СПОСОБ АКТИВАЦИИ ШИХТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОСТЕКЛА Российский патент 2013 года по МПК C03C11/00 C03B19/08 

Изобретение относится к области стекольной промышленности, в частности к способу активации шихты для производства пеностекла.

В стекольной промышленности при производстве пеностекла известен способ, предусматривающий введение в состав шихты для варки стекла сульфата калия при следующем количественном содержании, мас.%: 55-73,5 SiO₂, 10,0-24,0 Аl₂О₃, 1,6-8,0 Fe₂O₃, 2,0-7,0 CaO, 1,3-5,0 MgO, 2,4-4,0 Na₂O, 1,4-3,0 K₂O, 0,2-0,8 SO₃, 0,1-2,1 TiO₂, 0,3-0,7 MnO [A.c. СССР №759471, С03С 11/00, С03С 4/02, 30.08.1980]. Недостатком этого технического решения является высокая температура варки и кристаллизации стекла.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ получения пеноматериала, заключающийся в том, что для снижения температуры варки и вспенивания стекла в состав стекла, содержащего SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, TiO₂, MnO, SO₃, дополнительно вводят S^2- при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ 43,39-54,99, Al₂O₃ 7,52-9,68, Fe₂O₃ 1,69-1,95, CaO 11,96-22,08, MgO 0,93-1,05, Na₂O 10,43-16,56, К₂О 3,21-3,76, MnO 0,04-0,06, TiO₂ 0,32-0,43, SO₃ 0,21-0,35, S^2- 0,34-0,60 [Нагибин Г.Е., Колосова М.М., Кирко В.И., Мазалова Л.А., Резинкина О.А. Стекло для получения пеноматериала / Патент RU 2235694 С2, 2002.02.27].

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Получение теплоизоляционного пеноматериала возможно только из специально навариваемой стекломассы определенного химического состава, что не позволяет использовать стеклобой листового и тарного стекла. Введение в состав шихты для варки стекла сульфидов и сульфатов позволяет снизить температуру варки и вспенивания только для стекла указанного состава. Это приводит к тому, что управлять процессом пенообразования и влиять на свойства пеностекла практически невозможно, так же как и использовать стекло отличного состава, что существенно снижает область проектирования составов.

Целью предложенного способа является активация шихты для производства пеностекла путем введения в ее состав раствора сульфатов щелочных металлов.

Поставленная цель достигается тем, что способ активации шихты для производства пеностекла заключается в помоле тарного или листового стекла (стеклобоя) и пенообразователя, приготовлении шихты, введении в шихту раствора сульфата щелочного металла (S^2- 0,75-6H), вспенивании и отжиге в печи, причем введение раствора сульфата проводится на стадии смешивания компонентов и приготовления шихты. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что введение раствора сульфата щелочного металла осуществляется на стадии приготовления шихты, причем количество вводимого раствора варьируется в зависимости от химического состава стекла и вида газообразователя в интервале от 5% до 10% (сверх 100%). Химический состав стекла приведен в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав стекла SiO₂ Al₂O₃ RO R₂O Fe₂O₃ С (сажа, уголь) 61,0-73,0 мас.% 0,5-3,0 мас.% 10,0-15,0 мас.% 13,0-17,0 мас.% 0,1-0,3 мас.% 0,6-3,0 мас.%

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна». Известны технические решения [А.с. СССР №759471, С03С 11/00, С03С 4/02, 30.08.1980], в которых сульфаты щелочных металлов вводят в состав шихты на стадии варки стекла, используемого в производстве теплоизоляционного пеноматериала. Однако при введении сульфатов на этой стадии производства не обеспечивается существенное снижение температуры вспенивания, особенно для составов стекол, отличных от предлагаемого, которая достигается в заявляемом техническом решении.

Введение раствора сульфатов щелочных металлов на стадии приготовления шихты для вспенивания позволяет активировать процессы порообразования и роста газовой фазы при вспенивании углеродсодержащих сырьевых смесей для производства теплоизоляционного пеностекла.

Без присутствия сульфата щелочных металлов реакции в углеродсодержащих пенообразующих смесях описываются следующими уравнениями:

С+2Н₂О=СО₂+2Н₂

С+Н₂О=СО+Н₂

СО+Н₂О=СО₂+Н₂

С+СО₂=СО

Если в составе стекла содержится SO₂, то количество реакций увеличивается:

Стекло SO₃+2C=стекло S₂+СО+СО₂

Температурный интервал данных реакций находится в широких пределах. Но процесс вспенивания (процессы порообразования и роста газовой фазы) зависит не только от скорости реакций, но и от вязкости и поверхностного натяжения стекла. При использовании вторичного боя стекла, а именно смеси тарного и листового стекла, следует учитывать разницу в вышеуказанных параметрах.

Введение сульфата щелочных металлов водным раствором на стадии смешивания позволяет снизить пыление смеси, ускорить процесс смешивания и повысить интенсивность выделения газовой фазы в интервале температур 740-865°С. При данных температурах пенообразующая смесь имеет достаточную вязкость и поверхностное натяжение для равномерного образования и развития газообразной фазы пеностекла без разрушения целостности ячеистой структуры.

При наличии в смеси сульфатов щелочных металлов реакции газообразования описываются следующими уравнениями:

Na₂SO₄+2С=Na₂S+2СО₂

Na₂SO₄+2С+SiO_{2(стекло)}=Na₂SiO₃+2CO₂+S

Но так как в данной среде при таких температурах в составе стекла может существовать сорбированная вода, химизм реакций газообразования усложняется и описывается следующими реакциями:

2S+C+2Н₂О=2H₂S+СО₂

S+C+H₂O=H₂S+CO

S+CO+H₂O=H₂S+CO₂

Наличие сероводорода подтверждается запахом при распиловке полученного пеностекла.

Примеры конкретного выполнения.

Предлагаемый способ активации шихты для производства пеностекла реализован следующим образом.

Способ активации шихты наиболее эффективен при производстве пеностекла по порошковой (керамической) технологии, т.е. при использовании смесей тарных и листовых стекол, которые в большей степени находятся в бытовых отходах. Также позволяет компенсировать разность окислительно-восстановительных потенциалов (ОВП) данных стекол в пенообразующей смеси для производства теплоизоляционного стекла.

При смешивании тонкоизмельченного порошка стекла либо при совместном помоле стекла и газообразователя производят добавку 10-20% раствора сульфата натрия (Na₂SO₄) в количестве 5-7% (S^2- 0,75-6Н). При этом раствор сульфата, осаждаясь на частицах стекла и газообразователя, позволяет добиться максимального и равномерного перемешивания пенообразующей смеси, что значительно снижает потери на стадии смешивания и уменьшает ошибку введения необходимого количества газообразователя. Далее процесс изготовления идет по известной технологии. В процессе вспенивания добавка вступает в реакцию с углеродистым газообразователем, что приводит к увеличению окислительного потенциала смеси и ускорению процесса вспенивания. Так при добавке 20%-ного раствора Na₂SO₄ в количестве 5% к смеси листового стекла, разного химического состава, сажи (в количестве 0,6%) было получено в формах (размером 50×50×50 мм.) пеностекло плотностью 200 кг/м³. Температурно-временной режим при этом составил t=880°С и выдержкой 30 мин. Тогда как без добавки с такой же смеси данная плотность достигается при t=900°С и времени выдержки 40 мин.

Данный метод позволяет снизить количество брака при производстве пеностекла и отвечает требованиям по однородности исходного стекла. Регулируя ОВП таким способом, можно контролировать порообразование в пеностекле.

Использование метода возможно на производственных линиях по производству пеностекла, работающих на покупном стеклобое, также позволит заводам, работающим на стеклогрануляте, вводить в состав смеси стеклобой.

Процесс активации шихты может быть реализован на производствах по выпуску пеностекла.

Способ наиболее эффективен при использовании тарных и листовых составов стекол для производства пеностекла.

Использование предлагаемого способа активации шихты для производства пеностекла обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

1. Снижение температуры вспенивания материала и, как следствие, снижение энергоемкости производства.

2. Кроме того, вследствие равномерного распределения раствора сульфатов щелочных металлов по всему объему шихты для вспенивания увеличивается ее реакционная способность.

3. Возможность использования для широкого круга составов.

Изобретение относится к способу активации шихты для производства пеностекла. Технический результат изобретения заключается в активировании процессов порообразования и роста газовой фазы, в снижении температуры вспенивания материала. Исходными компонентами для получения шихты являются предварительно измельченные до необходимой дисперсности материалы - стекло, содержащее SiO₂, Al₂O₃, RO, R₂O, Fe₂O₃, и сажа. На стадии смешивания компонентов проводят активацию шихты для производства пеностекла путем дополнительного введения в состав сырьевых материалов растворов сульфатов щелочных металлов S^2- 0,75-6Н. Концентрация сульфатов щелочных металлов в шихте составляет от 5 до 10 мас.% сверх 100%. Соотношение компонентов в шихте следующее, мас.%: SiO₂ - 61,0-73,0, Al₂O₃ - 0,5-3,0, RO - 10,0-15,0, R₂O - 13,0-17,0, Fe₂O₃ - 0,1-0,3, С - 0,6-3,0, S² - 5,0-10,0. Далее шихту вспенивают и отжигают в печи с целью получения конечного продукта - пеностекла. 1 табл.

Способ активации шихты для производства пеностекла, при котором предварительно измельченные до необходимой дисперсности материалы - стекло, содержащее SiO₂, Al₂O₃, RO, R₂O, Fe₂O₃ и сажа - вспенивают и отжигают в печи, отличающийся тем, что на стадии смешивания компонентов проводят активацию шихты для производства пеностекла путем дополнительного введения в состав сырьевых материалов растворов сульфатов щелочных металлов S^2- 0,75-6Н в зависимости от состава шихты в концентрации от 5 до 10 мас.% сверх 100% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ 61,0-73,0 Al₂O₃ 0,5-3,0 RO 10,0-15,0 R₂O 13,0-17,0 Fe₂O₃ 0,1-0,3 С 0,6-3,0 S² 5,0-10,0