способ получения теплоизоляционного материала и шихта для его изготовления

Формула изобретения

1. Способ получения теплоизоляционного материала, включающий дозирование компонентов шихты, их диспергирование, вспенивание шихты и отжиг изделий, отличающийся тем, что используют компоненты шихты в исходном дисперсном состоянии, предварительно аморфную кремнеземистую породу, гидроксид натрия и горячую воду с температурой 80-90°С перемешивают в реакторе в течение 10-15 мин до образования гидросиликата натрия, затем полученную жидкость перемешивают со вспученным перлитом в течение 10 мин, а вспенивание шихты проводят в замкнутом объеме металлической формы при температуре до 700°С в течение 0,5-1 ч, а отжиг готовых изделий проводят при температуре от 700°С до 360°С в течение 1 ч с последующим их охлаждением на воздухе.

2. Шихта для изготовления теплоизоляционного материала, включающая перлит, кремнеземистый компонент и гидроксид натрия, отличающаяся тем, что содержит вспученный перлит с плотностью 75-100 кг/м³, аморфную кремнеземистую породу и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Перлит вспученный	20
Аморфная кремнеземистая порода	28
Гидроксид натрия	12
Вода	40

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства теплоизоляционных строительных материалов.

Известен состав шихты и способ получения пеностекла, предусматривающие варку стекла и его измельчение в шаровой мельнице, смешение с газообразователем и термообработку в печи вспенивания [а.с. № 393227, С03С 11/00, БИ № 33, 1973 г.]. Недостатком состава и способа является необходимость варки стекла при температуре 1450°С, тонкого помола шихты и ее вспенивания при температуре выше 800°С.

Известен способ и состав шихты для получения пеностекла, содержащий (мас.%) нефелиновый сиенит 5-15, стеклобой тарного стекла 45-55, гидроксид натрия 7-9, перлит (вулканическое стекло) - остальное [Пат. РФ № 2164698, С03С 11/00, опубл. 10.02.2001 г.]. Этот состав позволяет исключить из способа энергоемкую стадию стекловарения и получить пеностекло из шихты при ее нагреве до 750-800°С. Основным недостатком этого состава и способа является необходимость проведения дополнительной энергозатратной механохимической активации шихты, что позволяет получать пеностекло с плотностью 240-841 кг/м³. Если не проводится механоактивация шихты, то из нее можно получать пеностекло с плотностью 411-1023 кг/м ³.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является состав и способ получения пеностекла [а.с. № 1073199, С03С 11/00, БИ № 6, 1984], включающий совместный помол перлита (вулканического стекла), осадочной кремнеземистой породы (диатомит, трепел, опока) и газобразователя до удельной поверхности 300-500 м² /кг при следующем содержании компонентов в шихте, мас.%:

осадочная кремнеземистая порода - 15-70

гидроксид натрия - 6-15

газобразователь - 0,02-1,5

перлитовая порода - остальное.

Основным недостатком этого способа является необходимость тонкого помола трудноразмалываемой перлитовой породы в среде мягкой кремнеземистой породы, что существенно снижает интенсивность помола перлитовой породы и увеличивает расход энергии при помоле и его длительность. Основным недостатком состава шихты является достаточно высокая температура ее вспенивания (800-850°С) и высокая плотность получаемого пеностекла (до 400 кг/м³).

Задачей предлагаемого изобретения является получение теплоизоляционного материала с плотностью 200-300 кг/м³ с заданными геометрическими размерами и формой, жесткой ячеистой структурой при температуре вспенивания шихты до 700°С. Поставленная задача достигается тем, что при получении теплоизоляционных материалов используется шихта, содержащая перлит, аморфную кремнеземистую породу и гидроксид натрия, отличающаяся тем, что предлагаемая шихта содержит вспученный перлит с плотностью 75-100 кг/м³ по ГОСТ 10832-91, аморфную кремнеземистую породу и воду при следующем содержании компонентов, мас.%:

Перлит вспученный	- 20
Аморфная кремнеземистая порода	- 28
Гидроксид натрия	- 12
Вода	- 40

Кроме того, поставленная задача достигается за счет использования принципиально нового способа приготовления исходной шихты из аморфной кремнеземистой породы и вспученного перлита. Реализуется предлагаемый способ получения теплоизоляционного материала при выполнении операций приготовления шихты в следующей последовательности: отдозированные количества аморфной кремниземистой породы, гидроксида натрия и горячей воды с температурой 80-90°С подают в реактор с мешалкой, в котором при перемешивании в течение 10-15 мин образуются гидросиликаты натрия в виде вязкой жидкости. Далее эта вязкая жидкость поступает в интенсивный смеситель, где ее тщательно перемешивают с отдозированным количеством вспученного перлита в течение 10 минут. В результате перемешивания получается шихта для получения теплоизоляционного материала, представляющая собой рыхлую смесь с влажностью 40%. Приготовленную шихту в расчетном количестве загружают в разборную металлическую форму без уплотнения, поверхностный слой шихты выравнивают, форму закрывают крышкой с жесткими фиксаторами и подают в печь вспенивания для термообработки при температуре до 700°С в течение 0,5-1 ч. Время вспенивания зависит от габаритных размеров и объема изделий. Отжиг готовых изделий проводят при температуре от 700°С до 360°С в течение 1 ч с последующим охлаждением на воздухе.

Основным преимуществом предлагаемого состава шихты является использование аморфной кремнеземистой породы с размером частиц 0,1-2 мм и вспученного перлита с размерами 0,16-1,25 мм, который обладает большой влагоемкостью, что позволяет получать из вязкой жидкости влажную сыпучую смесь. По сравнению с прототипом использование предлагаемого состава и способа приготовления шихты позволят синтезировать в присутствии горячей воды и гидроксида натрия высокоактивные по отношению к вспученному перлиту гидросиликаты натрия в течение 10-15 мин при температуре до 100°С. Дополнительное диспергирование аморфной кремнеземистой породы происходит при ее химическом взаимодействии с гидроксидом натрия и последующим смешением продукта взаимодействия со вспученным перлитом. В составе шихты прототипа гидросиликаты натрия не образуются, т.к. шихта готовится при помоле сухих компонентов и взаимодействие между оксидами кремнезема и натрия начинается только при температуре более 700°С. Кроме того, наличие в составе гидросиликатов натрия химически связанной воды обеспечивает поризацию шихты при интенсивном удалении этой воды в интервале температур 500-650°С, что позволяет отказаться от дополнительного ввода углеродистого газообразователя в состав шихты.

Основным преимуществом предлагаемого способа получения теплоизоляционного материала является использование шихты с влажностью до 40% и ее вспенивание в замкнутом объеме металлической формы.

При резком нагреве формы с влажной шихтой до температуры более 500°С образуется большой объем водяных паров, которые создают в объеме шихты гидротермальные условия, способствующие образованию дополнительного количества гидросиликатов и гидроалюминатов натрия, при разложении которых происходит вспенивание шихты в процессе нагрева форм до конечной температуры 700°С.

Проведение процесса по предлагаемому способу в замкнутом объеме формы позволяет получать изделия с заданными геометрическими размерами и формой, с тонкой (0,1-0,3 мм) плотной остеклованной корочкой на поверхности изделий. Это позволяет исключить из процесса получения теплоизоляционных изделий операцию их опиловки.

Пример конкретного исполнения.

Для получения 1 м³ теплоизоляционного материала с плотностью 220 кг/м³ необходимо взять 116,67 кг аморфной кремнеземистой породы (опока, диатомит, трепел), 50 кг гидроксида натрия и 166,67 кг горячей воды с температурой более 90°С. Указанные компоненты перемешивают в течение 10 мин, в результате чего образуется гидросиликат натрия, который затем тщательно перемешивают с 83,34 кг вспученного перлита. Полученную шихту с влажностью 40% загружают в разборную металлическую форму, внутреннюю поверхность которой для исключения прилипания к форме предварительно смазывают глиноизвестковой или глиногипсовой суспензией. Расчетное количество шихты, загружаемое в форму, определяют по формуле:

m=1,894·p·V, кг,

где 1,894 - коэффициент, учитывающий потерю влаги при термообработке шихты;

p - заданная плотность теплоизоляционного материала, кг/м³;

V - объем формы, м³.

Загруженную шихту в форме разравнивают в поверхностном слое, форму закрывают крышкой с фиксаторами и помещают в муфельную печь, предварительно нагретую до температуры 500°С. Дальнейший нагрев формы до конечной температуры 700°С проводят в течение 30 мин, после чего печь отключают и охлаждают формы с изделием до температуры 360°С в течение часа. После этого форму извлекают из печи и охлаждают на воздухе в течение 30 мин до температуры 50-60°С, разбирают и из нее извлекают изделие, у которого определяют все необходимые параметры.

Необходимо отметить, что все изделия имели четкую геометрическую форму и размеры, а их поверхность была покрыта сплошной остеклованной корочкой толщиной 0,1-0,3 мм. Размер полученных изделий 10×10×5 см³ , объем - 500 см³.

По такому способу были изготовлены изделия с плотностью в пределах 200-300 кг/м ³ с шагом в 20 кг/м³. Расчетные количества компонентов шихты для получения изделий с заданной плотностью и их свойства представлены в таблице, из которой следует, что использование предлагаемых состава шихты и способа позволяет получать теплоизоляционные материалы со свойствами, превосходящими свойства материалов, получаемых из известных составов по известным способам.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с известными способами и составами, используемыми в технологии теплоизоляционных материалов, обладает существенным преимуществом, среди которых необходимо выделить следующие:

- упрощается технология получения теплоизоляционного материала;

- из технологического процесса исключается энергозатратная стадия высокотемпературной варки стекла;

- исключается операция тонкого помола компонентов шихты;

- активация шихты осуществляется не механическим, а химическим способом;

- более эффективно используется вспученный перлит по сравнению, например, с производством цементно-перлитовых изделий;

- существенно сокращается температура и время вспенивания шихты и время отжига изделий;

- блоки не требуют опиловки и получаются с заданными геометрической формой и размерами.

Получаемые по предлагаемому техническому решению теплоизоляционные изделия можно использовать для теплоизоляции различных строительных объектов, энергетических установок и трубопроводного транспорта.

Таблица
Способ получения теплоизоляционного материала и шихта для его изготовления
Компоненты шихты и свойства изделий	Расход компонентов шихты на 1 м3 пеностекла (кг), режим термообработки и показатели свойств изделий
1	2	3	4	5	6
Вспученный перлит, кг	75,76	83,34	90,91	98,49	106,06	113,64
Аморфная кремнеземистая порода, кг	трепел 106,06	опока 116,67	диатомит 127,27	трепел 137,88	опока 148,50	диатомит 159,09
Гидроксид натрия, кг	45,46	50,00	54,55	59,09	63,63	68,18
Вода, кг	151,52	166,67	181,82	196,98	212,13	227,28
Интервал температур вспенивания, °С	700	700	700	700	700	700
Время вспенивания, ч	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Плотность изделий, кг/м3	200	220	240	260	280	300
Прочность при сжатии, МПа	1,44	1,62	1,88	2,14	2,48	2,67
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град)	0,062	0,068	0,074	0,079	0,083	0,086