СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛЕГКОВЕСНОГО КЕРАМИЧЕСКОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2014 года по МПК C04B38/08 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а более конкретно к способам получения вспученного керамического теплоизоляционного материала из широко распространенного и доступного сырья, содержащего активный кремнезем. Легковесный строительный материал может 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 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, характеризующийся тем, что предварительно осуществляют обработку кремнеземсодержащего компонента на камневыделительных вальцах для удаления труднодробимых включений, в качестве кремнеземсодержащего компонента используют диатомит или трепел и/или опоку, содержащие активный кремнезем, а в качестве щелочного компонента - смесь каустической соды и кальцинированной соды в соотношении 0,5-0,8/1, предварительный обжиг гранулированной сырьевой смеси осуществляют при температуре 500-600°C во вращающейся печи, см. пат. RU №2442762, кл. C04B 38/08, опубликован 20.02.2012 г. Достоинства способа заключаются в его технологической доступности и повышенной энергоэффективности. Недостатком способа является необоснованно усложненный и затратный процесс предварительного обжига гранулированной сырьевой смеси и последующий помол обожженных гранул в порошок.

Известен способ получения строительного материала, включающий смешение кремнеземсодержащего компонента, щелочного компонента и воды с получением гомогенной силикатной массы, которую подвергают перед заполнением формы температурному воздействию до остаточной влажности менее 5 мас.%, измельчению до размера частиц не более 80-100 мкм, после заполнения силикатной массой формы нагревают до температуры вспучивания силикатной массы, охлаждают и вынимают готовые изделия, см. пат. RU №2300506, кл. C04B 28/24, опубликован 10.06.2007 г. Строительный материал согласно способу производят на основе доступных широко распространенных кремнистых пород, и он обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками. Недостатком известного способа является отсутствие стадии гранулирования силикатной массы. Кроме того, силикатная масса указанной рецептуры представляет собой вязкую массу, которая налипает на смеситель, а высокое содержание в ней влаги (до 55,5%) требует высоких затрат на высушивание до остаточной влажности менее 5 мас.%. Дробление высушенной до 5%-ной влажности силикатной массы и последующее измельчение до размера частиц не более 80-100 мкм неизбежно сопряжено с повышенной запыленностью производственных помещений щелочесодержащими частицами. Таким образом, известный способ является лабораторным и практически неосуществим в условиях реального производства на существующем в настоящее время технологическом оборудовании.

Известен 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, согласно которому 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, 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, обжиг размолотого порошка осуществляют в металлических формах в печи путем подъема температуры до 650°C со скоростью 100-120°C/ч, а до максимальной 680-800°C - со скоростью 15-25°C/ч с последующей изотермической выдержкой при максимальной температуре в течение 1-3 ч, охлаждение от максимальной температуры до 600°C осуществляют со скоростью 30-50°C/ч и от 600 до 50°C со скоростью 50-60°C/ч, см. пат. RU №2473516, кл. C04B 38/00, №2473516, опубликован 27.01.2013 г. Изобретение характеризуется возможностью производства теплоизоляционного материала с повышенными прочностными характеристиками в готовых изделиях на существующем в настоящее время технологическом оборудовании.

Недостатками известного способа являются необоснованно длительный и энергозатратный процесс предварительного обжига гранулированной сырьевой смеси при температуре 550-650°C, последующее обратное увлажнение предварительного обожженных гранулы до влажности 5-7% и помол гранул в порошок с максимальным размером частиц менее 0,1 мм. Использование в качестве щелочного компонента смеси 46%-ного водного раствора каустической соды и водного раствора кальцинированной соды также увеличивает энергозатраты и длительность процесса предварительного обжига. Следует отметить, что в процессе предварительного обжига при температуре 650°C из гранул удаляется вся физическая вода и происходит дегидратация основных гидроксидов, входящих в состав силикатной массы, т.е. завершается процесс вспучивания за счет парообразования. Полное удаления воды из гранул в процессе предварительного обжига, мало того что является энергоемким, но еще и бесполезным, поскольку вспученные гранулы потом все равно размалывают в порошок, т.е. пористый материал опять превращают в силикатную массу тонкого помола. Помол гранул в порошок с максимальным размером частиц менее 0,1 мм сам по себе является энергоемким длительным и экологически напряженным. Кроме того, увлажнение до 5-7% гранул перед помолом увеличивает время последующего обжига в формах.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в снижении степени дробления гранулированной сырьевой смеси за счет ее частичного высушивания при сохранении качества готового материала. В конечном итоге указанный технический результат позволяет существенно снизить энергозатраты при дроблении гранулированной сырьевой смеси, предшествующей ее термообработке, а также улучшить снитарно-гигиенические условия производства. В разработанном способе сохранены основные положительные свойства известных технических решений, наиболее важным из которых является использование для производства легковесного керамического теплоизоляционного строительного материала доступных широко распространенных кремнистых пород.

Указанный технический результат достигается тем, что способ производства легковесного керамического теплоизоляционного строительного материала включает смешение предварительно обработанного кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, сушку гранулированной сырьевой смеси, дробление высушенных гранул и обжиг в металлических формах. Согласно способу предварительную обработку кремнеземсодержащего компонента осуществляют на камневыделительных вальцах для удаления труднодробимых включений и активации кремнезема, в устройстве сушки для достижения влажности 19-25% и в устройстве измельчения для достижения максимальной крупности частиц 1 мм. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют диатомит или трепел и/или опоку, содержащие активный кремнезем, а в качестве щелочного компонента - смесь каустической соды и кальцинированной соды в соотношении 0,5-0,8/1. Смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента осуществляют в смесителе периодического действия с обеспечением содержания массовой доли в сухой сырьевой смеси каустической соды 6-14% и кальцинированной соды 6-15%. Гомогенизацию сырьевой смеси осуществляют путем обработки в шнековом прессе с фильтрующей решеткой с размером ячеек 8-25 мм, сушку гранулированной сырьевой смеси проводят в сушильном барабане до достижения влажности 5-7%, дробление высушенных гранул осуществляют до достижения максимальной крупности частиц 3 мм. Обжиг силикатной смеси, полученной в результате дробления, осуществляют в металлических формах в печи путем подъема температуры до 650°C со скоростью 100-120°C/час, а до максимальной 680-800°C - со скоростью 15-25°C/час с последующей изотермической выдержкой при максимальной температуре в течение 1-3 часов, охлаждение от максимальной температуры до 600°C осуществляют со скоростью 30-50°C /час и от 600 до 50°C - со скоростью 50-60°C /час.

Оптимальным с точки зрения достижения указанного технического результата является смешение кремнеземсодержащего компонента, и щелочного компонента при котором каустическую соду вводят в виде 46% раствора. Предпочтительно проводить сушку гранулированной сырьевой смеси при температуре 80-250°C. Целесообразно осуществление дробления высушенных гранул в стержневом смесителе или шаровой мельнице, а обжиг силикатной смеси - в туннельной печи или печи периодического действия.

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

Разработанный способ является результатом дальнейшего последовательного творческого совершенствования технологии и режимов производства легковесного керамического теплоизоляционного строительного материала на основе существующего технологического оборудования и сырьевой базы с учетом повышенных снитарно-гигиенических и экологических требований, необходимого качества и себестоимости продукции.

В основу разработанного способа автором положен принцип синергетического эффекта вспучивания силикатной массы при ее обжиге. В процессе сушки гранулированной сырьевой смеси из нее удаляют физическую воду, но не всю. Оставшаяся влага 5-7% является достаточной для предотвращения пыления при дроблении, а в последствии при обжиге участвует в процессе вспучивания в виде водяного пара. Поскольку гранулированная сырьевая смесь в процессе сушки и последующего дробления не подвергается значительному температурному воздействию, в ней сохраняется не только физическая вода, а также и вся химически связанная вода (гидроксиды железа, алюминия, кремния). При обжиге силикатной смеси происходит ее дегидратация, химически связанная вода превращается в пар, который обеспечивает образование пор в керамике, ее вспучивание. Важнейшим фактором вспучивания силикатной смеси является газообразование в ней, происходящее при обжиге. Природные сырьевые материалы, такие как трепел, диатомит или опока, содержат активный кремнезем, обладающий способностью выделения газообразных продуктов при обжиге в диапазоне температур 680-800°C. И наконец, за счет разложения кальцинированной соды (Na₂CO₃) в присутствии каустической соды (NaOH) при обжиге силикатной смеси в ней выделяется углекислый газ (CO₂), способствуя вспучиванию. При этом каустическая сода (NaOH) выступает в роли катализатора плавления и разложения кальцинированной соды (Na₂CO₃).

Для обеспечения в строительном материале пор минимального размера и в достаточном количестве силикатную массу необходимо измельчать до минимального размера основной фракции. При этом чем тоньше измельчение силикатной массы, тем более мелкие поры и в большем количестве имеет материал. Экспериментально установлено, что возникающий синергетический эффект вспучивания силикатной массы при ее обжиге является настолько мощным, что обеспечивает получение качественного строительного материала даже при дроблении высушенных гранул до достижения максимальной крупности частиц 3 мм. При таком измельчении обеспечивается хорошее соотношение между энергозатратами на измельчение и получаемыми эксплуатационными характеристиками материала.

Экспериментально установленные предельные значения технологических параметров переработки сырья, соотношения массовой доли каустической и кальцинированной соды в щелочном компоненте и сырьевой смеси, а также температурные режимы обжига, являются оптимальными и достаточными для получения необходимых характеристик изделий строительной керамики, включая их плотность, прочность и влагопоглощение. Таким образом, все признаки способа производства легковесного керамического теплоизоляционного строительного материала как общие, так и частные направлены на получение технического результата, а именно снижение степени дробления гранулированной сырьевой смеси. Указанные существенные признаки способа не являются очевидным образом следующими из уровня техники даже для высококвалифицированного специалиста, свидетельствуют о творческом характере технического решения.

Техническое решение иллюстрировано схемой, где представлена примерная принципиальная технологическая схема производства легковесного керамического теплоизоляционного строительного материала мощностью до 100 тыс. м³/год с указанием существующего технологического оборудования, реализованная в виде производственной линии непрерывного действия.

В соответствии с представленной технологической схемой производство легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала осуществляется следующим образом.

Исходный кремнеземсодержащий компонент, а именно природный сырьевой материала: диатомит или трепел, или опоку, или смесь трепела с опокой, содержащие активный кремнезем, 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 кремнеземсодержащий компонент подсушивается в сушильном барабане или мельнице-сушилке до остаточной влажности 19-25%, обрабатывается в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 1 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 (Na₂CO₃), снабженных шнековыми конвейерами и весовыми дозаторами, загружают щелочной компонент, состоящий из каустической соды и кальцинированной соды в соотношении 0,5-0,8/1. При этом щелочь преимущественно вводится в виде гранул, а сода - в виде порошка, однако в зависимости от влажности кремнеземсодержащего компонента щелочь может вводится в виде 46% раствора. Соотношение каустической и кальцинированной соды в щелочном компоненте зависит от содержания активного кремнезема в исходном кремнеземсодержащем сырье. Смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента осуществляют в течение 3-5 минут с обеспечением содержания массовой доли в обожженном материале каустической соды (NaOH) 6-14% и кальцинированной соды (Na₂CO₃) 6-15%. Содержание в сырьевой смеси каустической соды не более 14% 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 от 8-25 мм. Полученную в шнековом прессе гранулированную сырьевую смесь отправляют посредством ленточного конвейера на сушку в сушильный барабан длиной 20 м. Для исключения пыления и улучшения условий дробления в стержневом смесителе или в шаровой мельнице гранулы высушивают до влажности 5-7%. Сушку гранулированной сырьевой смеси в сушильном барабане проводят при температуре 80-250°C. Окончательная гомогенизация и дробление гранул осуществляется в стержневом смесителе СК-09 или в шаровой мельнице до получения смеси с максимальным размером частиц менее 3 мм. При влажности сырьевых шихт 5-7% стержневые смесители и шаровые мельницы работают стабильно, реализуют высокую производительность однородной смеси с максимальным размером частиц до 3 мм.

Силикатной смесью, полученной в результате дробления, заполняют металлические формы изделий, при этом формы 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 или печь периодического действия, где нагревают до температуры 680-800°C. Подъем температуры в печи до 650°C осуществляют со скоростью 100-120°C/час, подъем температуры от 650°C до максимальной 680-800°C - со скоростью 15-25°C/час. Во время подъема температуры в печи происходит вспучивание силикатной смеси. Затем в печи последовательно осуществляют изотермическую выдержку при максимальной температуре в течение 1-3 часов, охлаждение от максимальной температуры до 600°C со скорость 30-50°C/час и от 600 до 50°C - со скоростью 50-60°C/час. Современные 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.

Возможность реализации способа производства легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного строительного материала подтверждается следующим примерами.

Пример 1

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

Таблица 1 Химический состав трепельной породы Калужского месторождения Содержание CO₂ Наименование определений(мас.%) SiO₂ A1₂O₃ TiO₂ Fe₂O₃ CaO MgO SO₃ Na₂O K₂O Потери при прокаливании SiO₂ активное Al₂O₃ на прокаленное вещество 5,87 66,60 9,73 0,21 3,30 8,09 0,78 0,16 0,24 0,81 10,2 49,36 10,5

Трепел с карьерной влажностью 42% обрабатывали на камневыделительных вальцах. Подготовленный таким образом материал, содержащий активный кремнезем, подсушивали до остаточной влажности 19-25%, обрабатывали в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 1 мм, а затем посредством весового дозатора загружали в смеситель периодического действия. Одновременно в смеситель периодического действия загружали щелочной компонент, состоящий из каустической соды (NaOH) и кальцинированной соды (Na₂CO₃). При этом щелочь (NaOH) вводилась в виде гранул, а сода (Na₂CO₃) - в виде порошка. Содержание щелочи (NaOH) в сырьевой смеси в пересчете на обожженную продукцию составляло 14%, а соды (Na₂CO₃) - 15%. 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 высушивали до остаточной влажности 5% и затем дробили до основной фракции менее 3 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°C в течение 4 часов, затем температуру в печи подняли до 680°C в течение 6 часов и температуру в печи выдержали при 680°C в течение 1 часа. Затем отключили нагревательный элемент печи, и дали материалу в течение 10 часов охладится естественным образом в закрытой печи до температуры 50°C, 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 1 мм. Плотность 150 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,055 Вт/м°C, 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 промышленный 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. Материал, содержащий активный кремнезем, с карьерной влажностью 40% обрабатывали на камневыделительных вальцах. Подготовленный таким образом материал, содержащий активный кремнезем, подсушивали до остаточной влажности 20%, обрабатывали в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 1 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 порошка. Содержание щелочи (NaOH) в сырьевой смеси в пересчете на обожженную продукцию составляло 14%, а соды (Na₂CO₃) - 15%. Влажность сырьевой смеси составила 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 высушивали до остаточной влажности 6% и затем дробили до основной фракции менее 3 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°C в течение 3 часов, затем температуру в печи подняли до 720°C в течение 5 часов и температуру в печи выдержали при 720°C в течение 2 часов. Затем отключили нагревательный элемент печи, и дали материалу в течение 10 часов охладится естественным образом в закрытой печи до температуры 50°C, 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 1 мм. Плотность 350 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,086 Вт/м°C, прочность при сжатии 46 кгс/см². Полученный легковесный керамический строительный материал относится к теплоизоляционно-конструкционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленный 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. Материал, содержащий активный кремнезем, с карьерной влажностью 39% обрабатывали на камневыделительных вальцах. Подготовленный таким образом материал, содержащий активный кремнезем, подсушивали до остаточной влажности 24%, обрабатывали в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 1 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 гранул, а сода (Na₂CO₃) - в виде порошка. Содержание щелочи (NaOH) в сырьевой смеси в пересчете на обожженную продукцию составляло 14%, а соды (Na₂CO₃) - 15%. Влажность сырьевой смеси составила 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 высушивали до остаточной влажности 5% и затем дробили до основной фракции менее 3 мм в шаровой мельнице. Измельченными частицами силикатной массы заполнили металлическую форму размерами 1500×3000×300 мм и поместили в печь. Силикатную массу нагрели до 650°C в течение 8 часов, затем температуру в печи подняли до 740°C в течение 8 часов и температуру в печи выдержали при 740°C в течение 3 часов. Затем отключили нагревательный элемент печи и дали материалу в течение 12 часов охладится естественным образом в закрытой печи до температуры 50°C, 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 1 мм. Плотность 405 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,091 Вт/м°C, прочность при сжатии 56 кгс/см². Полученный легковесный строительный материал относится к теплоизоляционно-конструкционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленный 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.

Таблица 2 Химический состав диатомита Потанинского месторождения Содержание CO₂ Наименование определений (мас.%) SiO₂ A1₂O₃ TiO₂ Fe₂O₃ CaO MgO SO₃ Na₂O K₂O Потери при прокаливании SiO₂ активное Al₂O₃ на прокаленное вещество 5,87 79,12 9,33 0,38 4,09 0,98 1,01 0,31 0,22 0,36 4,36 28,40 9,75

Диатомит с влажность 43% обрабатывали на камневыделительных вальцах. Подготовленный таким образом материал, содержащий активный кремнезем, подсушивали до остаточной влажности 23%, обрабатывали в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 1 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 порошка. Содержание щелочи (NaOH) в сырьевой смеси в пересчете на обожженную продукцию составляло 14%, а соды (Na₂CO₃) - 15%. Влажность сырьевой смеси составила 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 высушивали до остаточной влажности 5% и затем дробили до основной фракции менее 3 мм в шаровой мельнице. Измельченными частицами силикатной массы заполнили металлическую форму размерами 200×200×400 мм и поместили в печь. Силикатную массу нагрели до 650°C в течение 5 часов, затем температуру в печи подняли до 760°C в течение 7 часов и температуру в печи выдержали при 760°C в течение 2 часов. Затем отключили нагревательный элемент печи, и дали материалу в течение 10 часов охладится естественным образом в закрытой печи до температуры 50°C, 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°C, прочность при сжатии 78 кгс/см². Полученный легковесный строительный материал относится к теплоизоляционно-конструкционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленный 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.

Таблица 3 Химический состав трепельно-опочной породы Фокинского местоместорождения Содержание CO₂ Наименование определений (мас.%) SiO₂ Al₂O₃ TiO₂ Fe₂O₃ CaO MgO SO₃ Na₂O K₂O Потери при прокаливании SiO₂ активное Al₂O₃ на прокаленное вещество 1,20 81,58 6,45 0,17 2,00 3,08 0,40 0,14 0,25 1,03 4,40 34,50 5,59

Трепельно-опочную породу с влажностью 34% обрабатывали на камневыделительных вальцах. Подготовленный таким образом материал, содержащий активный кремнезем, подсушивали до остаточной влажности 18%, обрабатывали в стержневом смесителе до максимальной крупности частиц 1 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 гранул, а сода (Na₂CO₃) - в виде порошка. Содержание щелочи (NaOH) в сырьевой смеси в пересчете на обожженную продукцию составляло 14%, а соды (Na₂CO₃) - 15%. Влажность сырьевой смеси составила 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 высушивали до остаточной влажности 5% и затем дробили до основной фракции менее 3 мм в шаровой мельнице. Измельченными частицами силикатной массы заполнили металлическую форму размерами 250×120×88 мм и поместили в печь. Силикатную массу нагрели до 650°C в течение 4 часов, затем температуру в печи подняли до 800°C в течение 8 часов и температуру в печи выдержали при 800°C в течение первого часа. Затем отключили нагревательный элемент печи, и дали материалу в течение 12 часов охладится естественным образом в закрытой печи до температуры 50°C, 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°C, прочность при сжатии 168 кгс/см². Полученный легковесный строительный материал относится к теплоизоляционно-конструкционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленный 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 наглядно подтверждают универсальность способа и возможность его реализации в пределах граничных значений массовой доли компонентов и технологических режимов. Вместе с тем приведенные примеры не являются исчерпывающими и представлены только с целью пояснения изобретения и подтверждения его промышленной применимости. Специалисты в данной области могут улучшить его и (или) осуществить альтернативные варианты в пределах сущности данного изобретения, отраженной в описании и на схеме.

Достоинством изобретения является возможность производства посредством описанного способа практически на любом кирпичном заводе из доступного сырья как формованных разногабаритных изделий, так и насыпных материалов с условной формой гранул, таких как керамзит. Изделия, произведенные настоящим способом, характеризуются высокой механической прочностью при низкой себестоимости и хорошей экологии.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, может использоваться для изготовления блоков, плит, панелей, керамзита. Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат и улучшение санитарно-гигиенических условий производства. Способ производства легковесного керамического теплоизоляционного строительного материала, включающий смешение предварительно обработанного кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, сушку гранулированной сырьевой смеси, дробление высушенных гранул и обжиг в металлических формах. При этом предварительную обработку кремнеземсодержащего компонента осуществляют на камневыделительных вальцах для удаления труднодробимых включений и активации кремнезема, в устройстве сушки для достижения влажности 19-25 % и в устройстве измельчения для достижения максимальной крупности частиц 1 мм. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют диатомит или трепел и/или опоку, содержащие активный кремнезем, а в качестве щелочного компонента - смесь каустической соды и кальцинированной соды в соотношении 0,5-0,8/1. Смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента осуществляют в смесителе периодического действия с обеспечением содержания массовой доли в сухой сырьевой смеси каустической соды 6-14 % и кальцинированной соды 6-15 %. Гомогенизацию сырьевой смеси осуществляют путем обработки в шнековом прессе с фильтрующей решеткой с размером ячеек 8-25 мм, а сушку гранулированной сырьевой смеси проводят в сушильном барабане до достижения влажности 5-7 %. Дробление высушенных гранул осуществляют до достижения максимальной крупности частиц 3 мм, а обжиг силикатной смеси, полученной в результате дробления, осуществляют в металлических формах в печи путем подъема температуры до 650°C со скоростью 100-120°C/час, а до максимальной 680-800°C - со скоростью 15-25°C/час с последующей изотермической выдержкой при максимальной температуре в течение 1-3 часов, охлаждение от максимальной температуры до 600°C осуществляют со скоростью 30-50°C/час и от 600 до 50°C - со скоростью 50-60°C /час. 4 н.п. ф-лы, 5 пр., 3 табл., 1 ил.

1. Способ производства легковесного керамического теплоизоляционного строительного материала, включающий смешение предварительно обработанного кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, сушку гранулированной сырьевой смеси, дробление высушенных гранул и обжиг в металлических формах, при этом предварительную обработку кремнеземсодержащего компонента осуществляют на камневыделительных вальцах для удаления труднодробимых включений и активации кремнезема, в устройстве сушки для достижения влажности 19-25 % и в устройстве измельчения для достижения максимальной крупности частиц 1 мм, в качестве кремнеземсодержащего компонента используют диатомит или трепел и/или опоку, содержащие активный кремнезем, а в качестве щелочного компонента - смесь каустической соды и кальцинированной соды в соотношении 0,5-0,8/1, смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента осуществляют в смесителе периодического действия с обеспечением содержания массовой доли в сухой сырьевой смеси каустической соды 6-14 % и кальцинированной соды 6-15 %, гомогенизацию сырьевой смеси осуществляют путем обработки в шнековом прессе с фильтрующей решеткой с размером ячеек 8-25 мм, сушку гранулированной сырьевой смеси проводят в сушильном барабане до достижения влажности 5-7 %, дробление высушенных гранул осуществляют до достижения максимальной крупности частиц 3 мм, обжиг силикатной смеси, полученной в результате дробления, осуществляют в металлических формах в печи путем подъема температуры до 650°C со скоростью 100-120°C/час, а до максимальной 680-800°C - со скоростью 15-25°C/час с последующей изотермической выдержкой при максимальной температуре в течение 1-3 часов, охлаждение от максимальной температуры до 600°C осуществляют со скоростью 30-50°C/час и от 600 до 50°C - со скоростью 50-60°C/час.

2. Способ по п.1, включающий смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, при котором каустическую соду вводят в виде 46% раствора.

3. Способ по п.2, включающий сушку гранулированной сырьевой смеси, которую проводят при температуре 80-250°C.

4. Способ по п.3, включающий дробление высушенных гранул, которое осуществляют в стержневом смесителе или шаровой мельнице.

5. Способ по п.4, включающий обжиг силикатной смеси, который осуществляют в туннельной печи или печи периодического действия.