Способ получения пористого остеклованного блока Советский патент 1993 года по МПК C03C11/00 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при получении теплоизолирую- щих, крупноблочных стеновых и отделочных элементов и деталей, наполнителей легких бетонов.

Известны способы получения пеностекла путем приготовления шихты, варки стекла, формования и отжига, когда в шихту вводят восстановители, стекломассу варят в контролируемой атмосфере при 1350- 1510°С (1-2 ч) и перед отжигом проводят дополнительную термообработку в области температуры размягчения 700-800°С, либо используется еще одна технологическая стадия - гранулирование готовой стекломассы и последующее ее размалывание совместно с газообразователем перед вторичной термообработкой,

Указанные способы требуют значительных энергетических затрат на смешивание исходных компонентов и приготовление шихты, ее термообработку и дополнительные технологические операции, включая формование блоков, их уплотнение и т.п.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения пеностекла путем вспенивания шихты, представленной природными видами сырья (глины, горные породы типа кварцевых песков), а также отходов промышленности (пиритные огарки) и газообра- зователя - коксовые остатки из зол ТЭС. Суть технического решения заключается в. том, что шихту высушивают, измельчают, засыпают в огнеупорные формы и вспенивают при 1180-1200°С. Продолжительность подогрева, спекания и вспенивания 1 ч, а отжига - 9 ч. Недостатком прототипа являются большая сложность и энергоемкость процесса, обусловленная необходимостью проведения операций подготовки многокомпонентной шихты, включая ее высушивание, помол, взвешивание, перемешивание, а также продолжительной термообработкой ранее отформованной шихты.

Целью изобретения является упрощение технологии получения пористого остеклованного материала.

fe

Х| 00

XI

ЧЭ О

ел

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения пористого остеклован- ного материала из минерального стеклооб- разующего сырья. В качестве последнего используют широко распространенные оса- дочные горные породы типа кварцсодержа- щих суглинков без каких-либо подшихтовок и без предподготовки (механической или термической), .Суглинки обладают газообразными потер ями при прокаливании от 3 до 9 массовых процентов, которые обусловлены наличием карбШатШ и химически свя- занной воды. Процесс вспенивания материал а и формования изделий из него ведут одновременно и непрерывно, добав- ляя исходную шихту в зону вспенивания таким образом;чтобы обеспечить ее прогрев со скоростью 180-400 градусов в минуту до температуры спекания, но не выше температуры огнеупорности шихты.

Использование в качестве исходного недефицитного сырья осадочных пород типа суглинков; у которых при нагреве с указанной скоростью процессы дегазации и образования стеклофазы совмещаются во времени, а образование более высокотемпературных кристаллических фаз несущественно, позволяете помощью предлагаемого метода сократить расходы на дефицитные компоненты, используемые в качестве вспе- нивателей, окислителей и плавней; снизить энергоемкость технологии и упростить ее за счет отсутствия операций подготовки шихты, уплотнения блоков и т.п. Кроме того, за счет непрерывности процесса достигаются эффективные условия самоотжига материала, что также снижает энергозатраты и упрощает процесс. В результате получается пористый остеклованный материал, который армирован реликтовыми кристаллическими зернами и характеризуется малым объемным весом, значительной удельной прочностью и сверхвысокой морозостойкостью.

При отсутствии в исходной шихте (например, в магматических породах или гра- нулированном стекле) в достаточном количестве компонентов диссоциирующих при нагреве с газо- и парообразованием (в виде С02, Н2, Оа, и т.п.) для ее вспенивания, естественно, нужна соответствую- щая добавка вспенивателей, как это и имеет место в прототипе. Осадочные породы, в этом числе суглинки, как правило, обладают такими компонентами в виде карбонатов щелочноземельных элементов и химически связанной воды, что позволило разработать способ их вспенивания без предварительной подготовки.

Выбор скорости нагрева 180-400 °С/мин обусловлен тем, что при этом реализуется указанное выше совмещение процессов диссоциации с выделением газообразных и парообразных компонентов и образование стеклофазы. При скорости нагрева меньше 180 °С/мин к началу интенсивного образования стеклофазы (температуры огнеупорности) практически заканчиваются процессы диссоциации, что ведет к увеличению объемной массы (уменьшению пористости). При этом, также, процесс образования стеклофазы сопровождается ее расходом на образование новых кристаллических фаз, имеющих большую температуру плавления, что приводит к увеличению энергозатрат и принци- пиальной невозможности получения вспененного материала.

При скорости нагрева выше 400 °С/мин невозможно добиться однородности пористой структуры в реальном объеме материала, поскольку при этом образуется обильная маловязкая стеклофаза, а большая скорость диссоциации приводит к неограниченному росту пор, прорыву их стенок. То же самое наблюдается при превышении температуры огнеупорности, что имеет результатом снижение прочности и других эксплуатационных свойств.

При недостаточной температуре зоны нагрева (меньшей температуры спекаемо- сти) образование стеклофазы незначительно и вследствие интенсивного паро- и .газовыделения образуется рыхлый, рассыпающийся материал.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от известного экспрессностью, основанной на применении экстремального термоудара при вспе- нивании (180-400 °С/мин) вместо плавного разогревания и более продолжительной термообработки у прототипа (1 ч). Предлагается однокомпбнентная шихта (суглинки) взамен многокомпонентной у прототипа,

Осуществление предлагаемого способа проведено следующим образом.

В нагретом пространстве специальной .силитовой печи помещалась форма из огнеупорного материала. В форму непрерывно подавалось сырье (суглинки) со скоростью, обеспечивающей заданную скорость прогрева их. Размеры комков выбирались на основе предварительных экспериментов по дискретному их вспениванию. Скорость подачи шихты выбиралась таким образом, чтобы изменение заданной температуры не превышало 2 градусов. Получены блоки пористого стеклообразного материала с размерами 80 х 100 х140 мм. Использовались суглинки Марковского, Кедровского и Октябрьского месторождений Томской области. Технологические параметры и свойства полученных материалов приведены в таблице. Ситуации, когда температура термообработки была ниже температуры спекаемости и выше температуры огнеупорности не привели к получению положительных результатов при любых скоростях нагрева и в таблице не отражены. Примеры со скоростями нагрева 150 и 450 градусов в минуту для всех материалов являются запредельными в предлагаемом способе. Верхние и нижние пределы объемной плотности и прочности на сжатие соответствуют крайним значениям для серии измерений по четырем образцам, выпиленным из каждого полученного блока. Отсутствие некоторых данных в таблице соответствует случаям невозможности их получения ввиду саморазрушения образцов.

Объемная плотность определялась как отношение массы образца к его геометрическому объему. Прочность на сжатие опреде- лялась при раздавливании образцов кубической формы по известной методике. Коррекция данных с учетом частичного разрушения образцов при выпиловке не проводилась.

Предлагаемый экстремальный способ позволяет использовать любые кварцсодер- жащие суглинки (недефицитное сырье), упростить технологию и соответственно снизить затраты на получение пористого остеклован- ного материала, который может использоваться в качестве теплоизоляционных, стеновых и отделочных элементов в строительстве, а также в качестве наполнителей легких бетонов. Способ позволяет также реализовать, благодаря непрерывности процесса, производство крупногабаритных элементов.

Формула изобретения Способ получения пористого остекло- ванного блока путем непрерывной загрузки шихты, одновременного вспенивания ее и формования блока, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии, в качестве шихты используют кварцсодержащие суглинки, а подачу их осуществляют в зоне с температурой 1060-1300°С со скоростью, обеспечивающей скорость нагрева ISO- 4000 / мин.

Сущность изобретения: в способе получения пористого остеклованного блока путем непрерывной загрузки шихты, одновременного вспенивания ее и формования блока в качестве шихты используют кварцсодержащие суглинки, а подачу их осуществляют в зону с температурой 1060- 1300°С со скоростью обеспечивающей скорость . нагрева 180-400°С/мин. Характеристика блока: плотность 400-900 кг/м3, прочность 8,4-15,3 МПа. 1 табл.

Суглинок Map- 1200 ковского место- Т556 рождения

1060

Суглинок Кед- JJ60 ровского место- TlOO рождения

1100