Шихта для получения пеностекла

 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к производству пеностекла, используемого как легкий строительный и конструкционный теплоизоляционный материал. Сущность изобретения: шихта из цеолитсодержащего туфа с газообразователем подшихтовывается боем стекла и щелочным плавнем, что приводит к снижению температуры вспенивания до 900-1000^o и позволяет использовать широкий диапазон туфов как высококачественных с высоким содержанием цеолитов, так и с большим количеством вмещающих пород. Шихта для получения пеностекла включает, мас. %: цеолитсодержащий туф 35-83,5; газообразователь на основе карбида кремния 0,5-3; бой стекла 10-50; кальцинированная сода 6 - 12. 2 табл.

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к производству пеностекла, и может быть использовано в строительной индустрии как легкий конструкционный теплоизоляционный материал.

Известно, что пеностекольный теплоизоляционный материал получают спеканием смеси стекольного порошка с газообразователем [1] Максимальная температура вспенивания по известному решению 780-930^оС в зависимости от состава используемого стекла. Состав шихты в этом случае содержит газообразователя до 2% Основной недостаток этого состава заключается в том, что для получения пеностекла высокого качества необходимо варить стекло специального состава. Это приводит к повышенным энергозатратам, а также требует использования дефицитных материалов. Возможно изготовление пеностекла из стеклобоя (оконное стекло, бой бутылок и т.д.). В этом случае качество пеностекла низкое, не имеет постоянных физико-механических характеристик, так как состав боя стекла не постоянен. Высок уровень брака при производстве.

Наиболее близким к предлагаемому является состав шихты для получения пеностекла, содержащей, мас.

Цеолитсодержащий туф 99,85-99,75 Карбид кремния 0,15-0,25 [2] Основным недостатком известного состава является высокая температура вспенивания 1160-1180^оС. Кроме того, из такого состава при 1170^оС можно изготовить пеностекло с объемной массой 420-560 кг/м³. Такое пеностекло обладает повышенными механическими свойствами и может применяться во многих областях народного хозяйства в качестве самонесущих теплоизоляционных конструкций. Для получения более легкого теплоизоляционного материала известного состава, который используется в перекрытиях зданий, тепловых установках, судах и т.д. необходимо повысить температуру вспенивания. Это приводит к еще большим энергозатратам и создаст трудноразрешимые производственные сложности из-за высоких требований к жароупорным формам.

Кроме того, в прототипе есть ограничения в применимости цеолитсодержащих туфов по химическому составу, который в конечном итоге отражает минералогический состав породы. Приведенный в известном решении химический состав цеолитсодержащих туфов показывает, что такие породы содержат мало или практически не содержат дополнительно минералов-примесей. Такое количество плавней /CaO 2,7; Na₂O 0,77; K₂O 2,97) содержится, как правило, в чистых цеолитсодержащих породах с высоким содержанием цеолита и без больших количеств примесей. Катионы Ca²⁺, Na⁺, K⁺ в этом случае представляют собой канальные катионы, нейтрализующие отрицательный заряд алюмокремнекислородного каркаса. Они способствуют образованию высококачественного расплава, но при довольно высокой температуре 1160-1180^оС. Такие породы имеются во многих областях нашей страны (месторождения Дзегви, Шивыртуйское, Пашенское и др.), однако многие месторождения имеют низкое содержание цеолитов (меньше 40 мас.) и высокое примесей кальцитов, кварца. По известному решению при высокой температуре вспенивания (выше 1100^оС) многие породы с высоким количеством кальцитов, но не содержащие свободный кварц использовать для изготовления пеностекла нельзя. Например, в породе месторождения Тедзами много кальцита (15-20 мас.), но нет кварца. При высоких температурах окись кальция сильно понижает вязкость расплава и при отсутствии в таких породах кварца, который повышает вязкость расплава при растворении, вязкость расплава становится меньше допустимой, а пена неустойчивой. В этом случае пористая текстура или не сохраняется, или ее качество плохое. При более низких температурах (меньше 1100^оС) расплав не образуется и вспенивание шихты не происходит.

Есть породы противоположного характера с низким содержанием вмещающих пород-примесей типа кальцитов, но с высоким содержанием кварца (например, Пегасское, Лютогское и др. месторождения). Такие породы вспениваются только при температуре выше 1200^оС, что также исключает возможность применения таких пород по известному решению.

Целью изобретения является снижение температуры вспенивания и расширение сырьевой базы.

Шихта содержит следующие соотношения компонентов, мас.

Цеолитсодержащий туф 35-83,5 Бой стекла 10-50 Щелочный плавень 6-12 Газообразователь 0,5-3 Цеолитсодержащий туф состоит из, мас.

SiO₂ 53,5-71; Al₂O₃ 11,8-15,3; CaO 1,4-10; MgO 0,19-5,0; Na₂O 0,7-4,3; K₂O 1,1-4,5; Fe₂O₃ 1,6-3,8; TiO₂ 0,3-0,6; ппп 8,5-18.

Туфы с таким химическим составом представляют обширную группу цеолитсодержащих пород как с высоким содержанием цеолитов, так и с низким, но с примесями в виде карбонатных пород (кальциты, доломиты), кварца, полевых шпатов и т.д. За счет наличия в предлагаемом составе порошкообразного боя стекла с низкими температурами плавления 750-800^оС в шихте образуется стекло, способное растворять в себе аморфизированный до 900^оС туф. Щелочные плавни, например, кальцинированная сода, способствуют снижению вязкости расплава, что облегчает растворение твердой компоненты шихты.

Для изготовления пеностекла хорошего качества с постоянными физико-механическими свойствами в составе шихты количество боя стекла не должно превышать 50 мас. а для обеспечения низкой температуры вспенивания шихта, кроме того, должна содержать плавень. Совокупность вышеуказанных двух компонентов, каждый из которых в отдельности обеспечивает снижение температуры вспенивания до 1060^оС, позволяет производить вспенивание при 900-1000^оС. Состав шихты позволяет использовать цеолитсодержащие породы широкого диапазона химического состава, что обусловлено разнообразием минерального состава туфов как высококачественных с высоким содержанием цеолита, так и с низким, с большим количеством вмещающих пород.

Ниже приведен пример получения пеностекла из цеолитсодержащих туфов с различными химическими свойствами.

В табл.1 приведены данные химического состава различных цеолитсодержащих туфов.

П р и м е р. Цеолитсодержащую породу дробят в бегунах или дробилках, измельчают в шаровой мельнице. Тонкость помола характеризуется прохождением всей пробы через сито 0,5 мм. Измельченный туф перемешивают с газообразователем. Смесь загружают в металлические формы и обжигают при температуре вспенивания 900-1000^оС. Скорость нагрева до температуры вспенивания составляет 320-340^оС в 1 ч. Выдержка при конечной температуре 0,5-1,0 ч. Вспененный материал охлаждают в течение 16-20 ч.

В табл.2 приведены конкретные составы пеностекла и его свойства.

В качестве газообразователя может использоваться любой материал, содержащий карбид кремния. В качестве такого материала может служить порошок карбида кремния или отход от производства карбида кремния, или вышедшие из строя (лом) силитовые стержни, и др. материалы, содержащие карбид кремния.

Ограничение стеклобоя в шихте 10-50 мас. связано с тем, что при содержании его в шихте больше 50 мас. происходит снижение качества пористой текстуры, образование губчатой открытой пористости; физико-механические свойства пеностекла нестабильны. При уменьшении стеклобоя в шихте меньше чем 10 мас. вспениваемость шихты в указанном температурном интервале прекращается, так как при этом расплава стекла в шихте оказывается недостаточно для растворения цеолитовой компоненты.

Содержание кальцинированной соды в составе шихты ограничено тем, что при введении в состав меньше 6 мас. шихта не вспенивается, больше 12 мас. качество пеностекла резко ухудшается, образуется губчатообразное некачественное стекло со слабой устойчивостью пены. Кроме того, повышенный расход этих компонентов приводит к увеличению себестоимости пеностекла.

Как следует из табл.2, из предлагаемого состава можно изготавливать пеностекло при 900-1000^оС, что позволяет использовать типовое оборудование, применяемое в пеностекольном производстве, значительно снизить расходы по обслуживанию оборудования. Подшихтовка сырьевой смеси стеклобоем и кальцинированной содой обеспечивает возможность использования различных цеолитсодержащих пород как с высоким содержанием цеолита, так и с низким.

Формула изобретения

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА, включающая цеолитсодержащий туф и газообразователь на основе карбида кремния, отличающаяся тем, что, с целью снижения температуры вспенивания и расширения сырьевой базы, она дополнительно содержит стеклобой и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.%: Цеолитсодержащий туф - 35,0 - 83,5 Газообразователь на основе карбида кремния - 0,5 - 3,0
Стеклобой - 10,0 - 50,0
Кальцинированная сода - 6,0 - 12,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2