СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА
METHOD OF FOAMGLASS OBTAINING

Изобретение относится к способам получения пеностекла.
Известно техническое решение «Способ получения пеностекла» (патент РФ №2167112, МПК C03C 11/00, C03B 19/08, опубл. 20.05.2001 г.), включающий приготовление порошкообразной смеси стекла, силиката натрия, оксида кремния, газообразователя и последующий нагрев смеси до пенообразования полученной композиции, отличающийся тем, что на стадии приготовления смесь затворяют водой до образования пасты, полученную пасту нагревают со скоростью 5-10 град/мин до 750-850°C, выдерживают при этой температуре 4-5 ч и охлаждают в печи.
Недостатками данного изобретения являются: сложность технологического процесса, большая плотность получаемого материала, обусловленная неоднородностью распределения газообразователя на уровне механической смеси при помоле сухой композиции и неоднородностью распределения в объеме порошка стекла раствора силиката Na, большая теплопроводность пеностекла, высокая реакционная способность гранулированного заполнителя для бетонов и растворов.
Наиболее близким является техническое решение «Гранулированная шихта для получения пеностекла и способ ее получения», патент РФ №2439005, МПК C03C 11/00, опубл. 10.01.2012 г., в котором гранулированная шихта по п.1. формулы содержит тонкоизмельченное молотое стекло, карбонатный пенообразователь, включающий глицерин, каолинит, жидкое стекло и воду, а способ по п.2. формулы включает мойку стеклобоя в воде и сушку, дальнейшее измельчение, дозирование и смешение молотого стекла и пенообразователя, содержащего карбонатную компоненту, при добавлении к ним стеклообразующей компоненты в виде водного раствора жидкого стекла, с последующим гранулированием и частичной сушкой полученных гранул, отличающийся тем, что предварительно твердые измельченные компоненты шихты просеивают, определяют среднюю плотность молотого стекла, в отдельной емкости готовят водный раствор жидкого стекла, в который в заданной пропорции добавляют водный раствор глицерина и карбонатную компоненту, совместно образующие пенообразователь, затем в процессе их одновременного независимого перемешивания производят дозированную постепенную подачу жидкого стекла и пенообразователя в смеситель с молотым стеклом до достижения заданной плотности и однородности смеси шихты, которую далее направляют в гранулятор, преимущественно, тарельчатого типа, в который также добавляют воду, а после образования гранул направляют их в печь для предварительного обжига, причем при производстве шихты экспериментально определяют пропорции компонентов при максимальной и минимально допустимой плотности молотого стекла, с учетом плотности жидкого стекла, а также среднюю плотность смеси шихты после перемешивания и добавления минимального значения воды, необходимого для получения сырых гранул, которую принимают за заданную, и далее регулируют размер гранул и качество шихты, увеличивая подачу воды в указанных пределах и контролируя плотность шихты в процессе ее получения.
Недостатком является сложность технологического процесса - для каждой загрузки стеклопорошка подбираются разные карбонатные пенообразователи, различные соотношения карбонатных пенообразователей и глицерина, сложная, многоступенчатая схема гомогенизации смеси: отдельное смешивание карбонатного пенообразователя и глицерина, затем их смешивание с жидким стеклом, затем эта смесь добавляется порционно к молотому стеклу, что требует непрерывного контроля состава и качества приготовляемой смеси на каждом этапе технологического цикла.
Технической задачей изобретения является упрощение технологии производства пеностекла из стеклобоя с обеспечением возможности утилизации не разлагающегося в природе отхода в виде стеклобоя и получение из него высокоэффективного и долговечного теплоизоляционного материала.
Технический результат изобретения заключается в рентабельности утилизации различных стекольных отходов и возможности производства пеностекла из нестандартного стекла переменного состава с получением высокоэффективного и долговечного теплоизоляционного материала, упрощение способа производства пеностекла при сохранении высокого качества получаемой продукции и существенном снижении расхода электроэнергии.
2
Задача решается тем, что стеклобой измельчают в шаровой или любой другой мельнице до удельной поверхности 6000-20000 см/г. Диатомит измельчают до размера частиц 250-300 мкм. Диатомитовый порошок отдельно или в смеси с молотым стеклобоем подвергают механоактивации в течение 1-5 минут в планерной или любой другой мельнице с эффектом механоактивации. Механоактивированная шихта смешивается с водным раствором жидкого стекла и глицерина до получения пластичного теста с влажностью массы 15-18%. Из влажной однородной смеси формуют гранулы, которые высушивают при 100-150°C до влажности 2-5% и обжигают во вращающейся или любой другой печи, позволяющей производить обжиг гранул без их слипания друг с другом. Обжиг осуществляют при температуре 750-800°C.
Жидкое стекло с силикатным модулем 3,0 в смеси с глицерином в заданной пропорции в процессе обжига полученных гранул катализирует процесс взаимодействия диатомита и молотого стеклобоя, ускоряя образование жидкой фазы. Глицерин, разлагаясь с выделением газовой фазы, обеспечивает не только вспенивание жидкой фазы, но и способствует образованию мелкопористой структуры гранул. Диатомит придает вязкость образующемуся расплаву смеси и структуризирует его в процессе остывания. Механоактивированный диатомит при смешивании с жидким стеклом и глицерином или при смешивании жидкого стекла и глицерина легко растворяется в созданной ими щелочной среде, тем самым ускоряет процесс растворения механоактивированного стеклобоя и способствует структурированию расплава.
Смесь жидкого стекла и глицерина обеспечивает выделение газов с образованием пор в процессе вспучивания смеси, а диатомит структуризирует образующиеся в жидкой фазе поры, придает вязкость жидкой стеклофазе, сохраняет и закрепляет образовавшиеся в ней поры в процессе остывания смеси.
Сущность изобретения поясняется примерами осуществления способа.
Пример 1.
2
Исходную смесь готовят из следующих компонентов. В качестве исходного ингредиента используют отходы стекла разных марок и химического состава в количестве 10 кг. Отходы стекла подвергают дроблению до частиц размером 0,5-1 мм. Раздробленные отходы стекла измельчают с одновременным гидроксилированием в смеси с 0,5-1,5 мас.% водной добавки в шаровой мельнице в течение 30 минут. Полученный гидроксилированный стеклообразный щелочной алюмосиликат (молотый стеклобой) имеет удельную поверхность по БЭТ 6000 см/г.
Активный кремнезем, например диатомит, в количестве 1,0 кг измельчают до размера частиц 250-300 мкм. Затем измельченный диатомит и молотый стеклобой отдельно или в смеси подвергают механоактивации в течение 1-5 минут в планерной мельнице.
3
Готовят порообразующую смесь. Для этого 2 кг жидкого технического стекла (силикатный модуль 3,0, плотность 1450 кг/см) смешивают с 0,2 кг технического глицерина и затем обеспечивают взаимодействие смеси глицерина и жидкого стекла с механоактивированными диатомитом и стеклобоем, для чего механоактивированную смесь диатомита со стеклобоем загружают в смеситель-гранулятор, в который постепенно вводят дозированный водный раствор порообразующей смеси в количестве 0,5% от массы сухих веществ. При достижении влажности композиции до 18 мас.% степень адгезии частиц порошка друг к другу достигает уровня, при котором начинается процесс слипания частиц и начинается процесс окатывания гранул. С увеличением влажности композиции свыше 18 мас.% процесс окатывания интенсифицируется, достигая оптимальной влажности 18-20%.
При влажности композиции свыше 20% прочность гранул резко снижается, гранулы размягчаются и композиция переходит в вязко-текучее состояние. Полученные в процессе окатывания гранулы диаметром 0,1-3 мм высушивают при температуре 100-150°C до влажности 2-5% и подвергают термообработке при температуре 800°C во вращающейся печи. В результате термообработки гранулы вспениваются в течение 3-5 минут. После охлаждения на выходе из печи получают гранулированное пеностекло с шаровидной формой гранул.
Пример 2.
2
Исходную смесь готовят из следующих компонентов. В качестве исходного ингредиента используют отходы стекла разных марок и химического состава в количестве 10 кг. Отходы стекла подвергают дроблению до частиц размером 0,5-1,0 мм. Раздробленные отходы стекла измельчают с одновременным гидроксилированием в смеси с 0,5-1,5% водной добавки в шаровой мельнице в течение 40 минут. Полученный гидроксилированный стеклообразный щелочной алюмосиликат (молотый стеклобой) имеет удельную поверхность по БЭТ 14000 см/г.
Активный кремнезем, например диатомит, в количестве 1,0 кг измельчают до размера частиц 250-300 мкм. Затем измельченный диатомит и молотый стеклобой отдельно или в смеси подвергают механоактивации в течение 1-5 минут в планерной мельнице.
3
Готовят порообразующую смесь Для этого 2 кг жидкого технического стекла (силикатный модуль 3,0, плотность 1450 кг/см) смешивают с 0,2 кг технического глицерина и затем обеспечивают взаимодействие смеси глицерина и жидкого стекла с механоактивированными диатомитом и стеклобоем, для чего механоактивированную смесь диатомита со стеклобоем загружают в смеситель-гранулятор, в который постепенно вводят дозированный водный раствор порообразующей смеси в количестве 1,0% от массы сухих веществ. При достижении влажности композиции до 16 мас.% степень адгезии частиц порошка друг к другу достигает уровня, при котором начинается процесс слипания частиц и начинается процесс окатывания гранул. С увеличением влажности композиции свыше 16 мас.% процесс окатывания интенсифицируется, достигая оптимальной влажности 16-18%. При влажности композиции свыше 18% прочность гранул резко снижается, они разрушаются и композиция переходит в вязко-текучее состояние. Полученные в процессе окатывания гранулы диаметром 0,1-3 мм. высушивают при температуре 100-150°C до влажности 2-5% и подвергают термообработке при температуре 770°C во вращающейся печи. В результате термообработки гранулы вспениваются в течение 3-5 минут. После охлаждения на выходе из печи получают гранулированное пеностекло с шаровидной формой гранул.
Пример 3.
2
Исходную смесь готовят из следующих компонентов. В качестве исходного ингредиента используют отходы стекла разных марок и химического состава в количестве 10 кг. Отходы стекла подвергают дроблению до частиц размером 0,5-1,0 мм. Раздробленные отходы стекла измельчают с одновременным гидроксилированием в смеси с 0,5-1,5 мас.% водной добавки в шаровой мельнице в течение 60 минут. Полученный гидроксилированный стеклообразный щелочной алюмосиликат (молотый стеклобой) имеет удельную поверхность по БЭТ 20000 см/г.
Активный кремнезем, например диатомит,в количестве 1,0 кг измельчают до размера частиц 250-300 мкм. Затем измельченный диатомит и молотый стеклобой отдельно или в смеси подвергают механоактивации в течение 1-5 минут в планерной мельнице.
3
Готовят порообразующую смесь. Для этого 2 кг жидкого технического стекла (силикатный модуль 3,0, плотность 1450 кг/см) смешивают с 0,2 кг. технического глицерина и затем обеспечивают взаимодействие смеси глицерина и жидкого стекла с механоактивированными диатомитом и стеклобоем, для чего механоактивированную смесь диатомита со стеклобоем загружают в смеситель - гранулятор, в который постепенно вводят дозированный водный раствор порообразующей смеси в количестве 2% от массы сухих веществ. При достижении влажности композиции до 15 мас.% степень адгезии частиц порошка друг к другу достигает уровня, при котором начинается процесс слипания частиц и начинается процесс окатывания гранул. С увеличением влажности композиции свыше 15 мас.% процесс окатывания интенсифицируется, достигая оптимальной влажности 15-17%. При влажности композиции свыше 17% прочность гранул резко снижается, они разрушаются и композиция переходит в вязко-текучее состояние. Полученные в процессе окатывания гранулы диаметром 0,1-3 мм высушивают при температуре 100-150°C до влажности 2-5% и подвергают термообработке при температуре 750°C во вращающейся печи. В результате термообработки гранулы вспениваются в течение 3-5 минут. После охлаждения на выходе из печи получают гранулированное пеностекло с шаровидной формой гранул.
Реализация способа обеспечивает, минуя стадию варки стекла, вовлечение в производство гранулированного пеностекла стеклообразных щелочных алюмосиликатов, накопившихся за многие годы в виде отсортированного или неотсортированного стеклобоя.
Применение стеклобоя способствует расширению сырьевой базы для производства пеностекла и снижению экологической нагрузки на окружающую среду: ввиду негорючести и биостойкости стеклоотходы необратимо загрязняют ландшафт. С другой стороны, использование стеклобоя является источником экономии щелочи и электроэнергии.
Особенности состава шихты для каждого из примеров приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Номер состава
Состав шихты
Стеклобой, кг
Диатомит, кг
Пенообразующая смесь, %
Удельн. поверхность, см<sup>2</sup>/г
Время гидроксилирования, мин
№1
10,0
1,0
0,5
6000
30
№2
10,0
1,0
1,0
14000
40
№3
10,0
1,0
2,0
20000
60
Физико-механические свойства полученных материалов представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Номер состава
Физико-механические свойства
Насыпная плотность, кг/см<sup>3</sup>
Прочность отдельных гранул, кгс/см<sup>2</sup>
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м 0с) при +25 0с
Водопоглощение за 24 часа по объему, %
№1
180,0
10-12
0,082
0,8
№2
140,0
8-10
0,062
1,0
№3
130,0
4-6
0,052
1,5