Вспененный геополимер на основе золошлаковых отходов Российский патент 2024 года по МПК C04B7/28 C04B38/02 C04B22/04 C04B28/26 

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве теплоизоляционного материала, а именно теплоизоляционных плит и панелей.

Известна сырьевая смесь для получения шлакощелочного ячеистого бетона плотностью 400, 600 и 800 кг/м³ (патент РФ 2777325; опубл. 02.08.2022 г., МПК С04В 28/26, С04В 38/02), включающий Череповецкий молотый доменный гранулированный шлак, кислую золу-уноса, щелочной компонент и порообразователь, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Низкомодульное жидкое стекло 21,20-38,10 Череповецкий молотый доменный гранулированный шлак и кислая зола-уноса 27,80-46,80 Кислые золошлаковые отходы фракции 0-5 мм и технический углерод 28,30-29,10 Раствор пергидроля 2,90-5,80

Недостатками являются то, что сырьевая смесь не позволяет получать материалы с плотностью менее 330 кг/м³.

Известна сырьевая смесь для получения пористого геополимерного материала на основе отходов угольной генерации (патент РФ 2809197; опубл. 07.12.2023 г., МПК С04В 28/26, С04В 38/10, С04В 111/40), включающий золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ, жидкое стекло, порошок NaOH, воду, 30% раствор пероксида водорода, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ 68-72 Порошок NaOH 1-4 Техническая вода 3-8 Жидкое стекло 20-24 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 1-3

Недостатками являются то, что сырьевая смесь не позволяет получать материалы с плотностью менее 330 кг/м³.

Наиболее близкой является сырьевая смесь на основе золошлаковых отходов для получения геополимерного материала с низкой плотностью (патент РФ 2802651; опубл. 30.08.2023 г., МПК С04В 7/28, С04В 38/10, С04В 28/26, С04В 111/40), включающий золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС, гидроксид натрия, жидкое стекло, алюминиевый порошок, ПАВ, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС фракцией 250 мкм и менее 72-76 Гидроксид натрия 2-4 Жидкое стекло 18-23 Алюминиевый порошок 2-4 ПАВ, сверх 100 1-4

Недостатками прототипа являются то, что сырьевая смесь не позволяет получать материалы с плотностью менее 330 кг/м³

Задача изобретения - утилизация золошлаковых отходов за счет их использования при получении вспененного геополимера, а также разработка компонентного состава сырьевой смеси для изготовления вспененного геополимера на основе золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС.

Техническим результатом данного изобретения является получение вспененного геополимера средней плотностью не более 330 кг/м³. Данный материал может найти применение во многих областях, например, в качестве теплоизоляционного материала в строительстве зданий, сооружений, промышленного оборудования различного назначения и т.д.

Технический результат достигается за счет того, что сырьевая смесь для изготовления вспененного геополимера, содержит в качестве основного сырья золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС с химическим составом, мас. %: Na₂O - 0,92; MgO - 2,08; Al₂O₃ - 18,78; SiO₂ - 51,23; K₂O - 3,04; CaO - 3,10; TiO₂ - 0,78; MnO - 0,13; Fe₂O₃ - 10,27; P₂O₅ - 0,13; SO₃ - 0,31; ППП - 9,23, в качестве активатора жидкое стекло, порошок NaOH и техническую воду, в качестве порообразователя порошок Al, а в качестве вещества, снижающего усадку, MgO, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС фракцией 250 мкм и менее 65-71 Порошок NaOH 3-4 Жидкое стекло 22-25 Порошок Al 2-3 MgO 2-3 Техническая вода, сверх 100 6-8

Сырьевую смесь готовят следующим образом: сушка золошлаковых отходов до достижения влажности не более 3%, их последующее измельчение и просеивание до размера частиц 250 мкм и менее. Для щелочной активации золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС в качестве активатора используется смесь жидкого стекла и раствора NaOH. Для приготовления раствора NaOH использовали отдельную емкость в которой смешивали заранее отвешенную навеску порошка NaOH с чистотой 99% и техническую воду. Приготовленный раствор NaOH смешивали с навеской жидкого стекла, после чего полученный активатор вливали в навеску золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС и перемешивали в течение 60 секунд механическим способом. Далее в состав добавляли в качестве вещества, снижающего усадку, MgO и в качестве порообразователя порошок Al, после чего смесь перемешивали еще 30 секунд механическим способом. На заключительном этапе происходит заливка полученных составов в формы и отверждение при температуре 80°С в течение 12 часов.

Получение вспененного геополимера происходит путем щелочной активации алюмосиликатных компонентов золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС активатором с образованием аморфного геля гидрата алюмосиликата натрия, взаимодействия во время сушки активатора с порообразователем порошком Al с образованием гидроксоалюминатов и водорода, оказывающего пенообразующий эффект, а также взаимодействия активатора с веществом, снижающим усадку, MgO с образованием геля силиката магния.

В таблице приведены свойства полученных вспененных геополимеров.

Пример №1.

Сырьевая смесь для получения вспененного геополимера имеет следующий компонентный состав, мас. %:

Золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС фракцией 250 мкм и менее 71 Порошок NaOH 3 Жидкое стекло 22 Порошок Al 2 MgO 2 Техническая вода, сверх 100 6

Вспененный геополимер готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси 71% золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС, 3% порошка NaOH, 22% жидкого стекла, 2% порошка Al, 2% MgO и 6% технической воды дает возможность получение материала средней плотностью 328±12 кг/м³, что соответствует техническому результату, обладающего средней плотностью менее 330 кг/м³.

Пример №2.

Сырьевая смесь для получения вспененного геополимера имеет следующий компонентный состав, мас. %:

Золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС фракцией 250 мкм и менее 65 Порошок NaOH 4 Жидкое стекло 25 Порошок Al 3 MgO 3 Техническая вода, сверх 100 8

Вспененный геополимер готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси 65% золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС, 4% порошка NaOH, 25% жидкого стекла, 3% порошка Al, 3% MgO и 8% технической воды дает возможность получение материала средней плотностью 301±13 кг/м³, что соответствует техническому результату, обладающего средней плотностью менее 330 кг/м³.

Пример №3.

Сырьевая смесь для получения вспененного геополимера имеет следующий компонентный состав, мас. %:

Золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС фракцией 250 мкм и менее 68 Порошок NaOH 3,5 Жидкое стекло 23,5 Порошок Al 2,5 MgO 2,5 Техническая вода, сверх 100 7

Вспененный геополимер готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси 68% золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС, 3,5% порошка NaOH, 23,5% жидкого стекла, 2,5% порошка Al, 2,5% MgO и 7% технической воды дает возможность получение материала средней плотностью 320±15 кг/м³, что соответствует техническому результату, обладающего средней плотностью менее 330 кг/м³.

Пример №4.

Сырьевая смесь для получения вспененного геополимера имеет следующий компонентный состав, мас. %:

Золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС фракцией 250 мкм и менее 75 Порошок NaOH 2 Жидкое стекло 21 Порошок Al 1 MgO 1 Техническая вода, сверх 100 4

Вспененный геополимер готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси 75% золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС, 2% порошка NaOH, 21% жидкого стекла, 1% порошка Al, 1% MgO и 4% технической воды дает возможность получение материала средней плотностью 531±18 кг/м³, что не соответствует техническому результату, обладающего средней плотностью менее 330 кг/м³.

Пример №5.

Сырьевая смесь для получения вспененного геополимера имеет следующий компонентный состав, мас. %:

Золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС фракцией 250 мкм и менее 61 Порошок NaOH 5 Жидкое стекло 26 Порошок Al 4 MgO 4 Техническая вода, сверх 100 10

Вспененный геополимер готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси 61% золошлаковых отходов Новочеркасской ГРЭС, 5% порошка NaOH, 26% жидкого стекла, 4% порошка Al, 4% MgO и 10% технической воды дает возможность получение материала средней плотностью 344±13 кг/м³, что не соответствует техническому результату, обладающего средней плотностью менее 330 кг/м³.

Как видно из таблицы, требуемыми свойствами обладают образцы №1, 2, 3. Образцы №4, 5, вследствие своей неудовлетворительной плотности, не могут обеспечить требуемого уровня свойств и являются непригодными для производства.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве теплоизоляционного материала, в частности теплоизоляционных плит и панелей. Техническим результатом данного изобретения является получение вспененного геополимера средней плотностью не более 330 кг/м³. Сырьевая смесь для получения геополимерного материала содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС фракцией 250 мкм и менее 65-71; порошок NaOH 3-4; жидкое стекло 22-25; порошок Al 2-3; MgO 2-3; техническая вода, сверх 100 6-8. 1 табл., 5 пр.

Сырьевая смесь на основе золошлаковых отходов для изготовления вспененного геополимера, включающая золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС, активатор и алюминиевый порошок, отличающаяся тем, что дополнительно содержит MgO, а в качестве активатора используется жидкое стекло, порошок NaOH и техническая вода, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС фракцией 250 мкм и менее 65-71 Порошок NaOH 3-4 Жидкое стекло 22-25 Порошок Al 2-3 MgO 2-3 Техническая вода, сверх 100 6-8