Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения пеностекла

Изобретение относится к области утилизации отходов стекла, а также к области получения строительных изделий теплоизоляционного назначения, в частности пеностекла, с применением несортированного стеклобоя и может быть использовано для тепловой изоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Из патентной литературы известен ряд технических решений производства пеностекла из стекольного порошка, полученного в результате помола стеклобоя. К числу последних публикаций следует отнести следующие:

Известен способ получения пеностекла (1. RU 2701951, опубл. 03.10.2019, Бюл. № 28), включающий получение измельченного стеклобоя следующего состава в мас.%: SiO₂ – 72,0 ± 7,0; Na₂O – 13,0 ± 2,0; CaO – 10,0 ± 2,0; MgO – 4,0 ± 2,0; Al₂O₃ – 1,0 ± 0,5; SO₃ – 0,2 ± 0,1; K₂O – 0,3 ± 0,1; Fe₂O₃ ≤ 0,2, содержащего частицы размером менее 40 мкм, добавление к измельченному стеклобою водного раствора кальцинированной соды и глицерина, перемешивание, выдержку полученной смеси, последующую сушку при температуре менее 200°С до получения смеси с влажностью не более 1%, дезагломерацию, включающую перемешивание смеси с серой, с получением шихты с размером частиц менее 40 мкм, последующее дозирование, помещение в форму, вспенивание, фиксацию, извлечение, отжиг и охлаждение полученного пеностекла.

Недостатком известного способа, прежде всего, является то, что он может быть реализован только при использовании стеклобоя одного химического состава. Кроме того авторы предлагают использовать многоступенчатую схему подготовки шихты (смешивание порошка стеклобоя с кальцинированной содой и глицерином, затем выдержка смеси и сушка, дезагломерация смеси, затем отсев целевой фракции), что значительно усложняет технологический процесс.

Известен также состав шихты и способ получения пеностекла (2. RU 2608095, опубл. 13.01.2017, Бюл. № 2), он заключается в перемешивании шихты, содержащей следующие компоненты, мас.%: тонкомолотый стеклобой 43-45; аморфная кремнеземистая порода 23-25; гидроксид натрия 11-13; алюмосиликатная порода 4-6; вода 13-17, в интенсивном смесителе, добавлении в процессе перемешивания воды с образованием гидросиликата натрия с силикатным модулем 2,2-2,4 и гранулированием шихты, которую опудривают во влагоемком материале, после чего загружают в металлические формы с замкнутым объемом и подвергают вспениванию в печи при температуре 760-780°С в течение 0,5-1 ч с получением пеностекла, которое затем охлаждают в формах от температуры 630°С до температуры 45-50°С в течение 6-8 часов в печи отжига.

Недостатком данного технического решения является использование 5-ти компонентной шихты, что усложняет технологический процесс производства материала, кроме того авторы указывают предельный размер частиц для каждого компонента (удельная поверхность стеклобоя – 450-500 м²/кг, а среднеповерхностный размер его частиц – 4,8-5,3 мкм, предпочтительный размер гранул гидроксида натрия – 0,5-5 мм, размер частиц кремнеземистой и алюмосиликатной породы – менее 0,1 мм), что требует их дополнительную подготовку.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения пеностекла из стеклобоя (3. RU 2697981, опубл. 21.08.2019 г., Бюл. № 24). Способ включает предварительное измельчение стеклобоя, его мокрый помол с получением стекольной вяжущей суспензии, формование, вспенивание, выдержку при температуре вспенивания и отжиг. Измельчение стеклобоя осуществляют в один этап до размера частиц 0,1-5 мм, мокрый помол стеклобоя производят в воде в шаровой мельнице при влажности 24-32 % в течение 2-4,5 ч, при этом вводят в мельницу добавку цементной пыли электрофильтров в количестве 1-7 мас.% и осуществляют дальнейший помол стекольной вяжущей суспензии в течение 0,5 ч. Отверждение производят в герметичных условиях при постоянной влажности в течение 62-158 ч, вспенивание производят при температуре 745-815°С со скоростью нагрева печи 200-250 град/ч с выдержкой при этой температуре в течение 0,25-1 ч.

Недостатками способа являются: узкий диапазон влажности при помоле стеклобоя, жесткие временные параметры между этапами получения стекольной вяжущей суспензии и формованием в связи с высокой скоростью схватывания цементной пыли, обязательное наличие жестко контролируемых условий отверждения, такие как герметичность, влажность.

Задача, решаемая заявляемым способом получения пеностекла, заключается в снижении его технологической сложности и энергозатрат, снижении себестоимости изделий за счет использования несортированного стеклобоя и сокращении количества компонентов.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом способе получения пеностекла, включающем предварительное измельчение стеклобоя, приготовление стекловяжущей суспензии, формовочной смеси, формование, термообработку и вспенивание, стекловяжущую суспензию готовят путем термообработки в течение не менее 8 часов при 100^оС и периодическом перемешивании смеси, включающей предварительно измельченный до зернистости не более 0,14 мм несортированный стеклобой, гидроксид натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: (23,5-26,5):(6,5-17,5):(59,0-67,0), в полученную и охлажденную стекловяжущую суспензию добавляют несортированный стеклобой зернистостью не более 0,14 мм в количестве 33,0-40,0 мас.% от массы получаемой формовочной смеси, из которой методом виброформования с амплитудой колебаний 0,35-0,5 мм, частотой 50 Гц и продолжительностью воздействия 1-2 мин получают заготовки, последующую сушку которых осуществляют на воздухе в течение 1 суток, а затем при температуре 50^оС в течение 24-72 часов, вспенивание затвердевших заготовок проводят при температуре 700-800^оС в течение не менее 30 мин.

Совокупность существенных отличительных признаков соответствует критерию «новизна» и позволяют решить поставленную задачу.

Заявленный способ осуществляют следующим образом:

В представленном в настоящем изобретении способе в качестве исходного сырья используют несортированный стеклобой, представляющий собой отходы различных стеклянных изделий, листовое стекло, стеклоблоки, предварительно измельченные до зернистости не более 0,14 мм. Для получения стекловяжущей суспензии осуществляют смешивание порошка стеклобоя с гидроксидом натрия и водой при следующем соотношении компонентов, мас.%: стеклобой – 23,5-26,5; гидроксид натрия – 6,5-17,5; вода – 59,0-67,0. Полученную смесь подвергают термической обработке при 100ºС и атмосферном давлении в течение не менее 8 ч с периодическим перемешиванием при скорости перемешивания по меньшей мере 20 об/мин. Готовая стекловяжущая суспензия представляет собой гомогенный продукт белого цвета, который можно хранить в герметичной таре из материалов стойких к щелочным компонентам. При длительном хранении стекловяжущая суспензия может расслаиваться, но при встряхивании вновь становится однородной.

Приготовление формовочной массы осуществляют смешением до гомогенного состояния в смесителе миксерного типа полученной стекловяжущей суспензии с порошком стеклобоя.

Далее смесь укладывают в формы и уплотняют под вибрационным воздействием в течение 1-2 мин с амплитудой колебаний 0,35-0,5 мм, частотой 50 Гц, после чего производят сушку заготовок на воздухе в течение 1 суток, а затем при температуре 50°С в течение 24-72 часов (в зависимости от массы изделия).

После сушки заготовки подают в печь, предварительно разогретую до температуры 700-800°С, и выдерживают при этой температуре в течение не менее 30 мин.

Физико-механические характеристики образцов пеностекла испытывают по стандартным методикам. Полученное пеностекло обладает следующими свойствами:

1. Плотность – 0,3-0,4 г/см³.

2. Прочность на сжатие – 1,5-3,0 МПа.

3. Теплопроводность – 0,075-0,1 Вт/м°К.

Пеностекло, полученное заявляемым способом, соответствует требованиям ГОСТа 33949-2016 и ТУ 5914-001-73893595-2005 г.

По сравнению с прототипом заявляемый способ более прост, менее энергоемок.

Технический результат заявляемого способа заключается в получении изделий с низкими значениями теплопроводности и плотности, высокими прочностными свойствами, снижении себестоимости изделий, утилизации техногенных отходов.

Получаемые изделия могут использоваться в качестве теплоизоляционного материала.