сырьевая смесь для гранулированного теплоизоляционного материала и способ его получения

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для гранулированного теплоизоляционного материала, включающая микрокремнезем, раствор гидроксида натрия и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит "карамель" - остаточный продукт при переработке древесины по сульфатному способу, содержащий 91,8 мас.% нерастворимых в 72%-ной Н ₂SO₄ веществ, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Микрокремнезем	41,37
"Карамель" в пересчете на сухое вещество	0,21
Раствор гидроксида натрия
с концентрацией 54,22% в пересчет на Na 2O	21,97
Вода	36,45

2. Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала из сырьевой смеси по п.1, характеризующийся тем, что он включает приготовление суспензии из компонентов смеси, гидротермальную обработку ее при 80-90°С и атмосферном давлении в течение 10-15 мин, грануляцию и последующую термообработку сырцовых гранул при 350-400°С в течение 10 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к получению пористых искусственных изделий, и может быть использовано при производстве зернистого теплоизоляционного материала, особо легкого заполнителя для бетонов промышленного и гражданского строительства.

Известен способ получения гранулированного теплоизоляционного материала [RU 2177921, 2002], включающий приготовление высокомодульного жидкого стекла с силикатным модулем 4-7, грануляцию и термообработку сырцовых гранул. Высокомодульное жидкое стекло получают гидротермальной обработкой при 68-73°С и атмосферном давлении в течение 5-10 мин суспензии из кремнеземсодержащего аморфного материала микрокремнезема - отхода производства кристаллического кремния состава: 83-93 мас.% SiO₂ и 6-16 мас.% углеродистых примесей - графита (С) и карборунда (SiC) в щелочном растворе гидроксида натрия при соотношении жидкой и твердой фаз Ж/Т=0,94-1,008, термообработку сырцовых гранул проводят при 350-400°С в течение 20-30 мин.

Недостатками известного способа получения являются увеличенные энергозатраты вследствие длительного режима термической обработки сырцовых гранул и повышенная насыпная плотность гранулированного теплоизоляционного материала.

Известен способ получения гранулированного теплоизоляционного материала [RU 2177462, 2001], включающий приготовление и грануляцию сырьевой смеси с последующей термообработкой. Сырьевую смесь готовят из микрокремнезема - отхода производства кристаллического кремния с размером частиц (0,01-0,1)×10^-6 м, имеющего состав: 83-93 мас.% SiO₂ и 6-16 мас.% углеродистых примесей, раствора гидроксида натрия и воды, подогретой до 85-95°С при соотношении жидкой и твердой фаз Ж/Т=0,813-1,0, а термообработку проводят при 350-400°С в течение 20-30 мин.

Недостатками известного способа получения являются увеличенные энергозатраты за счет использования подогретой воды и длительного режима термической обработки сырцовых гранул, а также повышенная насыпная плотность гранулированного теплоизоляционного материала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является сырьевая смесь и способ получения гранулированного теплоизоляционного материала [RU 2220927, 2004]. Сырьевая смесь для теплоизоляционного материала включает микрокремнезем, раствор гидроксида натрия, воду и дополнительно борную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: микрокремнезем - 40,55; борная кислота - 1,22; раствор гидроксида натрия с концентрацией 45,22% в пересчете на Na₂O - 21,04; вода - 37,19. Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала включает приготовление суспензии из микрокремнезема, раствора гидроксида натрия и воды, гидротермальную обработку суспензии, грануляцию полученных сырцовых гранул с последующей термообработкой при 350-400°С. При получении теплоизоляционного материала для приготовления суспензии дополнительно используют борную кислоту, гидротермальную обработку суспензии проводят при 80-90°С и атмосферном давлении в течение 10 мин, сырцовые гранулы предварительно термообрабатывают при 100°С в течение 10 мин, а продолжительность последующей термообработки при 350-400°С составляет 10 мин.

Недостатками сырьевой смеси и способа являются применение достаточно дорогостоящего компонента - борной кислоты, увеличенные энергозатраты вследствие двухстадийного режима термообработки сырцовых гранул, относительно высокая насыпная плотность и относительно низкая общая пористость гранулированного теплоизоляционного материала.

Техническим результатом изобретения являются исключение из состава сырьевой смеси борной кислоты, снижение энергозатрат за счет исключения стадии предварительной термообработки сырцовых гранул, уменьшение насыпной плотности и повышение общей пористости гранулированного теплоизоляционного материала.

Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для гранулированного теплоизоляционного материала включает микрокремнезем, "карамель" - остаточный продукт при переработке древесины по сульфатному способу, раствор гидроксида натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: микрокремнезем - 41,37, "карамель" с концентрацией 91,8% в пересчете на сухое вещество - 0,21, раствор гидроксида натрия с концентрацией 45,22% в пересчете на Na₂O - 21,97, вода - 36,45.

Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала из сырьевой смеси включает приготовление суспензии из микрокремнезема, раствора гидроксида натрия и воды, гидротермальную обработку суспензии при 80-90°С и атмосферном давлении в течение 10-15 мин, грануляцию с последующей термообработкой сырцовых гранул при 350-400°С в течение 10 мин, причем при получении гранулированного теплоизоляционного материала для приготовления суспензии дополнительно используют "карамель" и исключают стадию предварительной термообработки сырцовых гранул.

Микрокремнезем конденсированный представляет собой пылевидный материал, состоящий из ультрадисперсных частиц сферической формы, получаемый в процессе газоочистки печей при производстве кремнийсодержащих сплавов.

Микрокремнезем получают путем отбора материала с рукавных или электрических фильтров системы газоочистки печей. Микрокремнезем имеет насыпную плотность в пределах 150-250 кг/м ³, удельную поверхность 22000 см²/г и следующий химический состав (мас.%): SiO₂ - 85; CaO - 3; SO ₃ - 0,6; (Na₂О+К₂О) - 2; (SiC+C) - 6,4; п.п.п.-3.

Свойства микрокремнезема соответствуют требованиям ТУ 5743-048-02495332-96 "Микрокремнезем конденсированный. Технические условия".

"Карамель" представляет собой шлакоподобные куски темно-коричневого цвета, которые легко размалываются в порошок, растворимый в щелочах. "Карамель" образуется в процессе сульфатно-целлюлозной переработки древесины: древесина подвергается так называемому предгидролизу (обработка щепы водной средой при температуре 170°С). Полученный предгидролизат подвергается инверсии (кислотной обработке) в течение 10-12 ч при температуре 95-100°С (концентрация Н₂SO ₄ 0,4-0,6%). В процессе инверсии на стенках реакторов отлагается осадок - "карамель" - периодически удаляемый при чистке [Цементные системы, модифицированные продуктами сульфатно-целлюлозного производства / Учебное пособие под ред. Ю.П.Карнаухова. Иркутск, 1992. - 105 с.].

Состав "карамели" (мас.%): нерастворимая в H₂SO₄ с конц. 72% часть - 91,5; зола - 0,3; водорастворимые вещества - 2,0; смолы и жиры - 1,7. Среднемассовая молекулярная масса "карамели" =4000. Степень полидисперсности (соотношение среднемассовой и среднечислительной молекулярных масс) / _n=2,2. Формула макромолекулы "карамели" построена из фенилпропановых структурных единиц С₆ -C₃ [Московцев Н.Г., Слабодянин В.Ф., Карнаухов Ю.Н. и др. Использование "карамели" при производстве строительных материалов/ Лесохимия и подсочка. - ВНИПНЭИ. - М.: Вып.5, 1987, с.7-8].

Свойства "карамели" соответствуют требованиям ТУ 13-730858-08-88.

Свойства раствора гидроксида натрия соответствует требованиям ГОСТ 2263-79 "Натр едкий технический. Технические условия". Гидроксид натрия может быть использован в виде водного раствора различной концентрации. Концентрация раствора гидроксида натрия в составе сырьевой смеси 45,22%, а его количество указано в пересчете на Na₂O.

Свойства воды соответствует требованиям ГОСТ 23732-79 "Вода для бетонов и растворов. Технические условия".

Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала заключается в следующем: микрокремнезем, "карамель", раствор гидроксида натрия и воду, отдозированные в заданных количествах, перемешивают в течение 1-1,5 мин. Далее гидротермальной обработкой (при 80-90°С и атмосферном давлении в течение 10-15 мин) сырьевой смеси получают высокомодульную жидкостекольную композицию, которую подают в экструдер (для обеспечения ее порционного поступления в тарельчатый гранулятор). Сформированные сырцовые гранулы опудриваются микрокремнеземом и поступают на термообработку в сушильный барабан. Термообработка заключается в низкотемпературном вспучивании сырцовых гранул при 350-400°С в течение 10 мин.

В таблице 1 приведены составы сырьевой смеси для получения предлагаемого и известного материалов.

В таблице 2 приведены свойства предлагаемого и известного материалов.

В таблице 3 приведены сравнительные характеристики предлагаемого и известного способов.

Таблица 1
Состав	Содержание компонентов, мас.%
	микрокремнезем	раствор гидроксида натрия			вода		борная кислота		"карамель"
Известный	40,55	21,04			37,19		1,22		-
Предлагаемый	41,37	21,97			36,45		-		0,21
Таблица 2
Свойства			Материал
			известный			предлагаемый
Насыпная плотность, кг/м 3			89,0			80,0
Объемное водопоглощение, %			6,6			6,6
Общая пористость, %			84,6			94,0
Таблица 3
Показатели				Способ
				известный				предлагаемый
Количество стадий термообработки, шт.				2				1
Общее время термообработки, мин.				20				10

Как видно из табл.1-3, предлагаемые сырьевая смесь и способ позволяют за счет замены достаточно дорогостоящей борной кислоты на "карамель" (остаточный продукт при переработке древесины по сульфатному способу) уменьшить на 10,11% насыпную плотность и повысить на 11,11% общую пористость гранулированного теплоизоляционного материала, а также снизить энергозатраты за счет исключения стадии предварительной термообработки сырцовых гранул.