ВСПУЧЕННЫЕ ГРАНУЛЫ МИНЕРАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2023 года по МПК C04B14/18 C04B20/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к способу получения вспученных гранул из пескоподобного минерального материала, который содержит связанное вспучивающее вещество, например, вспученных гранул перлитового песка, при этом пескоподобный минеральный материал подают в загрузочное отверстие на одном конце шахты печи в направлении подачи сырья вдоль зоны термообработки, предпочтительно под действием силы тяжести, нагревают до критической температуры во время прохождения через участок термообработки, в результате чего пескоподобный минеральный материал становится пластичным и начинает вспучиваться под действием вспучивающего вещества, а вспученные гранулы выгружают на другом конце шахты печи.

Изобретение также относится к вспученным гранулам, полученным из пескоподобного минерального материала, например, вспученным гранулам из перлитового песка, и применению вспученных гранул в качестве минерального наполнителя для битумного продукта.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Легкие материалы являются основными материалами, которые востребованы в строительной отрасли для различных областей применения, от изоляции до готовой штукатурки. В основном облегченные материалы можно разделить на материалы нефтяного и минерального происхождения.

Несмотря на то, что материалы нефтяного происхождения отличаются хорошо изученным производственным процессом, их недостатком является горючесть. С другой стороны, материалы минерального происхождения, которые в основном представляют собой горные породы, содержащие (кристаллическую) воду, такие как перлит, обсидиан и т.д., в гранулированной форме, не являются горючими. Тем не менее их производственный процесс гораздо менее изучен, чем процесс производства материалов нефтяного происхождения. В особенно с учетом достижимых качественных показателей производственный процесс до сих нуждается в дальнейшей доработке.

Согласно уровню техники в производственном процессе давно широко используются печи, в которых нагретый воздух для сжигания подается снизу вверх через вертикально расположенные трубы. Пескоподобный минеральный материал, подлежащий вспучиванию, нагревают в горячих уходящих газах в противотоке до температуры значительно выше критической, которая, как правило, составляет от 750°С до 800°С, в редких случаях выше 800°С, при этом в этот момент пескоподобный минеральный материал становится пластичным, а вода, находящаяся в связанном состоянии в материале, испаряется. Испарение сопровождается вспучиванием пескоподобного минерального материала.

Основным недостатком данных печей является то, что вспучивание пескоподобного минерального материала практически не контролируется, т.е. пескоподобный минеральный материал нагревается очень быстро и значительно выше критической температуры, поэтому поверхность вспученных гранул растрескивается. В результате получают гранулят с открытыми порами, который очень легкий, хрупкий, но при этом очень гигроскопичный. Почти всегда в случаях, когда подобный вспученный гранулят с открытыми порами смешивают с другими компонентами для получения композиционного материала, наблюдается истирание материала, уменьшающего его объем и, в частности, объем пор вспученных гранул с открытыми порами, и таким образом, облегчающий и изолирующий эффект. Высокая гигроскопичность вспученных гранул очень нежелательна, в особенности для изоляции и штукатурки, так как материал поглощает и накапливает влагу. Для предотвращения гигроскопичности необходима последующая пропитка материала силиконом. Однако это приводит к дорогостоящему дополнительному технологическому этапу, который сочетается со значительным недостатком (силикон воспламеняется примерно при 200°С).

Для устранения упомянутых выше недостатков в ЕР 2697181 В1 предлагается способ вспучивания пескоподобного минерального материала, с помощью которого можно гарантировать, что вспученные гранулы имеют по большей степени закрытопористую поверхность, поэтому имеют незначительную или не имеют гигроскопичности.

Для описанного способа можно сделать вывод о том, что процесс вспучивания является изоэнтальпическим процессом. Обнаруживается охлаждение гранулята, связанное с изоэнтальпическим вспучиванием, при этом целенаправленно снижается температуру вдоль остаточного пути прохождения вспученного гранулята, чтобы не происходило дальнейшего вспучивания.

Несмотря на то, что гранулы, вспученные согласно данному процессу, отличаются высоким качеством и негигроскопичностью, их нельзя использовать в некоторых областях по причине неподходящих физических свойств.

ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения вспученных гранул из минерального материала, который не имеет упомянутых недостатков предшествующего уровня техники. В частности, вспученные гранулы должны быть универсальными.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к способу получения вспученных гранул пескоподобного минерального материала, в состав которого входит связанное вспучивающее вещество, например, вспученных гранул перлитного песка, который включает подачу пескоподобного минерального материала

- в загрузочное отверстие на одном конце шахты печи,

- транспортировку в направлении участка термообработки, предпочтительно под действием силы тяжести,

- нагревание до критической температуры при транспортировке на участке термообработки, при котором пескоподобно-зернистый, минеральный материал приобретает пластичность и начинает набухать за счет вспучивающего вещества,

- и выгрузку вспученных гранул на другом конце шахты печи,

характеризующийся тем, что пескоподобный минеральный материал нагревают до второй температуры выше критического значения после достижения критической температуры, при этом вторая температура ниже третьей температуры, при которой растрескивается поверхность вспученных гранул, а вторую температуру выбираю в зависимости от необходимой плотности вспученных гранул и выбирают так, чтобы часть вспучивающего вещества оставалась в гранулах в связанном состоянии.

Установлено, что вопреки известным данным и предположениям согласно предшествующему уровню техники, при температуре выше критической имеется температурный диапазон, в котором вспучивание пескоподобного минерального материала достигается при выбранной второй температуре, до которой нагревается пескоподобный минеральный материал, регулируемый в определенных пределах без растрескивания поверхности вспученных гранул.

Что касается растрескивании поверхности, следует отметить, что по замыслу изобретения поверхность вспученных гранул не считается растрескавшейся и, следовательно, является закрытопористой, если растрескивается менее 15%, предпочтительно менее 10%, особенно предпочтительно менее 5% поверхности вспученных гранул, а остальная поверхность является гладкой.

Поверхности, которые имеют небольшое растрескивание, также приводят к минимальной гигроскопичности или вообще к отсутствию гигроскопичности, а также высокой механической стабильности вспученных гранул.

Также было обнаружено, что контролируемое вспучивание пескоподобного минерального материала позволяет регулировать плотность [кг/м³] или коэффициент расширения вспученных гранул для соответствующих областей применения. То есть, при подборе подходящей второй температуры можно получить вспученные гранулы с различной плотностью и, следовательно, прочностью, которые, тем не менее, имеют закрытопористые поверхности, являются механически стабильными и негигроскопичными.

Под коэффициентом разбухания следует понимать отношение объема пескоподобного минерального материала до вспучивания к объему гранул после вспучивания. Чем ближе вторая температура к критической, тем меньше вспучивается пескоподобный минеральный материал, т.е. тем ниже коэффициент разбухания гранул. В этом случае часть вспучивающего вещества не задействуется при вспучивании. Вспучивающее вещество остается в связанной форме в гранулах. При повышении второй температуры коэффициент вспучивания гранул также увеличивается. Чем ближе вторая температура к третьей температуре, тем больше вспучивающего вещества используется при вспучивании, т.е. тем меньше вспучивающего вещества остается в связанном виде в гранулах.

Это означает, что выбор второй температуры позволяет регулировать вспучивание в том смысле, что устанавливается остаточное содержание влаги во вспученных гранулах, т.е. доля воды в сырье, которая не задействуется при вспучивании, что, в свою очередь, позволяет спрогнозировать целевую плотность вспученных гранул. Чем ниже выбранная вторая температура, тем выше плотность вспученных гранул. Чем выше выбранная вторая температура, тем ниже плотность вспученных гранул. Поскольку плотность пропорциональна механической прочности, то механическая прочность вспученных гранул также ниже при меньшей плотности и выше при более высокой плотности вспученных гранул. Всегда имеется возможность выбрать для любой практической области применения вспученных гранул ту плотность, при которой механическая прочность будет достаточной. Это гарантирует, что вспученные гранулы будут стабильными настолько, насколько необходимо, но в то же время иметь максимально возможную легкость. Таким образом, вспученные гранулы можно использовать в разных областях применения и могут быть адаптированы к соответствующим областям применения при реализации способа согласно изобретению таким образом, чтобы решение было оптимально эффективным.

В особенно предпочтительном варианте реализации изобретения способ включает следующее:

Пескоподобный минеральный материал сначала нагревают до критической температуры, а затем до второй температуры при передаче по участку термообработки. При температуре выше критической пескоподобный минеральный материал, состоящий из множества частиц, каждая из которых имеет определенную структуру и поверхность, приобретает пластичность, то есть пескоподобный минеральный материал становится мягким.

Благодаря вспучивающему веществу большая часть пескоподобного минерального материала начинает вспучиваться при критической температуре. В рассматриваемом контексте под словом «большая часть» понимается то, что более 80%, предпочтительно более 90%, особенно предпочтительно более 95% направляемого пескоподобного минерального материала начинает вспучиваться.

Поскольку не все частицы подаваемого пескоподобного минерального материала имеют одинаковые физические и химические параметры, нельзя полностью исключить того, что пластификация и, следовательно, процесс вспучивания начинается для определенного количества частиц позже, чем для большинства частиц. По этой причине предпочтительно требуется, чтобы пескоподобный минеральный материал имел частицы с как можно более идентичными свойствами, чтобы нагрев минерального материала при реализации способа согласно изобретению был одинаковым для всех частиц или по меньшей мере для большинства частиц.

Вторая температура находится в диапазоне от критической температурой до третьей температуры, при этом поверхность гранул растрескивается при третьей температуре. В диапазоне между критической температурой и третьей температурой пескоподобное минеральное вещество максимально вспучивается без растрескивания поверхности.

Структура и поверхности пескоподобного минерального материала имеют вязкость, зависимую от температуры. При более высоких температурах поверхности и основная часть пескоподобного минерального материала имеют меньшую вязкость, поэтому пескоподобный минеральный материал больше вспучивается за счет испаряющегося вспучивающего вещества. При температуре ниже критической вязкость материала настолько высока, что поверхности и основная часть пескоподобного минерального материала не становятся пластичными и не происходит вспучивания. При температурах выше третьей температуры вязкость основной части и поверхностей также является очень низкой, а давление испарения вспучивающего вещества настолько значительное, что поверхности вспучиваемых гранул при вспучивании растрескиваются. Это означает, что вязкость гранулята, вспучивание и впоследствии плотность и механическая прочность вспученных гранул можно регулировать при установлении второй температуры.

Как уже указывалось выше, было установлено, что коэффициент вспучивания или плотность вспученных гранул можно регулировать при установлении второй температуры таким образом, чтобы значение второй температуры был обратно пропорционально плотности вспученных гранул, т.е. чем ниже вторая температура, тем выше плотность вспученных гранул и наоборот. Как указано выше, плотность пропорциональна механической прочности. Таким образом, при меньшей плотности вспученных гранул их механическая прочность также ниже, а при большей плотности вспученных гранул механическая прочность выше. Всегда имеется возможность выбрать для любой практической области применения вспученных гранул ту плотность, при которой механическая прочность будет достаточной.

Это гарантирует, что вспученные гранулы не только обладают преимуществами, связанными с закрытопористой структурой, но и являются стабильными и то же время достаточно легкими. Таким образом, вспученные гранулы можно использовать в разных областях применения и могут быть адаптированы к соответствующим областям применения при реализации способа согласно изобретению таким образом, чтобы решение было оптимально эффективным.

Частицы вспученных гранул с закрытопористой поверхностью имеют идеальную сферическую форму, но также могут быть и яйцевидными, картофелевидными или иметь вид нескольких связанных образований (подобно нескольким соединенным мыльным пузырям).

Вспучивающее вещество более или менее равномерно связывается внутри частиц гранулята. В зависимости от распределения вспучивающего вещества в частицах при вспучивании может образоваться несколько вспученных частиц, которые не отделяются друг от друга и образуют несколько связанных образований.

В альтернативном варианте реализации способ согласно изобретению предусматривает, что пескоподобный минеральный материал сначала предварительно нагревают до температуры предварительного нагрева ниже критического значения, предпочтительно до не более 750°С, после его подачи в шахту печи при подготовке к вспучиванию.

В зависимости от сырья в виде пескоподобного минерального материала, может отсутствовать необходимость предварительного нагрева до 750°С. Требуется только следить за тем, чтобы температура не превышала 750°С, хотя в зависимости от размера частиц сырья она может снижаться и быть значительно ниже 750°С. Например, температура предварительного нагрева может находиться в диапазоне от 500°С до 650°С.

Цель предварительного нагрева заключается в медленном нагревании частиц минерального материала до сердцевины перед вспучиванием. При нагреве до температуры предварительного нагрева все слои пескоподобного минерального материала (от поверхности до сердцевины) нагреваются медленно, а не скачкообразно.

Необходимо следить за тем, чтобы в результате предварительного нагрева в слоях пескоподобного минерального материала наблюдался как можно более равномерный температурный профиль. Ограничение температуры предварительного нагрева предотвращает вспучивание наружных, приповерхностных слоев и образование изолирующего слоя, который приводит к слишком быстрому нагреву сердцевины до критической температуры. Кроме того, ограничение температуры предварительного нагрева позволяет предотвратить за счет вспучивающего вещества создания такого давления, при котором пескоподобный минеральный материал неконтролируемо вспучивается, что вызывает растрескивание поверхности.

В альтернативном варианте реализации способ согласно изобретению предусматривает, что время до достижения температуры предварительного нагрева составляет от 0,5 до 1,5 секунд, предпочтительно от 0,5 до 2 секунд, особенно предпочтительно от 0,5 до 3 секунд.

Как указано выше, требуется, чтобы сырье в шахте печи нагревалось медленно, а не резко. Поэтому помимо ограничения температуры предварительного нагрева требуется также регулировать подачу тепла в шахту печи таким образом, чтобы температура предварительного нагрева (не обязательно максимальная температура предварительного нагрева) достигалась как можно медленнее в граничных производственных условиях (допустимое расстояние подачи сырья).

Повышение температуры при предварительном нагреве предпочтительно является линейным. Однако также возможно, что повышение температуры до достижения температуры предварительного нагрева будет экспоненциальным или ограниченным.

В предпочтительном варианте реализации способа согласно изобретению предусматривает, что участок термообработки содержит нагревательные элементы для передачи тепла к пескоподобному минеральному материалу, при этом включение нагревательных элементов осуществляется на расстояния не менее 1 м, предпочтительно на расстояния не менее 2,5 м, в особенности предпочтительно в пределах не менее 4 м от загрузочного отверстия при температуре сырья не более 750°С.

В результате начало вспучивания в шахте печи может быть максимально отложено, с учетом сырья и задаваемой плотности. Чем позже происходит начало вспучивания, тем дольше и равномернее осуществляется предварительный нагрев. В любом случае требуется, чтобы остаточное расстояние подачи сырье было достаточным для достижения второй температуры и, следовательно, нужной плотности.

При использовании соответствующего легкого сырья можно просто управлять работой только нагревательных элементов, расположенных на расстоянии 1 м от загрузочного отверстия, с температурой подачи не более 750°С, поскольку они являются достаточными для медленного и равномерного нагрева. С другой стороны, при более тяжелом сырье может потребоваться контроль всех нагревательных элементов, расположенных на расстоянии 4 м от загрузочного отверстия, при максимальной температуре сырья 750°С, поскольку в этом случае для равномерного непрерывного нагрева требуется большая траектория падения.

В альтернативном варианте реализации способ согласно изобретению предусматривает, что нагревательные элементы, расположенные на выходе и регулируемые по температуре сырья в направлении подачи, включаются при температуре, которая превышает температуру сырья, предпочтительно находится в диапазоне от 800 до 1100°С. Это гарантирует достижение по меньшей мере критической температуры, при которой происходит вспучивание.

В альтернативном варианте реализации способ согласно изобретению предусматривает, что вторая температура находится в диапазоне температур от критической до превышающих критическую в 1,5, или 1,4, или 1,3, или 1,2, или 1,1 раза. Это означает, что в зависимости от вида сырья и размера исходных частиц вторая температура не превышает критическую температуру в 1,5 раза. За счет подбора второй температуры, которая в любом случае ниже третьей температуры, гарантируется, что в зависимости от сырья, более 85%, предпочтительно более 90%, особенно предпочтительно более 95% вспученных гранул после вспучивания при второй температуре будут иметь закрытопористую поверхность без трещин.

В альтернативном варианте реализации способ согласно изобретению предусматривает, что первую температуру и/или критическую температуру, и/или третью температуру для определенного вида сырья определяют экспериментально перед его подачей в шахту печи, при этом первую и/или критическую температуру можно определить, например, с помощью испытательной печи, предпочтительно муфельной печи. Это означает, что соответствующие температуры определяют (в особенности для неизвестного сырья) экспериментально до подачи гранулята в шахту печи. В том числе при этом устанавливают влажность гранул и процент потери в массе при высушивании. Однако если сырье не различается (аналогичный тип исходного песка и размер частиц), новой оценки не требуется.

Затем определяют первую температуру и/или критическую температуру, и/или третью температуру в зависимости от класса пескоподобного минерального материала, начального размера частиц пескоподобного минерального материала и массы вспучивающего вещества. Затем, в зависимости от нужной плотности, определяют вторую температуру.

В альтернативном варианте реализации изобретения способ предусматривает, что вспучивающее вещество содержит воду, которая находится в связанном состоянии в пескоподобном минеральном материале.

Как уже было указано выше, пескоподобный минеральный материал приобретает пластичность при критической температуре, при этом испаряющееся вспучивающее вещество на водной основе оказывает влияние на пескоподобный минеральный материал, в частности на его поверхность, и вызывает вспучивание.

В альтернативном варианте реализации изобретения способ предусматривает, что после достижения второй температуры подвод тепла к вспученным гранулам регулируют таким образом, чтобы температура вспученных гранул больше не повышалась. Это останавливает дальнейшее вспучивание и предотвращает растрескивание гранул, при этом поддерживается определенный коэффициент вспучивания при заданной второй температуре. Таким образом, большая часть, т.е. более 85%, предпочтительно более 90%, особенно предпочтительно более 95% вспученных гранул на другом конце шахты печи имеют закрытопористую поверхность и плотность, которую можно регулировать с учетом второй температуры. Полученные вспученные гранулы отличаются отсутствием гигроскопичности или, на практике, незначительной отрицательной гигроскопичностью и высокой механической стабильностью.

Тепловую мощность нагревательных элементов в зонах нагрева на участке термообработки, остающихся после вспучивания, предпочтительно последовательно уменьшают. Это означает, что после достижения второй температуры температура вспученных гранул снижается.

Можно предположить, что вторая температура достигается только в зоне термообработки, которая находится рядом с другим концом шахты печи. Преимущество этого заключается в том, что количество нагревательных элементов, расположенных за зоной в направлении передачи сырья, остается небольшим.

Если вспучивание происходит в зоне термообработки, которая находится не рядом с другим концом шахты печи, а, например, в центральной части шахты, также можно предположить, что на выходе из зоны в направлении передачи сырья за областью, в которой достигается вторая температура, не будет находиться работающих нагревательных элементов.

Это гарантирует отсутствие дальнейшего вспучивания после прохождения указанной зоны и то, что вспученный гранулят, который имеет в основном закрытопористую поверхность, не растрескается.

Согласно настоящему изобретению вспученный гранулят можно использовать в качестве минерального наполнителя в битумном продукте. Это наиболее предпочтительная область применения вспученных гранул с закрытопористой поверхностью и определенной плотностью. Это связано с тем, что использование вспученных гранул позволяет оптимизировать массу битумного продукта без негативного влияния на герметизирующий эффект битумного продукта.

СПОСОБЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объяснение изобретения более подробно приводится с использованием двух примерных вариантов реализации, при этом перлитовый песок применяется в качестве сырья для производства вспученных гранул в обоих вариантах реализации.

В первом примерном варианте реализации (перлит А) невспученный перлитовый песок А имеет исходный размер частиц в диапазоне от 100 до 300 мкм. При значении температуры выше критического, которое в этом варианте реализации составляет 790°С и ниже третьей температуры, составляющей >1080°С, имеется диапазон температур, в пределах которого происходит вспучивание перлитового песка А при выбранной второй температуре, до которой нагревается перлитовый песок А без растрескивания поверхности, а часть вспучивающей добавки остается в связанном состоянии в гранулах и не используется для вспучивания.

За счет контролируемого вспучивания и сохранения неактивной части связанной вспучивающей добавки можно регулировать объемную плотность и соответствующую прочность на сжатие вспученного перлита А в соответствующих областях применения.

В таблице 1 представлены (исключительно в качестве примера) данные о корреляции второй температуры и объемной плотности вспученных гранул и прочности на сжатие для перлита А при нагревании до второй температуры. Кроме того, согласно данным из таблицы 1 видно, что уровень остаточной влаги в частицах вспученного перлита А, которая сохраняется за счет связанной вспучивающей добавки, т.е. воды, видимым образом изменяется.

В первом варианте реализации изобретения перлитовый песок В сначала доводят до критической температуры 790°С при пропускании через зону термообработки, а затем нагревают до второй температуры. При значении температуре выше критического 790°С перлитовый песок А становится пластичным, а вода, находящаяся в связанном состоянии в перлитовом песке А, так называемая кристаллическая вода, начинает испаряться, а вспучивающая добавка начинает действовать. Одновременно с началом вспучивания перлитовый песок А увеличивается в объеме в сравнении с первоначальным объемом. При нагреве выше третьей температуры, которая в данном варианте реализации равна значению выше 1080°С, то есть, например, может быть 1090°С или 1100°С, или 1200°С, поверхность перлита А начинает растрескиваться. Вода, которая изначально находится в связанном состоянии в грануляте, полностью испаряется.

Однако, если температура (вторая температура) ниже третьей температуры, вода сохраняется в гранулах в связанном виде. Долю связанной воды, остающейся в гранулах, и, таким образом, достигаемую объемную плотность можно регулировать за счет выбора второй температуры.

Это подтверждается числовыми данными из таблицы 1. Поскольку имеется прямо пропорциональная зависимость между объемной плотностью и прочностью на сжатие, прочность на сжатие также можно задать за счет выбора второй температуры. В частности, это означает: чем ниже выбранная вторая температура, тем выше объемная плотность вспученного перлита А и, следовательно, его прочность на сжатие. Чем выше выбранная вторая температура, тем ниже объемная плотность вспученного перлита А и, следовательно, его прочность на сжатие. Поэтому выбирая соответствующую вторую температуру, можно гарантировать, что вспученный и, следовательно, негигроскопичный перлит А с закрытыми порами будет иметь соответствующую стабильность и в то же время максимальную легкость, соответственно, вспученный перлит А является универсальным материалом.

Наименьшая насыпная плотность 90 кг/м³ и наименьшая прочность на сжатие 0,15 Н/мм² наблюдаются у перлита А при второй температуре около 1080°С, поскольку в этом случае вторая температура очень близка к третьей температура. Высокая насыпная плотность 400 кг/м³ и высокая прочность на сжатие 3,60 Н/мм² вспученного перлита А наблюдаются при второй температуре 950°С, в этом случае вторая температура ближе к критической температуре. Для сравнения: насыпная плотность невспученного перлитового песка А (сырье) составляет примерно 1050 кг/м³, содержание влаги составляет 3,66% м/м и является только справочным значением исходной доли связанной воды.

Чем ближе вторая температура к критической, тем меньше вспучивается перлитовый песок А. Часть воды сохраняется в связанном виде в перлите А. Чем ближе вторая температура к третьей температуре, тем больше испаряется воды, т.е. тем меньше воды остается в перлите А в связанном виде. Остаточная влажность, показанная в таблице 1, является показателем уровня воды, оставшейся в перлите А после вспучивания. При насыпной плотности вспученного перлита А 90 кг/м³ в материале имеется только 0,74% м/м связанной воды, а при насыпной плотности 400 кг/м³ 1,40% м/м связанной воды. Следует упомянуть, что единицей измерения остаточной влажности, используемой в данном изобретении, является массовый процент [% м/м].

Во втором примерном варианте реализации (перлит В) невспученный перлитовый песок В имеет исходный размер частиц в диапазоне от 75 мкм до 170 мкм. Общие положения/определения, приведенные в первом примерном варианте реализации в отношении критической температуры, второй температуры, третьей температуры, объемной плотности, остаточной влажности и прочности на сжатие, и их соотношений друг относительно другу, также применимы ко второму примерному варианту реализации.

Во втором варианте реализации изобретения перлитовый песок В также сначала доводят до критической температуры 790°С, а затем нагревают до второй температуры при его перемещении через зону термообработки. При значении температуры выше критической 790°С перлитовый песок В также приобретает пластичность, а вода, находящаяся в связанном состоянии в перлитовом песке В, начинает испаряться, а вспучивающая добавка начинает действовать. При нагреве выше третьей температуры, которая в данном варианте реализации равна значению выше 1015°С, то есть, например, может быть 1025°С или 1050°С, или 1100°С, поверхность перлита В начинает растрескиваться. Вода, которая изначально находится в связанном состоянии в грануляте, полностью испаряется.

У перлита В наблюдается наиболее низкая насыпная плотность 220 кг/м³ и прочность на сжатие 1,50 Н/мм² при второй температуре около 1015°С. При второй температуре 825°С у вспученного перлита В наблюдается наиболее высокая насыпная плотность 550 кг/м³ и прочность на сжатие 7,80 Н/мм². Установлено, что во втором варианте реализации при насыпной плотности 220 кг/м³ во вспученном перлите В остается 1,03% м/м связанной воды, а при насыпной плотности 550 кг/м³ 1,62% м/м связанной воды. Для сравнения: насыпная плотность невспученного перлитового песка В (сырье) составляет примерно 1000 кг/м³, содержание влаги составляет 3,66% м/м, что в данном варианте реализации является только справочным значением исходного содержания связанной воды.

Таблица 2 также показывает, что третья температура ниже для перлита В по причине более мелкого начального размера частиц в сравнению с перлитом А. В результате более высокая насыпная плотность вспученного перлита В и, следовательно, более высокая прочность на сжатие обеспечиваются при использовании перлитового песка В в сравнении с перлитовым песком А.

Специалисту в данной области техники известно, что для реализации способа согласно изобретению преимущественно требуется, что используемое сырье подвергалось соответствующему кондиционированию перед использованием в способе согласно изобретению для того, чтобы обеспечить одинаковые исходные условия для отдельных частиц песка.

Особенно предпочтительно при соблюдении указанных условий, что более 80%, предпочтительно более 90%, особенно предпочтительно более 95% исходного материала (например, перлитового песка А или песка В) при критической температуре, приведенной в двух вариантах реализации, начинает вспучиваться и распадаться при третьей температуре, приведенной в таблицах, для того, чтобы при выбранной второй температуры можно было гарантировать, что только часть воды, находящейся в связанном состоянии в сырье, принимала участие в процессе вспучивания, а остальная часть оставалась во вспученных гранулах.

Изобретение относится к способу получения вспученных перлитовых гранул, применяемых в качестве наполнителя для битумного продукта. Способ получения вспученных перлитовых гранул из пескоподобного минерального материала – перлитового песка, содержащего связанное вспучивающее вещество – воду, включает подачу перлитового песка в загрузочное отверстие на одном конце шахты печи, транспортировку его на участок термообработки, нагревание до критической температуры по меньшей мере 790°С на участке термообработки, при которой перлитовый песок приобретает пластичность и начинает вспучиваться за счет вспучивающего вещества – воды, последующее нагревание до второй температуры не выше 1080°С, выгрузку вспученных перлитовых гранул на другом конце шахты печи. При этом вторая температура ниже третьей температуры, при которой растрескивается поверхность вспученных перлитовых гранул, и вторую температуру выбирают в зависимости от требуемой плотности вспученных перлитовых гранул и так, чтобы часть вспучивающего вещества оставалась во вспученных перлитовых гранулах в связанном состоянии. Технический результат – контроль вспучивания пескоподобного минерального материала с получением вспученных перлитовых гранул с закрытопористой поверхностью, повышение прочности на сжатие вспученных гранул. 5 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения вспученных перлитовых гранул из пескоподобного минерального материала – перлитового песка, содержащего связанное вспучивающее вещество – воду, включающий подачу перлитового песка

- в загрузочное отверстие на одном конце шахты печи,

- транспортировку его на участок термообработки,

- нагревание до критической температуры по меньшей мере 790°С на участке термообработки, при которой перлитовый песок приобретает пластичность и начинает вспучиваться за счет вспучивающего вещества – воды,

- последующее нагревание до второй температуры не выше 1080°С, при этом вторая температура ниже третьей температуры, при которой растрескивается поверхность вспученных перлитовых гранул, и вторую температуру выбирают в зависимости от требуемой плотности вспученных перлитовых гранул и так, чтобы часть вспучивающего вещества оставалась во вспученных перлитовых гранулах в связанном состоянии,

- и выгрузку вспученных перлитовых гранул на другом конце шахты печи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перлитовый песок сначала предварительно нагревают до температуры 500-750°С, после его подачи в шахту печи при подготовке к вспучиванию.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что участок термообработки содержит нагревательные элементы для передачи тепла к перлитовому песку, при этом нагревательные элементы размещены на расстоянии не менее 1 м, предпочтительно на расстоянии не менее 2,5 м, в особенности предпочтительно на расстоянии не менее 4 м от загрузочного отверстия шахты печи.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что время, необходимое для достижения температуры предварительного нагрева, составляет от 0,5 до 1,5 секунд, предпочтительно от 0,5 до 2 секунд, особенно предпочтительно от 0,5 до 3 секунд.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что вторая температура находится в диапазоне от критической температуры до значений, превышающих критическую температуру в 1,3, или 1,2, или 1,1 раза.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что после достижения второй температуры подвод тепла к вспученным перлитовым гранулам регулируют таким образом, чтобы температура вспученных гранул не повышалась для предотвращения их растрескивания.