Сырьевая смесь для получения блочного пеностекла Российский патент 2024 года по МПК C03C11/00 C03C6/02 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составу шихты для получения блочного пеностекольного материала, применяемого для эффективной теплоизоляции зданий, сооружений и технологических агрегатов.

Известна сырьевая смесь для получения пеностекла, состоящая из тонкоизмельченного специально сваренного стекла и газообразователя [1].

Недостатком данной смеси является использование в качестве основного компонента специально сваренного стекла, изготовление которого сопровождается значительными энергозатратами на варку, что в конечном счете существенным образом сказывается на себестоимости продукции.

Известна сырьевая смесь для получения гранулированного пеностекла [2], включающая несортовой тонкоизмельченный (10-50 мкм) стеклобой, порообразователь - уголь, крупнопористый силикагель (30 мкм), связующее.

Недостатком данной смеси является применение несортового стеклянного боя, которое вызывает серьезные технологические трудности, в первую очередь связанные с непостоянством химического состава исходного стекла. Непостоянство химического состава в массовом производстве будет негативно влиять на стабильность и качество получаемого пеностекла. Это в свою очередь приводит либо к постоянным изменениям в технологии, либо к большому количеству брака готовой продукции. И то и другое в условиях промышленного производства недопустимо.

Из известных веществ наиболее близким по составу является сырьевая смесь для получения блочного пеностекла, содержащая стеклообразующее вещество в виде смеси минерального компонента, стеклобоя и борной кислоты и углеродный порообразователь – антрацит, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Минеральный компонент (шлак ТЭС) 55-70; Стеклобой 14-25; Борная кислота 10-20; Углеродный порообразователь (антрацит) 1-5 [3].

В известном техническом решении в качестве основного стеклообразующего вещества (до 70 масс. %) используется шлак ТЭС, содержащий большое количество тугоплавких компонентов, из-за которых температура вспенивания пеностекольной смеси не может быть снижена менее 900 ^оС, так как это приведет к резкому увеличению плотности материала и к существенному снижению теплоизоляционных свойств. Также из-за повышенной температуры вспенивания (900-1000^оС) в прототипе не удается максимально эффективно использовать применяемый углеродный порообразователь (антрацит), так как он начинает выгорать при более низких температурах, и структура получаемой при более высокой температуре пены получается недоразвитой. Из-за недоразвитой структуры пеномассы и из-за большого количества шлака ТЭС снижаются прочностные характеристики материала. Кроме этого, химический состав шлака ТЭС по объему может сильно отличаться, что в свою очередь приведет либо к постоянным изменениям в технологии, либо к большому количеству брака готовой продукции. И то и другое в условиях промышленного производства недопустимо.

Таким образом, недостатками известного технического решения являются высокая температура вспенивания 900-950°С, высокая плотность (более 220 кг/м³) и низкая прочность (менее 1,4 МПа) получаемого пеностекольного материала.

Цель изобретения - снижение температуры вспенивания и улучшение эксплуатационных характеристик получаемого пеностекольного материала.

Поставленная цель достигается тем, что в сырьевой смеси для получения блочного пеностекла, содержащей стеклообразующее вещество в виде смеси минерального компонента и стеклобоя и углеродного порообразователя, дополнительно в качестве минерального компонента используются отсевы железооксидной руды металлургического производства, в качестве стеклобоя используется бой зеленого тарного стекла, а в качестве углеродного порообразователя применяется графит, в следующем соотношении, масс. ч.:

Бой зеленого тарного стекла 90 – 110; Отсевы железооксидной руды металлургического производства 2,5 – 7,5; Графит 1 – 1,5.

Предлагаемая сырьевая смесь для получения блочного пеностекла содержит новые отличительные признаки:

- в качестве минерального компонента используются отсевы железооксидной руды металлургического производства;

- компоненты исходной смеси используются в следующем соотношении, масс. ч.:

Бой зеленого тарного стекла 90 – 110; Отсевы железооксидной руды металлургического производства 2,5 – 7,5; Графит 1 – 1,5.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует требованию «новизна».

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области создания строительных теплоизоляционных материалов на основе стекла.

Использование в качестве минерального компонента отсевов железооксидной руды металлургического производства и использование компонентов исходной смеси в следующем соотношении, масс. ч.:

Бой зеленого тарного стекла 90 – 110; Отсевы железооксидной руды металлургического производства 2,5 – 7,5; Графит 1 – 1,5,

в известных сырьевых смесях, предназначенных для изготовления пеностекольного теплоизоляционного материала, не обнаружено.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

При введении в состав сырьевой смеси в качестве основных сырьевых компонентов боя зеленого тарного стекла и отсевов железооксидной руды металлургического производства при следующем соотношении, масс. ч:

Бой зеленого тарного стекла 90 – 110; Отсевы железооксидной руды металлургического производства 2,5 – 7,5; Графит 1 – 1,5,

обеспечивается снижение температуры вспенивания до 850°С, снижение плотности и увеличение прочности на изгиб получаемого пеностекольного материала.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «положительный эффект».

Для получения предлагаемой исходной сырьевой смеси в качестве основного сырья используются:

-бой зеленого тарного стекла марки ЗС, химический состав которого соответствует ГОСТ Р 52022-2003 и содержит (%, по массе): SiO₂– 72,3%, Al₂O₃ – 2,48%, Fe₂O₃ – 0,2%, MgO – 4,17%, CaO – 5,96%, Na₂O – 14,0%, Cr₂O₃ – 0,27%;

- отсевы железооксидной руды металлургического производства (ТУ 0790-012-99637759), ОМК СТАЛЬ филиал г. Выкса, примерный химический состав которых приведен в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав железооксидной руды металлургического производства

Массовая доля оксида, % Fe₂O₃ ZnO CaO SiO₂ MnO MgO PbO Al₂O₃ Cr₂O₃ P₂O₅ 52,72 18,04 15,51 4,63 4,25 2,04 1,58 0,55 0,39 0,29

Процесс получения пеностекла включает следующие стадии:

- приготовление шихты;

- формование заготовок;

- вспенивание;

- отжиг;

- механическую обработку.

Приготовление шихты включает в себя две стадии:

1) Раздельное измельчение боя зеленого тарного стекла и отсевов железооксидной руды металлургического производства (ОЖРМП) в шаровой мельнице до достижения удельной поверхности от 5000 до 7000 см²/г.

2) Смешение предварительно измельченных боя зеленого тарного стекля, отсевов железооксидной руды металлургического производства и графита в нужной пропорции в шаровой мельнице.

Для достижения цели, а именно для снижения температуры вспенивания и улучшения эксплуатационных характеристик пеностекла (плотности и предела прочности на сжатие), в заявляемом изобретении предлагается в качестве основного стеклообразующего вещества использовать бой зеленого тарного стекла и ОЖРМП.

Бой зеленого тарного стекла имеет химический состав, который строго регламентирован ГОСТ, что означает его постоянство, как по объему отдельной партии, так и от партии к партии. Данное условие является основополагающим при массовом производстве пеностекольного материала. Кроме этого, зеленое стекло, ввиду как раз своего химического состава, обладает температурой размягчения около 800-900^оС, что позволяет наиболее эффективно использовать углеродный порообразователь (графит), так как указанный выше интервал температур размягчения зеленого стекла совпадает с интервалом температур, при котором происходит наиболее полное разложение порообразователя с выделением максимального количества газа, за счет которого и формируется развитая пеноподобная структура. Применение боя зеленого тарного стекла, позволяет существенно сократить себестоимость продукции за счет снижения энергозатрат на специальную варку стекла.

В составе отсевов железооксидной руды металлургического производства содержится большое количество оксида железа (52 масс. %), который способствует более быстрому и лучшему прогреву шихты, а также дополнительно содержит оксид кальция (15 масс. %), являющийся плавнем. В сумме данные оксиды приводят к существенному снижению температуры размягчения шихты, что позволяет снизить температуру вспенивания до 850^оС при сохранении или даже снижении плотности и прочности получаемого пеностекольного материала и достижении высоких теплоизоляционных свойств.

С целью подтверждения положительного эффекта, достигаемого при использовании предлагаемого технического решения, были проведены экспериментальные исследования.

Для этого приготовленную предлагаемым образом смесь засыпали в стальную пресс-форму и подвергали одноосному прессованию на гидравлическом прессе при давлении 30 МПа. Полученные заготовки вспенивались в муфельной печи при температуре 850 ^оС. Время вспенивания составляло 30 мин. За периодом вспенивания следовала стадия резкого охлаждения для фиксирования структуры материала и отжига при самопроизвольном охлаждении электрической муфельной печи в течение не менее 5 ч.

После окончательного остывания вспененных блоков проводят их опиловку для придания точной формы и размеров и нахождение эксплуатационных свойств.

Варьируя количество отсевов железооксидной руды металлургического производства, даже в узком пределе, а также температуру вспенивания, можно получать пеностекольный материал с разным набором эксплуатационных свойств.

Заявляемое изобретение поясняется следующими примерами:

1. В данном примере для получения шихты пеностекла в качестве сырьевых материалов используют бой зеленого тарного стекла, отсевы железооксидной руды металлургического производства и графит в следующих количествах, масс. ч.:

Бой зеленого тарного стекла 110 ОЖРМП 2,5 Графит 1

Шихту для пеностекла готовят путем предварительного тонкого измельчения основных компонентов с последующим смешиванием всех компонентов в шаровой мельнице для получения сырьевой смеси. Приготовленную таким образом смесь засыпали в стальную пресс-форму и подвергали одноосному прессованию на гидравлическом прессе при давлении 30 МПа.

Отформованные заготовки вспенивались в муфельной печи при температуре от 850 ^оС в течение 30 минут. За периодом вспенивания следуют стадия резкого охлаждения для фиксирования структуры материала и отжига при самопроизвольном охлаждении электрической муфельной печи в течение не менее 5 ч.

После окончательного остывания вспененных блоков проводят их опиловку для придания точной формы и размеров и нахождение эксплуатационных свойств.

2. В данном примере для получения шихты пеностекла в качестве сырьевых материалов используют бой зеленого тарного стекла, отсевы железооксидной руды металлургического производства и графит в следующих количествах, масс. ч.:

Бой зеленого тарного стекла 105 ОЖРМП 3,75 Графит 1,125

Шихту для пеностекла готовят путем предварительного тонкого измельчения основных компонентов с последующим смешиванием всех компонентов в шаровой мельнице для получения сырьевой смеси. Приготовленную таким образом смесь засыпали в стальную пресс-форму и подвергали одноосному прессованию на гидравлическом прессе при давлении 30 МПа.

Отформованные заготовки вспенивались в муфельной печи при температуре от 850 ^оС в течение 30 минут. За периодом вспенивания следуют стадия резкого охлаждения для фиксирования структуры материала и отжига при самопроизвольном охлаждении электрической муфельной печи в течение не менее 5 ч.

После окончательного остывания вспененных блоков проводят их опиловку для придания точной формы и размеров и нахождение эксплуатационных свойств.

3. В данном примере для получения шихты пеностекла в качестве сырьевых материалов используют бой зеленого тарного стекла, отсевы железооксидной руды металлургического производства и графит в следующих количествах, масс. ч.:

Бой зеленого тарного стекла 100 ОЖРМП 5 Графит 1,25

Шихту для пеностекла готовят путем предварительного тонкого измельчения основных компонентов с последующим смешиванием всех компонентов в шаровой мельнице для получения сырьевой смеси. Приготовленную таким образом смесь засыпали в стальную пресс-форму и подвергали одноосному прессованию на гидравлическом прессе при давлении 30 МПа.

Отформованные заготовки вспенивались в муфельной печи при температуре от 850 ^оС в течение 30 минут. За периодом вспенивания следуют стадия резкого охлаждения для фиксирования структуры материала и отжига при самопроизвольном охлаждении электрической муфельной печи в течение не менее 5 ч.

После окончательного остывания вспененных блоков проводят их опиловку для придания точной формы и размеров и нахождение эксплуатационных свойств.

4. В данном примере для получения шихты пеностекла в качестве сырьевых материалов используют бой зеленого тарного стекла, отсевы железооксидной руды металлургического производства и графит в следующих количествах, масс. ч.:

Бой зеленого тарного стекла 95 ОЖРМП 6,75 Графит 1,365

Шихту для пеностекла готовят путем предварительного тонкого измельчения основных компонентов с последующим смешиванием всех компонентов в шаровой мельнице для получения сырьевой смеси. Приготовленную таким образом смесь засыпали в стальную пресс-форму и подвергали одноосному прессованию на гидравлическом прессе при давлении 30 МПа.

Отформованные заготовки вспенивались в муфельной печи при температуре от 850 ^оС в течение 30 минут. За периодом вспенивания следуют стадия резкого охлаждения для фиксирования структуры материала и отжига при самопроизвольном охлаждении электрической муфельной печи в течение не менее 5 ч.

После окончательного остывания вспененных блоков проводят их опиловку для придания точной формы и размеров и нахождение эксплуатационных свойств.

5. В данном примере для получения шихты пеностекла в качестве сырьевых материалов используют бой зеленого тарного стекла, отсевы железооксидной руды металлургического производства и графит в следующих количествах, масс. ч.:

Бой зеленого тарного стекла 90 ОЖРМП 7,5 Графит 1,5

Шихту для пеностекла готовят путем предварительного тонкого измельчения основных компонентов с последующим смешиванием всех компонентов в шаровой мельнице для получения сырьевой смеси. Приготовленную таким образом смесь засыпали в стальную пресс-форму и подвергали одноосному прессованию на гидравлическом прессе при давлении 30 МПа.

Отформованные заготовки вспенивались в муфельной печи при температуре от 850 ^оС в течение 30 минут. За периодом вспенивания следуют стадия резкого охлаждения для фиксирования структуры материала и отжига при самопроизвольном охлаждении электрической муфельной печи в течение не менее 5 ч.

После окончательного остывания вспененных блоков проводят их опиловку для придания точной формы и размеров и нахождение эксплуатационных свойств.

Свойства материалов, полученных с использованием известного и предлагаемого составов сырьевой смеси, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Свойства материалов, полученных с использованием известного и предлагаемого составов сырьевой смеси

Свойство Состав Прототип Предлагаемый по примеру 1 2 3 4 5 Плотность, кг/м³ 223-231 220 200 190 170 150 Предел прочности на сжатие, МПа 0,94-1,32 2,2 2,0 1,7 1,6 1,4 Температура вспенивания, ^оС 900-950 850 850 850 850 850

Таким образом, использование сырьевой смеси для получения блочного пеностекла, содержащей стеклообразующее вещество в виде смеси минеральных компонентов и стеклобоя и углеродного порообразователя, где в качестве минеральных компонентов используются отсевы железооксидной руды металлургического производства, в качестве стеклобоя используется бой зеленого тарного стекла, а в качестве углеродного порообразователя применяется графит, в следующем соотношении, масс. ч.:

Бой зеленого тарного стекла 90 – 110 Отсевы железооксидной руды металлургического производства 2,5 – 7,5 Графит 1 – 1,5

обеспечивает получение теплоизоляционного материала при более низкой температуре вспенивания и с улучшенными эксплуатационными свойствами за счет более стабильного и менее тугоплавкого состава сырьевой смеси.

Дополнительными преимуществами применения указанных выше компонентов является расширение материальной базы и снижение экологической нагрузки на окружающую среду за счет их утилизации в процессе производства пеностекла.

Источники информации:

1. Демидович, Б.К. Производство и применение пеностекла [Текст] / Б.К. Демидович. - Минск: Наука и техника, 1972. - 304 с;

2.Патент РФ № 2526452, кл. C03C 11/00, C03B 19/08, 2013;

3. Патент РФ № 2500632, кл. C03C 11/00, 2012.

Сырьевая смесь относится к получению пеностекольного материала строительного назначения. Сырьевая смесь содержит стеклообразующее вещество в виде смеси минерального компонента и стеклобоя и углеродного порообразователя. При этом в качестве минерального компонента используются отсевы железооксидной руды металлургического производства, в качестве стеклобоя используется бой зеленого тарного стекла, в качестве углеродного порообразователя применяется графит. Соотношение компонентов следующее, мас.ч.: бой зеленого тарного стекла 90-110, отсевы железооксидной руды металлургического производства 2,5-7,5, графит 1-1,5. Технический результат – снижение температуры вспенивания, снижение плотности, увеличение прочности получаемого материала, расширение сырьевой базы и утилизация минеральных отходов. 2 табл., 5 пр.

Сырьевая смесь для получения блочного пеностекла, содержащая стеклообразующее вещество в виде смеси минерального компонента и стеклобоя и углеродного порообразователя, отличающаяся тем, что в качестве минерального компонента используются отсевы железооксидной руды металлургического производства, в качестве стеклобоя используется бой зеленого тарного стекла, а в качестве углеродного порообразователя применяется графит в следующем соотношении, мас. ч.:

Бой зеленого тарного стекла 90–110 Отсевы железооксидной руды металлургического производства 2,5–7,5 Графит 1–1,5