ШИХТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ Российский патент 2004 года по МПК C03C6/10 C03B37/00 

Настоящее изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к производству минеральной ваты. Традиционно для производства минеральной ваты используют горные породы, минеральные промышленные отходы и попутные продукты производства (шлаки, золы, бой кирпича и т.д.).

Известны составы шихты для производства минерального волокна, включающие доменные шлаки (50-90 мас.%) и корректирующие добавки, которые могут включать бой красного или силикатного кирпича и керамических отходов, глинистого песчаника (до 10-11 мас.% к массе шлака), щебня гранита (до 14 мас.%), базальта (до 20 мас.%), порфирита (до 5 мас.%), диабаза (до 50 мас.%) и др. [Технико-экономический обзор работы предприятий промышленности теплоизоляционных материалов СССР за 1986 г., ч. 1. Минераловатное производство. Вильнюс, 1989, с. 128-137].

Недостатком является необходимость составления шихты из двух и более компонентов сырья, что в свою очередь требует постоянного контроля химического и гранулометрического составов компонентов шихты.

Известны брикеты для производства минеральной ваты, способ изготовления брикетов для производства минеральной ваты и способ производства минеральной ваты [патент RU №2090525, кл. С 03 С 1/00, С 03 В 37/00, 1997]. Брикеты включают минеральное сырье и связующее - измельченный до удельной поверхности более 200 м²/кг гранулированный цементный шлак, имеющий стекловидную структуру, активированный щелочным компонентом.

Недостатками способа являются:

1) необходимость введения в шихту корректирующих добавок и соединений кальция;

2) дополнительное измельчение материала как минерального сырья, так и связующего;

3) продолжительная сушка готовых брикетов.

Перечисленные недостатки приводят к дополнительным материальным и энергозатратам.

Известна шихта для изготовления минерального волокна [патент RU №2086514, кл. С 03 С 6/10, 1997] следующего состава, мас.%:

Щебень доменного шлака 40-82

Корректирующие добавки 9-10

Отходы минераловатного производства 10-50

Недостатком способа получения данной шихты является необходимость дополнительного измельчения всех составляющих шихты и введение корректирующих добавок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является способ получения минерального расплава [патент SU №149987, кл. С 03 В 1/00, 1987] из брикетов сырья из корольков расплава, которые смешиваются с фосфополугидратом сульфата кальция в соотношении (3-4): 1, полученная смесь затворяется водой до 3,5-4% влажности, брикетируется при давлении 80-150 МПа и выдерживается в естественных условиях 8-12 ч, после чего вводится в шихту.

Недостатком данного способа является необходимость предварительного высушивания фосфополугидрата сульфата кальция и длительное время сушки готовых брикетов, что приводит к дополнительным материальным и энергозатратам.

Минеральную вату производят путем расплавления минерального сырья в плавильном агрегате: вагранке или электропечи. Одним из недостатков вагранок является ограничение по крупности загружаемого сырья. С целью обеспечения необходимой газопроницаемости слоя в печь загружают куски размером 50-100 мм.

Задачей настоящего изобретения является снижение энергетических затрат при получении силикатных расплавов и замена исходных сырьевых компонентов на отходы производства.

Задача достигается тем, что в состав шихты для получения минерального волокна входят отходы производства минеральной ваты - корольки, предварительно обработанные 1%-ным раствором лигносульфоната технического (ЛСТ) или поливиниловым спиртом (ПВС), угольная пыль - отход коксохимического производства, предварительно обработанная 30%-ным раствором жидкого стекла, и жидкое натриевое стекло в качестве связующего при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Отходы минераловатного производства,

размер частиц менее 7 мм 75-86

Угольная пыль, размер частиц менее 0,071 мм 10-19

30%-ный раствор жидкого стекла 4-6

1%-ный раствор ЛСТ или ПВС 0,5-1,0 мас.%

от массы отхода

минераловатного

производства

Процесс получения из шихты силикатных расплавов сопровождается сложными физико-химическими процессами, характер которых определяется составом шихты и температурой. Во всех случаях происходят процессы силикато- и стеклообразования. При этом силикатообразование начинает протекать между материалами исходной шихты при относительно низких температурах. Однако скорость реакций при этом невелика. Существенная интенсификация процессов наступает при появлении жидкой фазы, которая образуется в объеме шихты при плавлении легкоплавких компонентов.

Предлагаемый состав практически полностью представлен легкоплавкими компонентами, кроме того, высокодисперсная угольная пыль и 30%-ный раствор жидкого стекла способствуют ускорению процесса силикатообразования и гомогенизации расплава. Использование жидкого стекла обеспечивает механическую прочность брикетов на стадии формования и способствует ее сохранению вплоть до температуры плавления. Химическое взаимодействие между компонентами шихты в процессе получения силикатного расплава определяется законами химической термодинамики, а также кинетическими факторами, к которым в первую очередь относится поверхность контакта. Чем больше площадь непосредственного контакта зерен компонентов, тем быстрее протекает процесс силикатообразования.

Опыты по прессованию показали, что происходит изменение гранулометрического состава корольков. Прессование проводилось до давления 300 МПа, при этом содержание тонкой фракции увеличилось с 18 до 57 мас.%, а содержание частиц размером более 4 мм уменьшилось с 39 до 2,5 мас.%. Результаты эксперимента позволяют сделать заключение о наличии доизмельчения корольков при прессовании, что позволяет исключить стадию дополнительного измельчения материала.

Процесс приготовления заявляемого состава шихты включает следующие этапы: дозирование согласно предлагаемому рецепту, предварительная подготовка компонентов шихты, смешение и формование шихты в брикеты. Способ получения минеральной ваты обуславливает гидрофобность поверхности частиц корольков. Потому с целью улучшения смачиваемости и увеличения поверхности контакта частиц со связующим корольки предварительно обрабатывают раствором поверхностно-активного вещества. Предварительная подготовка заключается в параллельной обработке корольков раствором поверхностно-активного вещества в количестве 0,5-1 мас.% и угольной пыли 30%-ным раствором жидкого стекла в количестве 4-6 мас.% от общей навески. Каждый компонент перемешивается в течение 0,5-1 мин, затем подготовленные компоненты дополнительно перемешиваются в течение 1-2 мин и уплотняются одним из известных способов. Полученные брикеты сушат в течение 10-15 мин обдувом “горячим” воздухом (Т=100-120°С) для увеличения скорости твердения брикетов и повышения их механической прочности.

Предлагаемый состав шихты для производства минерального волокна позволяет получить безотходную технологию изготовления волокна и снизить энергозатраты. Составы шихты представлены в таблице.

Пример 1.

Шихту готовят по описанной рецептуре: навеску корольков увлажняют 2 мас.% 1%-ного раствора ЛСТ, перемешивают в течение 1 минуты, параллельно угольную пыль увлажняют 5 мас.% 30%-ного раствора жидкого стекла, дополнительно перемешивают в течение 0,5 мин. Полученную шихту формуют в специально разработанной форме при давлении, равном 5 МПа, полученные брикеты сушат обдувом “горячим” воздухом в течение 15 мин. После охлаждения брикеты обладают механической прочностью на раздавливание 4,7 кг/см² и практически не разрушаются при сбрасывании с высоты 2 м (не более 3% осыпи от массы брикетов).

Пример 2.

Приготовление шихты проводят по описанной рецептуре: навеску корольков увлажняют 0,5 мас.% 1%-ного раствора ПВС, перемешивают в течение 0,5 мин, параллельно угольную пыль увлажняют 5 мас.% 30%-ного раствора жидкого стекла, шихту дозируют и дополнительно перемешивают в течение 1 мин. Полученную шихту формуют на валковом прессе (с ячейковой поверхностью валков) при давлении, равном 130 МПа, полученные брикеты сушат обдувом “горячим” воздухом в течение 10 мин. После охлаждения брикеты обладают механической прочностью на раздавливание 4,2 кг/см² и не разрушаются при падении с высоты 2 м.

Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к способам получения шихты для производства минеральной ваты. Шихта для производства минерального волокна имеет следующий состав, мас.%: отходы минераловатного производства с размером частиц менее 7 мм 75-86; угольная пыль с размером частиц менее 0,071 мм 10-19; жидкое стекло 4-6; ЛСТ или ПВС 0,5-1,0 мас.% от массы отхода минераловатного производства. Процесс приготовления заявляемого состава шихты включает следующие этапы: дозирование, предварительная подготовка компонентов шихты, смешение и формование шихты в брикеты. Предварительная подготовка заключается в параллельной обработке корольков 1%-ным раствором поверхностно-активного вещества в количестве 0,5-1 мас.% и угольной пыли - 30%-ным раствором жидкого стекла в количестве 4-6 мас.% от общей навески. Каждый компонент перемешивается в течение 0,5-1 мин, затем подготовленные компоненты дополнительно перемешиваются в течение 1-2 мин и уплотняются одним из известных способов. Полученные брикеты сушат в течение 10-15 мин обдувом “горячим” воздухом. Технический результат: увеличение скорости твердения брикетов и повышение их механической прочности при безотходной технологии изготовления волокна и снижении энергозатрат. 1 табл.

Шихта для изготовления брикетов для производства минеральной ваты, включающая отходы минераловатного производства - корольки и связующее, отличающаяся тем, что она содержит в качестве связующего 30%-ный раствор жидкого стекла и дополнительно угольную пыль с размером частиц менее 0,071 мм, предварительно увлажненную 30%-ным раствором жидкого стекла в количестве, составляющем 4-6 мас.% от общего количества указанного жидкого стекла в шихте, а отходы минераловатного производства - корольки с размером частиц менее 7 мм используют предварительно обработанными 1%-ным раствором лигносульфоната технического - ЛСТ или поливиниловым спиртом - ПВС, взятым в количестве 0,5-1,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Отходы минераловатного производства,

размер частиц менее 7 мм 75-86

Угольная пыль,

размер частиц менее 0,071 мм 10-19

30%-ный раствор жидкого стекла 4-6

1%-ный раствор ЛСТ или ПВС 0,5-1,0 мас.%

от массы отхода

минераловатного

производства