Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных строительных изделий из широко распространенного и доступного сырья, и может быть использовано для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленный установок, аппаратуры, холодильников, трубопроводов и транспортных средств, в том числе для изготовления как мелкоразмерных, так и крупноразмерных изделий, таких как блоки, плиты, панели и т.п.

Известен способ получения легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала, включающего смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, предварительный обжиг гранулированной сырьевой смеси, помол обожженных гранул и обжиг размолотого порошка в металлических формах, причем предварительно осуществляют обработку кремнеземсодержащего компонента на камневыделительных вальцах для удаления труднодробимых включений. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют диатомит или трепел и/или опоку, содержащие активный кремнезем, а в качестве щелочного компонента – смесь каустической соды и кальцинированной соды в соотношении 0,5-0,8/1 (RU 2442762, МПК C04В 38/08, опубл. 20.02.2012).

К недостаткам представленного способа следует отнести достаточно большое количество технологических операций при производстве материала и достаточно большой расход дорогостоящих щелочных компонентов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ производства легковесного керамического теплоизоляционного строительного материала, включающий смешение предварительно обработанного кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, сушку гранулированной сырьевой смеси, дробление высушенных гранул и обжиг в металлических формах. При этом предварительную обработку кремнеземсодержащего компонента осуществляют на камневыделительных вальцах для удаления труднодробимых включений и активации кремнезема, в устройстве сушки для достижения влажности 19-25 % и в устройстве измельчения для достижения максимальной крупности частиц 1 мм. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют диатомит или трепел и/или опоку, содержащие активный кремнезем, а в качестве щелочного компонента – смесь каустической соды и кальцинированной соды в соотношении 0,5-0,8/1 (RU 2530035, МПК C04В 38/08, опубл. 10.10.2014).

К недостаткам представленного способа следует отнести также достаточно большое количество технологических операций при производстве материала и достаточно большой расход дорогостоящих щелочных компонентов.

Технический результат заключается в сокращении количества технологических операций при производстве легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала, а также сокращение расхода дорогостоящих щелочных компонентов.

Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала включает смешение предварительно обработанного кремнеземсодержащего компонента в виде трепела и щелочного компонента в виде соды кальцинированной технической, гомогенизацию сырьевой смеси, обжиг в металлических формах. Предварительную обработку трепела осуществляют на камневыделительных вальцах для удаления труднодробимых включений с последующей сушкой до достижения влажности сырья не более 3 %. Гомогенизацию сырьевой смеси осуществляют путем совместного помола компонентов в шаровых мельницах до удельной поверхности не менее 500 м²/кг, обжиг в металлических формах осуществляют со скоростью от 1,5 до 4,5 °С/мин до температуры от 750 до 850 °С с выдержкой при максимальной температуре в течение 30 мин. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют трепел, следующего минералогического состава: кристобалит (SiO₂) – 40,5-45,5 %, гейландит ((Ca,Sr,K₂,Na₂)[Al₂Si₆O₁₆]⋅5H₂O) – 14,8-19,8 %, мусковит (KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂) – 9,2-14,2 %, кальцит (CaCO₃) – 7,5-13,5 %, кварц (SiO₂) – не более 12,0 %, тридимит (SiO₂) – не более 1,0 %, а содержание соды кальцинированной технической составляет от 15 до 20 % от массы шихты.

Для получения легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала применяют следующие материалы.

1. Трепел Енгалычевского месторождения Республики Мордовия, следующего химического состава, мас. %: SiO₂ – 71,00 %, CaO – 9,01 %, Al₂O₃ – 8,90 %, Fe₂O₃ – 2,86 %, K₂O – 2,06 %, MgO – 1,61 %, TiO₂ – 0,444 %, Na₂O – 0,252 %, P₂O₅ – 0,171 %, SrO – 0,064 %, BaO – 0,029 %, SО₃ – 0,027 %, ZrO₂ – 0,017 %, V₂O₅ – 0,012 %, MnO – 0,012 %, Cr₂O₃ – 0,009 %, Rb₂O – 0,010 %, CuO – 0,008 %, ZnO – 0,005 %, ППП – 3,50 % с карьерной влажностью 45 %.

2. Сода кальцинированная техническая, отвечающая требованиям ГОСТ 5100-85.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходный кремнеземсодержащий компонент, а именно трепел, со склада или непосредственно с карьера посредством ленточного конвейера подают на предварительную переработку в камневыделительные вальцы для удаления крупных трудно дробимых включений, затем посредством ленточного конвейера подают в сушилку. Из сушилки сырье влажностью не более 3 % ленточным транспортером подавают через дозаторы в шаровую мельницу. Туда же подают соду кальцинированную техническую в количестве от 15 до 20 % массы шихты. Шихту размалывают до удельной поверхности не менее 500 м²/кг. Полученным порошком заполняют металлические формы изделий, при этом форма и размеры изделий могут быть самыми разнообразными. Формы, заполненные порошком, отправляют на обжиг в туннельную печь, где обжигают с подъемом температуры до 750-850 °С со скоростью от 1,5 до 4,5 °С/мин с выдержкой при максимальной температуре в течение 30 мин. После обжига формы обжигаемых изделий вынимают из печи, посредством электропередаточной тележки передают в камеры отжига, где происходит остывание материала с формами до температуры окружающей среды, затем посредством электропередаточной тележки формы с материалом передают на пост расформовки изделий, где готовый материал извлекают из форм распиливают на изделия нужных размеров и отправляют на склад готовой продукции.

Возможность реализации способа изготовления теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

Трепел обрабатывают на камневыделительных вальцах. Подготовленный таким образом материал, сушат до остаточной влажности не более 3 %, размалывают совместно с содой кальцинированной технической, в количестве 15 % от массы шихты до удельной поверхности не менее 500 м²/кг. Измельченной шихтой заполняют прямоугольную металлическую форму размерами 200×100×100 мм и помещают в муфельную печь. Шихту обжигают с подъемом температуры до 750 °С со скоростью 1,5 °С/мин с выдержкой при максимальной температуре в течение 30 мин. После обжига материал с формой остывает вместе с печью до температуры окружающей среды. Охлажденный образец полученного строительного материала размером 200×100×100 мм извлекают из формы для проведения дальнейших испытаний.

Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор до 1 мм. Плотность 600 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,115 Вт/м⋅°C, прочность при сжатии 11 МПа. Полученный легковесный керамический строительный материал относится к теплоизоляционно-конструкционным строительным материалам.

Пример 2.

Отличается от примера 1 тем, что количество соды кальцинированной технической от массы шихты равно 18 %, а подъем температуры до 800 °С со скоростью 3 °С/мин.

Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор до 1,7 мм. Плотность 300 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,063 Вт/м⋅°C, прочность при сжатии 3,1 МПа. Полученный легковесный керамический строительный материал относится к теплоизоляционным строительным материалам.

Пример 3.

Отличается от примера 1 тем, что количество соды кальцинированной технической от массы шихты равно 20 %, а подъем температуры до 850 °С со скоростью 4,5 °С/мин.

Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор до 2 мм. Плотность 200 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,053 Вт/ м⋅°C, прочность при сжатии 1,5 МПа. Полученный легковесный керамический строительный материал относится к теплоизоляционным строительным материалам.

По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет значительно сократить количество технологических операций при производстве легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала с использованием широко распространенного и доступного сырья. Применение в качестве кремнеземсодержащего компонента трепела с заданным минералогическим составом, а также исключение из состава соды каустической позволит значительно сократить расходы на дорогостоящие щелочные компоненты.