Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА И ШИХТА ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области производства теплоизоляционных строительных материалов и, в частности, пеностекла.

Известен состав шихты и способ получения пеностекла, предусматривающие варку стекла и его измельчение в шаровой мельнице, смешение с газообразователем и термообработку в печи вспенивания [а.с. №393227, С03С 11/00, БИ №33, 1973 г.]. Недостатком состава и способа является необходимость варки стекла при температуре 1450°С, тонкого помола шихты и ее вспенивания при температуре выше 800°С.

Известен способ и состав шихты для получения пеностекла, содержащий (мас.%) нефелиновый сиенит 5-15, стеклобой тарного стекла 45-55, гидроксид натрия 7-9, перлит (вулканическое стекло) - остальное [пат. РФ №2164698, С03С 11/00, опубл. 10.02.2001 г.]. Этот состав позволяет исключить из способа энергоемкую стадию стекловарения и получить пеностекло из шихты при ее нагреве до 750-800°С. Основным недостатком этого состава и способа является необходимость проведения дополнительной энергозатратной механохимической активации шихты, что позволяет получать пеностекло с плотностью 240-841 кг/м³. Если не проводится механоактивация шихты, то из нее можно получать пеностекло с плотностью 411-1023 кг/м³.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является состав и способ получения пеностекла [а.с. №1073199, С03С 11/00, БИ №6, 1984], включающий совместный помол перлита (вулканического стекла), осадочной кремнеземистой породы (диатомит, трепел, опока) и газообразователя до удельной поверхности 300-500 м²/кг при следующем содержании компонентов в шихте, мас.%:

осадочная кремнеземистая порода - 15-70,

гидроксид натрия - 6-15,

газообразователь - 0,02-1,5,

перлит - остальное.

Основным недостатком этого способа является необходимость тонкого помола трудноразмалываемого перлита в среде мягкой кремнеземистой породы, что существенно снижает интенсивность помола перлитовой породы и увеличивает расход энергии при помоле и его длительность. Основными недостатками состава шихты являются достаточно высокая температура ее вспенивания (800-850°С) и высокая плотность получаемого пеностекла (до 400 кг/м³).

Задачей предлагаемого изобретения является получение пеностекла с плотностью 200-300 кг/м³ с заданными геометрическими размерами и формой при температуре вспенивания шихты до 780°С. Поставленная задача достигается тем, что при получении пеностекла используется шихта, содержащая перлит, кремнеземистый компонент и гидроксид натрия, отличающаяся тем, что предлагаемый состав содержит вспученный перлит с плотностью 75-100 кг/м³ по ГОСТ 10832-91, микрокремнезем конденсированный, гидроксид натрия и воду при следующем содержании компонентов, мас.%:

Кроме того, поставленная задача достигается за счет использования принципиально нового способа приготовления пеностекольной шихты из исходных тонкодисперсных микрокремнезема конденсированного и вспученного перлита, не требующих дополнительного измельчения. Реализуется предлагаемый способ получения пеностекла при выполнении операций приготовления шихты в следующей последовательности: отдозированные количества микрокремнезема конденсированного, гидроксида натрия и горячей воды с температурой 80-90°С подают в реактор с мешалкой, в котором при перемешивании в течение 10-15 мин образуются гидросиликаты натрия (жидкое стекло). Далее жидкое стекло поступает в интенсивный смеситель, где тщательно перемешивают с отдозированным количеством вспученного перлита в течение 10 минут. В результате перемешивания жидкого стекла и вспученного перлита получается шихта для получения пеностекла, представляющая собой рыхлую смесь с влажностью 40%. Приготовленную шихту в расчетном количестве загружают в разборную металлическую форму без уплотнения, поверхностный слой шихты выравнивают, форму закрывают крышкой с жесткими фиксаторами и подают в печь вспенивания для термообработки при температуре до 780°С в течение 0,5-1 ч. Время вспенивания зависит от габаритных размеров и объема изделий. Отжиг готовых изделий проводят при температуре от 780°С до 360°С в течение 1 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Основным преимуществом предлагаемого состава шихты является использование микрокремнезема конденсированного и вспученного перлита, находящихся в исходном тонкодисперсном состоянии, что исключает необходимость помола основных компонентов шихты. По сравнению с прототипом, в котором в качестве кремнеземистого компонента используется диатомит, трепел или опока, использование микрокремнезема конденсированного в предлагаемом составе шихты позволят синтезировать в присутствии горячей воды и гидроксида натрия высокоактивные по отношению к вспученному перлиту гидросиликаты натрия (жидкое стекло) в течение 10-15 мин при температуре до 100°С. Дополнительное диспергирование микрокремнезема конденсированного происходит при его химическом взаимодействии с гидроксидом натрия и последующим смешением продукта взаимодействия со вспученным перлитом. В составе шихты прототипа гидросиликаты натрия не образуются, т.к. шихта готовится при помоле сухих компонентов и взаимодействие между оксидами кремнезема и натрия начинается только при температуре более 700°С. Кроме того, наличие в составе микрокремнезема конденсированного свободного углерода (до 0,9%), свободного кремния (до 0,3%) и карбида кремния (до 0,5%) позволяет отказаться от дополнительного ввода углеродистого газообразователя в состав шихты.

Основным преимуществом предлагаемого способа получения пеностекла является использование шихты с влажностью до 40% и ее вспенивание в замкнутом объеме металлической формы.

При резком помещении формы с влажной шихтой в печь в зону с температурой 650°С образуется большой объем водяных паров, которые создают в объеме шихты гидротермальные условия, способствующие сохранению поризационной способности шихты за счет образования дополнительного количества гидросиликатов и гидроалюминатов натрия, при разложении которых происходит предварительное вспенивание шихты, а окончательное вспенивание происходит при нагреве форм до конечной температуры 780°С в процессе разложения газообразователей, входящих в состав микрокремнезема конденсированного.

Проведение процесса по предлагаемому способу в замкнутом объеме формы позволяет получать изделия с заданными геометрическими размерами и формой, с тонкой (0,1-0,3 мм) плотной остеклованной корочкой на поверхности изделий. Это позволяет исключить из процесса получения пеностекольных изделий операцию их опиловки.

Пример конкретного исполнения.

Для получения 1 м³ пеностекла с плотностью 240 кг/м³ необходимо взять 127,27 кг микрокремнезема конденсированного, 54,55 кг гидроксида натрия и 181,82 кг горячей воды. Указанные компоненты перемешивают в течение 10 мин, в результате чего образуется гидросиликат натрия (жидкое стекло), который затем тщательно перемешивают с 90,91 кг вспученного перлита. Полученную шихту с влажностью 40% загружают в разборную металлическую форму, внутреннюю поверхность которой для исключения прилипания к форме, предварительно смазывают глиноизвестковой или глиногипсовой суспензией. Расчетное количество шихты, загружаемое в форму, определяют по формуле:

m=1,894·p·V, г (кг),

где 1,894 - коэффициент, учитывающий потерю влаги при термообработке шихты;

p - заданная плотность пеностекла, г/см³ (кг/м³);

V - объем формы, см³ (м³).

Загруженную шихту в форме разравнивают в поверхностном слое, форму закрывают крышкой с фиксаторами и помещают в муфельную печь, предварительно нагретую до температуры 650°С. Дальнейший нагрев формы до конечной температуры 780°С проводят в течение 30 мин, после чего печь отключают и охлаждают формы с изделием до температуры 360°С в течение часа. После этого форму извлекают из печи и охлаждают на воздухе в течение 30 мин до температуры 50-60°С, разбирают и из нее извлекают изделие, у которого определяют все необходимые параметры.

Необходимо отметить, что все изделия имели четкую геометрическую форму и размеры, а их поверхность была покрыта сплошной остеклованной корочкой толщиной 0,1-0,3 мм. Размер полученных изделий 10×10×5 см³, объем - 500 см³.

По такому способу были изготовлены изделия с плотностью в пределах 200-300 кг/м³ с шагом в 20 кг/м³. Расчетные количества компонентов шихты для получения изделий с заданной плотностью и их свойства представлены в таблице, из которой следует, что использование предлагаемых состава шихты и способа позволяет получать изделия из пеностекла со свойствами, превосходящими свойства изделий, получаемых из известных составов по известным способам.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с известными способами и составами, используемыми в технологии пеностекла, обладает существенным преимуществом, среди которых необходимо выделить следующие:

- упрощается технология получения пеностекла;

- из технологического процесса исключается энергозатратная стадия высокотемпературной варки стекла;

- исключается операция тонкого помола компонентов шихты;

- активация шихты осуществляется не механическим, а химическим способом;

- утилизируется техногенный отход - микрокремнезем конденсированный;

- более эффективно используется вспученный перлит по сравнению, например, с производством цементно-перлитовых изделий;

- существенно сокращаются температура и время вспенивания шихты и время отжига изделий;

Получаемые по предлагаемому техническому решению изделия из пеностекла можно использовать для теплоизоляции различных строительных объектов, энергетических установок и трубопроводного транспорта.