СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМЗИТА Российский патент 2014 года по МПК C04B14/12 C04B33/13 C04B38/06 

Изобретение относится к области утилизации отходов теплоэнергетики, а также к области получения строительных материалов, в частности керамзитового гравия, и может быть использовано в промышленном, гражданском и дорожном строительстве, в том числе для применения:

- в теплоизоляционных слоях, засыпках, конструкциях;

- в составе легких бетонов в качестве пористого заполнителя;

- в составе изоляционных слоев и стяжки полов в помещениях;

- в дорожных конструкциях.

Известен стандартный состав шихты для производства керамзитового гравия, включающий легкоплавкую глину, в том числе с использованием пород на основе минерала монтмориллонита, вспучивание гранул глинистого сырья происходит при нагреве до температуры 1000-1200°С (Воробьев В.А. Строительные материалы. Учебник для инженеров-строителей).

Основные показатели керамзитового гравия главным образом зависят от состава сырьевой смеси. Качество данной продукции может быть улучшено за счет вводимых добавок в исходный состав глиняной шихты, которые, как правило, являются активаторами физико-химических процессов образования строительного материала.

Известен состав сырьевой смеси для изготовления керамзита, содержащей, масс.%: глинистое сырье 74,0-80,0%; барду винно-коньячного производства 1,5-2,5; нефелиновый шлам 10,0-15,0; известь 5,0-8,0; гипс 1,5-2,5 (RU2334708 Сырьевая смесь для изготовления керамзита). Технический результат - повышение прочности керамзита.

Наиболее близким к заявляемому техническим решением является смесь для производства керамзитового гравия, включающая, масс.%: монтмориллонитовую глину 38,0-46,0; уголь 2,0-3,0; доломит 48,0-54,0; водный раствор натриевых солей органических карбоновых кислот 1,0-2,0; технический глинозем 2,0-4,0 (RU2334727 Шихта для производства пористого заполнителя).

Недостатками вышеуказанных смесей является высокая материалоемкость получаемых изделий и температура обжига, повышающая энергоемкость производства, и высокая плотность керамзита, снижающая теплоизоляционные свойства.

Наиболее перспективным и экономически оправданным путем устранения недостатков является применение производственного отхода - шлама химводоочистки (ШХВО) теплоэлектроцентралей в качестве активного заполнителя и вспучивающей добавки в производстве керамзита.

Задача изобретения состоит в снижении материалоемкости и энергоемкости производства, в повышении теплоизоляционных свойств за счет снижения плотностных характеристик при стабильной прочности керамзита, и в увеличении объемов утилизации техногенных крупнотоннажных отходов энергетического комплекса - шламов химводоочистки ТЭЦ (ШХВО).

Задача решается тем, что в состав сырьевой смеси, содержащей, масс.%: монтмориллонитовую глину - 52-75; технический глинозем - 2-3, дополнительно вводят каолинитовую глину - 15-23, известняк - 1,0-2, шлам химводоочистки теплоэлектроцентралей - 7-20 (масс.%), по твердой фазе.

Шлам химводоочистки является минеральной массой, образующейся в процессе химической подготовки и осветления воды на предприятиях энергетического комплекса, например теплоэлектроцентралях.

В состав твердой фазы шламов входят тонкодисперсные частицы и хлопья, в т.ч. глинисто-коллоидной фракции различного минерального состава, а также органические частицы.

Например, в опытах использовался ШХВО Тюменской ТЭЦ-2, твердая фаза которого содержит следующие компоненты, мас.%:

карбонат кальция 40-80 карбонат магния 10-30 сульфат железа и другие компоненты 10-30

Химический состав ШХВО позволяет использование данного отхода для производства строительных материалов, в частности в качестве добавки, увеличивающей коэффициент вспучивания глинистого сырья с целью снижения насыпной плотности керамзитового гравия, снижения энергозатрат в процессе обжига.

Основные свойства проб ШХВО, отобранных на шламонакопителях тюменской ТЭЦ-2, приведены в таблице 1.

Таблица 1 Основные свойства проб ШХВО Показатели Проба №1 Проба №2 Объединенная проба в жидком виде в
загустевшем виде в жидком виде в загустевшем виде в жидком виде в загустевшем виде Объем воды/осадка, мл 100/900 - 970/30 - 520/480 - Влажность осадка, % - 23,8 - 24,6 - 24,1 Насыпная плотность в сухом состоянии, кг/м³ - 615 - 621 - 619 Оптимальная влажность, % - 46,1 - 45,8 - 46,0 Максимальная плотность, г/см³ - 1,62 - 1,63 - 1,62

Наличие в исходной сырьевой смеси для изготовления керамзита шлама химводоочистки ТЭЦ позволило создать состав, удовлетворяющий ГОСТ 9757-90, и снизило стоимость продукции, так как данное сырье представляет собой многотоннажный побочный продукт промышленности теплоэнергетического комплекса и не требует больших затрат на его подготовку и транспортировку к заводу-производителю.

Технология изготовления изделий из заявляемой сырьевой смеси в лабораторных условиях заключается в следующем.

Для приготовления сырьевой смеси берут, например, 62% монтмориллонитовой глины, 20% каолинитовой глины, 1% известняка, 2% технического глинозема и 15% высушенного ШХВО. Сырьевые компоненты подвергаются помолу в лабораторных условиях, смешиваются, добавляется вода, в количестве 28 мас.% от сухих компонентов. Полученную шихту раскатывают в жгуты толщиной ~10 мм, нарезают на отдельные части размером - ~10 мм, после чего придают им форму шара. Полученные изделия обжигаются в печи при температуре 850°С. Процесс обжига проходит в следующем режиме:

- нарастание температуры в режиме 5°С/мин;

- выдержка при максимальной температуре (850°С) в течение 60 минут;

- последующее остывание печи при сбросе температуры в режиме 5°С/мин.

Заводская технология не отличается от обычной, заключается также в подготовке и обжиге сырьевой смеси, причем температура обжига при использовании добавки ШХВО составляет 850-950°С, а для обычной технологии и прототипов - 900-1200°С.

Дополнительным технологическим процессом является предварительная подготовка - обезвоживание ШХВО, состоящей из отделения жидкой фазы, уплотнения, отжима и сушки осадка.

Полученные образцы керамзитового гравия исследовались по стандартным методикам (ГОСТ 9758-86 Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний.) с определением следующих характеристик: насыпная плотность, прочность при сжатии в цилиндре.

Были приготовлены известные сырьевые смеси (RU 2334727 Шихта для производства пористого заполнителя, глинистое сырье и глинозем технический) и (RU 2334708 Сырьевая смесь для изготовления керамзита) и предлагаемая сырьевая смесь согласно изобретению со средним и граничным содержанием компонентов.

Для подтверждения возможности и эффективности применения ШХВО испытывались 3 серии композиций предлагаемой смеси. В таблице 2 приведены составы сырьевых смесей.

Таблица 2 Составы сырьевой смеси Состав № Компоненты, мас.% Монтмориллонитовая глина Каолинитовая глина Известняк Технический
глинозем Шлам химводоочистки 1 75 15 1 2 7 2 62 20 1 2 15 3 52 23 2 3 20

Сравнительная характеристика известных и предлагаемой сырьевой смеси приведена в таблице 3, из которой следует, что сырьевая смесь согласно изобретению (составы 1-3) позволяет в среднем в 1.3 раза понизить плотность изделий и, как следствие, улучшить теплоизоляционные качества материала по сравнению с известными сырьевыми смесями (RU 2334727, RU 2334708).

Таблица 3 Физико-механические показатели керамзита Показатель Предлагаемые составы Известные смеси 1 2 3 RU 2334727 RU 2334708 Плотность ρ_i, кг/м³ 873 812 758 1153 1046 Прочность на сжатие, МПа 3,6 3,8 3,4 4,0 3,8

Как свидетельствуют результаты испытаний, введение ШХВО в количестве 7-20% от массы сухих компонентов сырьевой смеси, позволяют значительно снизить плотность керамзита без существенного снижения прочности на сжатие, что повышает теплоизоляционные свойства материала. Обжиг и вспучивание происходят при сниженной температуре, что снижает энергоемкость производства.

Изобретение относится к области утилизации отходов теплоэнергетики, а также к области получения строительных материалов, в частности керамзитового гравия, и может быть использовано в промышленном, гражданском и дорожном строительстве, в том числе для применения: в теплоизоляционных слоях, засыпках, конструкциях, в составе легких бетонов в качестве пористого заполнителя, в составе изоляционных слоев и стяжки полов в помещениях, в дорожных конструкциях. Сырьевая смесь для изготовления керамзита содержит, мас.% по твердой фазе: монтмориллонитовую глину 52-75, каолинитовую глину 15-23, известняк 1-2, технический глинозем 2-3, шлам химводоочистки ТЭЦ 7-20. Технический результат - повышение теплоизоляционных свойств за счет снижения плотностных характеристик при стабильной прочности керамзита, утилизации отходов техногенных крупнотоннажных отходов. 3 табл.

Сырьевая смесь для изготовления керамзита, содержащая монтмориллонитовую глину и технический глинозем, отличающаяся тем, что дополнительно содержит каолинитовую глину, известняк, шлам химводоочистки ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.% по твердой фазе:
монтмориллонитовая глина 52-75 каолинитовая глина 15-23 известняк 1-2 технический глинозем 2-3 шлам химводоочистки ТЭЦ 7-20