Способ получения легкого заполнителя Советский патент 1986 года по МПК C04B14/14 

Изобретение относится к изготовлению легких заполнителей из вулканических водосодержащих пород и може быть испольэовано в промьгашенности строительных материалов для производ ства заполнителей бетона и теплоизоляционных материалов.

Известен способ получения заполнителя путем обжига дробленного обсидиана на агломерационной р ешет- ке tn.

Недостатки способа - высокая объемная масса и низкая прочность полу чаемого заполнителя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения легкого заполнителя из вулканических водородсодержащих пород, преимущественно обсидиана, включаю- щий дробление, обжиг в потоке газового теплоносителя, изотермическую выдержку и последующее охлаждение 2

Однако при обжиге обсидиана в потоке газового теплоносителя с тем- пературой 900-1200°С указанный способ не обеспечивает получение заполнителя наиболее легких марок 100- 150 кг/м и повышение прочности, что обусловлено влиянием термических усадочных явлений вспученной пиро- пластичной массы из обсидиановых стекол.

Цель изобретения - снижение объемной массы и увеличение прочности заполнителя

Поставленная цель достигается тем что согласно способу получения легкого заполнителя из вулканических водосодержащих пород, -преимуществен- но обсидиана, включающему дробление обжиг в потоке газового теплоносителя, изотермическую выдержку и последующее охлаждение, посЛе обжига поверхность нагретых гранул опудривают катализатором кристаллизации, изотермическую выдержку проводят при температуре 850-1000 С в течение 3-6 ч, а охлаждение осуществляют в две стадии - до температуры 500- 550 С со скоростью 15-20°С/мин, затем до температуры 20-50 С со скоростью 50-60 с/мин.

В качестве катализатора кристалли зации используют кремнегель, оксид хрома, оксид титана, оксид марганца или оксид фосфора.

Способ осуществляют следующим образом. . -.

Исходное сьфье (обсидиан) дробят до фракции 2,5-10 мм и подают во вращающуюся печь, где при повьщген- ной температуре обжига 1200-1250°С производят глубокое вспенивание гранул. Затем на выходящие из вращающейся печи вспененные гранулы напыляют катализатор кристаллизации в потоке отходящих горячих газов, имеющих температуру 900-950 С, и направляют их в термоизолированный бункер, в котором поддерживают температуру изотермической выдержки 850-900°С. При этой температуре гранулы вьодержи вают в течение 3-6 ч. В результате взаимозамещёния катионов кристаллизатора кристаллизации катионами аморфного кремнезема обсидиана на поверхности гранул происходит образование центров кристаллизации, а затем рост самих кристаллов, что приводит к упрочнению структуры вспененной массы с исключением термической усадки.

Далее производят охлаждение гранул со скоростью 15-20 С/мин до температуры 500°С, а затем до 20-50°С со скоростью 50-60°С/мин. Использование указанных скоростей охлаждения обусловлено тем, что для гранулированного пеностекла с кристаллической поверхностью необходимо постепенное снятие внутренних усадочных напряжений, возникающих в стекле и кристаллах наружной поверхности . при термообработке.

Пример 1. Исходное сьфье - обсидиан Кечалдагского месторождения следующего химического состава, %: SiO 76,75; А1,6з 13,06; 1,18; СаО 0,8А; 4,40; 4,50, дробили до фракции 2,5-10 мм. Затем этот материал подавали во вращающуюся печь длиной 5,5 м , внутренним диаметром 1,2 м, в которой осущест- |вляли вспенивание гранул при 1250°С в течение 10 мин.

Выходящие из печи гранулы имели температуру 850°С. На гранулы, имею- щие эту температуру, потоком горячих газов с температурой напыляли катализатор кристаллизации - кремнегель, следующего химического состава, Z: 81,0„

2 80,03; А1,0з 6,99;

7

MgO 0,08; Na,0 0,13; 0,06. ПроFe,iOj 0,05; TiO, 0,03; СаО 0,17;

Л

десс HaniiUieHHH проводили п течение 10 с с {тасстояння 50 см (анализ ср ЗГ1Н.-1 рянул показал, что толпцтна на Т1ылеиного слоя составила 0,55 мкм) Затем гранулы пеностекла с напыленным катализатором помещали в термо изолированный бункер, в котором подерживали температуру . Грану выдерживали в бункере 3 ч. После этог о гранулированное пеностекло охлаждйли со скоростью 16°С/мин до температуры 500°С, а затем - до 30 со скоростью 50 С/мин.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства: Объемная масса,

Прочность на сжа- тие, МПа 0,5 Водопоглощение, % 7 Коэффициент теплопроводности, ккал/См.ч/С) 0,05 Бетон в кубах размером 10x1 Ох 10 приготовленный на этом заполнителе при соотношениях цемент: заполнитель 1:3 и В/Ц 0,40 (в последующи примерах при изготовлении бетонных кубиков использовались эти же соотношения ) , имел следующие физико-механические свойства: Объемная масса,

Прочность на

сжатие, МПа10,0

Водопоглощение, % 18,1 Коэффициент теплопроводности, ккал/(м.ч.°С} 0,25 П р и м а р . 2. Отличие от при- . мера 1 состоит в том, что в термо- изолированном бункере поддерживали температуру выдержки, равную 900°С Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:

Объемная масса,

Прочность на сжатие, МПа0,6 Водопоглощение, % 7 Коэ.ффициент теп- лопроводности,

ккал/(м.ч.°С) 0,03 . Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства:

Объемная масса,

Прочность на сжатие , МПа11,0

10

5

0

5

34

,

5 0

5

0

5

0

3834

Водопоглощение, % 16,2 Коэффициент теплопроводности, ккап/(м.ч.°С) 0,19 . Пример 3, Отличие от примера 1 состояло в том, что температуру выдержки в бункере поддерживали равной .

. Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства: Объемная масса, кг/м-.109

Прочность на

сжатие, МПа0,7

Водопоглощение, % 7 Коэффициент теплопроводности, ккап/(м.ч.с) 0,03 Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства: Объемная масса, к г/м- 588

.Прочность на сжатие , МПа11,2 Водопоглощение, % 18 Коэффициенты теплопроводности,

ккал/(м.ч.°С) 0,23 П р и м е р 4. Отличие от примера 1 состояло в том, что температуру в бункере поддерживали , а время выдержки 4,2 ч.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства: Объемная масса, кг/м- 115

Прочность на сжатие, МПа0,9 Водопоглощение, % 5 Коэффициент теплопроводности,

ккал/{м.ч.°С) 0,025 Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства: Объемная масса,

Прочность на сжатие, МПа12,0 Бодопоглощенив, % 16 Коэффициент теплопроводности, ккал/(м,ч.°С) 0,18

Пример 5. Отличие от примера 1 состояло в том, что в бункере поддерживали температуру , а время выдержки составило 6ч,

.Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:

Объемная масса, кг/м- ПО

Прочность на

сжатие, МПа0,85

Водопоглощение, % 6 Коэффициент теплопроводности, ккап/(м.ч.°С} 0,29 Бетонные кубики имели следуюпше изико-механические свойства: Объемная масса, кг/м- 598

Прочность на сжатие, МПа11,5 Водопоглощение, % 16,9 Коэффициент теплопроводности, ккал/См.ч.С) 0,2 Пример 6, Отличие от примеа I состояло в том, что температуру бункере поддерживали 1000°С, а врея вьдержки 4,5ч.

Полученное гранулированное пенотекло имело следующие свойства: Объемная масса, 107

Прочность на сжатие, МПа0,85 Водопоглощение, % 6 Коэффициент теплопроводности,

ккал/(м.ч.°С) 0,03 Бетонные кубики имели следующие изико-механические свойства: Объемная масса,

Прочность на сжатие, Ша

11,0 17,5

0,2

Бодопоглощение, % Коэффициент теплопроводности, ккал/См.ч.с) Пример 7. Отличие от прира 1 состояло в том, что температ выдержки в бункере поддерживали 1000°С, а время выдержки 6ч.

Полученное гранулированное пенстекло имело следующие свойства: Объемная масса, кг/м

Прочность на сжатие, МПа

Бодопоглощение, % Коэффициент теплопроводности, ккал/(м.ч.°С) 0,04 Бетонные кубики имели следукнци физико-мехамические свойства:

108

0,8

7

588

11,3 18

0,21

0

5

0

5

0

5

5

0

5

Объемная масса, кг/м

Прочность на сжатие, МПа

Бодопоглощение, 7, Коэффициент теплопроводности, ккал/(м- ч- с) Пример 8. Отличие от примера 1 состояло в том, что в бункере выдержку гранул пеностекла осуществляли в течение 4,5 ч. Пол гченное гранулированное пеностекло имело следующие свойства: Объемная масса, кг/м

Прочность на сжатие, МПа

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м-Ч с) Бодопоглощение, % Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства: Объемная масса, кг/м

Прочность на сжатие, МПа Коэффициент теплопроводности, ккал/(м.ч. °С) Бодопоглощение, % Пример 9, Отлшчие от примера 1 состояло в том, что время выдержки в бункере поддерживали в течение 6ч.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства: Объемная масса, йг/м

Прочность на сжатие , МПа

Бодопоглощение, % Коэффициент теплопроводности, ккал/См ч- С)

Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства: Объемная масса, кг/м

Прочность на ежа- ; тие, МПа

Бодопоглощение, % Коэффициент теплопроводности,

ккал/(м.ч ) . 0,2 Пример 10. Отличие от примера 1 состояло в том, что в качест109

0,7

0,04 7

589

11,5

0,2 18

105

0,65 7,2

0,04

580

11,2 18,2

ве катализатора кристаллизации использовали оксцц хрома, который в виде мартеновского пшака получаемого от плавк1Г высокохромистой стали. Химический состав шлака Cr,0j 25,08; SiO 33,61; .TiO, 0,28 1A,62; 1,44; MnO 0,49; %0 19,16; CaO 1 ,2.

Температуру выдержки в бункере поддерживали равной , время выдержки 5ч.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства: Объемная масса,

Прочность на сжатие , МПаI 1 Водопоглощение, % 4 Коэффициент теплопроводности,

ккал/См.) 0,03 Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства: Объемная масса, кг/м 585

Прочность на сжатие , МПа14,6 Водопоглощение, % 12 Коэффициент теплопроводности,

ккал/(м Ч.°С) О,15 Пример М. Отличие от примера 1 состояло в том, что в качестве кат.ализатора кристаллизации использовали оксид титана, который вводили в виде мартеновского шлака получаемого от плавки титаномагнето вых руд. Химический состав шлака,% TiO 20,29; SiO 28,78; А1,0з 15,87 0,12; FeO 1,23; MnO 1,58; Г%0 7,28; СаО 30,82; Na,jO 2,20; 0,8.

Температуру выдержки в бункере поддерживали равной 910°С, время вьщержки 5ч.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие физико-механические свойства: Объемная масса,

Прочность на сжатие, МПа1,25 Водопоглощение, % 3 . Коэффициент теплопроводности ,

ккал/{м-ч - с)

0,027

Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства:

0

234383Я

Объемная масса, КГ/М- .600

Прочность на сжатие, МПа15,0 5 Водопоглощение, % 15 Коэффициент теплопроводности, ккал/См.) 0,2 Пример 12. Отличие от при- 10 мера 1 состояло в том, что в качестве катализатора кристаллизации использовали оксид марганца, который вводили в виде мартеновского шлака кислой стали. Химический состав шла- t5 ка, %: МпО 35,0; Si О, 42,10; А1,0з 1,02; FeO 10,08; MROO,52; СаО 10,5. Температуру выдержки поддерживали равной 900°С, время выдержки -4,5 ч. . 2Q Полученное гранулированное пеностекло имело следующие физико-механические свойства: Объемная масса, кг/м 105 25 Прочность на сжатие , МПа 1,0. Водопоглощение, % 5 Коэффициент теплопроводности,

ккал/{м ч°С) 0,020 - Бетонные кубики имели следующие физико-механические свойства: Объемная масса, . .

Прочность на сжа- тие, ma14,0

Водопоглощение, % 17 Коэффициент тепло- . . проводности,

ккал/(м 4.° с) О, 10 Пример 13. Отличие от примера 1 состояло в том, что в качестве катализатора использовали оксид фосфора, который вводили в виде то- масовского шлака. Химический состав, шлака, %: 20,2; SiO, 4,85; . Tic, 0,02; 0,84; Fe,,03 24,9; f4nO 5,86; MgO 2,95; CaO 32,35; 1,2;. 1,5.

Температуру в бункере поддержива30

40

5

ли равной 930 С, время выдержки 5,5 ч.

Полученное гранулированное пеностекло имело следующие физико-механические свойства: Объемная масса,

кг/м 109

Прочность на сжатие , МПа1,2

Водопоглощение, % Коэффициент теплопроводности, ккал/(м ч.)

Бетонные кубики имели следующие изико-механические свойства: Объемная масса, кг/м

Прочность на сжатие, МПа

Водопоглощение, % Коэффициент теплопроводности, ккал/(м-ч с)

590

14,9 16

0,18

Гранулы пеностекла, полученные по предлагаемому способу, имели крупнопористую структуру с закристаллизованной поверхностью. Размер гранул 15-25 мм.

При исключении катализатора крис- таллизации прочность получаемых гранул из обсидиана резко падает, достигая значений до О,1 МПа при объемной массе заполнителя 100 кг/м. Цо сравнению с прототипом пре.д- лагаеь&гй способ обеспечивает снижение объемной массы в 1,5-2 раза и повьппение прочности заполнителя до 1 МПа при выпуске наиболее легких фракций марок 100-150 кг/м в про- цессе переработки обсидиановых стекол.

Способ может найти применение при изготовлении легких заполнителей из вулканических водосодержащих пород типа обсидиана.