Результат интеллектуальной деятельности: Состав минеральной ваты

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов на основе расплава горных пород габбро-базальтовой группы, а именно к производству минеральной ваты, используемой для тепло- и звукоизоляции в строительстве и других областях промышленности.

Известна минеральная вата [«Стекловата, минвата, базальтовая, каменная… Большая разница? Распутываем путаницу», https://zen.yandex.ru/media/mldom/steklovata-minvata-bazaltovaia-kamennaia-bolshaia-raznica-rasputyvaem-putanicu-5f07d56e1818dc530e5e45e5], в состав которой входят диабаз, габбро, базальт или их сочетания.

Известен плазменный способ получения минеральной ваты из золошлаковых отходов мусоросжигательных заводов и установка для его осуществления [Патент RU на изобретение №2764506, МПК С03В 37/06, С03В 37/14, С03В 5/027, С03В 5/185, С03В 37/07, опубл. 18.01.2022, бюл. 2], в котором описан состав минеральной ваты. В качестве сырья для получения минеральной ваты используют золошлаковые отходы мусоросжигательных заводов и базальтовые породы.

В качестве прототипа принят состав минеральной ваты [Патент RU на изобретение №2533565 «Способ получения минеральной ваты и установка для его осуществления», МПК С03В 37/06, опубл. 20.11.2014, бюл. 32]. В качестве сырья для получения минеральной ваты используют базальтовые породы (базальт) и золошлаковые отходы тепловых электростанций (ТЭЦ).

Существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: базальт и золошлаковые отходы ТЭЦ.

Однако известные решения не способны утилизировать в полной мере низкокальциевые золошлаковые отходы ТЭЦ с содержанием оксида алюминия 17,75%.

Изобретение направлено на расширение ассортимента сырьевой базы для получения минеральной ваты, позволяющей утилизировать техногенные отходы.

Это достигается тем, что состав минеральной ваты включает базальт и золошлаковые отходы ТЭЦ.

Состав минеральной ваты содержит базальт, измельченный до 9-10 мм, и активную минеральную добавку «фосфозол», гранулированную до фракции 10-15 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: базальт - 80, «фосфозол» 20. «Фосфозол» получен из смеси низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ с содержанием оксида алюминия 17,75% и фосфогипса, при следующем соотношении компонентов, мас.%: золошлаковые отходы - 13,34, фосфогипс - 6,66.

Характеристика используемых материалов:

1. Базальт представляет собой темную вулканическую горную породу, которая состоит из плотной, либо крайне мелкозернистой массы, иногда содержащей порфированые выделения. Свойства систем базальтового состава определяются набором фаз, структур и текстур. Базальты -разновидность алюмосиликатных физико-химических систем. В состав базальтов, пригодных для производства минеральной выты, также входят железо, магний, кальций, титан, натрий, калий, фосфор (табл. 1). Эти элементы являются породообразующими и обуславливают фазовый состав пород. Значения термофизических свойств горных пород для производства минеральной ваты имеет решающее значение при производстве минеральной ваты.

Модуль кислотности (М_к) расплава смеси горных пород - это соотношение более устойчивых веществ к более активным, отношение суммы кислых оксидов (кремний + алюминий) к сумме основных окислов (кальций + магний) в минерале или расплаве.

М_к:SiO₂+Al₂O₃/CaO+MgO.

Модуль кислотности, согласно классической формуле, составляет 4,12

Важный аспект исследования, который необходимо рассмотреть, говоря о М_к, это химическая устойчивость получаемого материала.

При плавлении базальта и использовании в качестве вспомогательного сырья шлаков металлургического, доменного производства, а так же известняка, либо других карбонатных пород будет выходить материал с изменчивым модулем кислотности, поэтому М_к расплава необходимо стабилизировать. Модуль кислотности является усредненным показателем химического состава. Чем выше М_к, тем выше инертность материала, химическая стабильность минеральной ваты определяет ее долговечность.

2. Активная минеральная добавка «фосфозол» (табл. 2) - это смесь 33,3% фосфогипса и 66,7% низкокальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ с содержанием оксида алюминия 17,75%. Название продукта закреплено Стандартом организации Ts 24249595 «Фосфозол - активная минеральная добавка для цементов. Технические условия». Получение активной минеральной добавки «фосфозол» раскрыто автором в патенте RU №2581437 [«Активная минеральная добавка для цемента и способ ее приготовления», опубл. 20.04.2016, бюл. №11].

Известно, что фосфогипс является побочным продуктом производства фосфорной кислоты из апатитов и фосфоритов методом сернокислотной обработки. Химическая реакция протекает по схеме: Ca₅F(PO₄)₃+5H₂SO₄=3H₃PO₄+5CaSO₄+HF. По химическому составу фосфогипс на 96-98% состоит из сернокислого кальция, который в зависимости от условий производства фосфорной кислоты может находиться в двуводной, полуводной или безводной модификациях. В качестве примесей в фосфогипсе могут присутствовать 1,0-1,5% пятиоксида фосфора (Р₂О₅), некоторое количество кремнезема и полуторные оксиды (Al₂O₃ и Fe₂O₃).

Использование золошлаковых отходов ТЭЦ при производстве минеральной ваты для стабилизации модуля кислотности расплава, без предварительной обработки не представляется возможным, так как их химический состав (табл. 3) нестабилен и по содержанию основных оксидов может колебаться в пределах: SiO₂ - 39,04-54,00%, Al₂O₃ - 15,60-23,00%, СаО - 6,40-19,95%, MgO - 1,76-3,40%.

Способ получения минеральной ваты рассмотрим на примерах.

Пример 1

Предварительно базальт в количестве 80% измельчают до 9-10 мм. Для загрузки рабочей шихты в вагранку активную минеральную добавку «Фосфозол» в количестве 20% гранулируют до фракции 10-15 мм.

Пример 2

Предварительно базальт в количестве 80% измельчают до 9-10 мм.

Фосфогипс и золошлаковые отходы (промышленный отход Ангренской ТЭЦ), предварительно проверяют на наличие посторонних включений и засоряющих примесей гравия, комков глины, дерева. Проводят соответствующую сортировку, после чего измельчают до размера зерен не более 5,0 мм. Затем отдельно загружают 13,34% золошлака и 6,66% фосфогипса в отдельные два бункера объемом для получения активной минеральной добавки «фосфозол», которое раскрыто автором в патенте RU №2581437 «Активная минеральная добавка для цемента и способ ее приготовления». Полученный таким образом фосфозол по своим физико-химическим свойствам можно использовать для раскисления расплавов базальта при ваграночном производстве минеральной ваты. Для загрузки рабочей шихты в вагранку активную минеральную добавку «Фосфозол» гранулируют до фракции 10-15 мм.

Изобретение направлено на расширение ассортимента сырьевой базы для получения минеральных плит, позволяет решить проблемы вызванные утилизацией техногенных отходов. При этом реализуется техническая часть экологических программ в данной отрасли. Улучшаются экологические показатели территорий, на которых находятся миллионы тонн отвалов зол угольных ТЭЦ.