Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЛОЧНОГО ПЕНОСТЕКЛА

1. Область техники

Предполагаемое изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов, а именно, к получению блочного пеностекла.

2. Уровень техники

Пеностекло относится к твердым пенам и образуется в результате дисперсии газообразной фазы в вязком расплаве стекла. При снижении температуры происходит затвердевание стекла и стабилизация в нем газообразной фазы, что приводит к получению пористого материала (пеностекла) с высокими теплоизоляционными, прочностными свойствами и с низким водопоглощением. Большим преимуществом пеностекла является также его неорганический состав, что обеспечивает возможность его механической обработки, огнестойкость и химическую инертность материала. Основными проблемами при изготовлении пеностекла, сдерживающими его производство, являются необходимость повышения качества пеностекла и, одновременно, обеспечение рентабельности его изготовления, главным образом, путем снижения температуры технологического процесса его получения. (Шилл Ф. Пеностекло.: М. Изд-во литературы по строительству. 1965, - С. - 8-25).

Известны и патентуются различные способы изготовления блочного пеностекла, включающие такие основные технологические стадии, как приготовление стеклопорошка, пенообразующей смеси, включающей пенообразователи и стабилизаторы пены, ее помол, грануляцию, сушку, затем вспенивание, отжиг и охлаждение ячеистой структуры блочного пеностекла.

Температура нагрева пенообразующей смеси зависит, в основном, от состава стекла, определяющего температуру и время ведения технологического процесса. Для получения стеклопорошков используют различные виды стекольного сырья, такие как стеклобой различного химического состава, а также стекла специальных составов.

Отходы стеклобоя хотя и являются более дешевым сырьевым материалом без учета затрат, связанных с его сбором и очисткой, однако колебания в широких пределах его химического состава влияют на однородность качества получаемого пеностекла. Для получения высококачественного пеностекла с низкой объемной плотностью, закрытыми порами и низким водопоглощением предлагают использовать в пенообразующей смеси в качестве исходного стеклообразующего компонента специальные стекла. В качестве пенообразователей предлагают различные соединения, такие как карбонаты, углерод и глицерин, совместно со стабилизатором пенообразующей смеси - жидким стеклом, и другие. Углеродсодержащие газообобразователи создают в пеностекле замкнутые поры, а карбонаты - сообщающиеся. Глицерин способствует образованию мелкопористой структуры пеностекла (Демидович Б.К. Пеностекло. Минск: Наука и техника, 1975. - С. - 248., Патенты RU №№2544191, 2187473).

Анализ различных технологических процессов получения пеностекла, в том числе блочного, показывает, что наиболее энергоемкой стадией их получения является стадия вспенивания пенообразующей смеси, которая во многом определяется составом исходного стекла. Поэтому снижение температуры вспенивания при сохранении высоких эксплуатационных свойств пеностекла является предметом многих исследований.

Так, в патенте RU №2187473, МПК СОЗВ 19/08, СOЗС 11/00, способ получения блочного пеностекла для снижения температуры спекания и вспенивания пенообразующей смеси включает дополнительную стадию предварительного гидроксилирования дробленого стеклобоя путем его диспергирования в мельнице с водной добавкой. Пенообразующая смесь включает также порообразователи - активную сажу и сульфат натрия, связующее - жидкое стекло, а также активный кремнезем, а для снижения термомеханических напряжений в формируемом изделии из блочного пеностекла вводится оксид бора. Вспенивание смеси осуществляют при температуре 790-860°С, закалку - при температуре 550°С, а отжиг - при 420-450°С.

Недостатками указанного способа являются: высокая температура вспенивания и многокомпонентность используемой пеностекольной смеси, что затрудняет операции их дозирования и перемешивания, а также многостадийность технологического процесса.

Известен способ получения гранулированного пеностекла по патенту RU №2544191, МПК СОЗС 11/00, СОЗВ 19/08,также включающий для снижения расхода электроэнергии на его изготовление, при сохранении высокого качества продукции, предварительную 2-х стадийную подготовку стеклобоя. На первой стадии производят измельчение стеклобоя в мельнице с одновременным его гидроксилированием. На второй стадии - диатомит отдельно или совместно с измельченным стеклобоем механоактивируют в планетарной мельнице. Затем добавляют порообразователь - глицерин, раствор жидкого стекла и воду, формуют гранулы, высушивают при температуре 100-150°С и вспучивают в печи при температуре 750-800°С.

Недостатком указанного способа является сложность технологического процесса подготовки стеклобоя и незначительное снижение температуры вспенивания.

В патенте RU №2297398, МПК СОЗС 11/00, взятом в качестве прототипа, способ получения блочного пеностекла включает приготовление пенообразующей композиции из стеклопорошка, смеси водного раствора газообразователя и водного раствора силиката натрия. В качестве газообразователя используют глицерин в количестве 0,5-2% от массы стеклопорошка в виде водного раствора с жидким стеклом (модуль-3,0). Приготовление композиции совмещают с формованием гранул путем их окатывания в лопастном смесителе-грануляторе. Гранулирование осуществляют при влажности композиции 15-23%. Вспенивание осуществляют в формах из жаропрочной стали при температуре 750-770°С в течение 1 ч. Основной недостаток - незначительное снижение температур вспенивания, а также длительное время вспенивания.

3. Раскрытие изобретения

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение температуры и времени вспенивания при получении пеностекла с высокими эксплуатационными характеристиками.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе получения блочного пеностекла, включающем приготовление пенообразующей композиции из стеклопорошка, газообразователя - глицерина, водного раствора силиката натрия, перемешивание и формование гранул из полученной пеностекольной смеси, их последующую сушку и термообработку до получения пеностекольного блока, в качестве стеклопорошка используют стеклопорошок борсодержащего стекла с пониженной температурой варки в системе: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, СаО, MgO, Na₂O, B₂O₃ при взаимном соотношении основных оксидов в следующих пределах: SiO₂:В₂О₃:Na₂O=1:(0,24-0,32):(0,22-0,26). Глицерин, силикат натрия и воду добавляют к порошку стекла в количестве соответственно 3-5%, 6-10% и 20-25% от массы стеклопорошка с перемешиванием и гранулированием пенообразующей смеси, сушкой сырцовых гранул, их вспениванием при температуре 630-700°С в металлических формах заданных размеров и геометрии в течение 30-40 мин с последующим отжигом.

Сушку сырцовых гранул осуществляют при температуре 120-200°С. Отжиг вспененных блоков проводят при температуре 390-410°С. Проведенные эксперименты показали, что добавление заявленных количеств глицерина, жидкого стекла и воды к мелкодисперсному стеклопорошку специального стекла с пониженной температурой варки (1050-1100°С) делают пенообразующую смесь однородной и пластичной и повышают качество формуемых гранул, поступающих на сушку, а затем в металлические формы для вспенивания. Указанная совокупность технологических операций позволяет достичь новый технический результат - получение пеностекла с температурой вспенивания 630-700°С с мелкими закрытыми порами, низкой плотностью-170-250 кг/м³ и низким водопоглощением по объему за 24 ч - 0,4-1,0%.

4. Осуществление изобретения

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Исходное боросиликатное стекло с пониженной температурой варки подвергают дроблению и помолу в шаровой мельнице до фракции менее 0,1 мм.

В измельченный стеклопорошок, взятый в количестве 1 кг, для получения пенообразующей смеси добавляют 0,03 кг технического глицерина, затем 0,06 кг технического жидкого стекла с модулем 2,8 и в процессе перемешивания добавляют 0,25 л воды. Полученную однородную смесь гранулируют при помощи шнекового оборудования. Полученные сырцовые гранулы сушат при температуре 200°С. Затем гранулы засыпают в металлическую форму и проводят вспенивание в печи, нагретой до температуры 700°С, и выдерживают при заданной температуре 40 минут. Полученный блок из вспененных гранул для снятия температурных напряжений подвергают отжигу при температуре - 410°С.

Пример 2.

Исходное боросиликатное стекло с пониженной температурой варки подвергают дроблению и помолу в шаровой мельнице до фракции менее 0,1 мм.

В измельченный стеклопорошок, взятый в количестве 1 кг, для получения пенообразующей смеси добавляют 0,04 кг технического глицерина, затем 0,08 кг технического жидкого стекла с модулем 2,8 и в процессе перемешивания добавляют 0,22 л воды. Полученную однородную смесь гранулируют при помощи шнекового оборудования. Полученные сырцовые гранулы сушат при температуре 170°С. Затем гранулы засыпают в металлическую форму и проводят вспенивание в печи, нагретой до температуры 670°С, и выдерживают при заданной температуре 40 мин. Полученный блок из вспененных гранул для снятия температурных напряжений подвергают отжигу при температуре - 400°С.

Пример 3.

Исходное боросиликатное стекло с пониженной температурой варки подвергают дроблению и помолу в шаровой мельнице до фракции менее 0,1 мм.

В измельченный стеклопорошок, взятый в количестве 1 кг, для получения пенообразующей смеси добавляют 0,05 кг технического глицерина, затем 0,10 кг технического жидкого стекла с модулем 2,8 и в процессе перемешивания добавляют 0,20 л воды. Полученную однородную смесь гранулируют при помощи шнекового оборудования. Полученные сырцовые гранулы сушат при температуре 120°С. Затем гранулы засыпают в металлическую форму и проводят вспенивание в печи, нагретой до температуры 630°С, и выдерживают при заданной температуре 30 минут. Полученный блок из вспененных гранул для снятия температурных напряжений подвергают отжигу при температуре - 390°С.

В таблице приведены соотношения основных оксидов в боросиликатных стеклах, приведенных в примерах №№1-3, температуры их варки, а также основные эксплуатационные характеристики полученных блоков пеностекла.

Приведенные в таблице данные показывают, что заявляемый способ позволяет получать блочное пеностекло высокого качества при низких температурах вспенивания.