Состав композиционной смеси для изготовления строительных древесно-композиционных материалов

 

Изобретение относится к композиционным смесям, приготавливаемым из измельченного растительного сырья, преимущественно из древесных отходов, минеральных магнийсодержащих вяжущих, и может быть использовано для изготовления строительных элементов в производстве стеновых профильных деталей. Для изготовления строительных деталей используют состав следующего содержания, мас. ч. в пересчете на абсолютно сухой наполнитель растительного происхождения: измельченный наполнитель растительного происхождения 100, отход производства металлического магния электролитическим способом в виде измельченного сухого шлама 100 - 120, каменноугольная зола ТЭЦ 10 - 20, вода 50 - 56. Шлам производства металлического магния электролитическим способом используют в качестве магнийсодержащего вяжущего после помола до достижения дисперсности 50 - 150 мкм без дополнительной подготовки. Практическое отсутствие воды в шламе позволяет регулировать его вяжущие свойства путем определенного дозирования воды в процессе приготовления пресс-массы. Каменноугольная зола ТЭЦ представляет собой полые сферические частицы - микросферы диаметром 30 - 350 мкм с толщиной стенки 2 - 10 мкм. Частицы представляют собой правильные сферы со сплошными непористыми стенками, внутренняя полость которых заполнена в основном азотом и оксидом углерода. В качестве измельченного наполнителя растительного происхождения используют древесный опил, древесную стружку, высушенные однолетние растения, например в виде соломы, нейтрализованный и высушенный гидролизный лигнин и другие отходы деревоперерабатывающих производств. Изобретение позволяет улучшить экологическую ситуацию, используя техногенные отходы производства металлического магния, улучшить физико-механические свойства готовых изделий и сократить энергозатраты на их производство. 1 табл.

Изобретение относится к получению композиционных смесей, приготавливаемых из измельченного растительного сырья, преимущественно из древесных отходов, минеральных магнийсодержащих вяжущих, и может быть использовано для изготовления строительных и тепло- и звукоизоляционных материалов.

Известна сырьевая смесь для изготовления строительных изделий. Сырьевая смесь включает, мас.ч: каустический магнезит - 1,0-1,5; хлормагниевый рассол - 1,4-1,9; заполнитель, в качестве которого используют древесный опил - 2,8-3,2; полиорганосилоксан - 0,01-0,03; каолин - 0,04-0,08 и ультрамарин - 0,03-0,07 (патент RU N 2062763, C 04 B 28/30, 1996 г.).

Получаемые изделия характеризуются высокой пористостью при высокой удельной плотности, высокими показателями влагопоглощения, высокой теплопроводностью.

Известна также сырьевая смесь, из которой могут быть получены строительные детали на минеральном вяжущем с использованием техногенного отхода от сжигания каменного угля, мас.% (на сухое вещество): известь-кипелка 20-30; хлорид щелочного или щелочноземельного металла 0,6 - 1,0; гипс 3 - 5; поверхностно-активная добавка 0,05 - 0,15; каменноугольная зола - остальное (патент РФ N 1837053, МПК 5 C 04 B 7/28, 1993 г.).

Известная сырьевая смесь имеет ограниченную область применения и может быть использована только в качестве цементного вяжущего. Использовать известную смесь для изготовления строительных элементов представляется нереальным, т.к. получаемые элементы будут иметь чрезвычайно высокую плотность при низких теплоизоляционных свойствах.

Наиболее близкой к предлагаемой является состав сырьевой смеси, используемый в способе изготовления комплектов строительных деталей, содержащий измельченный наполнитель растительного происхождения - калиброванную щепу, древесный опил, однолетние растения, отжимки от дубильных экстрактов, минеральное вяжущее - магнезитовый каустический порошок, обожженные магниевые руды, смесь магний - и кальцийсодержащих руд, затворитель - рассол хлористого магния.

Известный состав не обеспечивает равномерной пропитки измельченного древесного сырья минерализатором. При изменении состава композиции известный способ имеет ограниченные технологические возможности, связанные с необходимостью поддержания определенного количеств соотношения водной фазы и минерального вяжущего. Получаемые изделия - строительные детали обладают довольно высокой теплопроводностью, что при жестких требованиях энергосбережения ограничивает области применения или требуют дополнительных приемов улучшения показателей теплопроводности.

Задача изобретения - улучшение прочностных показателей и показателей теплопроводности готовых строительных деталей при одновременном улучшении экологической ситуации за счет использования крупнотоннажных техногенных отходов.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом составе для изготовления строительных деталей используют измельченные отходы растительного происхождения, в качестве минерального магнийсодержащего вяжущего используют предварительно измельченные сухие шламы производства металлического магния электролитическим способом, воду и дополнительно каменноугольную золу ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, в пересчете на абсолютно сухой наполнитель растительного происхождения, мас.ч: измельченный наполнитель растительного происхождения 100, отход производства металлического магния электролитическим способом в виде измельченного сухого шлама 100-120, каменноугольная зола ТЭЦ 10-20, вода 50-56.

В качестве измельченного наполнителя растительного происхождения используют древесный опил, древесную стружку, высушенные однолетние растения, например в виде соломы, нейтрализованный и высушенный гидролизный лигнин и другие известные отходы деревоперерабатывающих производств.

В качестве магнийсодержащего вяжущего используют измельченные шламы магниевого производства, которые образуются в хлораторах на стадии обезвоживания при переработке карналлита электролитическим способом. Образующийся шлам из хлораторов поступает в отвалы в виде монолитного куска - глыбы и содержит, %: MgCl₂ - 28-32; MgO - 30-35; CaO - 1,5-2,0; KCl - 12,5-18,0, NaCl - 2,5-3,0; нерастворимый осадок - 2,7 - содержит FeO до 13%, Al₂O₃ до 30%, SiO₂ до 57%. Шлам магниевого производства перед введением в композицию сырьевой смеси измельчают известными способами до дисперсности 50-150 мкм. После помола шлам становится пригодным для использования в качестве вяжущего без дополнительной подготовки. Практическое отсутствие воды в шламе позволяет регулировать его вяжущие свойства путем определенного дозирования воды в процессе приготовления пресс-массы и получать тем самым конечный материал с заранее заданными свойствами. Как показали наши исследования, в шламе магниевого производства оксид и хлорид магния обладают высокой степенью активности, что обеспечивает его высокие вяжущие свойства, которые не теряются после помола.

Каменноугольная зола ТЭЦ представляет собой полые сферические частицы-микросферы диаметром от 30 до 350 мкм с толщиной стенки от 2 до 10 мкм. Частицы представляют собой правильные сферы со сплошными непористыми стенками, внутренняя полость которых заполнена в основном азотом и оксидом углерода. Химический состав оболочки таких частиц, %: SiO₂ - 50-60, Al₂O₃ - 25-35, Fe₂O₃ - 1,8-2,0, Ca0 - 1-5, MgO - 0,5-1,5, Na₂O - 0,3-1,5, K₂O - 0,2-2,9.

Сопоставительный анализ предлагаемого состава для изготовления строительных деталей с известными позволяет сделать вывод о новизне предлагаемого решения, т. к. предложена новая форма, в которой воплощено магнийсодержащее вяжущее - измельченный сухой шлам производства металлического магния при определенном соотношении его активных компонентов, в композицию введен отход от сжигания каменноугольного угля в виде золы, содержащей полые сферические частицы, заполненные H₂ и CO. Использование предлагаемого состава позволяет добиться неочевидного результата - существенное улучшение теплопроводности, уменьшение плотности готовых изделий при сохранении и даже увеличении их прочности. Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемый состав для изготовления строительных изделий может быть получен из известных в промышленности отходов деревоперерабатывающих производств, гидролизных производств, производства металлического магния из карналлита электролитическим способом, отходов от сжигания каменного угля, образующегося на ТЭЦ. Используемые отходы однозначно идентифицируются специалистами этих отраслей промышленности. Использование заявляемого состава для получения строительных деталей может быть реализован на стандартном серийно выпускаемом оборудовании с использованием известных приемов их комплектации. Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "промышленная применимость".

Предлагаемый состав используют следующим образом.

Компоненты смеси пресс-массы готовят следующим образом. Измельченный наполнитель растительного происхождения подсушивают в комбинированной сушилке для стабилизации (усреднения) содержания водной фазы до заданной влажности и подают в шнековый реактор-смеситель для получения пресс-массы. Шлам производства металлического магния в виде глыбы измельчают известными способами, например дроблением с последующим помолом до достижения дисперсности 50-150 мкм. Измельченный шлам исследуют на содержание активных компонентов - MgCl₂ и MgO и используют в качестве магнийсодержащего вяжущего. В реакторе-смесителе наполнитель растительного происхождения смешивают сначала с расчетным количеством воды в течение 1-2 минут, а затем вводят заявляемое количество минерального вяжущего 100-120% от массы абсолютно сухого наполнителя растительного происхождения, смешивают полученную пресс-массу в течение 1-2 минут и вводят каменноугольную золу ТЭЦ в количестве 10-20% от массы абсолютно сухого наполнителя. Указанные ингредиенты пресс-массы используют в композиции при следующем соотношении компонентов (в пересчете на абсолютно сухой наполнитель), мас. ч: измельченный наполнитель растительного происхождения 100, отход производства металлического магния электролитическим способом в виде измельченного сухого шлама 100-120, каменноугольная зола ТЭЦ 10-20, вода 50-56.

Строительную деталь изготавливают из расчетной дозы пресс-массы путем прессования в экструзионном прессе. Процесс формования готовых изделий можно условно разделить на следующие стадии: начало прогрева, при котором процесс идет с интенсивным парообразованием и быстрым распространением тепла внутрь по сечению заготовки, начинается процесс образования магнезиальных цементов; стабилизация прогрева, при котором интенсивность проникновения тепла внутрь изделия резко снижается, идет перекристаллизация минерального вяжущего в зависимости от содержания влаги и температуры в каждой точке процесса образования цементного камня; завершение процесса формирования изделия, при котором заканчиваются процессы перекристаллизации. Заготовка из камеры формирования экструзионного пресса поступает в камеру стабилизации, в которой происходит стабилизация геометрических и прочностных параметров готового изделия. Незначительный избыток влаги 10-12% постепенно испаряется через оставшиеся поры до влажности 6-8%, отпускаются внутренние напряжения, заготовка набирает прочностные характеристики до заданных параметров.

Примеры конкретного выполнения.

Измельченные древесные отходы (древесные опилки или калиброванную щепу или гидролизный лигнин или другой известный материал) подают в комбинированную сушилку, подсушивание материала ведут до заданной влажности, определяют относительную влажность и через разгрузочное устройство подают в бункер-дозатор наполнителя. При достижении заданной массы высушенного материала в бункер-дозатор наполнителя через блок АСУ поступает команда на отключение комбинированной сушилки, на опорожнение бункера-дозатора наполнителя в загрузочный люк реактора-смесителя. В реактор-смеситель подают 100 мас.ч. наполнителя в пересчете на абсолютно сухой материал, включают приводы вращения лопастных валов и разгрузочно-смесовые шнеки реактора-смесителя. В реактор-смеситель подают расчетное количество воды - до достижения содержания воды 56, 54 и 50 мас.ч. (примеры 1-3 таблицы соответственно) и включают привод перемешивающего механизма, после чего из бункера-дозатора измельченного шлама по команде блока АСУ шнековым питателем подают минеральное вяжущее в количестве 100, 110 и 120 мас.ч. (примеры 1-3 таблицы соответственно). Из бункера-дозатора каменноугольной золы в реактор-смеситель подают 10, 15, 20 мас. ч (примеры 1-3 таблица) . В реакторе-смесителе компоненты пресс-массы перемешиваются двумя лопастными мешалками и двумя разгрузочно-смесовыми шнеками. По завершении процесса перемешивания разгрузочно-смесовые шнеки реверсивно переключаются на разгрузочный ход, выгружают готовую пресс-массу на транспортер и подают на узел раздачи, где пресс-массу распределяют на объемные дозы и подают в камеры формирования экструзионных прессов. Готовые строительные элементы, например строительные древесно-композиционные материалы, раскраивают делительной пилой на типы - размеры, охлаждают в естественных условиях и складируют.

Как видно из представленных в таблице данных, использование заявляемого состава для изготовления строительных деталей позволяет добиться существенного повышения прочности на сжатие (в 2,0-2,5 раза) и улучшить показатели теплопроводности по меньшей мере в 2,5 раза.

Соотношение активных компонентов шлама магниевого производства влияет на процесс образования необходимой структуры и, как следствие, на основные характеристики готового изделия. При использовании измельченного шлама магниевого производства увеличиваются вяжущие свойства минеральной составляющей по сравнению с традиционно используемой смесью каустического магнезита и рассола хлористого магния, что, по нашему мнению, может объясняться увеличением доли активного оксида магния. Улучшение вяжущих свойств минеральной составляющей позволяет увеличить долю наполнителя растительного происхождения и обеспечить возможность введения каменноугольной золы в заявляемом количестве и, как следствие, снизить теплопроводность готового изделия. Отсутствие воды в измельченном шламе магниевого производства позволяет в широких пределах регулировать вяжущие свойства путем определенного дозирования воды на определенной стадии смешения компонентов.

Заявляемый состав позволит реализовать легко автоматизируемое непрерывное управляемое производство строительных деталей, например для малоэтажного домостроения, стабильных по физико-механическим свойствам и геометрическим размерам.

Формула изобретения

Состав для изготовления прессованных строительных деталей, включающий измельченный наполнитель растительного происхождения, минеральное магнийсодержащее вяжущее и воду, отличающийся тем, что в качестве минерального магнийсодержащего вяжущего используют отход производства металлического магния электролитическим способом из карналлита в виде измельченного сухого шлама и дополнительно отход производства от сжигания каменного угля в виде каменноугольной золы ТЭЦ при следующем соотношении компонентов в пересчете на абсолютно сухой наполнитель, мас.ч.: Измельченный наполнитель растительного происхождения - 100 Отход производства металлического магния электролитическим способом в виде измельченного сухого шлама - 100 - 120 Каменноугольная зола ТЭЦ - 10 - 20 Вода - 50 - 56

РИСУНКИ

Рисунок 1