СОСТАВ ШИХТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ БЛОКОВ ИЗ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ АПАТИТО-НЕФЕЛИНОВЫХ РУД Российский патент 2023 года по МПК C04B28/04 C04B38/10 C04B28/26 C04B111/20 

Изобретение относится к производству теплоизоляционных строительных материалов с закрытой пористостью, аналогичных пеностеклу. Классическая технология производства пеностекла включает варку стекла специального состава, его помол для получения тонкодисперсной шихты, вспенивание шихты при температуре не менее 700°C, то есть при температуре размягчения стекла, до вязкотекучего состояния, что обеспечивает получение закрытых пор со стенками, состоящими из стеклофазы с кристаллическими включениями. Ее недостатком является дороговизна основного сырья – специально сваренного стекла, либо покупного стеклобоя, обусловленная энергоемкостью и капиталоемкостью варки стекла при температуре 1500-1600°C, а также энергоемкостью процесса помола стекла. Это обуславливает высокую себестоимость пеностекла, экономически ограничивающую его применение в строительстве, несмотря на уникальные потребительские свойства.

Направлением расширения сырьевой базы производства вспененных стеклокристаллических материалов стало использование экономически доступных кремнеземистых осадочных пород: диатомитов, опок, трепелов – либо техногенных отходов аналогичного состава, активно реагирующих со щелочными реагентами уже при относительно низких температурах, что позволяет получить необходимую для образования закрытых пор стекловидную матрицу при температурах вспенивания материала (700-900°C), что позволяет снизить энергозатраты на стекловарение и помол.

Известен состав сырьевой смеси для изготовления пеносиликатного материала, включающий магматическую породу и газообразователь, отличающийся тем, что содержит магматическую породу с содержанием SiO₂ 40-75 мас.%, в качестве газообразователя - цеолитсодержащий туф и дополнительно плавень, содержащий 40-84 мас.% Na₂O или К₂О, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная порода 45,0-77,0; указанный плавень 8,0-15,0; цеолитсодержащий туф 15,0-40,0.

В качестве магматических пород предлагается использовать магматические горные породы с содержанием SiO₂, равным 40-75 мас.%. Это базальты, диабазы, сиениты, порфиритовые и витрофировые породы, андезиты, туфовые породы и любые другие, входящие в эту группу пород, а также отсевы от дробления указанных магматических пород, так как отсевы обладают таким же минеральным и химическим составом, как и основная порода. В качестве плавней может использоваться кальцинированная сода, гидроксид натрия или гидроксид калия, отходы химических производств, содержащих гидроксиды щелочных металлов и другие щелочесодержащие материалы.

Способ изготовления пеносиликатного материала из данной смеси включает приготовление сырьевой смеси путем смешиванием ее компонентов, увлажнение сырьевой смеси водным раствором жидкого стекла, изготовление гранул формованием, сушку и вспенивание гранул посредством обжига при температуре 700-900°С в формах или в свободном состоянии (патент РФ № 2405743, Опубликовано: 2010).

Недостатками способа являются использование дорогого и опасного в санитарном отношении гидроксида щелочного металла в качестве щелочного компонента, а также сложная процедура грануляции методом вылеживания сырьевой массы, предварительно увлажненной жидким стеклом, что неизбежно приводит к неоднородности химического состава конечного продукта.

Известен состав шихты для получения пеностекла, характеризующийся тем, что включает тонкомолотый стеклобой, аморфную кремнеземистую породу, гранулированный гидроксид натрия и алюмосиликатную породу при следующем соотношении компонентов, мас.%: тонкомолотый стеклобой 43-45; аморфная кремнеземистая порода 23-25; гидроксид натрия 11-13; алюмосиликатная порода 4-6; вода 13-17.

В качестве аморфной кремнеземистой породы можно использовать диатомит, опоку, трепел, с содержанием аморфного кремензема более 50 мас.%. В качестве алюмосиликатной породы можно использовать каолинитовые и монтмориллонитовые глины, гранитные и базальтовые породы, перлитовую и вермикулитовую руду, а также различные отходы переработки этих материалов, находящихся в тонкодисперсном состоянии.

Способ получения пеностекла из шихты вышеописанного состава заключается в перемешивании шихты в интенсивном смесителе, добавлении в процессе перемешивания воды с образованием гидросиликата натрия и гранулированием шихты, которую опудривают во влагоемком материале, после чего загружают в металлические формы с замкнутым объемом и подвергают вспениванию в печи при температуре 760-780°С в течение 0,5-1 ч с получением пеностекла, которое затем охлаждают (патент РФ № 2608095, Опубликовано: 2017 г.).

Основным недостатком способа является использование дорогого и опасного в санитарном и коррозионном отношениях гидроксида натрия в качестве щелочного компонента и трудность тонкого помола стеклобоя.

Известен также состав шихты и способ получения из него пеностекла с плотностью 180-230 кг/м³, прочностью на сжатие 1,2-1,7 МПа, коэффициентом теплопроводности 0,049-0,062 Вт/(м*К) и водопоглощением 5%. Шихта для получения пеностекла содержит следующие компоненты, вес. %: тонкомолотый стеклобой 43-45; аморфная кремнеземистая порода 23-25; гидроксид натрия 11-13; алюмосиликатная порода 4-6; вода 13-17.

В качестве аморфной кремнеземистой породы можно использовать диатомит, опоку или трепел, с содержанием аморфного кремензема более 50 мас.%. В качестве алюмосиликатной породы можно использовать каолинитовые и монтмориллонитовые глины, гранитные и базальтовые породы, перлитовую и вермикулитовую руду, а также различные отходы переработки этих материалов, находящихся в тонкодисперсном состоянии.

Способ получения пеностекла состоит в том, что шихту перемешивают в интенсивном смесителе, добавляют в процессе перемешивания воду с образованием гидросиликата натрия с силикатным модулем 2,2-2,4 и гранулируют. Гранулы опудривают во влагоемком материале, загружают в металлические формы с замкнутым объемом и подвергают вспениванию в печи при температуре 760-780°С в течение 0,5-1 ч с получением пеностекла, которое затем охлаждают (патент РФ № 2608095, Опубликовано: 13.01.2017 Бюл. № 2 ).

Недостатком способа является использование в качестве щелочного компонента сырьевой смеси дорогого и опасного в санитарном и коррозионном отношениях гидроксида натрия, трудность тонкого помола стеклобоя, а также слишком низкая температура вспенивания, что не позволяет обеспечить необходимой водостойкости конечного продукта.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ получения способ получения теплоизоляционных блоков (патент РФ №2606539, Опубликовано: 2017 г.).

Согласно изобретению, шихта для получения теплоизоляционного материала, включающая аморфную кремнеземистую породу, гидроксид натрия и воду, отличается тем, что дополнительно содержит алюмосиликатный компонент при следующем соотношении компонентов, мас.%: аморфная кремнеземистая порода 48-55; сухой гидроксид натрия 15-18; алюмосиликатный компонент 3-5; вода 24-35.

В качестве аморфной кремнеземистой породы используются диатомит, опока и трепел в тонкодисперсном состоянии. Внесение дополнительных количеств оксидов алюминия и железа, содержащихся в аморфных кремнеземистых породах, приводит к увеличению водостойкости получаемых пеностекол. В качестве алюмосиликатного компонента используются каолинитовые и монтмориллонитовые глины, отходы переработки гранита или гранитоидные породы, перлитовая порода, нефелиновые сиениты, золы и шлаки ТЭС в тонкодисперсном (0-100 мкм) состоянии.

Способ получения блочного теплоизоляционного материала с использованием вышеописанной шихты, включающий перемешивание компонентов шихты, вспенивание шихты и охлаждение изделий при отжиге, отличается тем, что при приготовлении шихты сначала синтезируют первичный гидросиликат натрия с силикатным модулем 2,1-2,2 при смешении сухого гидроксида натрия с 54,5% от общего количества аморфной кремнеземистой породы и горячей водой в количестве, обеспечивающем образование водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 37,5 мас%, перемешивают полученный гидросиликат натрия с остальной аморфной кремнеземистой породой, осуществляют грануляцию шихты и опудривание гранул алюмосиликатным компонентом, после чего загружают гранулы в формы с замкнутым объемом и вспенивают при температуре 760-780°C в течение 20-40 мин.

В результате получается блочный теплоизоляционный материал с объемной массой 180-300 кг/м³, прочностью при сжатие 1,5-3,0 МПа, коэффициентом теплопроводности 0,062-0,085 Вт/(м*К) и водопоглощением 5-8 об.%.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «Шихта для получения теплоизоляционного материала, включающая аморфную кремнеземистую породу, гидроксид натрия и воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит алюмосиликатный компонент».

Недостатками прототипа являются:

- сравнительно невысокая распространенность месторождений аморфных кремнеземов в РФ, особенно в северных регионах, а также во многих других странах;

- использование в технологии весьма значительных количеств гидроксида натрия, дорогого и весьма опасного в санитарном и коррозионном отношении;

- значительные колебания в химическом составе кремнеземистого компонента (природного аморфного кремнезема), прежде всего в содержании оксидов алюминия, железа, кальция и магния, что затрудняет производство конечного материала при одних и тех же значениях технологических параметров;

- необоснованная узость химического состава щелочного компонента (гидросиликат натрия), при существовании возможности введения в его состав других солей щелочных металлов, более дешевых, чем силикаты.

Основными задачами, на решение которых направлено изобретение, являются:

- удешевление логистики производства блочных теплоизоляционных материалов за счет использования сравнительно однородного техногенного сырья, запасы которого сконцентрированы в небольшом количестве крупных месторождений;

- минимизация, вплоть до полного исключения, расхода наиболее дорогого щелочного компонента сырьевой смеси за счет введения в сырьевую смесь относительно дешевых карбонатов щелочных металлов и активного использования щелочной составляющей кремнеземистого компонента сырьевой смеси;

- оптимизация температуры вспенивания прегранул;

- улучшение эксплуатационных свойств теплоизоляционного материала, в частности, существенное повышение прочности на сжатие и снижение водопоглощения.

Поставленная задача решается путем коренного изменения минералогического состава сырьевой смеси в направлении замены 2/3 кремнеземистого компонента кристаллическим нефелином, составляющим основу состава отходов переработки апатито-нефелиновых руд (хвостов апатитовой флотации, или ХАФ) с одновременным сокращением содержания дополнительно вводимого щелочного компонента.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат:

- улучшение эксплуатационных свойств теплоизоляционного материала, а именно, снижение водопоглощения и повышение прочности на сжатие. При этом максимальная температура термообработки сырья не должна превышать 930°С.

Указанный результат достигается, во-первых, за счет состава шихты, обеспечивающего высокую водостойкость конечного продукта, и, во-вторых, за счет использования технологии вспенивания прегранулята, обеспечивающей снижение энергоемкости и времени проведения процесса, а также повышенное содержание закрытых пор в продукте вспенивания (Патент РФ № 2513807, Опубликовано: 20.04.2014 Бюл. № 11), а следовательно, его повышенную прочность и пониженное водопоглощение.

Применительно к предлагаемому составу сырьевой смеси, использовался метод получения блочного теплоизоляционного материала, включающий подготовку кремнеземистого компонента, приготовление связующего раствора, смешение компонентов, гранулирование смеси и термообработку, связующий раствор готовят на основе водорастворимых солей щелочных металлов (при необходимости – также гидроксидов) путем совместного мокрого помола с одновременным растворением стеклообразного силиката и безводного карбоната натрия и/или калия, а также других водорастворимых солей или гидроксидов щелочных металлов при температуре 80-110°С. Смешение кремнеземистого компонента со связующим раствором может быть совмещено с добавлением газообразователя и гранулированием смеси, при этом смешение и гранулирование проводят в одном устройстве - грануляторе - при соотношении связующего раствора и кремнеземистого компонента от 1:1,5 до 1:5, после чего сырцовые гранулы подвергают термообработке: сушке и обжигу, при этом суммарное содержание щелочных оксидов в конечном продукте составляет от 15 до 25 вес.%, учитывая щелочные компоненты нефелина.

Способ получения вспененного гранулированного строительного материала осуществляется следующим образом.

В качестве кремнеземистого компонента сырьевой смеси используются техногенные отходы переработки апатито-нефелиновых руд – хвосты апатитовой флотации (ХАФ), содержащие кремнезем преимущественно в виде мелкодисперсного кристаллического нефелина, то есть в химически активной, легко вскрываемой форме. В число других ингредиентов ХАФ входят многочисленные минералы преимущественно силикатного или алюмосиликатного состава, такие как полевые шпаты (альбит, ортоклаз), эгирин-авгит, эвдиалит, оливин. Для получения массивных теплоизоляционных материалов наиболее эффективно использование ХАФ с содержанием не менее 45 вес.% диоксида кремния, не более 10 вес.% оксида железа (III) и не более 5 вес.% оксида кальция.

В качестве связующего раствора, который одновременно является щелочесодержащим компонентом, используются многокомпонентные водные растворы силикатов натрия и/или калия с силикатным модулем 1-3, кальцинированной соды, поташа, а также гидроксидов, сульфатов или нитратов щелочных металлов, полученные путем совместного растворения соответствующих химических соединений, либо техногенных отходов, содержащих упомянутые соединения, причем список компонентов не является исчерпывающим. Состав связующего раствора должен включать не менее 15% силиката натрия или калия и, по крайней мере, одно водорастворимое соединение щелочного металла из вышеприведенного списка.

Соотношение кремнеземистого компонента и связующего раствора выбирается, исходя из состава связующего раствора, метода гранулирования и необходимого содержания щелочных оксидов в готовом материале, которое должно составлять от 15 до 25 вес.%. Содержание воды в связующем растворе определяется, исходя из необходимости полного растворения используемых соединений щелочных металлов и, в то же время, должно быть достаточным для равномерной пропитки сырьевой массы перед грануляцией.

Для получения связующего раствора сухие компоненты и вода загружаются в шаровую мельницу, аттритор, вибрационную мельницу или другой агрегат для мокрого помола периодического или непрерывного действия, где проводится совмещенная технологическая операция помола, смешения, растворения и термовлажностной обработки реакционной смеси, проходящая при температуре 70-110°С в течение 10-180 мин (при периодическом процессе) или до растворения всех или большей части компонентов при непрерывном процессе приготовления связующего раствора.

Использование в качестве основы связующего раствора высоковязких растворов силикатов натрия и/или калия позволяет исключить кристаллизацию в растворе водорастворимых солей щелочных металлов, в результате чего при термообработке сырцовых гранул связующий раствор, теряя воду и загустевая при этом, непосредственно переходит в легкоплавкое стекло при температурах ниже температуры стеклования, минуя в ходе синтеза стеклофазы образование кристаллических фаз и сохраняя практически идеально однородное аморфное (стеклообразное) состояние. Благодаря непосредственному переходу связующего раствора в стеклофазу, образование замкнутых пор происходит при более низкой температуре и/или более низком содержании щелочного оксида, что повышает степень вспенивания и снижает сырьевые затраты.

В предлагаемом способе грануляция, совмещающая в одном устройстве смешение кремнеземистого компонента и связующего раствора, проводится в смесителе-грануляторе скоростного, тарельчатого, лопастного или иного типа, обеспечивающего одностадийное получение сырцовых гранул из сухого порошка кремнеземистого компонента и комплексного связующего раствора, дозируемых в пропорции, обеспечивающей необходимый состав сырцовых гранул.

Полученные в смесителе-грануляторе влажные сырцовые гранулы подвергаются сушке до конечной влажности 1-15%, обеспечивающей им необходимую сыпучесть, прочность и водостойкость. Тип сушильного агрегата не имеет существенного значения.

Полученные сырцовые гранулы далее используются в качестве шихты для изготовления теплоизоляционного материала в форме массива: плит, блоков, панелей и других изделий. Для этого гранулы засыпаются в формы из жаростойкой стали и помещаются в печь (муфельную, барабанную, туннельную, кипящего слоя и др.). Температура вспенивания составляет 700-930°С, длительность термообработки 5-60 мин., в зависимости от технологии производства сырьевых гранул, суммарного силикатного модуля материала, а также содержания в них оксидов кальция, магния и алюминия. По окончании термообработки осуществляют охлаждение образца до 600°С со скоростью 2°С/мин., а далее – до комнатной температуры со скоростью не более 4°С/мин.

Пример 1.

Для приготовления сырцовых гранул в качестве кремнеземистого компонента использованы хвосты апатитовой флотации (ХАФ из хвостохранилища АНОФ-2, г. Апатиты, Мурманская обл.) следующего состава (в мас.%):

Табл. 1

Al₂O₃ CaO Fe₂O₃ K₂O MgO Na₂O P₂O₅ SiO₂ TiO₂ п.п.п. 17,37 4,94 9,22 4,68 1,42 11,09 1,05 45,37 4,07 0,15

Для приготовления связующего раствора использовались следующие компоненты: силикат-глыба (стеклообразный силикат натрия) с массовым силикатным модулем 3,0 (25 вес.% Na₂O), сода кальцинированная, вода водопроводная.

Вещественный состав сырьевой смеси представлен в следующей таблице:

Табл. 2

№ Компонент Содержание в сырьевой смеси, мас.% 1 Отходы апатитовой флотации (ХАФ) 78,7 2 Стеклообразный силикат натрия 7,9 3 Сода кальцинированная 1,7 4 Вода водопроводная 11,7

Для приготовления связующего раствора дробленая до размера 0-3 мм силикат-глыба, сода и вода были загружены в аттритор мокрого помола (вертикальную шаровую мельницу) емкостью 30 л с шаровой загрузкой из стальных шаров диаметром 6 мм, массой 25 кг. Через 5 минут после начала помола температура загрузки достигла 80°С и поддерживалась путем подачи воды в водяную рубашку аттритора на уровне 90-100°С. Через 20 минут после начала помола раствор стал прозрачным, что указывает на полное растворение силикат-глыбы и соды. При охлаждении раствора до 20°С раствор не кристаллизуется.

Высушенный порошок ХАФ с физической влажностью 0,3% поместили в смеситель-гранулятор скоростного типа емкостью 50 л. В работающий смеситель-гранулятор был добавлен полученный ранее связующий раствор. Через 80 секунд после окончания дозирования связующего раствора прекратилось пыление раствора, через 110 секунд гранулирование завершилось.

Готовая смесь сырцовых гранул была высушена во вращающейся барабанной сушилке при температуре 200°С. Высушенные гранулы были помещены в закрытую форму из жаростойкой стали и помещены в муфельную печь, нагретую до 600°C, далее температура повышалась со скоростью 10°C/мин до конечной температуры вспенивания 930°C, выдержаны при температуре вспенивания в течение 5 минут, охлаждены до температуры 600°C со скоростью 2°C/мин, после чего нагреватели печи были отключены.

Полученный теплоизоляционный блок имеет следующие характеристики:

Табл. 3

№ п/п Показатель Найденные
значения 1 Объемная масса, кг/м³ 344 2 Прочность на сжатие, МПа 3,0 3 Объемное водопоглощение, % 0,8 4 Потеря массы при кипячении, % 0,12

Структура пеноматериала - крупнопористая, степень остекловывания высокая (стенки ячеек прозрачны).

Пример 2

Высушенные сырцовые гранулы, полученные по методу, описанному в примере 1, были помещены в закрытую форму из жаростойкой стали и помещены в муфельную печь, нагретую до 600°C, далее температура повышалась со скоростью 10°C/мин до конечной температуры вспенивания 815°C, выдержаны при температуре вспенивания в течение 15 минут, охлаждены до температуры 600°C со скоростью 2°C/мин, после чего нагреватели печи были отключены.

Полученный теплоизоляционный блок имеет следующие характеристики:

Табл. 4

№ п/п Показатель Найденные
значения 1 Объемная масса, кг/м³ 370 2 Прочность на сжатие, МПа 3,4 3 Объемное водопоглощение, % 0,8 4 Потеря массы при кипячении, % 0,25

Структура пеноматериала - крупнопористая, степень остекловывания средняя (стенки ячеек мутные).

Пример 3

Высушенные сырцовые гранулы, полученные по методу, описанному в примере 1, были помещены в закрытую форму из жаростойкой стали и помещены в муфельную печь, нагретую до 600°C, далее температура повышалась со скоростью 10°C/мин до конечной температуры вспенивания 700°C, выдержаны при температуре вспенивания в течение 45 минут, охлаждены до температуры 600°C со скоростью 2°C/мин, после чего нагреватели печи были отключены.

Полученный теплоизоляционный блок имеет следующие характеристики:

Табл. 5

№ п/п Показатель Найденные
значения 1 Объемная масса, кг/м³ 410 2 Прочность на сжатие, МПа 3,1 3 Объемное водопоглощение, % 1,9 4 Потеря массы при кипячении, % 0,87

Структура пеноматериала - мелкопористая, степень остекловывания средняя (стенки ячеек мутные).

Пример 4

Для приготовления сырцовых гранул в качестве кремнеземистого компонента использованы хвосты апатитовой флотации (ХАФ из хвостохранилища АНОФ-2, г Апатиты, Мурманская обл.), химический состав которых представлен в табл. 1.

Для приготовления связующего раствора использовались следующие компоненты: силикат-глыба (стеклообразный силикат натрия) с массовым силикатным модулем 1,0 (50 вес.% Na₂O), сода кальцинированная, вода водопроводная.

Вещественный состав сырьевой смеси представлен в следующей таблице:

Табл. 6

№ Компонент Содержание в сырьевой смеси, мас.% 1 Отходы апатитовой флотации (ХАФ) 70,4 2 Стеклообразный силикат натрия 7,80 3 Сода кальцинированная 1,65 4 Вода водопроводная остальное

Высушенные сырцовые гранулы, полученные по методу, описанному в примере 1, были помещены в закрытую форму из жаростойкой стали и помещены в муфельную печь, нагретую до 600°C, далее температура повышалась со скоростью 10°C/мин до конечной температуры вспенивания 930°C, выдержаны при температуре вспенивания в течение 10 минут, охлаждены до температуры 600°C со скоростью 2°C/мин, после чего нагреватели печи были отключены.

Полученный теплоизоляционный блок имеет следующие характеристики:

Табл. 7

№ п/п Показатель Найденные
значения 1 Объемная масса, кг/м³ 330 2 Прочность на сжатие, МПа 2,1 3 Объемное водопоглощение, % 4,1 4 Потеря массы при кипячении, % 2,1

Структура пеноматериала - крупнопористая, степень остекловывания средняя (стенки ячеек мутные).

Пример 5

Для приготовления сырцовых гранул в качестве кремнеземистого компонента использованы хвосты апатитовой флотации (ХАФ из хвостохранилища АНОФ-2, г Апатиты, Мурманская обл.), химический состав которых представлен в табл. 1.

Для приготовления связующего раствора использовались следующие компоненты: стеклообразный силикат калия с массовым силикатным модулем 2,5 (39 вес.% K₂O), сода кальцинированная, вода водопроводная.

Вещественный состав сырьевой смеси представлен в следующей таблице:

Табл. 8

№ Компонент Содержание в сырьевой смеси, мас.% 1 Отходы апатитовой флотации (ХАФ) 60,8 2 Стеклообразный силикат натрия 15,9 3 Безводный карбонат калия 9,3 4 Вода водопроводная 14,0

Высушенные сырцовые гранулы, полученные по методу, описанному в примере 1, были помещены в закрытую форму из жаростойкой стали и помещены в муфельную печь, нагретую до 600°C, далее температура повышалась со скоростью 10°C/мин до конечной температуры вспенивания 870°C, выдержаны при температуре вспенивания в течение 5 минут, охлаждены до температуры 600°C со скоростью 2°C/мин, после чего нагреватели печи были отключены.

Полученный теплоизоляционный блок имеет следующие характеристики:

Табл. 9

№ п/п Показатель Найденные
значения 1 Объемная масса, кг/м³ 250 2 Прочность на сжатие, МПа 2,4 3 Объемное водопоглощение, % 3,6 4 Потеря массы при кипячении, % 1,8

Структура пеноматериала - крупнопористая, степень остекловывания высокая (стенки ячеек прозрачные).

Пример 6

Для приготовления сырцовых гранул в качестве кремнеземистого компонента использованы хвосты апатитовой флотации (ХАФ из хвостохранилища АНОФ-2, г Апатиты, Мурманская обл.), химический состав которых представлен в табл. 1.

Для приготовления связующего раствора использовались следующие компоненты: силикат-глыба (стеклообразный силикат натрия) с массовым силикатным модулем 3,0 (25 вес.% Na₂O), сода кальцинированная, вода водопроводная.

Вещественный состав сырьевой смеси представлен в следующей таблице:

Табл. 10

№ Компонент Содержание в сырьевой смеси, мас.% 1 Отходы апатитовой флотации (ХАФ) 68,7 2 Стеклообразный силикат натрия 7,9 3 Безводный сульфат натрия 1,7 4 Вода водопроводная 21,7

Высушенные сырцовые гранулы, полученные по методу, описанному в примере 1, были помещены в закрытую форму из жаростойкой стали и помещены в муфельную печь, нагретую до 600°C, далее температура повышалась со скоростью 10°C/мин до конечной температуры вспенивания 930°C, выдержаны при температуре вспенивания в течение 20 минут, охлаждены до температуры 600°C со скоростью 2°C/мин, после чего нагреватели печи были отключены.

Полученный теплоизоляционный блок имеет следующие характеристики:

Табл. 11

№ п/п Показатель Найденные
значения 1 Объемная масса, кг/м³ 315 2 Прочность на сжатие, МПа 1,7 3 Объемное водопоглощение, % 5,5 4 Потеря массы при кипячении, % 2,8

Структура пеноматериала - крупнопористая, степень остекловывания средняя (стенки ячеек мутные).

Пример 7

Для приготовления сырцовых гранул в качестве кремнеземистого компонента использованы хвосты апатитовой флотации (ХАФ из хвостохранилища АНОФ-2, г Апатиты, Мурманская обл.), химический состав которых представлен в табл. 1.

Для приготовления связующего раствора использовались следующие компоненты: силикат-глыба (стеклообразный силикат натрия) с массовым силикатным модулем 3,0 (25 вес.% Na₂O), сода кальцинированная, вода водопроводная.

Вещественный состав сырьевой смеси представлен в следующей таблице:

Табл. 12

№ Компонент Содержание в сырьевой смеси, мас.% 1 Отходы апатитовой флотации (ХАФ) 68,7 2 Стеклообразный силикат натрия 7,0 3 Твердый нитрат натрия 4,8 4 Вода водопроводная остальное

Высушенные сырцовые гранулы, полученные по методу, описанному в примере 1, были помещены в закрытую форму из жаростойкой стали и помещены в муфельную печь, нагретую до 600°C, далее температура повышалась со скоростью 10°C/мин до конечной температуры вспенивания 900°C, выдержаны при температуре вспенивания в течение 10 минут, охлаждены до температуры 600°C со скоростью 2°C/мин, после чего нагреватели печи были отключены.

Полученный теплоизоляционный блок имеет следующие характеристики:

Табл. 13

№ п/п Показатель Найденные
значения 1 Объемная масса, кг/м³ 230 2 Прочность на сжатие, МПа 1,8 3 Объемное водопоглощение, % 3,5 4 Потеря массы при кипячении, % 2,5

Структура пеноматериала - крупнопористая, степень остекловывания высокая (стенки ячеек прозрачные).

Пример 8

Для приготовления сырцовых гранул в качестве кремнеземистого компонента использован высушенный хвост апатитовой флотации (ХАФ, полученный в МФО обогатительной фабрики АНОФ-2, г. Апатиты, Мурманская обл.), химический состав которого (мас.%) представлен в Табл. 14.

Табл. 14

Al₂O₃ CaO Fe₂O₃ K₂O MgO Na₂O P₂O₅ SiO₂ TiO₂ п.п.п. 12,06 1,87 4,02 3,52 0,88 8,10 2,41 63,31 1,23 1,14

Для приготовления связующего раствора использовались следующие компоненты: силикат-глыба (стеклообразный силикат натрия) с массовым силикатным модулем 3,0 (25 вес.% Na₂O), сода кальцинированная, дополнительный порообразователь – графит молотый, вода водопроводная.

Вещественный состав сырьевой смеси представлен в следующей таблице:

Табл. 15

№ Компонент Содержание в сырьевой смеси, мас.% 1 Отходы апатитовой флотации (ХАФ) 78,0 2 Стеклообразный силикат натрия 7,8 3 Сода кальцинированная 1,6 4 Графит молотый 0,9 5 Вода водопроводная 11,7

Для приготовления связующего раствора дробленая до размера 0-3 мм силикат-глыба, сода, графит и вода были загружены в аттритор мокрого помола (вертикальную шаровую мельницу) емкостью 30 л с шаровой загрузкой из стальных шаров диаметром 6 мм, массой 25 кг. Через 5 минут после начала помола температура загрузки достигла 80°С и поддерживалась путем подачи воды в водяную рубашку аттритора на уровне 90-100°С. Через 20 минут после начала помола раствор стал прозрачным, что указывает на полное растворение силикат-глыбы и соды. При охлаждении раствора до 20°С раствор не кристаллизуется.

Высушенный молотый порошок ХАФ с физической влажностью 1,14% поместили в смеситель-гранулятор скоростного типа емкостью 50 л. В работающий смеситель-гранулятор был добавлен полученный ранее связующий раствор. Через 80 секунд после окончания дозирования связующего раствора прекратилось пыление раствора, через 110 секунд гранулирование завершилось.

Готовая смесь сырцовых гранул была высушена во вращающейся барабанной сушилке при температуре 200°С. Высушенные сырцовые гранулы были помещены в закрытую форму из жаростойкой стали и помещены в муфельную печь, нагретую до 600°C, далее температура повышалась со скоростью 10°C/мин до конечной температуры вспенивания 930°C, выдержаны при температуре вспенивания в течение 5 минут, охлаждены до температуры 600°C со скоростью 2°C/мин, после чего нагреватели печи были отключены.

Полученный теплоизоляционный блок имеет следующие характеристики:

Табл. 16

№ п/п Показатель Найденные
значения 1 Объемная масса, кг/м³ 290 2 Прочность на сжатие, МПа 3,3 3 Объемное водопоглощение, % 0,7 4 Потеря массы при кипячении, % 0,10

Структура пеноматериала - крупнопористая, степень остекловывания высокая (стенки ячеек прозрачны).

Результаты определения характеристик приготовленных образцов, а также прототипа, приведены в следующей таблице

Табл. 17

Пример Объемная масса, кг/м³ Прочность на сжатие, МПа Водопоглощение, об.% Потеря массы при кипячении, % Прототип 180-300 1,5-3,0 5-8 - Пример 1 344 3,0 0,8 0,12 Пример 2 370 3,4 0,8 0,25 Пример 3 410 3,1 1,9 0,87 Пример 4 330 2,1 4,1 2,10 Пример 5 250 2,4 3,6 1,80 Пример 6 315 1,7 5,5 2,81 Пример 7 230 1,8 3,5 2,50 Пример 8 290 3,3 0,7 0,10

Основные характеристики материала в сравнении с прототипом

Таким образом, при оптимальном технологическом режиме предлагаемый способ изготовления строительного материала обеспечивает заметное повышение, по сравнению с прототипом, прочности на сжатие (с 1,5-3,0 до 2,1-3,4 кг/см²) и существенное понижение водопоглощения (с 5-8 до 0,7-1,9 об.%).

Изобретение относится к химическому составу сырьевой массы, используемой для получения теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных строительных материалов с закрытой пористостью. Технический результат изобретения заключается в расширении сырьевой базы производства пеностеклокерамических материалов, повышения их прочности при сжатии и снижения водопоглощения. Шихта для получения теплоизоляционных блоков включает кремнеземсодержащий компонент, щелочной компонент, газообразователь и воду. В качестве кремнеземистого компонента она содержит нефелинсодержащие отходы переработки апатито-нефелиновых руд – хвосты апатитовой флотации (ХАФ) при следующем соотношении компонентов, мас.%: кремнеземистый компонент 60-80; щелочной компонент 9-26; газообразователь 0-1; вода 11-23. 3 з.п. ф-лы, 17 табл., 8 пр.

1. Шихта для получения теплоизоляционных блоков, включающая кремнеземсодержащий компонент, щелочной компонент, газообразователь и воду, отличающаяся тем, что в качестве кремнеземистого компонента она содержит нефелинсодержащие отходы переработки апатито-нефелиновых руд – хвосты апатитовой флотации (ХАФ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремнеземистый компонент 60-80  Щелочной компонент 9-26  Газообразователь 0-1 Вода 11-23.

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего компонента используются ХАФ с содержанием не менее 45 мас.% SiO₂, не более 10 мас.% Fe₂O₃ и не более 5 мас.% CaO.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного компонента используют стеклообразные силикаты натрия, кристаллические карбонаты натрия и калия, а также сульфаты, нитраты и гидроксиды щелочных металлов.

4. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве газообразователя используют твердые вещества углеродного, карбидного или карбонатного состава.