Шихта для изготовления термосиликатного материала

Изобретение относится к производству силикатных строительных материалов на основе известково-кремнеземистого вяжущего и может быть использовано при изготовлении термосиликатных изделий. Шихта содержит следующие компоненты, мас.%: известь гашеная 22-28, диатомит 26-35, нефелиновый шлам 5-10 волластонитовый концентрат, содержащий не менее 90% фракции с размером игл 80 мкм 26-35, полуводный гипс 3-10. В составе массы используется волластонитовый концентрат, являющийся продуктом переработки и обогащения волластонитовой руды. Технический результат: улучшение эксплуатационных свойств термосиликатных материалов. 2 табл.

 

Изобретение относится к производству силикатных строительных материалов на основе известково-кремнеземистого вяжущего и может быть использовано при изготовлении термосиликатных изделий.

Известны составы сырьевой смеси и способы изготовления термостойких изделий типа «Асботермосиликат». Первый состав содержит в качестве вяжущего вещества известь в смеси с реакционным кремнеземистым компонентом и асбест в роли наполнителя [патент СССР №291439, кл. С 04 В 15/06, 1966], а способ изготовления предполагает смешение и совместный помол извести и кремнеземистого компонентов, последующее смешение известково-кремнеземистого вяжущего с асбестовым наполнителем и водой до состояния шлама, который затем подвергается автоклавной обработке, из полученной, таким образом, силикатной массы формуются изделия и подвергаются сушке. Недостатком данного состава и способа является использование волокнистого асбеста, отнесенного к повышенному классу опасности и невысокие показатели технических свойств.

Известен состав силикатной массы, в который с целью повышения прочностных характеристик изделий предлагается вводить шлакопортландцемент вместо части известково-кремнеземистого вяжущего. Сырьевая смесь включает шлакопортландцемент - 12-18,9%, отходы обогащения асбестовых руд - 75-79%, гидрат окиси кальция в пересчете на СаО - 0,1-1,0% и трепел или диатомит, или опоку - остальное. Недостатком указанного состава является повышенная объемная плотность изделий (от 1940 до 2060 кг/м³) и соответственно низкие значения теплопроводности [патент №1044613, кл. С 04 В 15/06, 1983].

Состав сырьевой смеси, который наиболее близок предлагаемому изобретению, включает известь (в пересчете на СаО 4-10 мас.%), кремнеземистый компонент (в пересчете на SiO₂ 6-12 мас.%) и наполнитель (остальное количество) - смесь волластонита кристаллической структуры и аморфной формы при их соотношении 50:50. Особенностью данного состава является повышенное содержание волластонита (более 70% и до 90%), что способствует увеличению температуростойкости изделий, характеризуемой снижением усадки. Основным недостатком данного состава является высокое содержание волластонита, что неизбежно приводит к увеличению объемной массы изделий и снижению их теплоизоляционных свойств [патент №2057738 Россия, МКИ⁶, кл. С 04 В 28/18, 14:38, 1996].

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение показателей эксплуатационных свойств термосиликатных материалов, полученных на основе известково-кремнеземистого вяжущего, модифицированного добавкой нефелинового шлама, и заполнителя в виде волластонитового концентрата.

Поставленная задача достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления термосиликатных изделий состоит из сложного известково-кремнеземистого вяжущего, включающего известь гашеную, диатомит и нефелиновый шлам, и заполнителя в виде волластонитового концентрата, содержащего не менее 90% фракции с размером игл 80 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известь гашеная	22-28
диатомит	26-35
нефелиновый шлам	5-10
указанный волластонитовый концентрат	26-35
полуводный гипс	3-10

Известково-диатомитовое вяжущее является основой термосиликатной массы и в сочетании с заполнителем они обеспечивают хорошие теплоизоляционные и термостойкие свойства изделиям, но имеют невысокие показатели прочностных свойств. Введение в состав силикатной массы нефелинового шлама, представленного на 70-80% двухкальциевым силикатом - 2СаOSiO₂ (его β-и α-модификациями), а в качестве примесей содержащего силикаты, алюминаты, ферриты, карбонаты кальция и др. соединения, позволяет усилить вяжущие свойства силикатной массы и увеличить прочностные характеристики изделий, так как в процессе автоклавной обработки термосиликатных изделий минералы нефелинового шлама как самостоятельно участвуют в процессе твердения, так и взаимодействуют с компонентами известково-диатомитового вяжущего с дополнительным образованием соединений группы гидроалюмосиликатов. Следует отметить высокую пористость частиц нефелинового шлама - 30-60% при наличии пор с размерами от 10 до 1000 мкм, что увеличивает общую пористость термосиликата.

Использование волластонитового концентрата в виде монофракции (с длиной игл 80 мкм) способствует формированию более пористых макроструктур термосиликатного материала.

Полуводный гипс вводится в состав силикатной массы для ускорения первоначального процесса схватывания поризованной силикатной массы и ее стабилизации, позволяющих снизить осадочные явления при формовании изделий.

Отличительной особенностью предлагаемого способа получения термосиликатных изделий является формирование пористой структуры изделий при использовании комплекса технологических приемов, таких как: - подбор зернового состава компонентов силикатной смеси с предельно низкими значениями рыхлонасыпанной и уплотненной масс; - подбор оптимального сочетания сырьевых материалов и состава силикатных масс; - регулирование водотвердого отношения; - активного перемешивания масс с эффектом воздухововлечения до заданного объема; - применение добавок, стабилизирующих поризованную массу и интенсифицирующих первоначальные процессы схватывания и твердения; - формование изделий в металлические формы, предварительно подогретые до 35-45°С; - подсушивание (выдержка) изделий в формах. Активная стадия поризации силикатной массы заключается в перемешивании компонентов в мешалке миксерного типа до заданного объема, соответствующего плотности свежесформованного изделия 650-950 кг/м³.

Пример

Подготовка сырьевых компонентов производится раздельным способом. Известь гасится до состояния известкового молока (на 1 кг извести требуется 10 л воды), непогасившиеся зерна извести удаляются с помощью сита №0,63. Диатомит высушивается и размалывается в шаровой мельнице до удельной поверхности не менее 3000 см²/г. Нефелиновый шлам поставляется в высушенном и тонкоизмельченном состоянии (например, Ачинским глиноземным комбинатом). Волластонитовый концентрат используется в виде монофракции (Воксил 80), производится ГОК, базирующимся в республике Горный Алтай, Синюхинское месторождение волластонита.

Для приготовления поризованной силикатной массы смешиваются известь гашеная и диатомит, затем вводятся нефелиновый шлам, волластонитовый концентрат и гипс. Компоненты силикатной массы активно перемешиваются в мешалке до заданного объема, соответствующего необходимой плотности свежесформованного изделия. Поризованная масса выкладывается в разъемные, предварительно смазанные и подогретые металлические формы, изделия в формах подсушиваются. После набора необходимой распалубочной прочности изделия извлекаются из форм и направляются в автоклав для завершения процессов твердения по режиму 2-(6-8) - (2,5-3) часа при температуре 175°С и давлении 0,8 МПа. Затвердевшие после тепловлажностной обработки (автоклавирования) образцы-изделия прокаливаются при температуре 300-350°С для удаления избыточной влаги и снятия внутренних напряжений, образующихся в процессе тепловлажностной обработки. Прокаливание приводит к уплотнению силикатного геля и частичной кристаллизации гелеобразных новообразований, что способствует увеличению прочностных характеристик изделий.

Полученные по предлагаемым составам и способу термосиликатные изделия имеют объемную плотность от 750 до 1000 кг/м³, открытую пористость - 40-45%, предел прочности при сжатии от 8 до 10 МПа и термостойкость более 800°С и могут использоваться для теплоизоляционной оснастки при выплавке алюминия.

ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОСИЛИКАТНОГО МАТЕРИАЛА

Для получения термосиликатных материалов были приготовлены смеси с различным содержанием компонентов, данные по составу смесей и свойств, полученных на их основе материалов, представлены в таблице 1 и 2.

Таблица 1 Компонентный состав термосиликатных масс
Компонент	Содержание компонента, мас.% в смеси состава
1	2	3
Известь гашеная	22	25	28
Диатомит	33	30	26
Указанный волластонитовый концентрат	35	30	26
Нефелиновый шлам	6	8	10
Полуводный гипс	4	7	10
Таблица 2 Физико-механические свойства изделий
Изделие из смеси состава,№	Объемная плотность, кг/м3	Прочность образцов при сжатии, МПа	Водопоглощение, %
1	1000	10,0	40
2	900	9,5	44
3	750	8,0	45

Шихта для изготовления термосиликатного материала, включающая известь гашеную, кремнеземистый компонент и волластонит, отличающаяся тем, что она содержит в качестве кремнеземистого компонента диатомит, волластонит - в виде волластонитового монофракционного концентрата, содержащего не менее 90% фракции с размером игл 80 мкм и дополнительно - нефелиновый шлам и полуводный гипс, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известь гашеная	22-28
диатомит	26-35
указанный волластонитовый концентрат	26-35
нефелиновый шлам	5-10
полуводный гипс	3-10