Способ получения пористого строительного материала

Авторы патента:

C04B38/00 - Пористые строительные растворы, бетон, искусственные камни или керамические изделия; получение их (обработка шлака газом или газообразующим материалом C04B 5/06)

C04B35/14 - на основе диоксида кремния

Владельцы патента RU 2569138:

Общество с ограниченной ответственностью "Тюменское инновационное предприятие Института криосферы-1" (RU)

Изобретение относится к области переработки кремнеземсодержащего нерудного сырья: опал-кристобалитовых горных пород, а также глин и суглинков в пористые пеностеклокристаллические материалы, используемые в строительной индустрии и для теплоизоляции промышленного оборудования различного назначения. В способе получения пористого строительного материала на основе природного кремнеземсодержащего сырья - диатомита, включающем смешивание диатомита и едкого натра и воды до получения силикатной массы, ее сушку, измельчение и нагрев до температуры вспучивания в интервале от 650 до 900°C с последующим остыванием материала до температуры окружающей среды, в силикатную массу вводят глину или суглинок, смесь готовят при следующих массовых соотношениях: глина или суглинок к диатомиту от 0,053 до 1,5, едкий натр к суммарному содержанию глины или суглинка и диатомита от 0,08 до 0,40, содержание воды в смеси к суммарному содержанию глины или суглинка, диатомита и едкого натра от 0,1 до 0,3, а сушку смеси ведут до постоянной массы. Технический результат - повышение прочности при сжатии при сохранении основных свойств материала. 4 пр.

Наряду с глинами и суглинками опал-кристобалитовые горные породы (диатомиты, диатомовые глины, трепелы и опоки) широко распространены по всему миру. Например, запасы опал-кристобалитовых пород севера Тюменской области в районах городов Новый Уренгой и Салехард (Уренгойская силиконовая подкова) насчитывают около 0,3 млрд. кубических метров [Нестеров И. И., Генералов П.П., Подсосова Л.Л. Западно-Сибирская провинция кремнисто-опаловых пород. - Советская геология, 1984, №3].

Известен способ получения строительного материала, предусматривающий смешивание кремнеземсодержащего компонента (опал-кристобалитовая горная порода), щелочного компонента и воды с получением смеси, в которой отношение содержания щелочного компонента (NaOH или КОН) к кремнезем-содержащему компоненту находится в диапазоне от 0,08 до 0,40 и отношение суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к воде находится в диапазоне от 1,6 до 5,3 [Иваненко В.Н. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. - Киев: Будiвельнiк, 1978, с. 36-37, 98-105]. Перед смешиванием кремнеземсодержащий компонент частично сушат, а затем измельчают до основной фракции менее 0,14 мм. Смесь компонентов перемешивают до получения гомогенной массы, которую выдерживают не менее 2 ч для получения силикатной массы. Смесь нагревают до температуры вспучивания 650-900°С с последующим остыванием до температуры окружающей среды.

Недостатком способа является низкое качество получаемого материала: неоднородная пористость, недостаточные плотность, прочность при сжатии и коэффициент теплопроводности. Фактором, влияющим на низкое качество материала, является то, что вспучивают силикатную массу высокой влажности, что ведет к склеиванию частиц массы, образованию пустот, крупных и сообщающихся пор.

Известен способ получения строительного материала [патент РФ №2300506, МПК С04В 28/24], включающий смешивание кремнеземсодержащего, щелочного компонентов и воды при отношении содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента от 0,08 до 0,40 и отношении суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды до 5,3 с получением гомогенной силикатной массы. С целью повышения качества материала силикатную массу сушат до остаточной влажности менее 5% и измельчают до размера частиц не более 100 мкм. Массой заполняют форму и нагревают до 600°C с частичной дегидратацией, а затем нагревают до температуры вспучивания в интервале от 650 до 900°С с постепенным снижением температуры до температуры окружающей среды. Нагревание до температуры 600°C может идти 36 ч, а выдержка при температуре вспенивания может достигать 5 ч.

Основные недостатки этого способа связаны со значительными затратами на измельчение высушенной массы до частиц размером не более 100 мкм и многочасовой выдержкой при температуре 600°С.

Упомянутые недостатки устранены в способе получения ячеистого строительного материала [патент РФ №2464251, МПК С04В 38/00, С04В 28/24, С04В 40/02, С04В 111/40, 2012]. Способ включает смешивание кремнеземсодержащего и щелочного компонентов и воды при отношении содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента от 0,08 до 0,40 и отношении суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды до 5,3 с получением гомогенной силикатной массы, ее сушку и измельчение, заполнение массой формы и нагрев до температуры вспучивания в интервале от 650 до 900°С с последующим остыванием изделий до температуры окружающей среды. С целью снижения энергозатрат на получение материала силикатную массу после сушки измельчают до размера частиц 3,5-20 мм, а нагрев массы ведут при постоянном повышении температуры без остановки на частичную дегазацию.

Недостатком вышеописанного способа является низкая прочность материала, которая при средней плотности 420 кг/м³ не превышает 7,4 МПа.

Задачей изобретения является увеличение прочности материала при сжатии при сохранении его основных свойств.

Поставленная задача решается тем, что при получении пористого строительного материала на основе природного сырья, включающем смешивание кремнеземсодержащего и щелочного компонентов и воды до получения силикатной массы, ее сушку, измельчение и нагрев до температуры вспучивания в интервале от 650 до 900°С с последующим остыванием материала до температуры окружающей среды, в приготавливаемую силикатную массу вводят алюмосиликатный компонент (глина, суглинок) и силикатную смесь готовят при следующих массовых соотношениях: алюмосиликатный компонент к кремнеземсодержащему от 0,053 до 1,5, щелочной компонент к суммарному содержанию алюмосиликатного и кремнеземсодержащего компонентов от 0,08 до 0,40, содержание воды в смеси к суммарному содержанию алюмосиликатного, кремнеземсодержащего и щелочного компонентов от 0,1 до 0,3.

Смесь готовят в указанных соотношениях путем перемешивания кремнеземсодержащего, алюмосиликатного, щелочного компонента и воды до получения гомогенной массы. Затем смесь сушат с целью удаления излишней воды до получения твердой силикатной массы.

Сухую силикатную массу измельчают, нагревают в печах при непрерывном увеличении температуры до 650-900°С, при которой происходит вспенивание массы и затем охлаждают с получением пористого материала.

Согласно данным рентгенофазового анализа добавки таких тонкодисперсных алюмосиликатных пород как глины и суглинки увеличивают содержание в материале кристаллической фазы. Благодаря этому прочность материала может увеличиваться до 20%. При этом массовое соотношение алюмосиликатного компонента к кремнеземсодержащему ниже 0,053 не приводит к заметному повышению прочности, а при данном соотношении свыше 1,5 наблюдается увеличение средней плотности, что негативно сказывается на теплопроводности материала. Поэтому соотношение 0,053-1,5 является оптимальным.

Предлагаемый способ получения пористого материала на основе широко распространенных природных алюмосиликатных и опал-кристобалитовых пород поясняется примерами его осуществления.

Пример 1. В качестве кремнеземсодержащего компонента взят диатомит следующего химического состава, мас.%: SiO₂ - 87; Al₂O₃ - 4; Fe₂O₃ - 2; потери при прокаливании - 7. Массовое отношение едкого натра к сухому диатомиту составило 0,18. Отношение содержания воды к суммарному содержанию диатомита и едкого натра составило 0,22. Была приготовлена силикатная смесь, которую высушили в сушильной камере сразу после ее приготовления до постоянной массы. Сухую силикатную массу измельчили в дробилке до частиц со средним размером 5 мм. Дробленую смесь непрерывно нагревали до вспенивания в печи при температуре 775°C, затем остудили до комнатной температуры. Средняя плотность материала составила 420 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,110 Вт/(м·К), прочность при сжатии 7,4 МПа.

Пример 2. В качестве кремнеземсодержащего компонента взят диатомит (химический состав дан в примере 1). Алюмосиликатным компонентом служила глина следующего химического состава: SiO₂ - 67; Al₂O₃ - 17; Fe₂O₃ - 8; MgO - 1,5 потери при прокаливании - 6,5. Массовое соотношение компонентов смеси составило: алюмосиликатный компонент к кремнеземсодержащему 0,25, щелочной компонент к суммарному содержанию алюмосиликатного и кремнеземсодержащего компонентов 0,18, содержание воды в смеси к суммарному содержанию алюмосиликатного, кремнеземсодержащего и щелочного компонентов 0,22. Приготовили смесь и получили образцы материала аналогично примеру 1. Средняя плотность материала составила 430 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,110 Вт/(м·К), прочность при сжатии 8,2 МПа.

Пример 3. Химический состав компонентов смеси соответствовал примеру 2. Массовое соотношение компонентов смеси составило: алюмосиликатный компонент к кремнеземсодержащему 0,54, щелочной компонент к суммарному содержанию алюмосиликатного и кремнеземсодержащего компонентов 0,18, содержание воды в смеси к суммарному содержанию алюмосиликатного, кремнеземсодержащего и щелочного компонентов 0,22. Приготовили смесь и получили образцы материала аналогично примеру 2. Средняя плотность материала составила 440 кг/м, коэффициент теплопроводности 0,113 Вт/(м·К), прочность при сжатии 9,1 МПа.

Пример 4. Химический состав кремнеземсодержащего компонента смеси соответствовал примеру 2. Алюмосиликатным компонентом служилсуглинок следующего химического состава: SiO₂ - 76; Al₂O₃ - 8; Fe₂O₃ - 2,3; MgO - 2,2, CaO - 3,7, потери при прокаливании - 7,8. Массовое соотношение компонентов смеси составило: алюмосиликатный компонент к кремнеземсодержащему 0,54, щелочной компонент к суммарному содержанию алюмосиликатного и кремнеземсодержащего компонентов 0,18, содержание воды в смеси к суммарному содержанию алюмосиликатного, кремнеземсодержащего и щелочного компонентов 0,22. Приготовили смесь и получили образцы материала аналогично примеру 2. Средняя плотность материала составила 440 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,112 Вт/(м·К), прочность при сжатии 8,7 МПа.

Приведенные примеры показывают, что реализация способа позволяет повысить прочность материала.

Способ получения пористого строительного материала на основе природного кремнеземсодержащего сырья - диатомита, включающий смешивание диатомита и щелочного компонента - едкого натра и воды до получения силикатной массы, ее сушку, измельчение и нагрев до температуры вспучивания в интервале от 650 до 900°C с последующим остыванием материала до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что в силикатную массу вводят глину или суглинок, а смесь готовят при следующих массовых соотношениях: глина или суглинок к диатомиту от 0,053 до 1,5, едкий натр к суммарному содержанию глины или суглинка и диатомита от 0,08 до 0,40, содержание воды в смеси к суммарному содержанию глины или суглинка, диатомита и едкого натра от 0,1 до 0,3, а сушку смеси ведут до постоянной массы.

Изобретение относится к твердым материалам на основе гидрофобного аэрогеля и органического связующего и может быть применено для тепловой изоляции зданий. Твердый теплоизоляционный материал, свободный от филлосиликатов, содержит: от 70 до 98% (об.), предпочтительно от 75 до 96% (об.), в частности от 80 до 95% (об.) частиц гидрофобного кварцевого аэрогеля, характеризующихся собственной плотностью от 110 до 210 кг/м3, от 0,3 до 12% (об.), предпочтительно от 0,5 до 9% (об.) органического связующего, образованного по меньшей мере одним органическим полимером и по меньшей мере одним поверхностно-активным веществом или по меньшей мере одним амфифильным органическим полимером, содержащим как гидрофильные последовательности звеньев или группы, так и гидрофобные последовательности звеньев или группы, при этом данные объемные доли определены по анализу изображений для тонких срезов твердого материала и приведены по отношению к совокупному объему материала, а частицы аэрогеля характеризуются распределением частиц по размерам, демонстрирующим по меньшей мере два максимума, причем первый максимум соответствует эквивалентному диаметру (d), меньшему чем 200 мкм, предпочтительно находящемуся в диапазоне от 25 до 150 мкм, а второй максимум соответствует эквивалентному диаметру (D), находящемуся в диапазоне от 400 мкм до 10 мм, предпочтительно от 500 мкм до 5 мм.

Пористый углеродный продукт и способ его получения // 2568616

Изобретение относится к получению пористых углеродных изделий и может быть использовано в электродах для топливных ячеек, суперконденсаторах и электрических аккумуляторах, в качестве адсорбентов и других областях.

Способ повышения теплоемкости и теплоаккумулирующей способности бетонов и строительных растворов // 2562633

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для повышения удельной теплоемкости и теплоаккумулирующей способности бетонов и строительных растворов.

Шихта для производства пористого заполнителя // 2561383

Изобретение относится к производству пористых заполнителей для бетонов. Шихта для производства пористого заполнителя содержит, мас.%: глину монтмориллонитовую 99,4-99,6, выгорающую добавку - сухие стебли камыша влажностью в сухом состоянии 10-12%, размолотые до прохождения через сетку № 2,5 0,3-0,5, омыленную канифоль 0,1-0,15.

Сырьевая смесь для изготовления керамзита // 2558032

Изобретение относится к составам сырьевых смесей, которые могут быть использованы для изготовления керамзита. Сырьевая смесь для изготовления керамзита включает, мас.%: кирпичную глину 96,5-98,0, каолин 0,5-1,0, жидкое стекло с силикатным модулем 3,2-4 и плотностью 1300-1500 кг/м3 1,5-2,5.

Композиция для производства пористого заполнителя // 2555972

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.

Композиция для производства пористого заполнителя // 2555171

Способ изготовления искусственного пористого заполнителя // 2545545

Изобретение относится к производству искусственных пористых заполнителей для бетонов. В способе изготовления искусственного пористого заполнителя, включающем послойную укладку гранулированного материала и его спекание в слоях, для образования, по меньшей мере, двух слоев толщиной 10-15 мм каждый, в качестве гранулированного материала используют бой стекла фракции 3-5 мм и гранулированный доменный шлак фракции 0,6-5 мм, после чего спекают при температуре 900-1050°C, охлаждают, подвергают дроблению и фракционированию.

Способ получения гранул из хвостов обогащения // 2545272

Изобретение относится к области экологии и рационального природопользования и может быть использовано для переработки хвостов обогащения, в частности хвостов обогатительных фабрик золотодобычи. Техническим результатом является снижение загрязнения окружающей среды и получение продукта в виде гранул для использования их в различных каталитических системах и в качестве теплоизоляционного материала.

Сырьевая смесь для газобетона // 2541340

Изобретение относится к области производства строительных изделий и может быть использовано при изготовлении газобетонных конструкционно-изоляционных блоков, применяемых для строительства и теплоизоляции жилых, административных и промышленных зданий и сооружений.

Способ получения безобжиговой кварцевой керамики для стекловарения // 2539088

Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к технологии получения модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла с повышенной высокотемпературной прочностью для изготовления керамических изделий различного назначения.

Нанокомпозитный материал с сегнетоэлектрическими характеристиками // 2529682

Изобретение относится к наноструктурированным материалам с сегнетоэлектрической активностью. Технический результат заключается в получении сегнетоэлектрического материала с высокими и регулируемыми диэлектрическими и пироэлектрическими характеристиками.

Способ получения кварцевой керамики // 2525892

Изобретение относится к технологии получения модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и термостойкости изделий.

Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий // 2523526

Изобретение предназначено для производства стеновых керамических изделий. Техническим результатом изобретения является повышение морозостойкости.

Способ изготовления изделий из кварцевой керамики // 2515737

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения из кварцевой керамики. Технический результат изобретения - повышение прочности и снижение пористости изделий из кварцевой керамики при сохранении других характеристик на высоком уровне.

Способ получения изделий из пористых керамических и волокнистых материалов на основе кварцевого стекла // 2514354

Изобретение относится к технологии получения изделий из керамических и волокнистых материалов на основе кварцевого стекла с улучшенными теплопрочностными, химическими и другими свойствами, которые найдут применение в ракетно-космической технике, металлургии.

Способ получения кварцевой керамики с пониженной температурой обжига // 2513745

Изобретение относится к технологии получения кварцевой керамики с пониженной температурой обжига и может найти широкое применение для массового производства керамических изделий различного назначения.

Способ получения высокоплотного водного шликера на основе кварцевого стекла // 2513072

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано при изготовлении изделий из кварцевой керамики методом водного шликерного литья в пористые формы.

Огнеупорная масса // 2511106

Изобретение относится к составам огнеупорных масс, которые могут быть использованы для футеровки индукционных плавильных печей, используемых при производстве черных сплавов.

Керамическая масса для производства кирпича // 2509750

Изобретение относится к области технологии силикатов и касается составов керамических масс для производства кирпича. Технический результат заключается в повышении морозостойкости кирпича.

Способ изготовления строительных изделий из кремнистых пород // 2569949

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству теплоизоляционных, теплоизоляционно-конструкционных и конструкционных изделий. В способе изготовления строительных изделий из кремнистых пород, включающем усреднение состава кремнистого сырья путем послойного конусования, первичную переработку с удалением крупных включений, введение поризующих добавок - каустической соды и кальцинированной соды, совместную их обработку до получения однородной массы, формование гранул, их термическую обработку, помол гранул, заполнение форм порошком, обжиг в формах при температуре 680-850°C, охлаждение, распалубка форм, распиловка вспученных плит на изделия требуемого размера, в качестве кремнистого сырья используют диатомит, или трепел, или опоку, или их смесь в заданной пропорции, плотностью 0,4-1,0 г/см3 с содержанием в них SiO2 53,0-92,0%, аморфного кремнезема (SiO2 растворенного в 5% KOH) 9,0-76,0%, СаО 0,5-4,5%, MgO 0,1-2,3%, термическую обработку гранул проводят при температуре 110°C до остаточной влажности 10%, обеспечивающей их помол, после помола гранул осуществляют разделение порошка по фракциям 0,1-1 мм, 1-2 мм, 2-3 мм, заполнение форм ведут порошком требуемого грансостава, позволяющего изготовление изделий с заданными параметрами по плотности и теплопроводности, крупную и пылеватую фракции отбирают и возвращают на пост помола гранул, а отходы от распиловки вспученных плит подают для производства сухих строительных смесей и/или на пост помола гранул. Технический результат - повышение качества строительных изделий. 1 пр.