СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОСТОЙКОГО ПОРИСТОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ
METHOD OF OBTAINING WATERPROOF POROUS FILLING AGENT

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 получения керамзита (пористого заполнителя) состава, мас.%: отходы флотации углеобогащения - 60, модифицированное жидкое стекло - 40, включающий гранулирование керамзита и его термообработку при 700°С /Денисов Д.Ю. Использование отходов флотации углеобогащения в производстве керамзита. / Д.Ю.Денисов, И.В.Ковков, В.З.Абдрахимов // Башкирский химический журнал. - 2008. - Том 15. - №2. - С.107-109/.
Недостатком указанного состава керамической массы является относительно низкая прочность 1,7-1,9 МПа.
3
Известен способ получения водостойкого пористого заполнителя состава, содержащего, мас.%: натриевого жидкого стекла плотностью 1,41 г/см - 50-75, хлористого натрия, размолотого до размера менее 0,3 мм, - 1-3, отхода от углеобогащения методом флотации с содержанием глинистой составляющей не менее 71% - 22-49, включающий перемешивание компонентов, гранулирование и вспучивание гранул, термообработку при температуре 780-800°С в течение 7-10 мин, а охлаждение со скоростью не более 40°С в мин /патент №2406708 Российская Федерация, МПК С04В 14/24. Способ получения водостойкого пористого заполнителя. Мизюряев С.А., Иванова Н.В., Жигулина А.Ю., Мамонов А.Н.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный архитектурно-строительный университет; заявлено 20.01.2009; опубл. 20.12.2010, БИ №21/.
Недостатками указанного технического решения являются относительно низкие прочность состава при сжатии (0,14-0,26) и коэффициент размягчения (55-92%).
Данное техническое решение принято за прототип.
Техническим результатом является повышение прочности при сжатии и коэффициента размягчения пористого заполнителя.
3
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения водостойкого пористого заполнителя состава, содержащего, мас.%: натриевого жидкого стекла плотностью 1,41 г/см - 50-70, хлористого натрия, размолотого до размера менее 0,3 мм, - 1-3, отхода от углеобогащения методом флотации с содержанием глинистой составляющей не менее 71% - 22-49, включающем перемешивание компонентов, гранулирование и вспучивание гранул, термообработку при температуре 780-800°С в течение 7-10 мин, а охлаждение со скоростью не более 40°С в мин, полученные гранулы термообрабатывают при температуре воспламенения и горения органических веществ 350-400°С, обжигают в интервале температур 900-1000°С в течение 15-25 мин до выгорания углерода и охлаждают со скоростью 55-65°С в минуту до образования стеклофазы 41-58%.
Известно, что основным условием, обеспечивающим вспучивание композиции при ее нагревании, является совмещение во времени пиропластического состояния композиции с интенсивным газовыделением внутри обжигаемого материала. Пиропластическое состояние композиции обеспечат жидкое стекло и содержание в отходах углеобогащения глинистой составляющей (не менее 71%), а газовыделение - содержание в отходах углеобогащения органики (п.п.п., таблица 1).
Таблица 1
Химический состав отходов углеобогащения
Содержание, мас.%
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
R<sub>2</sub>O
п.п.п.
55,84
13,52
5,3
1,50
0,51
4,47
16,7+11,4 (углерод)
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Для приготовления сырьевой смеси использовались следующие компоненты:
3
1) товарное натриевое жидкое стекло плотностью 1,41 г/см (см. ГОСТ 13075-81);
2) хлористый натрий (ГОСТ 13830-97, производства ОАО «Бассоль»), размолотый до размера менее 0,3 мм;
3) в качестве тонкомолотого глиносодержащего компонента - отход от углеобогащения методом флотации горно-обогатительной фабрики «Томусинская» Кузнецкого угольного бассейна, содержащего 71% глины, размолотый до прохода через сито 0,14 мм.
Составы, технологические параметры и физико-механические показатели пористого заполнителя представлены в таблице 2.
Таблица 2
Составы, технологические параметры и физико-механические показатели пористого заполнителя
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%
Прототип
1
2
3
Натриевое жидкое стекло
75
60
50
50-75
Хлорид натрия
3
2
1
1-3
Тонкомолотый глиносодержащий компонент
22
38
49
22-49
Технологические параметры композиции
Первая термообработка гранул, °С
350
370
400
250-300
Обжиг при конечной температуре, °С
900
950
1000
790
Время второй термообработки, мин
15
20
25
7-10
Наличие органических веществ
отсутствуют
-
Скорость охлаждения, °С/мин
55
60
65
Не более 40
Количество стеклофазы, %
41
52
58
-
Физико-механические показатели пористого заполнителя
Прочность на сжатие, МПа
2,28
2,45
2,78
0,14-0,26
Насыпная плотность, кг/м<sup>3</sup>
160
200
300
85-170
Потери при 5-минутном кипячении, %
0,11
0,09
0,08
0,12-0,7
Коэффициент размягчения, %
94
96
97
55-92
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 менее 5 минут.
Полученная смесь системой ножей разрезалась на отдельные гранулы, которые, учитывая, что в композиции содержится отход углеобогащения, содержащий более 25% органики (п.п.п. более 25%, таблица 1), термообрабатывались в интервале температур 350-400°С (начало горения органики, как правило, от 350 до 400°С) в печном грануляторе, вспучиваясь при этом и образуя шарообразные высокопористые гранулы.
Полученные гранулы помещались в электрическую печь, разогретую до 900-1000°С (окисление углерода начинается при температурах воспламенения органических веществ, но полностью он выгорает при 900-1000°С), и выдерживались там 15-25 минут. При температуре 1000°С полностью удаляется из глины химически связанная вода (дегидратация), появляется жидкая фаза, за счет повышенного содержания щелочей и выгорают органические примеси, что приводит к дополнительному вспучиванию.
После изотермической выдержки и выгорания углерода с целью увеличения содержания в гранулах стеклофазы гранулы охлаждались со скоростью 55-65°С/минута.
Общеизвестным фактом является то, что чем выше скорость охлаждения изделия, тем больше в нем образуется количество стеклофазы, так как стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава независимо от их состава и температурной области затвердевания.
Указанная скорость охлаждения гранул повысит содержание в гранулах связующей - стеклофазы (41-58%), которая свяжет все образовавшиеся минералы в одно целое и именно стеклофаза, как известно, обеспечивает водостойкость получаемого материала.
Как видно из таблицы 2, предлагаемый способ производства позволяет значительно повысить физико-механические показатели пористого заполнителя: прочность при сжатии и коэффициент размягчения, чем прототип.
Полученное техническое решение при использовании предложенного способа позволяет повысить прочность на сжатие и коэффициент размягчения пористого заполнителя.
Использование техногенного сырья при получении пористого заполнителя способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для керамических материалов.