С04В 31/02, С04 19/04, 1978.
2. Патент РФ №2055057, МПК С04В 38/02, С04В 28/26, 1992.
3. Патент РФ 2087447, МПК С04В 28/02, С04В 111:40, 1993.
4. ГОСТ 9758-86*. Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний. Издательство стандартов, 2003.
5. Патент РФ 2211196, МПК С04В 14/24, С04В 38/00, 2000.