СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВСПУЧЕННЫХ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ Российский патент 2014 года по МПК C04B14/14 C04B20/06 

Предложение относится к области производства сыпучих теплоизоляционных материалов из природного сырья - обсидиана, перлита и пехштейна.

Перлит, обсидиан и пехштейн относятся к группе кислых вулканических стекол и отличаются по содержанию воды в текстуре. Перлит содержит до 8% воды, обсидиан - до 1% и пехштейн - 8-10%.

В горных породах, состоящих из вулканического стекла, присутствуют 2 типа воды:

- структурная и подвижная;

- вода гидроксильных групп (ОН^-1).

Подвижная вода находится в порах, молекулы воды связаны сильной водородной связью (частота поглощения на ИК-спектре - 3000-3200 см^-1). При нагревании подвижная вода вызывает растрескивание и разрушение стекла.

Структурная вода и группы ОН^-1 (частота поглощения на ИК-спектре - 3400 см^-1) вызывают вспучивание (увеличение объема) вулканических стекол при нагревании. [Т.А. Зиборова. Состояние воды и гидроксила в природных стеклах по данным ИК-спектроскопии. Перлиты. Сб. тр. АН СССР отд. геологии геофизики и геохимии «Наука», М., 1981 - с. 177; Ковальская Ф.И. и др. Минеральное сырье. Перлит // Справочник - М.: ЗАО Геоинформмарк, 1998].

Вспучивание перлита осуществляют в шахтных и вращающихся печах. Для повышения качества вспученного перлита обжиг (в зависимости от состава сырья) производят в 2 стадии (циклический нагрев):

- предварительный обжиг при температуре 300-400°С с целью удаления подвижной воды;

- вспучивание путем обжига при максимальной температуре 900-1200°С, в зависимости от состава и структуры сырья.

Высокочастотная электромагнитная обработка диэлектриков применяется в промышленных условиях в производстве пластмасс, керамики, металлических сплавов, сушке древесины и др.

Известно явление резонанса при внешнем воздействии на колебательную систему, который наступает при совпадении частот колебаний структуры или ее части (атомов, групп атомов, молекул) и внешнего контура. В резонансе амплитуда вынужденных колебаний достигает максимума, и возможно удаление атомов или групп атомов из структуры при пониженных затратах энергии.

Целью изобретения является увеличение объема (вспучивание) вулканических стекол (обсидиана, перлита, пехштейна) путем их обработки внешним электромагнитным полем ИК-спектра.

Поставленная цель - вспучивание перлита и других горных пород, состоящих из вулканического стекла, и производство вспученного перлита и материалов на его основе, достигается тем, что по спектрам ИКС анализа обсидиана, перлита и пехштейна определяется волновое число и частота колебаний подвижной, структурной воды и групп ОН^-1, и далее с помощью генераторов различных систем производится электромагнитная обработка полем резонансной частоты, которая обеспечивает вспучивание.

Как было отмечено, выделение подвижной воды может вызвать растрескивание и разрушение сырья, что приводит к снижению качества продукции. Поэтому в том случае когда сырье содержит подвижную воду, обработка производится в 2 стадии.

1. Обработка электромагнитным полем с волновым числом в диапазоне 3000-3200 см^-1 (диапазон частот - (91-97)·10¹² Гц) с целью удаления подвижной воды.

2. Обработка полем с волновым числом 3400 см^-1 (частота 103·10¹² Гц) с целью воздействия на структурную воду и группы ОН^-1 и вспучивания.

Химический состав и структура вулканических стекол могут изменяться в широких пределах, в случае, когда сырье не содержит подвижной воды, обработка производится в 1 стадию - полем с волновым числом 3400 см^-1 и с частотой колебаний - 103·10¹² Гц.

Пример 1. В лабораторных условиях проведено вспучивание полифракционного перлитового месторождения Артени (Республика Армения). Содержание воды в перлите - 4,20%, наибольший размер зерна - 2,5 мм. Обработка проведена в излучателе электромагнитным полем с волновым числом 2500 см^-1 (частота 75·10¹² Гц) без резонанса. Продолжительность обработки при постоянной мощности индуктора составила 47 сек. Насыпная плотность вспученного перлита - 180 кг/м³ (марка 200).

Пример 2. Проба перлита по п.1. Обработка в излучателе электромагнитным полем резонансной частоты с волновым числом 3400 см^-1 (частота - 103·10¹² Гц). Продолжительность обработки при постоянной мощности индуктора составила 32 сек. Снижение расхода энергии - 30%. Насыпная плотность вспученного перлита - 160 кг/м² (марка 200).

При обжиге перлита в промышленных условиях получают легкий заполнитель различного зернового состава:

1. перлитовый щебень различных фракций с размером зерна от 5 до 40 мм;

2. перлитовый песок, состоящий из зерен размером менее 5 мм, который также разделяют на фракции.

Применение фракционированного легкого заполнителя позволяет понизить расход вяжущего и среднюю плотность и теплопроводность изделий.

В примере 2 первичной заявки: проведен одностадийный обжиг перлитового песка фракции менее 0,63 мм. В этих условиях при обжиге мелких фракций вследствие выделения подвижной воды изменяется зерновой состав, что незначительно влияет на среднюю плотность и марку вспученного перлита, т.е. при вспучивании мелких фракций возможна одностадийная обработка.

При одностадийной обработке перлитового щебня возможно значительное изменение зернового состава, что в производственных условиях нежелательно, а в некоторых случаях - недопустимо.

Пример 3. Для сравнения проведен одностадийный обжиг перлитового щебня фракции 5-10 мм, содержащего 4,20% воды, в том числе 0,75% структурной и подвижной воды. В этих условиях одностадийная обработка электромагнитным полем с частотой 103·10¹² Гц привела к частичному разрушению зерен и изменению зернового состава. Содержание зерен размером менее 5 мм после обработки составило 82% массы. Следовательно, при производстве перлитового щебня с одностадийной обработкой изменяется зерновой состав, что связано с дополнительными затратами на рассев, при этом содержание крупных фракций понижается на 60-80%, что приводит к повышению насыпной плотности и его марки со 150 до 200.

Пример 4. При двухстадийной обработке электромагнитным полем (частота 95·10¹² Гц) с целью удаления подвижной воды и последующей обработке полем с частотой 103·10¹² Гц для удаления структурной воды и вспучивания, количество разрушившихся зерен не превысило 3% массы, т.е. двухстадийный обжиг практически не изменяет зернового состава, насыпной плотности и марки перлита.

Изобретение относится к производству сыпучих теплоизоляционных материалов из природного сырья - обсидиана, перлита и пехштейна. В способе производства вспученных пористых заполнителей путем обработки горных пород, состоящих из вулканического стекла, электромагнитным полем обработку производят полем с волновым числом 3400 см^-1 и частотой 103·10¹² Гц, резонансной для структурной воды и OH-групп в структуре стекла. В способе предварительно удаляют подвижную воду путем обработки электромагнитным полем с волновым числом в диапазоне 3000-3200 см^-1 и частотой в диапазоне (91-97)·10¹² Гц. Технический результат - увеличение объема вулканических стекол. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ производства вспученных пористых заполнителей путем обработки горных пород, состоящих из вулканического стекла, электромагнитным полем, отличающийся тем, что обработку производят полем с волновым числом 3400 см^-1 и частотой 103·10¹² Гц, резонансной для структурной воды и OH-групп в структуре стекла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно удаляют подвижную воду путем обработки электромагнитным полем с волновым числом в диапазоне 3000-3200 см^-1 и частотой в диапазоне (91-97)·10¹² Гц.