Способ изготовления пористой стеклокерамики Российский патент 2025 года по МПК C04B38/08 C04B35/14 

Область техники

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, и может быть использована при изготовлении теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных строительных изделий.

Предшествующий уровень техники

Известен способ изготовления легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала, включающий смешение кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, предварительный обжиг гранулированной сырьевой смеси, помол обожженных гранул и обжиг размолотого порошка в металлических формах, причем предварительно осуществляют обработку кремнеземсодержащего компонента на камневыделительных вальцах для удаления труднодробимых включений. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют диатомит или трепел и/или опоку, содержащие активный кремнезем, а в качестве щелочного компонента - смесь каустической соды и кальцинированной соды в соотношении 0,5-0,8/1 (RU 2442762, МПК C04В 38/08, опубл. 20.02.2012).

Известен способ производства легковесного керамического теплоизоляционного строительного материала, включающий смешение предварительно обработанного кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, сушку гранулированной сырьевой смеси, дробление высушенных гранул и обжиг в металлических формах. При этом предварительную обработку кремнеземсодержащего компонента осуществляют на камневыделительных вальцах для удаления труднодробимых включений и активации кремнезема, в устройстве сушки для достижения влажности 19-25 % и в устройстве измельчения для достижения максимальной крупности частиц 1 мм. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют диатомит или трепел и/или опоку, содержащие активный кремнезем, а в качестве щелочного компонента - смесь каустической соды и кальцинированной соды в соотношении 0,5-0,8/1 (RU 2530035, МПК C04В 38/08, опубл. 10.10.2014).

К недостаткам представленных способов следует отнести достаточно большое количество технологических операций при производстве материала и достаточно большой расход дорогостоящих щелочных компонентов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ изготовления легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала, включающий смешение предварительно обработанного на камневыделительных вальцах кремнеземсодержащего компонента в виде трепела и щелочного компонента в виде соды кальцинированной технической, гомогенизацию сырьевой смеси и обжиг в металлических формах. Предварительно обработанный трепел сушат до достижения влажности сырья не более 3 %, гомогенизацию сырьевой смеси осуществляют путем совместного помола компонентов в шаровых мельницах до удельной поверхности не менее 500 м²/кг. Обжиг проводят со скоростью от 1,5 до 4,5°С/мин до температуры от 750 до 850°С с выдержкой при максимальной температуре в течение 30 мин. При этом используют трепел следующего минералогического состава: кристобалит 40,5-45,5 %, гейландит 14,8-19,8 %, мусковит 9,2-14,2 %, кальцит 7,5-13,5 %, кварц не более 12,0 %, тридимит не более 1,0 %, а содержание соды кальцинированной технической составляет от 15 до 20 % от массы шихты (RU 2718588, МПК C04В 38/08, C04В 35/14, опубл. 08.04.2020).

К недостаткам представленного способа следует отнести значительные ограничения по химическому и минералогическому составу сырьевых компонентов при производстве материала.

Сущность изобретения

Технический результат заключается в расширении сырьевой базы для производства легковесного керамического теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного материала (пористой стеклокерамики) за счет использования для производства трепела и/или опоки и/или диатомита.

Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления пористой стеклокерамики включает смешение предварительно обработанного кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, обжиг в металлических формах. При этом в качестве кремнеземсодержащего компонента используют трепел и/или опоку и/или диатомит, а в качестве щелочного компонента используют соду кальцинированную техническую в количестве 10-22 % от массы шихты. Предварительную обработку кремнеземсодержащего компонента осуществляют с использованием дробильного оборудования для достижения максимальной крупности частиц не более 5 мм с последующей сушкой до достижения влажности сырья 3,1-4,9 %. Гомогенизацию сырьевой смеси осуществляют путем совместного помола компонентов в помольных агрегатах различного типа действия до удельной поверхности не менее 500 м²/кг. Обжиг в металлических формах осуществляют со скоростью 0,05-1,45°С/мин до температуры 450-650°С с выдержкой при данной температуре 0,5-16 часов с последующим обжигом со скоростью 0,5-1,45°С/мин до температуры 750-850°С с выдержкой при максимальной температуре 10-60 мин.

Осуществление изобретения

В заявленном изобретении предпочтительно использовать следующие компоненты.

1. Кремнеземсодержащий компонент:

Трепелы Дубенского месторождения и Енгалычесвкого проявления Республики Мордовия (Россия).

Опока из карьера Атемарского месторождения Республики Мордовия (Россия).

Диатомит из карьера Атемарского месторождения Республики Мордовия (Россия).

Химический и минералогический состав кремнеземсодержащих компонентов представлен в табл. 1 и 2 соответственно.

2. Сода кальцинированная техническая, отвечающая требованиям ГОСТ 5100-85.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходный кремнеземсодержащий компонент (трепел и/или опоку и/или диатомит) со склада или непосредственно с карьера посредством ленточного конвейера подают на предварительную переработку в дробилку, затем посредством ленточного конвейера подают в сушилку. Из сушилки сырье влажностью 3,1-4,9 % ленточным транспортером подают через дозаторы в мельницу. Туда же подают соду кальцинированную техническую в количестве 10-22 % массы шихты. Шихту размалывают до удельной поверхности не менее 500 м²/кг. Полученным порошком заполняют металлические формы изделий, при этом форма и размеры изделий могут быть самыми разнообразными. Формы, заполненные порошком, отправляют на обжиг в печь, где обжигают со скоростью 0,05-1,45°С/мин до температуры от 450-650°С с выдержкой при данной температуре 0,5-16 часов с последующим обжигом со скоростью 0,5-1,45°С/мин до температуры 750-850°С с выдержкой при максимальной температуре 10-60 мин. После обжига формы обжигаемых изделий поступают в камеры отжига, где происходит остывание материала с формами до температуры окружающей среды, затем формы с материалом передают на пост расформовки изделий, где готовый материал извлекают из форм распиливают на изделия нужных размеров и отправляют на склад готовой продукции.

Свойства образцов определяли по методикам согласно ГОСТ EN 1602-2011 (кажущуюся плотность), ГОСТ 30256-94 (коэффициент теплопроводности), ГОСТ EN 826-2011 (предел прочности при сжатии).

Возможность реализации способа изготовления пористой стеклокерамики подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

В качестве кремнеземсодержащего компонента взят трепел Дубенского месторождения Республики Мордовия, химический и минералогический состав которого представлен в табл. 1 и 2 соответственно. Трепел дробят в щековой дробилке. Подготовленный таким образом материал, сушат до остаточной влажности 3,1-4,9 %, размалывают совместно с содой кальцинированной технической, в количестве 10 % от массы шихты до удельной поверхности не менее 500 м²/кг. Измельченной шихтой заполняют прямоугольную металлическую форму размерами 200×100×100 мм и помещают в муфельную печь. Шихту обжигают со скоростью 1,45°С/мин до температуры 550°С с выдержкой при данной температуре в течение 2 часов с последующим обжигом со скоростью 1°С/мин до температуры 850°С с выдержкой при максимальной температуре в течение 30 мин. После обжига материал с формой остывает вместе с печью до температуры окружающей среды. Охлажденный образец полученного строительного материала размером 200×100×100 мм извлекают из формы для проведения дальнейших испытаний.

Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор до 1 мм. Плотность 600 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,12 Вт/м⋅°C, прочность при сжатии 16 МПа. Полученный пористый стеклокерамический материал относится к конструкционно-теплоизоляционным строительным материалам.

Пример 2.

Отличается от примера 1 тем, что в качестве кремнеземсодержащего компонента взят трепел Енгалычевского проявления Республики Мордовия и диатомит Атемарского месторождения Республики Мордовия (химический и минералогический состав представлены в табл. 1 и 2 соответственно) в соотношении 1:1, а содержание соды кальцинированной технической, в количестве 18 % от массы шихты. Шихту обжигают со скоростью 1°С/мин до температуры 650°С с выдержкой при данной температуре в течение 30 минут с последующим обжигом со скоростью 1,45°С/мин до температуры 800°С с выдержкой при максимальной температуре в течение 10 мин.

Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор до 1 мм. Плотность 200 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,06 Вт/м⋅°C, прочность при сжатии 2,5 МПа. Полученный пористый стеклокерамический материал относится к теплоизоляционным строительным материалам.

Пример 3.

Отличается от примера 1 тем, что в качестве кремнеземсодержащего компонента взята опока Атемарского месторождения Республики Мордовия (химический и минералогический состав представлены в табл. 1 и 2 соответственно), а содержание соды кальцинированной технической, в количестве 22 % от массы шихты. Шихту обжигают со скоростью 0,05°С/мин до температуры +450°С с выдержкой при данной температуре в течение 16 часов с последующим обжигом со скоростью 0,5°С/мин до температуры 750°С с выдержкой при максимальной температуре в течение 60 мин.

Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор до 1 мм. Плотность 500 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,11 Вт/м⋅°C, прочность при сжатии 13 МПа. Полученный пористый стеклокерамический материал относится к конструкционно-теплоизоляционным строительным материалам.

По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет расширить сырьевую базу для производства легковесного керамического теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного материала (пористой стеклокерамики) за счет использования для производства трепела и/или опоки и/или диатомита.

Таблица 1

Кремнеземсодержащий компонент Химический состав, % масс. SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ K₂O MgO CaO TiO₂ Na₂O ППП Трепел (Дубенское месторождение) 70,94 12,38 3,52 1,71 1,66 2,38 0,50 0,14 6,77 Трепел (Енгалычевское проявление) 51,35 8,72 2,66 1,98 1,19 17,47 0,41 0,16 16,06 Диатомит (Атемарское месторождение) 82,47 5,34 2,05 0,97 0,89 1,51 0,25 0,20 6,32 Опока (Атемарское месторождение) 78,43 8,32 3,36 1,48 1,22 0,51 0,36 0,1 6,22

Таблица 2

Кремнеземсодержащий компонент Минералогический состав, % Кварц Кальцит Мусковит Гейландит ОКТ (опал-кристобалит-тридимитовая фаза) Глинистые минералы Аморфная фаза Трепел (Дубенское месторождение) 29,1 0 1,7 18,6 22,6 28 0 Трепел (Енгалычевское проявление) 11,1 32,4 1,3 19,8 20,4 15 0 Диатомит (Атемарское месторождение) 10,9 0 1,1 0 0 14 74 Опока (Атемарское месторождение) 14,1 0 1,4 0 46,5 38 0

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных строительных изделий. Способ изготовления пористой стеклокерамики включает смешение предварительно обработанного кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, обжиг в металлических формах. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют трепел, и/или опоку, и/или диатомит, а в качестве щелочного компонента используют соду кальцинированную техническую в количестве 10-22% от массы шихты. Предварительную обработку кремнеземсодержащего компонента осуществляют с использованием дробильного оборудования для достижения максимальной крупности частиц не более 5 мм с последующей сушкой до достижения влажности сырья 3,1-4,9%. Гомогенизацию сырьевой смеси осуществляют путем совместного помола компонентов в помольных агрегатах до удельной поверхности не менее 500 м²/кг. Обжиг в металлических формах осуществляют со скоростью 0,05-1,45°С/мин до температуры 450-650°С с выдержкой при данной температуре 0,5-16 часов с последующим обжигом со скоростью 0,5-1,45°С/мин до температуры 750-850°С с выдержкой при максимальной температуре 10-60 мин. Технический результат изобретения - расширение сырьевой базы для производства легковесного керамического теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного материала (пористой стеклокерамики) за счет использования для производства трепела, и/или опоки, и/или диатомита. 3 пр., 2 табл.

Способ изготовления пористой стеклокерамики включает смешение предварительно обработанного кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, гомогенизацию сырьевой смеси, обжиг в металлических формах, при этом в качестве кремнеземсодержащего компонента используют трепел, и/или опоку, и/или диатомит, в качестве щелочного компонента используют соду кальцинированную техническую в количестве 10-22% от массы шихты, предварительную обработку кремнеземсодержащего компонента осуществляют с использованием дробильного оборудования для достижения максимальной крупности частиц не более 5 мм с последующей сушкой до достижения влажности сырья 3,1-4,9%, гомогенизацию сырьевой смеси осуществляют путем совместного помола компонентов в помольных агрегатах различного типа действия до удельной поверхности не менее 500 м²/кг, обжиг в металлических формах осуществляют со скоростью 0,05-1,45°С/мин до температуры 450-650°С с выдержкой при данной температуре 0,5-16 часов с последующим обжигом со скоростью 0,5-1,45°С/мин до температуры 750-850°С с выдержкой при максимальной температуре 10-60 мин.