СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ КРЕМНЕЗЕМСОДЕРЖАЩЕГО СВЯЗУЮЩЕГО Российский патент 2006 года по МПК C04B35/14 C04B33/02 C04B35/16 

Изобретение относится к производству различных строительных изделий, материалов различного назначения, включая такие, в частности, штучные материалы как кирпич, стеновые блоки, тротуарные изделия, фасадные и половые плитки, так и различные теплоизоляционные и конструкционно-теплоизоляционные изделия в виде плит, блоков, скорлупы, сегментов, обладающих повышенными прочностными и теплоизоляционными свойствами на базе кремнеземсодержащего связующего с использованием дешевого минерального сырья и отходов различных производств.

По своей сути данная технология базируется на стыке бетонной технологии с применением традиционных вяжущих (цемента, щелочных силикатов и т.д.) и керамической технологии (создание прочного изделия методом спекания). При производстве большой группы строительных изделий (кирпича, плиток, блоков) она может быть альтернативной к производству традиционных материалов на основе минеральных вяжущих или керамики. В ряде случаев она позволяет осуществлять производство высококачественных материалов и изделий с использованием нетрадиционных заполнителей, например отходов переработки продукции сельского хозяйства, получать различные материалы с более высокими эксплуатационными характеристиками (прочностными, морозостойкостью, теплопроводностью, пористостью, кислото- и щелочестойкостью, стойкостью к испарению и т.д.) по сравнению с выпускаемыми по традиционным технологиям.

Известен способ изготовления строительных изделий на основе жидкого стекла путем приготовления смеси, содержащей жидкое стекло (91-96 мас.%), кремнефтористоводородную кислоту (ускоритель твердения) (0,7-1,5 мас.%), наполнитель (перлит) (3-7 мас.%) и воду (0,3-0,6 мас.%), сушки ее до остаточной влажности 35-40%, измельчения полученного материала, формования изделий из него и нагрева их до 200-400°С с последующей выдержкой их при этой температуре и охлаждением (SU 643461, 14.03.1977).

Материал, полученный данным способом, обладает повышенной прочностью, но не обладает достаточной водостойкостью (водопоглощение 11%, гидроскопичность 1,2%), кислотостойкостью.

Известен способ производства термоизоляционных изделий из жидкого стекла, обращенного нагреванием в мелкопористую массу, при котором жидкое стекло дробят на куски желаемых размеров, набивают эти кусочки в металлические разборные формы и нагревают до 300-350°С несколько часов (3-4 ч).

По этому способу можно получить водоупорный материал смешением сначала жидкого растворимого стекла с сухими минеральными добавками (мел, известь, хлористый кальций), подсушиванием массы, дробления и последующей вышеуказанной обработкой. Получают материал, как указано при описании данного известного способа, обладающий большой механической прочностью. Способ технологически достаточно сложен, не позволяет получать широкий ассортимент строительных изделий.

Данные по водостойкости не приводятся (SU 4332431, 05.1935).

Известен способ получения химически стойкого бетона на основе силикатного связующего, при котором смешивают высококремнеземистое щелочное стекло фракции 0,315-1,25 мм, содержащее 8-40 мас.% высококремнеземистого щелочного стекла пылевидной фракции до 0,315 мм, молотого кварцевого песка с удельной поверхностью 4500 см²/г, рядовой кварцевый песок с модулем крупности 1,4, кварцитовый щебень фракции 5-20 мм и воду. Далее смесь подвергают формованию, прессуют и термообрабатывают при 187°С и давлении 12 атм в течение 21 часа. Получают материал, имеющий кислотостопоглощение 1,5-2,0 мас.%, прочность при сжатии 112,5 МПа (SU 1025688, 30.06.1983).

Однако данными известными способами не удается получить изделия, обладающие одновременно высокими прочностными свойствами и повышенной водостойкостью.

Известен способ получения алюмосиликатного материала включающий приготовление сырьевой смеси из природного, глинистого материала и воды, формование смеси, сушку и обжиг. Согласно изобретению в сырьевую смесь дополнительно вводят неорганические глазуреобразующие вещества, а формование изделия осуществляют путем заполнения сырьевой смесью формы, в которой установлены газопроницаемые прокладки. При сушке заданную часть поверхности формуемого изделия оставляют открытой, а сушку проводят в потоке ИК-излучения с длиной волны 5-10 мкм с принудительной вытяжкой. Предпочтительно в качестве глазуреобразующих веществ используют вещества, выбранные из ряда: окись алюминия, окись бария, окись железа, окись кальция, окись магния, окись натрия, окись цинка, двуокись кремния. Вводят их в смесь в количестве 5-10%. Получаемые материалы имеют высокую монопористость, но использованы в основном в качестве носителей в каталитических и сорбционных процессах в химической промышленности (RU 2197424, 27.01.2003).

Известен способ изготовления теплоизоляционных изделий на основе композиции, содержащей в мас.%: кремнесодержащий компонент - трепел 42,0-50,0; гидроксид натрия 4,5-12,0; металлическая добавка - гидроокись алюминия 3,0-7,0; жидкое стекло 8,0-15,0; вода остальное (RU 2148046, 27.04.2000).

Изготовление теплоизоляционных изделий (скорлуп, плит, кирпича, блоков и т.п.) осуществляют следующим образом. В смеситель-активатор СА 400/300 В загружают водный раствор гидроксида натрия с плотностью ρ=1,3 г/см³, постепенно порциями вносят гидроокись алюминия, туда же добавляют известное количество жидкого стекла с плотностью ρ=1,2 г/см³ и перемешивают в течение 10-20 мин. Затем добавляют трепел и перемешивают мешалкой с числом оборотов 400-450 об/мин. Смесь разогревается до температуры 65±5°С за счет взаимодействия химических компонентов, смесь перемешивают до тех пор, пока температура массы не начнет снижаться.

Готовую смесь разливают в формы различных видов и размеров и выдерживают в течение 24 часов, затем формы штабелем укладывают в печь при температуре 300±25°С и выдерживают в печи 2,5-3,5 часа, затем вынимают их и складируют в приемнике (термосе), при температуре 60-70°С, выдерживают в течение 18 часов. Затем формы вынимают и разбортовывают. Готовую продукцию складируют.

По известному этому изобретению получают кислотостойкие материалы с повышенной водостойкостью и огнестойкостью, но не обладающие одновременно повышенными прочностными и теплоизоляционными свойствами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ изготовления строительных изделий (RU 2206536, 20.06.2003), включающий приготовление формовочной массы из силикатного связующего, кремнеземистого наполнителя, ускорителя твердения и воды, формование из полученной смеси изделий и их сушку, используют силикатное связующее, выбранное из группы жидкое стекло, силикат-глыба, гидросиликат натрия, кремнегель, кремнеземистый наполнитель с влажностью не более 20% и дисперсностью 4-50 мкм и 0,1-2,5 мм, приготовление формовочной массы с влажностью 6-10% осуществляют при интенсивном перемешивании до гомогенного состояния путем сначала совместного помола указанного силикатного связующего с 2-5 мас.% указанного наполнителя до его дисперсности 4-50 мкм, затем введения воды и добавления в полученную активированную смесь 20,0-46,5 мас.% указанного наполнителя с дисперсностью 4-50 мкм и 24,5-63,9 мас.% пигмента и ускорителя твердения, формование осуществляют прессованием при давлении от 1,0 до 150 кг/см², а сушку - при 25-400°С при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанное силикатное связующее - 0,5-15,5; указанный кремнеземистый наполнитель - 75,9-85,9; ускоритель твердения - 0,5-5,0; вода - 8,1-13,3; пигмент - 0-5,0. Причем используют жидкое стекло предпочтительно в количестве 0,5-15,5 мас.%, силикат-глыбу с дисперсностью 4-20 мкм предпочтительно в количестве 0,5-3,0 мас.%, гидросиликат натрия с дисперсностью 4-20 мкм предпочтительно в количестве 3,0-4,0 мас.%, кремнегель с дисперсностью 4-20 мкм предпочтительно в количестве 2,0-4,0 мас.%, а после сушки дополнительно осуществляют обжиг при 600-1000°С в течение 15-90 мин.

Недостатком известного способа прежде всего является его сложность из-за необходимости введения специальных отверждающих добавок, необходимость стадии сушки изделий, а также недостаточно высокие прочностные свойства получаемых изделий.

Технической задачей заявленного изобретения является упрощение способа, расширение ассортимента получаемых изделий, повышение их прочностных и теплоизоляционных свойств, расширение сырьевой базы, как за счет минерального сырья, так и за счет отходов промышленного производства, удешевление получаемых изделий.

Поставленная техническая задача достигается тем, что способ изготовления изделий на основе кремнеземсодержащего связующего путем приготовления формовочной массы из кремнеземсодержащего связующего и кремнеземсодержащего заполнителя, формования изделий из полученной формовочной массы и последующей термообработки отформованных изделий включает приготовление связующего с плотностью 1,1-2,1 г/см³ из смеси, содержащей неограническую связку, кремнеземсодержащий компонент (материал) и воду при их интенсивном перемешивании в высокоскоростном смесителе при скорости их перемешивания 1500-2500 об/мин, частоте колебаний перемешиваемых частиц 2000-35000 Гц, нагревании до 80-90°С и последующем охлаждении его при перемешивании от 40 до 100 об/мин в течение 10-12 часов при 15-25°С, приготовление формовочной массы осуществляют смешением 9,0-13,5 мас.% приготовленного кремнеземсодержащего связующего и 86,5-91,0 мас.% кремнеземсодержащего заполнителя в смесителе, гомогенизации формовочной смеси, а термообработку отформованных изделий осуществляют при 90-950°С в зависимости от типа заполнителя.

Способ характеризуется тем, что в качестве неорганической связки используют (при приготовлении связующего) гидроксид щелочного металла или аммония, силикатную связку, выбранную из группы, включающей гидросиликаты натрия, жидкое стекло (натриевое, калиевое), силикат-глыбу, стеклобой, образующийся при производстве и применении стекла (оконного, технического), кремнезоли, кремнегели, алюмосиликаты.

В качестве кремнеземсодержащего компонента при приготовлении неорганического связующего в способе по изобретению используют различные пески (морские, речные, карьерные), кварцевый песок с влажностью не более 6%, глины, например карьерные глины с влажностью более 20%, обожженные глины, суглинки, супеси, лессовые отложения, микрокремнеземы, полученные из отходов производства ферросплавов, отходы камнеобработки или шлифовки, например гранита, или при производстве гранитного щебня, различные гидрослюды, в частности, используемые при производстве вермикулита или вспученного перлита.

В способе по изобретению в качестве кремнеземсодержащего компонента при приготовлении связующего используют кремнеземсодержащий материал с размером частиц 0,5-20,0 мм или от 40 Å до 50 мкм.

В способе по изобретению используют различную воду (при необходимости очищенную путем фильтрации от органических примесей, например остатков водорослей, живых организмов), например речную, морскую, минерализованную.

В качестве кремнеземсодержащего заполнителя при приготовлении формовочной массы в способе по изобретению используют различные пески (речной, морской, карьерный), гранит, базальт, вермикулит, вспученный перлитовый песок, керамзит, гидрослюду, металлургическе шлаки, угольные шлаки и золы, отходы производства керамзита, камня и камнеобработки; смесь аморфного кремнезема с отходами переработки древесины (опилки, стружки) или отходами переработки сельскохозяйственных культур, таких как в частности костра от переработки льна, солома, шелуха подсолнечника и др.

Используют кремнеземсодержащий заполнитель с различной дисперсностью (размером частиц), например с дисперсностью 4-50 мкм или 60-120 мкм, или 0,4-2,5 мм или их смеси в различных сочетаниях.

Используют кремнеземсодержащий заполнитель с влажностью не более 10%.

Согласно способу по изобретению формование изделий осуществляют например методом полусухого прессования непосредственно на поддонах (на прессах, снабженных системой дозировки и подачи поддонов), например с усилием прессования от 1,0 до 400 кг/см².

Формование изделий способом по изобретению может быть осуществлено также например литьем (вибролитьем) или вибропрессованием.

Итак, в способе по изобретению при приготовлении неорганического кремнийсодержащего связующего в качестве неорганической связки используют:

- гидросиликаты натрия в виде полуводного гидросиликата натрия (Na₂Si₂O₅·0,5Н₂O), трехводного гидросиликата (Na₂Si₂O₅·3H₂O), девятиводного гидросиликата (Na₂Si₂O₅·9H₂O), гидрополисиликата натрия (Na₂O·18SiO₂·4Н₂O), гидрометасиликатов натрия (одновалентный Na₂SiO₃H₂O, двух-, трех-, четырехводный и далее, вплоть до четырнадцативодного гирометадивиката натрия);

- жидкое стекло (натриевое, калиевое и др.) с модулем 2,3-4,0;

- силикат-глыбу (безводная стекловидная масса различной окраски в порошкообразном состоянии или в виде кусков от 0,1 до 25 мм. Получают ее, например, сплавлением смеси кварцевого песка с содой или потамом (сода может быть заменена сульфатом натрия) до образования однородного жидкого расплава. Расплав, выпущенный из печи, при медленном охлаждении на воздухе застывает в виде твердого монолита.

К следующей группе силикатного связующего, используемого в способе по изобретению относятся кремнегели (кремнезоли) - коллоидный кремнезем с высокими значениями кремнеземистого модуля (с модулем 25 и выше). Может быть использован, например, кремнегель (как отход металлургического производства) следующего состава: SiO₂ - 88,2 мас.%, H₂O - 1,7 мас.%, п.п.п. - 8,3 мас.% (примеси); Fe₂О₃ - 0,035 мас.%, Al₂O₃ - 0,16 мас.%, Na₂O - 1,86 мас.%, SO₄ - 0,12 мас.% (SU 1724638) и другие, например кремнегель, являющийся отходом производства фтористого алюминия (SU 1121233).

В способе по изобретению используют в качестве силикатного щелочного стекла и отходы производства и применения оконного и технического стекла, например, с содержанием SiO₂ 71,2-72,8% (например, SU 1112724).

В способе используют сухое силикатное связующее (в виде гидратированных порошков, аморфных и кристаллических) измельченное с дисперсностью от 4 мкм до 20 мкм.

- алюмосиликаты, в качестве которых используют природное минеральное сырье, например, глины, суглинки, супеси, (обожженные или не обожженные), лесовые отложения, бой глиненного кирпича и отходы промышленного производства, например, металлургические шлаки и золы, и шлаки ТЗЦ образованные в результате сжигания углей (черных или бурых, или торфа), с содержанием Al (в виде оксидов или солей) ≥0,5% (к весу сухого вещества).

Итак, для получения кремнеземсодержащего связующего при осуществлении способа по изобретению используют различные кремнеземсодержащие компоненты (материалы) с содержанием SiO₂ не менее 40%, такие как например кварцевый песок, кварцевую муку, с содержанием SiO₂ до 99 мас%, диатомит, трепел, маршалит (аморфные кремнеземы), опоки, например химического состава: SiO₂ - 69-89, Al₂O₃ - 3,94-11,6, TiO₂ - 0,16-0,55, Fe₂О₃ + FeO - 1,44-3,6, CaO - 0,2-0,9, MgO - 0,5-1,2, Na₂O - 0,08-1,1, K₂O - 0,7-1,53, Mn<0,01 (% к весу сухого вещества), микрокремнезем получаемый промышленным способом, отходы камнепереработки, например, гранита, кремнеземсодержащие минералы образовавшиеся в результате вулканической деятельности (вулканический шлак, пемза и т.д.), стеклобой различного химического состава, например, тара для пищевой и не пищевой продукции.

При этом влажность кремнеземсодержащего материала (компонента для приготовления неорганического связующего) как правило, например при использовании измельченного материала, например кварцевого песка, составляет не более 6%, при использовании например карьерной глины составляет более 6% до 100%, а при использовании например отходов распиловки или шлифовки гранита с влажностью более 20%, вплоть до водной взвеси.

Фракционный состав (дисперсность) кремнеземсодержащего материала, используемого в качестве кремнеземсодержащего компонента при приготовлении кремнезесодержащего связующего в способе по данному изобретению находится в пределах от 20 мкм (отходы распиловки и шлифовки гранита, гидрослюды для производства перлитового песка Магаданского месторождения) до 20 мм (кирпичный бой, отходы производства керамзита, стеклобой); используют также и предварительно измельченные до размера менее 60 мкм кремнеземсодержащие материалы, такие как различные пески, отходы, отсев при производстве гранитного щебня.

При этом время перемешивания кремнийсодержащего материала - компонента для получения связующего, с неорганической связкой в зависимости от дисперсности кремнеземсодержащего компонента выбирают например 10-30 минут при использовании материала с дисперсностью менее 30 мм (отходы производства керамзита, стеклобой, кирпичный бой, туфы, аморфные кремнеземы, трепел и др.), а также для предварительно измельченного материала с дисперсностью 60 мкм и менее (например кварцевые пески); а для кремнеземсодержащего материала без предварительного его измельчения (различные пески, гранитный отсев, металлургические шлаки, угольные золы и шлаки ТЭЦ) оно составляет 1-8 часов.

Перемешивание неорганической связки с кремнеземсодержащим компонентом (материалом) при приготовлении связующего осуществляют при 80-90°С, и такая температура поддерживается в течение всего времени приготовления связующего.

Последующее охлаждение приготовленного связующего осуществляют также при постоянном перемешивании при частоте вращения 40 до 100 об/мин, например, с помощью устройства пропеллерного типа или с использованием воздушной аэрации в течение 10-12 часов при температуре окружающей среды 15-25°С. При таких условиях приготовления связующего происходит увеличение плотности связующего. Например, связующее, приготовленное с использованием кварцевого песка в качестве кремнеземсодержащего материала (компонента) и едкого натрия (гидроокиси щелочного металла) в качестве неорганической связки, сначала имеет плотность 1,49 г/см³, а после охлаждения при вышеописанных условиях, плотность его возрастает до 1,57 г/см³. Емкость, используемая для охлаждения связующего, может быть оборудована устройством пеногашения, т.к. при его приготовлении в ряде случаев образуется пена (например при использовании в качестве кремнеземсодержащего компонента отходов производства ферросплавов, искусственного микрокремнезема, металлургических шлаков).

Перемешивание неорганической связки с кремнеземсодержащим компонентом (материалом) при приготовлении связующего, используемого в способе по изобретению, осуществляют в различных смесителях при скорости перемешивания 1500-2500 об/мин и частоте колебаний перемешиваемых частиц 2000-35000 Гц.

Получают связующее с плотностью 1,1-2,1 г/см³, обладающее текучестью воды, высокой смачивающей способностью, некоагулирует при дальнейшем добавлении в него кремнеземсодержащего заполнителя (молотый песок, вермикулит, перлитовый песок и т.д.) согласно способу по изобретению, т.е. происходит его равномерное распределение по всему объему шихты - формовочной массы, что способствует получению высокопрочных изделий.

В способе по изобретению используют заполнитель кремнеземсодержащий с дисперсностью в пределах от 40 Å до 25 мм, в частности песок кварцевый - фракция с дисперсностью 4-50 мкм или фракция с дисперсностью 0,4-2,5 мм, или фракция с дисперсностью 60-120 мкм или их различные смеси.

Для осуществления способа по изобретению используют различные измельчающие устройства и различные перемешивающие устройства, обеспечивающие как предварительное измельчение при необходимости кремнеземсодержащего сырья до необходимого заданного размера, так и эффективное перемешивание исходной смеси при приготовлении неорганического связующего и последующего смешения его с заполнителем.

К числу таких устройств относятся волковые, ударно-центробежные и дисковые мельницы, различные диссольверы, шаровые мельницы, биссерные, смесители принудительного действия, дисковые мешалки, дисково-пропеллерные и дисково-лопостные мешалки, смесители с якорной мешалкой, высокоскоростной роторно-статорный смеситель, планетарные смесители, шнековые, планетарные смесители с трехмерным движением спирально-ленточных рабочих органов, обеспечивающие перемешивание при скорости перемешивания от 1500 об/мин до 2500 об/мин.

Для приготовления строительных изделий данным способом в зависимости от конкретного назначения их в состав шихты (смеси) возможно введение различных пигментов и красителей неорганического и органического происхождения (шелочестойких и светостойких) в сухом виде, например двуокись титана, цинка, железа, феррофосфорные пигменты, мел, охра, крон оранжевый, окись хрома, мумия, сурик железный, марс красный и коричневый, ультрамарин и т.д.

Пигменты вводят также в порошкообразном виде в количестве предпочтительно до 5%.

Ниже приводятся конкретные примеры осуществления способа изготовления строительных изделий по изобретению, которые иллюстрируют способ по изобретению, но не ограничивают его.

Пример 1.

Согласно способу по изобретению сначала приготавливают кремнеземсодержащее связующее на основе смеси, содержащей неорганическую связку, воду, кремнеземсодержащий компонент (материал). В высокоскоростной роторно-статорный смеситель загружают кремнеземсодержащее сырье, например песок, с размером частиц (дисперсностью) от 0,5 до 2,0 мм или из измельчителя (шаровой мельницы) предварительно измельченное кремнеземсодержащее сырье с размером частиц (дисперсностью) от 40 Å до 50 мкм; туда же загружают силикатную связку или гидроксид натрия (в твердом состоянии или в виде раствора) и воду (пресную, морскую или минерализованную). Осуществляют интенсивное перемешивание данной смеси при нагревании до 90°С и при скорости перемешивания по меньшей мере 1500 об/мин и частоте колебаний перемешивающихся частиц 2000-35000 Гц в течение времени, достаточного для достижения необходимой плотности 1,2 г/см³, например в течение 10-30 мин или 1-8 ч. В результате этого смесь подвергается ударно-сдвиговому воздействию (деформации) и получают однородный гомогенный продукт.

Далее приготовленное связующее охлаждают в емкости при постоянном перемешивании при скорости перемешивания 100 об/мин в течение 10 часов при 15-25°С.

Полученное неорганическое связующее имеет плотность после охлаждения 1,35 г/см³. Затем готовят формовочную массу, смешивая в смесителе планетарного типа 9,0 мас.% полученного связующего и 91,0 мас.% кремнеземсодержащего заполнителя, в частности смесь аморфного кремнезема (трепел) с дисперсностью 50 мкм с древесными опилками при содержании их в смеси 5-15 мас.%. Далее осуществляют окончательную гомогенизацию формовочной массы (смеси), осуществляя дальнейшее перемешивание в смесителе, например шнекового типа. Полученная формовочная масса подается на пресс, где непосредственно на поддонах осуществляют полусухое прессование изделий с усилием 2,5-5 кг/см², а далее изделия подвергаются термообработке при 90°С.

Получают терплоизоляционные строительные изделия, имеющие свойства, приведенные в таблице 1.

Таблица 1.
Свойства изделий, полученных способом по изобретению с использованием в качестве заполнителя частично древесных опилок.№№ ппПоказателиЕд. измер.МатериалОпилкиОпилки1.Объем сухого материаласм³4006002.Объемный вес сухого материалакг/м³1001003.Расход связующегомл60604.Расход водымл005.Вес сырьевой смесиг134,5148,26.Нагрузка прессованиякг/см²2,55,07.Температура термообработки°С90908.Время термообработки при максимальной температуремин60609.Объем образца после прессованиясм³176176610.Объем образца после термообработкисм³17617611.Вес образцаг100,6111,112.Прочность при сжатиикг/см²102413.Прочность при изгибекг/см²915,414.Теплопроводностьккал/м·час·град0,0710,08115.Усадка образца после термообработки%0016.Плотность образцакг/м³540610

Пример 2.

Получают изделия с использованием речного намывного песка в качестве заполнителя кремнеземсодержащего и кремнеземсодержащего компонента (материала) при приготовлении неорганического связующего.

Пример осуществления способа по изобретению иллюстрируется с использованием примерной технологической схемы производства (см. чертеж).

Песок доставляют на производство автомобильным или железнодорожным транспортом, что зависит от расстояния его доставки до места производства, объема производства и стоимости перевозки. Разгрузка песка осуществляется в приемный бункер 1, снабженный рыхлителем 2, обеспечивающим разрушение комков, образование которых возможно особенно в зимний период, и равномерную подачу песка на транспортер 3, подающий песок к элеватору 4. Элеватором 4 песок перегружается в приемный бункер 5 на транспортер 6 с системой ножей разгрузки, который обеспечивает равномерное распределение песка по площади склада хранения песка 7. Со склада, оснащенного системой подачи на сушку 8, например грейферным краном, песок подается в сушильный барабан 10 через приемный бункер 9, который обеспечивает равномерность и беспрерывность его поступления в сушильный барабан. В сушильном барабане происходит не только сушка песка, но и выгорают возможные органические включения, например ракушки или водоросли. На выходе из сушильного барабана песок через бункер 11 попадает на систему сит 12, где происходит удаление из песка более крупных фракций, например гальки. Образовавшийся отсев транспортером 13 направляется в отвал. В дальнейшем отсев может быть использован как крупный заполнитель при производстве каких либо изделий, например блоков, в качестве подсыпки на дорогах или использован для других целей. Сухой с влажностью не более 6% отсеянный песок транспортером 14 подается в бункер-накопитель 15 для его хранения и дальнейшего распределения по технологической линии. Через питатель 16 бункера-накопителя 15 песок подается к измельчителю 17, например ударно-центробежной мельнице, в которой происходит его измельчение до необходимой дисперсности с разделением по фракциям в классификаторах, например фракции 10-30 мкм и 60-120 мкм. Мельница снабжена фильтром очистки воздуха, например рукавным. По мере его наполнения песчаной пылью, она используется вместе с фракцией 10-30 мкм для приготовления кремнийсодержащего связующего. Из классификаторов через питатель 20 фракция 10-30 мкм частично подается в отделение приготовления связующего, а питателем 24 в бункер-накопитель измельченного песка 25, отделения приготовления шихты. При использовании двухфракционного измельченного песка 10-30 мкм и 60-120 мкм, как в данном примере, бункер-накопитель с дозатором 25 выполняется двухсекционным. В отделении приготовления связующего измельченный песок хранится на складе сырья 21, который состоит из емкостей для измельченного песка, воды и неорганической связки - едкого натра. Склад может быть выполнен в различных вариантах: в виде единой блочной системы с дозирующим устройством сухих и жидких компонентов и подачи их в смеситель 22 одновременно или в виде отдельных емкостей, снабженных самостоятельными дозаторами и системами подачи компонентов в смеситель 22 приготовления связующего. Смеситель 22 состоит из непосредственно смешивающего устройства, например роторно-пульсационного аппарата, емкости для охлаждения связующего и емкости хранения связующего 27 с дозатором и системой подачи его в смеситель 29 предварительного приготовления сырьевой шихты. При этом емкость охлаждения связующего и бункер для его хранения снабжены устройствами, обеспечивающими постоянное перемешивание связующего, например пропеллерного типа или воздушной аэрацией. Приготовление связующего осуществляется в соответствии с изложенным в данном заявлении способом приготовления кремнеземсодержащего связующего: при скорости перемешивания 1500 об/мин, нагревании до 80°С, частоте колебания перемешиваемых частиц 35000 Гц, охлаждении при перемешивании со скоростью 100 об/мин при 25°С. В отделение приготовления шихты чистый песок через питатель 23 бункера его хранения 15 подается в бункер 26, снабженный дозатором. Из бункеров 25 измельченного песка и 26 чистого песка через дозаторы эти компоненты направляются на транспортер 28, который осуществляет их подачу в смеситель предварительного приготовления шихты 29, например планетарного типа, в котором происходит их перемешивание до получения однородной сухой массы. Затем в смеситель 29 через дозатор и систему подачи бункера 27 подается связующее и происходит его перемешивание с сухими компонентами до получения однородной массы, в которой имеются небольшие комковидные включения. Для получения гомогенного состава шихты из смесителя 29 через бункер-накопитель 30 шихта направляется в смеситель 31 окончательного приготовления, например шнекового типа. Из смесителя 31 готовая гомогенизированная шихта поступает в бункер-накопитель 32. Из бункера 32 готовая шихта подается на пресс 33, снабженный системой ее дозировки и подачи поддонов. Прессование изделий с усилием 200-400 кг/см² осуществляется непосредственно на поддоны, которые транспортером 34 подаются в отделение термообработки, в проходную печь 35, в которой при температуре 750-950°С происходит обжиг изделий без предварительной сушки. В качестве энергоносителя может использоваться газообразное, жидкое топливо, инфракрасное излучение или СВЧ излучение. После обжига поддоны с готовыми изделиями транспортером 36 подаются на пакетировщик 37, где изделия укладываются на поддоны и они направляются на склад готовой продукции 39. Освободившиеся от готовых изделий прессовочные поддоны транспортером 38 возвращаются к прессовому оборудованию.

В таблице 2 представлены варианты осуществления способа по изобретению согласно примеру 2 и свойствам получаемых изделий.

Таблица 2.
Примеры-варианты осуществления способа по примеру 2 и свойства изделий.Наименование компонентов, свойстваСоставы, соотношения, в мас.%123451. Песок кварцевый9189,58886,586,5- Фракция с дисперсностью от 4 до 50 мкм 23,022,020,025,0- Фракция с дисперсностью от 0,4до 2,5 мм9166,555,046,536,5- Фракция с дисперсностью от 60 до 120 мкм  11,020,025,02. Кремнеземсодержащее связующее с ρ=1,5 г/см³ (на основе гидроокиси9,010,512,013,513,5натрия и кварцевого песка)     Усилие прессования, кг/см²200200250300350Условия сушки:200°С----Обжиг отформованных изделий, Т°С900850900850750Время сушки, мин.10----Время обжига, мин.1025302020Свойства изделий:     Предел прочности при сжатии, кг/см²30060090011001150Предел прочности при изгибе, кг/см948586468Водопоглощение, %1411842,5Морозостойкость, циклы2550100150150Кислотостойкость0,950,950,950,950,95

Пример 3.

Осуществляют способ по изобретению с использованием в качестве кремнеземсодержащего компонента при приготовлении неорганического связующего алюмосиликатов.

При осуществлении способа по изобретению с использованием алюмосиликатного материала, алюмосиликатное сырье, например глину с размером частиц (дисперсностью) менее 1 мк, загружают в смеситель с водой (пресной, морской или минерализованной). Осуществляют перемешивание в течение времени, достаточного для получения однородной (гомогенной) водной суспензии, например 5-20 мин, в смесителях со скоростью вращения перемешивающего устройства например от 1500 до 2000 об/мин. Далее в смесь загружают силикатную связку или гидроксид натрия (в твердом или растворимом виде) и осуществляют последующее перемешивание смеси при нагревании до 90°С, скорости перемешивания 1500 об/мин, частоте колебаний перемешиваемых частиц 1500 Гц.

Далее связующее охлаждают при перемешивании со скоростью перемешивания 100 об/мин в течение 10 ч при 15-25°С. Соотношение между неорганической связкой и алюмосиликатным материалом составляет соответственно 13,5 мас% и 86,5 мас.%. Получают связующее с плотностью 1,75 г/см³. Далее аналогично примеру 1 готовят формовочную массу. Формуют изделия и обжигают при 750-950°С. Получают изделия теплоизоляционные с повышенной огнестойкостью, прочностными свойствами, кислотостойкостью.

При производстве теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий технологическая линия, набор необходимого оборудования могут притерпевать небольшие изменения. Например, при производстве изделий из вспученного перлитового песка, отпадает необходимость в организации отделения сушки. Приготовление связующего в смесителях, например роторно-пульсационного типа, с использованием, например, в качестве кремнеземсодержащих компонентов вспученного перлитового песка или гидрослюд, из которых он получается, отпадает необходимость в измельчительном оборудовании. Приготовление формовочной смеси ограничивается одновременным смешением наполнителя, перлитового песка и связующего в смесителе предварительного приготовления шихты. Для обеспечения транспортировочной прочности отформованных изделий при приготовлении шихты возможно введение в нее 1-15 мас.% от объема наполнителя, аморфного кремнезема, например трепела или промышленного микрокремнезема. Усилие формования ограничивается небольшими значениями, например при усилии 1 кг/см² получаются теплоизоляционные изделия с пределом прочности на сжатие до 10 кг/см² и коэффициентом теплопроводности от 0,03 до 0,051 Вт/(м·К), что лучше аналогичных показателей известных минераловатных утеплителей. Температура термообработки ограничивается 400-600°С.

При использовании наполнителей, обладающих свойствами увеличения объема изделий после прессования, например древесные опилки, изделия необходимо выдерживать под нагрузкой в течение 5-15 минут, после этого направлять на термообработку. Поскольку данный наполнитель относится к горючим, то температура обработки ограничивается 90°С, а время термообработки составляет 1-2 часа.

Окрашивание изделий осуществляют, при необходимости, введением в формовочную массу (шихту) или в неорганическое кремнийсодержащее связующее при его приготовлении пигментов, например, оксидного типа или в виде солей щелочных металлов.

Аналогичным образом получают изделия способом по изобретению с использованием в качестве заполнителей других кремнеземсодержащих материалов.

В нижеследующих таблицах 3, 4, и 5 представлены свойства изделий, полученных способом по изобретению с использованием керамзита (таблица 3), перлита (таблица 4) и вермикулита (таблица 5) в качестве кремнеземсодержащих заполнителей.

Использование метода полусухого прессования позволяет быстро переходить к производству от одних изделий к другим путем замены матриц и пуансонов на прессовом оборудовании, регулировки усилия прессования и в необходимых случаях температурного режима обработки. Например, при переходе производства с кирпича на тротуарные изделия или стеновые блоки достаточно заменить матрицу с пуансоном, т.к. состав шихты, усилие прессования и режим термообработки остаются прежними.

При производстве теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий (например, на основе вермикулита и перлитов) данная технология позволяет создать материал с прочностными характеристиками от 5 кг/см² до 40 кг/см² и коэффициентом теплопроводности от 0,030 до 0,051 Вт/(м·К).

Таблица 3.
Свойства теплоизоляционных изделий из керамзита на кремнеземсодержащем связующем№№ ппПоказателиЕд. измер.МатериалКерамзитКерамзит1.Объем сухого материаласм³4005002.Объемный вес сухого материалакг/м³4504503.Расход связующегомл90904.Расход водымл005.Вес сырьевой смесиг2803506.Нагрузка прессованияг/см²100022007.Температура термообработки°C7507508.Время термообработки при максимальной температуремин009.Объем образца после прессованиясм³29629610.Объем образца после термообработкисм³29629611.Вес образцаг207,225912.Прочность при сжатиикг/см²12,819,113.Прочность при изгибекг/см²4,26,514.Теплопроводностьккал/м·час·град0,0680,07915.Усадка образца после термообработки%0016.Плотность образцакг/м³700875

Таблица 4.
Свойства теплоизоляционных изделий из перлита на кремнеземсодержащем связующем№№ ппПоказателиЕд. измер.МатериалПерлитПерлитПерлит1.Объем сухого материаласм³4005006002.Объемный вес сухого материалакг/м³5050503.Расход связующегомл3540354.Расход водымл0005.Вес сырьевой смесиг96,8121145,26.Нагрузка прессованияг/см²10002200100007.Температура термообработки°С7007006008.Время термообработки при максимальной температуремин0009.Объем образца после прессованиясм³96969610.Объем образца после термообработкисм³96969611.Вес образцаг5968,888,512.Прочность при сжатиикг/см²4,911,462,413.Прочность при изгибекг/см²5,29,714,114.Теплопроводностьккал/м·час·град0,0620,0710,07915.Усадка образца после термообработки%00016.Плотность образцакг/м³615717922

Таблица 5.
Свойства теплоизоляционных изделий из вермикулита на кремнеземистом связующем№№ ппПоказателиЕд. измер.Материал вермикулит123451.Объем сухого материаласм³3003504004505002.Объемный вес сухого материалакг/м³1001001001001003.Расход связующегомл30355045504.Расход микрокремнезема промышленногог10152020205.Вес сырьевойсмесиг110,9132,9154,5171,3188,26.Нагрузка прессованияг/см²350380400,6150022007.Температура термообработки°С1501802503003508.Время термообработки при максимальной температуречас112229.Объем образца после прессованиясм³17617617617617610.Объем образца после термообработкисм³17617617617617611.Вес образцаг71,590,9120,6133,2145,312.Прочность при сжатиикг/см²3,75,81024,43813.Прочность при изгибекг/см²1,53,41013,817,414.Теплопроводностьккал/м·час·град0,030,0410,0510,0560,06115.Предел термостойкости°С95095095095095016.Усадка образца после термообработки%0000017Плотностькг/м³349431569643712

Перечень основных технологических участков и входящего в них оборудования.

(указаны на чертеже)

Приемное отделение:

1 приемный бункер

2 рыхлитель

3 транспортер подачи песка

4 элеватор подачи песка

Отделение хранения песка:

5 приемный бункер от элеватора

6 транспортер с системой ножевой разгрузки

7 склад песка

8 система подачи песка на сушку

Отделение сушки песка:

9 приемный бункер сушильного барабана

10 сушильный барабан

11 приемный бункер песка от сушильного барабана

12 сито

13 транспортер уборки отсева

14 транспортер подачи чистого песка в бункер накопитель

15 бункер-накопитель чистого песка

Отделение измельчения песка:

16 питатель песка к измельчителю

17 измельчитель с системой классификаторов и фильтром

18 питатель подачи измельченного песка в бункер накопитель

19 бункер-накопитель измельченного песка

20 питатель подачи измельченного песка в отделение приготовления связующего

Отделение приготовления связующего:

21 склад сырья

22 комплект оборудования приготовления связующего с системой хранения и подачи в отделения приготовления шихты

Отделение приготовления шихты:

23 питатель подачи песка из бункера чистого песка в бункер-накопитель с дозатором отделения приготовления шихты

24 питатель подачи измельченного песка в бункер-накопитель с дозатором отделения приготовления шихты

25 бункер-накопитель измельченного песка с дозатором

26 бункер-накопитель песка с дозатором

27 бункер-накопитель связующего с дозатором и системой его подачи в смеситель

28 транспортер подачи песка и измельченного песка в смеситель

29 смеситель предварительного приготовления шихты

30 бункер-приемник смесителя окончательного приготовления шихты

31 смеситель окончательного приготовления шихты

32 бункер-накопитель готовой шихты

Изобретение относится к производству различных строительных изделий, материалов различного назначения включая такие в частности штучные материалы как кирпич, стеновые блоки, тротуарные изделия, фасадные и половые плитки, так и различные теплоизоляционные и конструкционно-теплоизоляционные изделия в виде плит, блоков, скорлупы, сегментов, обладающих повышенными прочностными и теплоизоляционными свойствами на базе кремнеземсодержащего связующего с использованием дешевого минерального сырья и отходов различных производств. Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение способа, расширение ассортимента получаемых изделий, повышение их прочностных и теплоизоляционных свойств, расширение сырьевой базы, как за счет минерального сырья, так и за счет отходов промышленного производства, удешевление получаемых изделий. Способ включает приготовление кремнеземсодержащего связующего с плотностью 1,1-2,1 г/см³ из смеси, содержащей неорганическую связку, кремнеземсодержащий компонент и воду при их интенсивном перемешивании в высокоскоростном смесителе при скорости их перемешивания 1500-2500 об/мин, частоте колебаний перемешиваемых частиц 2000-35000 Гц, нагревании до 80-90°С и последующем охлаждении его при перемешивании со скоростью от 40 до 100 об/мин в течение 10-12 ч при 15-25°С, приготовление формовочной массы осуществляют смешением 9,0-13,5 мас.% кремнеземсодержащего связующего и 86,5-91,0 мас.% кремнеземсодержащего заполнителя, гомогенизацию этой массы и термообработка отформованных изделий при 400-950°С, а при использовании горючих заполнителей термообработку осуществляют при 90°С. 1 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 табл., 1 ил.

1. Способ изготовления строительных изделий на основе кремнеземсодержащего связующего путем приготовления формовочной массы из кремнеземсодержащего связующего и кремнеземсодержащего заполнителя, формования из полученной формовочной массы изделий и последующей их термообработки, отличающийся тем, что включает приготовление кремнеземсодержащего связующего с плотностью 1,1-2,1 г/см³ из смеси, содержащей неорганическую связку, кремнеземсодержащий компонент и воду при их интенсивном перемешивании в высокоскоростном смесителе при скорости их перемешивания 1500-2500 об/мин, частоте колебаний перемешиваемых частиц 2000-35000 Гц, нагревании до 80-90°С и последующем охлаждении его при перемешивании со скоростью от 40 до 100 об/мин в течение 10-12 ч при 15-25°С, причем в качестве кремнеземсодержащего компонента при приготовлении связующего используют песок кварцевый с влажностью не более 6%, карьерные глины с влажностью более 20%, обожженные глины, суглинки, супеси, лессовые отложения, микрокремнеземы, полученные из отходов производства ферросплавов, отходы камнеобработки, полученные при распиловке или шлифовке, например гранита, или при производстве гранитного щебня, гидрослюду, в частности, используемую при производстве вермикулита или вспученного перлита, приготовление формовочной массы осуществляют смешением 9,0-13,5 мас.% кремнеземсодержащего связующего и 86,5-91,0 мас.% кремнеземсодержащего заполнителя, в качестве которого используют речной песок, морской песок, карьерный песок, гранит, базальт, вермикулит, вспученный перлитовый песок, керамзит, гидрослюду, металлургические шлаки, угольные шлаки и золы, отходы производства керамзита, камня и камнеобработки, смесь аморфного кремнезема с отходами переработки древесины или отходами переработки сельскохозяйственных культур, таких как костра от переработки льна, солома, шелуха подсолнечника, термообработку осуществляют при температуре 400-950°С, а при использовании указанных горючих заполнителей термообработку осуществляют при 90°С.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганической связки при приготовлении связующего используют гидроксид щелочного металла или аммония, силикатную связку, выбранную из группы, включающей гидросиликаты натрия, жидкое стекло, силикат-глыбу, стеклобой, образующийся при производстве или применении стекла, кремнезоли, кремнегели, алюмосиликаты.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего компонента при приготовлении связующего используют кремнеземсодержащий материал с размером частиц 0,5-20,0 мм или от 40 А до 50 мкм.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве воды при приготовлении связующего используют воду пресную, морскую или минерализированную.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют кремнеземсодержащий заполнитель с дисперсностью 4-50 мкм или 60-120 мкм, или 0,4-2,5 мм или их смеси.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют кремнеземсодержащий заполнитель с влажностью не более 10%.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что формование осуществляют путем полусухого прессования с усилием от 1,0 до 400 кг/см на прессе, снабженном системой дозировки подачи поддонов.8. Способ по п.7, отличающийся тем, что полусухое прессование осуществляют непосредственно на поддонах.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что формование изделий осуществляют вибролитьем.