СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОВЕСНОГО КЕРАМИЧЕСКОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННО-КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА "КОНПАЗИТ" Российский патент 2013 года по МПК C04B38/00 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а более конкретно к способам получения легковесного (пористого) керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала из широко распространенного и доступного сырья, содержащего активный кремнезем. Легковесный керамический теплоизоляционный и теплоизоляционно-конструкционный строительный материал «КОНПАЗИТ» может эффективно использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленных установок, для изготовления как крупноразмерных изделий, таких как блоки, в том числе фундаментные, плиты, панели и т.п., так и мелкоразмерных вплоть до насыпных типа керамзит.

Из уровня техники известен строительный материал и способ его получения В.Н. Иваненко "Строительные материалы и изделия из кремнистых пород". - Киев: Будiвельнiк:, 1978, 120 с. Строительный материал получают из исходной смеси, включающей кремнеземсодержащий компонент, щелочной компонент и воду с отношением содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента в диапазоне значений от 0,08 до 0,40, суммарного содержания кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента к содержанию воды в диапазоне значений от 1,6 до 5,3. Полученный материал имеет пористость 63-80 об.%, плотность от 300 до 700 кг/м³, коэффициент теплопроводности от 0,14 до 0,29 Вт/(м°С) и прочность при сжатии от 13 до 50 кгс/см². Способ получения материала заключается в том, что смешивают кремнеземсодержащий компонент, щелочной компонент и воду с получением исходной смеси, в которой отношение содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента находится в диапазоне значений от 0,08 до 0,40 и отношение суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды находится в диапазоне значений от 1,6 до 5,3. Перед смешиванием из кремнеземсодержащего компонента частично удаляют физическую воду (сушат) и затем измельчают до основной фракции менее 0,14 мм. Смесь исходных компонентов перемешивают и получают гомогенную массу, которую выдерживают не менее двух часов для протекания реакций силикатообразования и получения силикатной массы, которой заполняют формы и нагревают до температуры ее вспучивания в диапазоне температур 650-900°С с последующим остыванием до температуры окружающей среды и извлечением из форм строительного материала. Вспучивание силикатной массы обеспечивается за счет паров воды. Пар образуется из воды, получаемой при частичной дегидратации в указанном температурном интервале некоторых видов гидроксидов, содержащихся в силикатной массе. Также в парообразовании участвует физическая вода, находящаяся в силикатной массе. Недостатком этого способа является невысокое качество получаемого материала, проявляющееся в неоднородности пористости и неудовлетворительном сочетании характеристик материала - плотности, прочности при сжатии и коэффициенте теплопроводности.

Известен строительный материал и способ его получения, см. пат. RU, кл. С04В 38/02, №2053984, опубликован 10.02.1996 г. Строительный материал получают из исходной смеси, содержащей кремнеземсодержащий компонент, щелочной компонент, цинкосодержащий компонент и воду с отношением содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента в диапазоне значений от 0,4 до 0,5, суммарного содержания кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента к содержанию воды в диапазоне значений от 0,8 до 2,2. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют трепел, диатомит или опоку, в качестве щелочного компонента - гидроксид натрия, в качестве цинкосодержащей добавки - оксид цинка, сульфат цинка или хлорид цинка, в качестве воды - водопроводную воду. Получаемый материал имеет пористость 78-89 об.%, плотность от 134 до 302 кг/м³, коэффициент теплопроводности от 0,074 до 0,098 Вт/(м°С) и прочность при сжатии от 2 до 10 кгс/см². Способ получения материала заключается в том, что смешивают кремнеземсодержащий компонент, щелочной компонент, цинкосодержащий компонент и воду с получением исходной смеси, в которой отношение содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента находится в диапазоне значений от 0,4 до 0,5 и отношение суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды находится в диапазоне значений от 0,8 до 2,2. Указанную смесь перемешивают до получения гомогенной массы, в которой происходят реакции силикатообразования с получением силикатной массы. Полученной силикатной массой заполняют формы, нагревают ее до температуры 350-400°С, при которой наблюдается вспучивание массы, с последующим остыванием до температуры окружающей среды и извлечением из форм готового строительного материала. Вспучивание силикатной массы обеспечивается за счет паров воды. Пар образуется из воды, получаемой при частичной дегидратации в указанном температурном интервале некоторых видов гидроксидов, содержащихся в силикатной массе. Также в парообразовании участвует физическая вода, находящаяся в силикатной массе. Недостатком известного способа является невысокое качество получаемого материала, проявляющееся в неоднородности пористости и неудовлетворительном сочетании характеристик материала - плотности, прочности при сжатии и коэффициента теплопроводности. Названный недостаток объясняется тем, что в способе в процессе парообразования участвуют физическая вода и химически связанная вода некоторых видов гидроксидов, дегидратирующихся при температуре вспучивания. Другой фактор, объясняющий низкое качество получаемого материала, состоит в том, что вспучиванию подвергают силикатную массу высокой влажности, отношение суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды находится в диапазоне значений от 0,8 до 2,2, создающей условия для агрегирования частиц массы, что приводит к образованию пустот, крупных пор и сообщающихся (открытых) пор.

Известен способ получения строительного материала, включающий смешение кремнеземсодержащего компонента, щелочного компонента и воды при отношении содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента от 0,08 до 0,40 и отношении суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды до 5,3 с получением гомогенной силикатной массы, заполнение ею формы и нагрев до температуры вспучивания силикатной массы с последующим остыванием до температуры окружающей среды и извлечением из формы готового строительного материала, полученную силикатную массу подвергают перед заполнением формы температурному воздействию до остаточной влажности менее 5 мас.%, измельчению до размера частиц не более 100 мкм, обеспечивающего при вспучивании размер пор менее 3 мм, после заполнения формы - нагреву до 600°C с частичной дегидратацией указанной массы, затем нагреву до температуры вспучивания, находящейся в интервале от 650 до 900°С, а остыванию - с постепенным снижением температуры по режиму: до 580°С со скоростью не выше 2°С/мин, до 250°С - не выше 8°С/мин, до 20°С - не выше 1,5°С/мин. Причем отношение суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды составляет, по меньшей мере, 0,8, указанное измельчение осуществляют до размера частиц менее 80 мкм, нагрев до 600°С осуществляют в диапазонах температур до 165°С, от 165 до 220°С, от 230 до 350°С, от 450 до 600°С в любой их последовательности, частичную дегидратацию указанной массы осуществляют за счет дегидратации гидроксидов железа и алюминия, содержащихся в силикатной массе, вспучивание осуществляют за счет окончательного удаления химически связанной воды, см. пат. RU, кл. С04В 28/24, №2300506, опубликован 10.06.2007 г. Способ характеризуется улучшением эксплуатационных характеристик получаемого строительного материала на основе доступных широко распространенных кремнистых пород. Данное известное техническое решение принято в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог.

Недостатком прототипа является невозможность практического осуществления способа в реальных условиях на имеющемся в настоящее время технологическом оборудовании, большие затраты энергоресурсов, высокая себестоимость готовой продукции и сложные санитарно-гигиенические условия осуществления способа:

- при соотношении содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента 0,4 и отношении суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды, по меньшей мере, 0,8, содержание щелочного компонента в сырьевой смеси составит 29%, а ее влажность составит 55,5%. В этих условиях уже в течение 1 минуты сырьевая смесь превращается в вязкую и липкую массу, которая моментально налипает на стенки и лопасти мешалок, после чего очистить мешалку любого типа практически невозможно;

- как показывают расчеты, для высушивания сырьевой смеси от влажности 55,5% до остаточной влажности 5%, при которой размолотый порошок засыпается в формы, потребуется затратить 156 м³ природного газа на 1 т порошка. При плотности получаемого материала 400 кг/м³ и цене природного газа 3 руб/м³ в себестоимости готовой продукции только сушка порошка составит 187 руб/м³;

- при содержании в шихте щелочного компонента (NaOH) 29% и его рыночной оптовой цене 30 руб/кг при плотности готового материала 400 кг/м³ в себестоимости готовой продукции этот компонент составит 3480 руб м³. Таким образом, только по двум статьям расхода себестоимость готовой продукции составит 3667 руб/м³ готовой продукции;

- в описании прототипа приведен пример 1, по которому влажность сырьевой смеси составила 45,5%, а содержание NaOH 29%. При такой влажности сырьевой смеси и содержании в ней 29% NaOH также будет происходить засиликачивание мешалок. Кроме того, дробление и последующий помол высушенной до 1%-ной влажности смеси вызовет беспредельную запыленность производственных помещений щелочесодержащими частицами, что, несомненно, создаст невыносимые санитарно-гигиенические условия для работающих;

- продолжительность обжига с учетом только изотермических выдержек составила 46 часов, а с учетом и подъема температур между изотермическими выдержками общая продолжительность обжига в обжигательной печи составит не менее 80 часов без учета времени на охлаждение изделий в печи. Для сравнения следует отметить, что при обжиге керамического кирпича продолжительность обжига изделий без учета их охлаждения в обжигательной печи составляет не более 30 часов, при этом длина туннельных печей составляет 120-150 м. Таким образом, для реализации на практике этого способа получения строительного материала длина туннельной печи составит не менее 300 м. Печей такой протяженности пока не существует. Кроме того, в практических условиях представляется сомнительной организация представленного режима обжига изделий в обжигательной печи.

Указанные недостатки прототипа существенно усложняют технологический процесс производства строительного материала.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в обеспечении возможности производства легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала «КОНПАЗИТ» с повышенными прочностными характеристиками в готовых изделиях на существующем в настоящее время технологическом оборудовании. В конечном итоге указанный технический результат позволяет снизить расход топливно-энергетических ресурсов и себестоимость готовой продукции, улучшить санитарно-гигиенические условия производства.

В разработанном способе получения легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала «КОНПАЗИТ» максимально сохранены все положительные свойства прототипа, наиболее важным из которых является использование доступных широко распространенных кремнистых пород.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала «КОНПАЗИТ», включающий смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, предварительный обжиг гранулированной сырьевой смеси, помол обожженных гранул и обжиг размолотого порошка в металлических формах, отличается от прототипа тем, что предварительно осуществляют обработку кремнеземсодержащего компонента на камневыделительных вальцах для удаления труднодробимых включений и активации кремнезема, в устройстве сушки для достижения влажности 18-24% и в устройстве измельчения для достижения максимальной крупности частиц 3 мм в качестве кремнеземсодержащего компонента используют диатомит или трепел и/или опоку, содержащие активный кремнезем (МСАК), а в качестве щелочного компонента - смесь 46% водного раствора каустической соды и вспененный водный раствор кальцинированной соды в соотношении 1,0-1,1/0,5-1,3. Смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента осуществляют в смесителе периодического действия с обеспечением содержания массовой доли в сухой сырьевой смеси каустической соды 6-12% и кальцинированной соды 6-10%. Гомогенизацию сырьевой смеси осуществляют путем обработки в шнековом прессе с фильтрующей решеткой с размером ячеек 10-25 мм. Предварительный обжиг гранулированной сырьевой смеси осуществляют при температуре 550-650°С во вращающейся печи, обжиг размолотого порошка осуществляют в металлических формах в печи путем подъема температуры до 650°С со скоростью 100-120°С/час, а до максимальной 680-800°С со скоростью 15-25°С/час с последующей изотермической выдержкой при максимальной температуре в течение 1-3 часов, охлаждение от максимальной температуры до 600°С осуществляют со скоростью 30-50°С/час и от 600 до 50°С со скоростью 50-60°С/час.

Согласно способу преимущественно при смешении кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента кальцинированную соду в сырьевую смесь вводят в виде вспененной в 1,0-1,5% водном растворе пенообразователя массы, при этом в качестве пенообразователя используют моющее средство. Оптимальным с точки зрения достижения указанного технического результата является осуществление помола обожженных гранул в стержневом смесителе или в шаровой мельнице с предварительным увлажнением обожженных гранул до влажности 5-7%.

Техническое решение, характеризующееся описанной совокупностью существенных признаков, является новым, промышленно применимым и обладает изобретательским уровнем.

Разработанный способ получения легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала «КОНПАЗИТ» основан на свойствах природных сырьевых материалов, содержащих активный кремнезем (МСАК), таких как трепел, диатомит или опока, заключающихся в активном выделении газообразных продуктов из МСАК при обжиге в диапазоне температур 680-800°С и за счет разложения кальцинированной соды (Nа₂СО₃) с выделением углекислого газа (СO₂) в присутствии каустической соды (NaOH). При этом каустическая сода (NaOH) выступает в роли катализатора плавления и разложения кальцинированной соды (Nа₂СО₃), а вспучивание сырьевой смеси обеспечивается в основном за счет выделения углекислого газа, а не паров воды. Кроме того, введение кальцинированной соды в сырьевую смесь в виде вспененной массы позволяет на выходе из смесителя получить улучшенную однородную структуру сырьевой смеси. Разработанный технологический процесс является универсальным, поскольку позволяет осуществлять производство как формованных разногабаритных изделий, так и насыпных материалов с условной формой гранул, таких как керамзит.

Изготовление пористого керамического теплоизоляционно-конструкционного строительного материала из кремнеземсодержащего сырья является технологическим процессом, оказывающим ощутимую нагрузку на экологию в силу применения порошкообразных материалов, склонных к образованию взвеси мельчайших частиц в атмосфере. В этой связи к указанным производствам предъявляются повышенные жесткие санитарно-гигиенические требования. В соответствии с изобретением указанная проблема решается путем оптимизации степени влажности как исходных компонентов, так и сырьевой смеси в процессе ее переработки. Материалы, склонные к пылеобразованию в процессе обращения с ними, согласно способу увлажняют до степени, когда они утрачивают летучесть вплоть до превращения их в водные растворы, так, например, каустическую соду и кальцинированную соду вводят в смеситель в виде водных растворов, поскольку в порошкообразном виде они просто опасны.

Техническое решение иллюстрировано чертежом.

На чертеже представлена принципиальная технологическая схема производства керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала «КОНПАЗИТ» мощностью до 100 тыс. м³ в год с указанием типа и наименования технологического оборудования, существующего в настоящее время и реализуемого в виде производственной линии непрерывного действия.

В соответствии с представленной технологической схемой производство керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала «КОНПАЗИТ» осуществляется следующим образом.

Исходный кремнеземсодержащий компонент, а именно природные сырьевые материалы: диатомит, или трепел, или опоку, или смесь трепела с опокой, содержащие активный кремнезем (МСАК), со склада или непосредственно из карьера посредством грейферного крана загружается в питатель или питатели МА4-003 ИПД21, откуда посредством ленточного конвейера поступает на предварительную обработку, осуществляемую посредством камневыделительных вальцов ВК-1 для удаления труднодробимых включений. Предварительная обработка кремнеземсодержащего компонента на камневыделительных вальцах позволяет существенно интенсифицировать в нем активный кремнезем. Подготовленный таким образом МСАК подсушивается в сушильном барабане или мельнице-сушилке до остаточной влажности 18-24%, обрабатывается в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 3 мм, а затем посредством весового дозатора загружается в смеситель периодического действия. Одновременно в смеситель периодического действия посредством параллельных независимых ниток линии, состоящих, соответственно, из приемного бункера каустической соды (NaOH) и приемного бункера кальцинированной соды (Nа₂СО₃), снабженных шнековыми конвейерами и весовыми дозаторами, загружают щелочной компонент, состоящий из каустической соды и кальцинированной соды в соотношении 1,0-1,1/0,5-1,0. При этом каустическя сода (NaOH) вводится из соответствующей емкости через весовой дозатор в смеситель периодического действия в виде 46% водного раствора. Параллельно, кальцинированная сода (Nа₂СО₃) из расходного бункера через соответствующий весовой дозатор подается в смеситель-пенообразователь, туда же одновременно подается вода и пенообразователь, например моющее средство типа «Fairy». Вспенивание кальцинированной соды (Nа₂СО₃) таким образом осуществляют в смесителе-пенообразователе в 1,0-1,5% водном растворе пенообразователя, а затем вводят в смеситель периодического действия. Соотношение каустической и кальцинированной соды в щелочном компоненте зависит от содержания активного кремнезема в исходном МСАК. Немаловажное значение имеет и тот факт, что рыночная стоимость кальцинированной соды в 2 раза ниже стоимости каустической соды. Смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента осуществляют в течение 3-5 минут с обеспечением содержания массовой доли в обожженном материале каустической соды (NaOH) 6-12% и кальцинированной соды (Na₂CO₃) 6-10%. Содержание в сырьевой смеси каустической соды не более 12% и влажности сырьевой смеси до 35% обеспечивает ее достаточную сыпучесть и исключает налипание на механизмы смесителя.

Полученную готовую сырьевую смесь выгружают из смесителя и посредством питателя УМАТП-22 отправляют на гомогенизацию в шнековый пресс-гранулятор (СМК-506), обеспечивающий в непрерывном цикле высокую производительность и стабильные гранулометрические параметры материала. Существующее шнекпрессовое оборудование оснащается фильтрующей решеткой с размером ячеек 10-25 мм.

Для сокращения продолжительности обжига изделий в формах, обеспечения размалываемости материала в порошок до размера частиц менее 0,1 мм полученную в шнековом прессе гранулированную сырьевую смесь отправляют посредством ленточного конвейера на предварительный обжиг во вращающуюся печь длиной 40-60 м при температуре 550-650°С. После охлаждения в барабанном холодильнике осуществляется окончательная гомогенизация и помол гранул для получения порошка с максимальным размером частиц менее 0,1 мм в стержневом смесителе СК-09 или в шаровой мельнице (см. книгу «Керамические стеновые материалы: оптимизация их физико-технических свойств и технологических параметров производства», В.А.Кондратенко, Москва, Композит, 2005 г., стр.120, 356-357). Для исключения пыления и улучшения размалываемости в стержневом смесителе или в шаровой мельнице обожженные гранулы увлажняют до влажности 5-7%. При влажности 5-7-% сырьевых шихт, содержащих МСАК и щелочесодержащие компоненты, стержневые смесители и шаровые мельницы работают стабильно, при этом исключается пыление в производственном помещении и улучшаются санитарно-гигиенические условия производства.

Полученным размолотым порошком заполняют металлические формы изделий, при этом форма и размеры изделий могут быть самыми разнообразными от простых с размером несколько сантиметров до сложных, с размером в несколько метров. Формы отправляют на обжиг в туннельную печь, где нагревают до температуры 680-800°С, при которой происходит вспучивание. Подъем температуры в туннельной печи осуществляют до 650°С со скоростью 100-120°С/час, подъема температуры от 650°С до максимальной (680-800°С) со скоростью 15-25°С/час.

Затем в туннельной печи последовательно осуществляют изотермическую выдержку при максимальной температуре в течение 1-3 часов, охлаждение от максимальной температуры до 600°С со скоростью 30-50°С/час и от 600 до 50°С со скоростью 50-60°С/час. Современные туннельные печи обладают определенной температурной инерционностью и точностью контроля температуры, исходя из которых и определены температурные режимы обжига. После обжига формы обжигаемых изделий вынимают из печи, остужают до температуры окружающей среды, посредством электропередаточной тележки передают на пост расформовки изделий, где готовый материал извлекают из форм и отправляют на склад готовой продукции.

Таким образом, все отличительные от прототипа признаки способа получения легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала «КОНПАЗИТ» как общие, так и частные, направлены на получение технического результата, а именно обеспечение возможности производства на существующем в настоящее время технологическом оборудовании с обеспечением хороших санитарно-гигиенических условий производства.

Возможность реализации способа получения легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала подтверждается следующими примерами.

Пример 1

В качестве кремнеземсодержащего компонента взят трепел Дабужского месторождения Калужской области, химический состав которого представлен в таблице 1.

Трепел с карьерной влажностью 42% обрабатывали на камневыделительных вальцах. Подготовленный таким образом МСАК подсушивали до остаточной влажности 18-24%, обрабатывали в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 3 мм, а затем посредством весового дозатора загружали в смеситель периодического действия. Одновременно в смеситель периодического загружали щелочной компонент, состоящий из каустической соды (NaOH) и кальцинированной соды (Nа₂СО₃). При этом щелочь (NaOH) вводилась в виде 46%-ного раствора, а сода (Nа₂СО₃) - в виде вспененной с пенообразователем массы. Содержание щелочи (NaOH) в сырьевой смеси в пересчете на обожженную продукцию составляло 12%, а соды (Nа₂СО₃) 10%. Влажность сырьевой смеси составляла 30,5%. При этом она имела достаточную сыпучесть и не налипала на механизмы мешалки. Предварительно перемешанную сырьевую смесь извлекали из мешалки и с целью ее гомогенизации обрабатывали в шнековом прессе с фильтрующей решеткой. При обработке смеси в шнековом прессе выходящие из пресса гранулы имели хорошую однородность. Гранулы обжигали при температуре 600°С, увлажняли до 5% и затем размалывали до основной фракции менее 0,1 мм в шаровой мельнице. Измельченными частицами силикатной массы заполнили прямоугольную металлическую форму размерами 250×120×65 мм и поместили в муфельную печь. Силикатную массу нагрели до 650°С в течение 4 часов, затем температуру в печи подняли до 680°С в течение 6 часов и температуру в печи выдержали при 680°С в течение 1 часа. Затем отключили нагревательный элемент печи и дали материалу в течение 10 часов охладиться естественным образом в закрытой печи до температуры 50°С, после чего вспучившийся образец был извлечен из формы.

Охлажденный образец полученного строительного материала размером 250×120×65 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор до 3 мм. Плотность 150 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,055 Вт/м°С, прочность при сжатии 18 кгс/см². Полученный легковесный керамический строительный материал относится к теплоизоляционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленных установок, аппаратуры, холодильников, трубопроводов и транспортных средств, в том числе для изготовления как мелкоразмерных, так и крупноразмерных изделий, таких как блоки, плиты, панели и т.п.

Пример 2

Сырьевая смесь приготовлена из тех же компонентов, что и в примере 1. МСАК с карьерной влажностью 40% обрабатывали на камневыделительных вальцах. Подготовленный таким образом МСАК подсушивали до остаточной влажности 20%, обрабатывали в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 3 мм, а затем загружали в смеситель периодического действия. Одновременно в смеситель загружали щелочной компонент, состоящий из каустической соды и кальцинированной соды. При этом щелочь (NaOH) вводилась в виде 46%-ного раствора, а сода (Nа₂СО₃) - в виде вспененной с пенообразователем массы. Содержание щелочи (NaOH) в сырьевой смеси в пересчете на обожженную продукцию составляло 10%, а соды (Nа₂СО₃) 8%. Влажность сырьевой смеси составляла до 31,5%. При этом она имела достаточную сыпучесть и не налипала на механизмы мешалки. Предварительно перемешанную сырьевую смесь извлекали из мешалки и с целью ее гомогенизации обрабатывали в шнековом прессе с фильтрующей решеткой. При обработке смеси в шнековом прессе выходящие из пресса гранулы имели хорошую однородность. Гранулы обжигали при температуре 650°С, увлажняли до 6% и затем размалывали до основной фракции менее 0,1 мм в шаровой мельнице. Измельченными частицами силикатной массы заполнили прямоугольную металлическую форму размерами 200×200×400 мм и поместили в муфельную печь. Силикатную массу нагрели до 650°С в течение 3 часов, затем температуру в печи подняли до 720°С в течение 5 часов и температуру в печи выдержали при 720°С в течение 2 часов. Затем отключили нагревательный элемент печи и дали материалу в течение 10 часов охладиться естественным образом в закрытой печи до температуры 50°С, после чего вспучившийся образец был извлечен из формы.

Охлажденный образец полученного строительного материала размером 200×200×400 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор до 2 мм. Плотность 350 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,086 Вт/м°С, прочность при сжатии 46 кгс/см². Полученный легковесный материал относится к теплоизоляционно-конструкционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленных установок, в том числе для изготовления как мелкоразмерных, так и крупноразмерных изделий, таких как блоки, панели и т.п.

Пример 3

Сырьевая смесь приготовлена из тех же компонентов, что и в примере 1. МСАК с карьерной влажностью 39% обрабатывали на камневыделительных вальцах. Подготовленный таким образом МСАК подсушивали до остаточной влажности 24%, обрабатывали в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 2 мм, а затем загружали в смеситель периодического действия. Одновременно в смеситель загружали щелочной компонент, состоящий из каустической соды и кальцинированной соды. При этом щелочь (NaOH) вводилась в виде 46%-ного раствора, а сода (Nа₂СО₃) - в виде вспененной с пенообразователем массы. Содержание щелочи (NaOH) в сырьевой смеси в пересчете на сухую массу составляло 10%, а соды (Nа₂СО₃) 6%. Влажность сырьевой смеси составляла до 29,5%. При этом она имела достаточную сыпучесть и не налипала на механизмы мешалки. Предварительно перемешанную сырьевую смесь извлекали из мешалки и с целью ее гомогенизации обрабатывали в шнековом прессе с фильтрующей решеткой. При обработке смеси в шнековом прессе выходящие из пресса гранулы имели хорошую однородность. Гранулы обжигали при температуре 630°С, увлажняли до 5% и затем размалывали до основной фракции менее 0,1 мм в стержневом смесителе. Измельченными частицами силикатной массы заполнили металлическую форму размерами 1500×3000×300 мм и поместили печь. Силикатную массу нагрели до 650°С в течение 8 часов, затем температуру в печи подняли до 740°С в течение 8 часов и температуру в печи выдержали при 740°С в течение 3 часов. Затем отключили нагревательный элемент печи и дали материалу в течение 12 часов охладиться естественным образом в закрытой печи до температуры 50°С, после чего вспучившийся образец панели был извлечен из формы.

Охлажденный образец полученного строительного материала размером 1500×3000×300 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор до 2 мм. Плотность 405 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,091 Вт/м°С, прочность при сжатии 56 кгс/см². Полученный легковесный материал относится к теплоизоляционно-конструкционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленных установок, в том числе для изготовления как мелкоразмерных, так и крупноразмерных изделий, таких как блоки, плиты, панели и т.п.

Пример 4

В качестве кремнеземсодержащего компонента взят диатомит Потанинского месторождения, химический состав которого представлен в таблице 2.

Диатомит с влажностью 43% обрабатывали на камневыделительных вальцах. Подготовленный таким образом МСАК подсушивали до остаточной влажности 23%, обрабатывали в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 2 мм, а затем загружали в смеситель периодического действия. Одновременно в смеситель загружали щелочной компонент, состоящий из каустической соды и кальцинированной соды. При этом щелочь (NaOH) вводилась в виде 46%-ного раствора, а сода (Nа₂СО₃) - в виде вспененной с пенообразователем массы. Содержание щелочи (NaOH) в сырьевой смеси в пересчете на сухую массу составляло 8%, соды (Nа₂СО₃) также 8%. Влажность сырьевой смеси составляла до 30,5%. При этом она имела достаточную сыпучесть и не налипала на механизмы мешалки. Предварительно перемешанную сырьевую смесь извлекали из мешалки и с целью ее гомогенизации обрабатывали в шнековом прессе с фильтрующей решеткой. При обработке смеси в шнековом прессе выходящие из пресса гранулы имели хорошую однородность. Гранулы обжигали при температуре 650°С, увлажняли до 7% и затем размалывали до основной фракции менее менее 0,1 мм в стержневом смесителе. Измельченными частицами силикатной массы заполнили металлическую форму размерами 200×200×400 мм и поместили печь. Силикатную массу нагрели до 650°С в течение 5 часов, затем температуру в печи подняли до 760°С в течение 7 часов и температуру в печи выдержали при 760°С в течение 2 часов. Затем отключили нагревательный элемент печи и дали материалу в течение 10 часов охладиться естественным образом в закрытой печи до температуры 50°С, после чего вспучившийся образец панели был извлечен из формы.

Охлажденный образец полученного строительного материала размером 200×200×400 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор до 1 мм. Плотность 465 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,107 Вт/м°С, прочность при сжатии 78 кгс/см². Полученный легковесный материал относится к теплоизоляционно-конструкционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленных установок, в том числе для изготовления как мелкоразмерных, так и крупноразмерных изделий, таких как блоки, плиты, панели и т.п.

Пример 5

В качестве кремнеземсодержащего компонента взята трепельно-опочная порода Фокинского месторождения химический состав которой представлен в таблице 3.

Трепельно-опочную породу с влажностью 34% обрабатывали на камневыделительных вальцах, Подготовленный таким образом МСАК подсушивали до остаточной влажности 18%, обрабатывали в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 2 мм, а затем загружали в смеситель периодического действия. Одновременно в смеситель загружали щелочной компонент, состоящий из каустической соды и кальцинированной соды. При этом щелочь (NaOH) вводилась в виде 46%-ного раствора, а сода (Na₂CO₃) - в виде вспененной с пенообразователем массы. Содержание щелочи (NaOH) в сырьевой смеси в пересчете на сухую массу составляло 6%, а соды (Na₂CO₃) 8%. Влажность сырьевой смеси составляла до 28,5%. При этом она имела достаточную сыпучесть и не налипала на механизмы мешалки. Предварительно перемешанную сырьевую смесь извлекали из мешалки и с целью ее гомогенизации обрабатывали в шнековом прессе с фильтрующей решеткой. При обработке смеси в шнековом прессе выходящие из пресса гранулы имели хорошую однородность. Гранулы обжигали при температуре 600°С, увлажняли до 6% и затем размалывали до основной фракции менее 0,1 мм в стержневом смесителе. Измельченными частицами силикатной массы заполнили металлическую форму размерами 250×120×88 мм и поместили печь. Силикатную массу нагрели до 650°С в течение 4 часов, затем температуру в печи подняли до 800°С в течение 8 часов и температуру в печи выдержали при 800°С в течение первого часа. Затем отключили нагревательный элемент печи и дали материалу в течение 12 часов охладиться естественным образом в закрытой печи до температуры 50°С, после чего вспучившийся образец панели был извлечен из формы.

Охлажденный образец полученного строительного материала размером 250×120×88 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор до 1 мм. Плотность 635 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,135 Вт/м°С, прочность при сжатии 168 кгс/см². Полученный легковесный материал относится к теплоизоляционно-конструкционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленных установок, в том числе для изготовления как мелкоразмерных, так и крупноразмерных изделий, таких как блоки, в том числе фундаментные, плиты, панели и т.п.

Описанные выше примеры осуществления способа не являются исчерпывающими и приведены только с целью пояснения изобретения и подтверждения его промышленной применимости.

Достоинством изобретения является возможность изготовления с использованием описанного способа на выпускаемом и реально функционирующем в настоящее время технологическом оборудовании из доступного сырья, легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала «КОНПАЗИТ», имеющего пониженную плотность, низкую теплопроводность и высокую прочность при сжатии, а также низкую себестоимость с достижением хороших санитарно-гигиенических условий производства.

Изобретение относится к способам получения легковесного пористого керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала «КОНПАЗИТ». Техническим результатом является снижение расходов топливно-энергетических ресурсов и себестоимости готовой продукции, улучшение санитарно-гигиенических условий производства. Способ включает предварительную обработку кремнеземсодержащего компонента дроблением, сушку до влажности 18-24% и измельчение до максимальной крупности частиц 3 мм. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют диатомит или трепел и/или опоку, содержащие активный кремнезем, а в качестве щелочного компонента - смесь 46% водного раствора каустической соды и вспененный водный раствор кальцинированной соды в соотношении 1,0-1,1/0,5-1,3. Смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента осуществляют в смесителе периодического действия. Приведены режимы предварительного и основного обжигов исходной сырьевой смеси при температуре 550-650°С во вращающейся печи, обжиг размолотого порошка осуществляют в металлических формах в печи путем подъема температуры до 650°С со скоростью 100-120°С/час, а до максимальной 680-800°С со скоростью 15-25°С/час с последующей изотермической выдержкой при максимальной температуре в течение 1-3 часов, охлаждение от максимальной температуры до 600°С осуществляют со скоростью 30-50°С/час и от 600 до 50°С со скоростью 50-60°С/час. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 5 пр.

1. Способ получения легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала, включающий смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, предварительный обжиг гранулированной сырьевой смеси, помол обожженных гранул и обжиг размолотого порошка в металлических формах, отличающийся тем, что предварительно осуществляют обработку кремнеземсодержащего компонента на камневыделительных вальцах для удаления труднодробимых включений и активации кремнезема, в устройстве сушки для достижения влажности 18-24% и в устройстве измельчения для достижения максимальной крупности частиц 3 мм, в качестве кремнеземсодержащего компонента используют диатомит или трепел и/или опоку, содержащие активный кремнезем, а в качестве щелочного компонента - смесь 46%-ного водного раствора каустической соды и вспененный водный раствор кальцинированной соды в соотношении 1,0-1,1/0,5-1,3, смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента осуществляют в смесителе периодического действия с обеспечением содержания массовой доли в сухой сырьевой смеси каустической соды 6-12% и кальцинированной соды 6-10%, гомогенизацию сырьевой смеси осуществляют путем обработки в шнековом прессе с фильтрующей решеткой с размером ячеек 10-25 мм, предварительный обжиг гранулированной сырьевой смеси осуществляют при температуре 550-650°С во вращающейся печи, обжиг размолотого порошка осуществляют в металлических формах в печи путем подъема температуры до 650°С со скоростью 100-120°С/ч, а до максимальной 680-800°С со скоростью 15-25°С/ч с последующей изотермической выдержкой при максимальной температуре в течение 1-3 ч, охлаждение от максимальной температуры до 600°С осуществляют со скоростью 30-50°С/ч и от 600 до 50°С со скоростью 50-60°С/ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кальцинированную соду в сырьевую смесь вводят в виде вспененной в 1,0-1,5%-ном водном растворе пенообразователя массы.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве пенообразователя используют моющее средство.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что помол обожженных гранул осуществляют в стержневом смесителе или в шаровой мельнице с предварительным увлажнением обожженных гранул до влажности 5-7%.