Результат интеллектуальной деятельности: СОСТАВ ШИХТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА

Изобретение относится к составу шихты для изготовления пеностекла и может найти применение в производстве теплоизоляционных и строительных материалов.

Из патента [RU 2149146, С03С 11] известен состав для изготовления гранулированного пеностекла, включающий стекольный бой оконного и тарного стекла. Недостатком данного состава является использование карбонатного газообразователя, использование которого ведет к образованию в пеностекле сообщающихся пор крупного размера. Известно, что качество пеностекла при использовании углеродосодержащих пенообразователей значительно выше, чем при применении карбонатных.

Известен состав шихты для производства пеностекла [RU 2491238, МПК С03С, 2011] включающий стекло и карбонатный газообразователь, дополнительно содержащий кремнеземсодержащее сырье, кальцинированную соду, доломит и сульфат натрия. В качестве кремнеземсодержащего сырья используют кварцевый песок влажностью 0,5%, размером фракции 0,1-0,63 мм и диатомит влажностью 0,5%, размером фракции менее 0,1 мм.

Недостатком данного состава является необходимость предварительного просеивания кремнеземсодержащего сырья через сито с размером ячеек 0,1 мм, что в промышленных объемах производства выполнить сложно из-за быстрого засорения мелкоячеистой сетки. При этом все сырье должно быть высушено до влажности 0,5%, что для диатомита с его нанопористой структурой выполнить достаточно сложно. Недостатком при просеивании кремнеземсодержащего сырья также является возможное возникновение большого количества отходов более крупных фракций материала.

Наиболее близким по составу к заявляемому является шихта для пеностекла, содержащая молотый стекольный бой, отходы производства кристаллического кремния, газообразователь [RU, патент №2369571, МПК С03С 11/00, дата публикации 16.06.2008].

Основным недостатком прототипа является труднодоступность кристаллического кремния в необходимом объеме для постоянного производства пеностекла.

Задачей изобретения является создание шихты для изготовления пеностекла с высокими теплотехническими и прочностными характеристиками.

Технический результат изобретения заключается в получении такого состава шихты, который позволит производить пеностекло с высокими теплотехническими и прочностными характеристиками, но с малой энергоемкостью производства и эксплуатации такого материала.

Технический результат достигается тем, что состав шихты для изготовления пеностекла содержит стекольный бой, углеродосодержащий газообразователь.

Особенностью является то, что дополнительно содержит комплексную добавку при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Использование стекольного боя в количестве 80-87% мас. % позволяет упростить технологию производства пеностекла. При содержании стекольного боя менее 80,0 мас. % увеличивается плотность пеностекла; с увеличением содержания стекольного боя более 87 мас. % ухудшается структура пеностекла.

Применение углеродосодержащего газообразователя 3,0-5,0 мас. % способствует хорошему вспениванию стекольного боя, позволяет получить замкнутые поры в пеностекле, обеспечивает водонепроницаемость материала.

Содержание углеродосодержащего газообразователя ограничено тем, что при введении его в состав меньше 3,0 мас. % шихта не вспенивается, и в пеностекле практически отсутствуют микропоры, больше 10 мас. % - качество пеностекла ухудшается, образуется губчатообразное некачественное пеностекло со слабой устойчивостью пены.

Использование диатомитовой глины 3,3-5,0 мас. % позволяет увеличить пористость перегородок между порами. При содержании диатомитовой глины менее 3,0 мас. % практически отсутствуют микропоры, не достигается образование пор в перегородках. Увеличение содержания диатомитовой глины в шихте более 6,0 мас. % приводит к избыточному порообразованию в перегородках пеностекла, резко ухудшается прочность пеностекла.

Фиброволокно, вводимое в шихту в количестве 3,3-5,0 мас. %, придает прочность вспененных перегородок. При содержании фиброволокна менее 3,0 мас. % не достигается требуемая прочность вспененных перегородок; с увеличением расхода фиброволокна свыше 8,0 мас. % наблюдается ухудшение структуры пеностекла.

Ваграночный шлак, вводимый в шихту в количестве 3,3-5,0 мас. %, увеличивает легкоплавкость шихты и позволяет снизить температуру плавления шихты на 20°С. При введении в состав меньше 2,9 мас. % снижение температуры плавления не достигается.

Повышенный расход диатомитовой глины, фиброволокна и ваграночного шлака приводит к увеличению себестоимости пеностекла.

Применение заявляемого состава шихты позволяет производить пеностекло со следующими характеристиками: плотность 100-170 кг/м³; пористость 87-95%; прочность 0.4-2.1 МПа; теплопроводность 0.04-0.05 Вт/ (м°С).

В качестве углеродосодержащего газообразователя могут использоваться сульфат натрия, карбид кремния, каменноугольный кокс и др.

Изготовление пеностекла поясняется следующим примером. Компоненты дозируют в требуемых количествах.

Пример

Соотношение компонентов сырьевой смеси для изготовления пеностекла зависит от требуемых теплотехнических и прочностных характеристик. В качестве углеродосодержащего газообразователя использовался сульфат натрия. Соотношение компонентов, мас. %:

Сырьевой базой для получения пеностекла являются отходы стекольной промышленности, бой тарного и листового стекла, бой ампульного и кинескопного стекла и др. Молотый стекольный бой смешивают с углеродосодержащим газообразователем в мельнице для смешивания. Молотую шихту выгружают из мельницы и смешивают в смесителе с комплексной добавкой до равномерного распределения компонентов. Полученная смесь попадает в гранулятор. Полученные гранулы поступают в сушильный барабан и проходят сушку при t=100°С. Полученную смесь загружают в формы и подвергают термообработке в интервале температур 700-850°С. Полученные изделия отжигают по режиму: быстрое охлаждение от температуры вспучивания на 100-150°С, выдержка при этой температуре с последующим медленным охлаждением до температуры окружающей среды. Полученные изделия помещают в бункер хранения. Наличие ваграночного шлака в составе комплексной добавки позволяет снизить температуру плавления шихты на 20°С. При варке стекла из этой шихты температура варки снижается на 120°С по отношению к варке стекла из шихты, приготовленной на основе кварцевого песка. Наличие в шихте сульфата натрия позволяет получить стекло, насыщенное микропузырьками с газом SO₂, что способствует хорошему вспениванию стекла при последующем производстве пеностекла.

Сравнение характеристик пеностекла

Анализ полученных результатов позволяет сделать ряд выводов:

- получение теплоизоляционного материала - пеностекла на основе стекольного боя с улучшенными качествами (по структуре, прочности);

- упрощение технологии производства пеностекла;

- эффект уменьшения плотности пеностекла в предлагаемом материале выше при меньших энергетических и материальных затратах;

- снижение экологической нагрузки на окружающую среду за счет утилизации стеклобоя.

Обобщая результаты, можно сделать заключение, что пеностекло на основе стеклобоя и комплексной добавки является долговечным строительным теплоизоляционным материалом, который целесообразно использовать в виде плит, блоков, скорлуп и гранул для тепловой теплоизоляции строительных конструкций, тепловых установок, а также для самонесущих элементов ограждения.