способ получения гранулированного теплоизоляционного материала

Формула изобретения

1. Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала, включающий приготовление сырьевой смеси, содержащей кремнистую породу типа диатомита, или опоки, или трепела, щелочной компонент в виде гидроксида натрия или калия с добавлением воды в количестве, необходимом для удобства формования массы, перемешивание, формование массы и термообработку, отличающийся тем, что при приготовлении смеси в водный раствор гидроксида натрия или калия вводят этилсиликат, содержащий 40,5% двуокиси кремния, 14% тетраэтоксисилана, затем порциями вводят отдозированные кремнистую породу и гидроксид натрия или калия, добавляют воду в указанном количестве, полученные после формования гранулы опудривают измельченной кремнистой породой, а термообработку осуществляют при температуре 300-500°С в течение 5-15 мин или при температуре 501-900°С в течение 1-5 мин, при этом соотношение компонентов сырьевой смеси составляет, мас.%:

указанная кремнистая порода	69-91,5
гидроксид натрия или калия	8-30
указанный этилсиликат	0,5-1

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кремнистую породу берут измельченной до максимального размера частиц, не превышающего 1,0 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество добавляемой воды составляет 5-50% от массы сырьевой смеси.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сырьевую смесь формуют способом грануляции или способом экструзии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству теплоизоляционных негорючих пористых материалов, и может быть использовано при производстве гранулированного теплоизоляционного материала, легкого заполнителя для бетонов и других изделий.

Актуальной задачей в настоящее время является создание дешевых негорючих, экологически чистых теплоизоляционных материалов с простой технологией изготовления.

Известен способ получения гранулированного теплоизоляционного материала из жидкого стекла - стеклопора (Горлов Ю.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. М.: Высшая школа, 1989, 384 с.).

Известный способ изготовления стеклопора заключается в следующем: сырьевая смесь, перемешанная до однородного состояния, подается в капельном виде в раствор хлористого кальция и выдерживается в нем в течение 40 минут для формирования гранул, гранулы подсушиваются при температуре +85-90°С в течение 10-20 минут и вспучиваются при температуре +350-500°С в течение 1-3 минут.

Недостатками известного способа производства являются низкие прочность и водостойкость полученного материала, сложность и длительность технологического процесса его изготовления, а также применение раствора хлористого кальция, который отличается дороговизной, вредностью в экологическом отношении и вызывает коррозию используемого оборудования.

Известен способ изготовления теплоизоляционного материала на основе кремнистых пород, включающий перемешивание предварительно отдозированой кремнистой породы из группы: диатомит, опока, трепел и щелочного компонента, укладку смеси в форму и ее термическую обработку (см., например, патент RU 2053984 С1, кл. С04В 38/02, 1996).

Недостатком способа является низкая прочность и водостойкость полученных материалов, что обусловлено неоптимальным выбором содержания составляющих компонентов.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения гранулированного теплоизоляционного материала, включающий приготовление сырьевой смеси, содержащей кремнистую породу типа диатомита, или опоки, или трепела, щелочной компонент в виде гидроксида натрия или калия с добавлением воды в количестве, необходимом для удобства формования массы, перемешивание, формование массы, пропаривание, охлаждение пропаренной смеси, дробление или измельчение хрупкой массы, рассев на фракции и термообработку (см., например, WO 97/33843 A1, C04B 28/26, 18.09.1997).

Недостатком известного способа является сложность и относительная длительность технологического процесса из-за наличия дополнительных операций - пропаривания сырьевой смеси до температуры +75-90°С, охлаждение, дробление или измельчение, рассев и термообработку при 200-250°С в течение 25-35 минут.

Кроме того, при использовании известного способа полученный материал имеет недостаточную прочность и большое водопоглащение.

Техническим результатом является упрощение технологического процесса, сокращение энергозатрат, длительности производства и получение гранулированного экологически чистого теплоизоляционного материала из местного природного сырья с повышенной прочностью и водостойкостью.

Достигается это тем, что в способе получения гранулированного теплоизоляционного материала, включающем приготовление сырьевой смеси, содержащей кремнистую породу типа диатомита или опоки, или трепела, щелочной компонент в виде гидроксида натрия или калия с добавлением воды в количестве, необходимом для удобства формования массы, перемешивание, формование массы и термообработку, согласно изобретению при приготовлении смеси в водный раствор гидроксида натрия или калия вводят этилсиликат, содержащий 40,5% двуокиси кремния, 14% тетраэтоксисилана, затем порциями вводят отдозированные кремнистую породу и гидроксид натрия или калия, добавляют воду в указанном количестве, полученные после формования гранулы опудривают измельченной кремнистой породой, а термообработку осуществляют при температуре +300-500°С в течение 5-15 минут или при температуре +501-900°С в течение 1-5 минут, при этом соотношение компонентов сырьевой смеси составляет, мас.%:

указанная кремнистая порода	69-91,5
гидроксид натрия или калия	8-30
указанный этилсиликат	0,5-1.

Кроме того, кремнистую породу берут измельченной до максимального размера частиц, не превышающего 1,0 мм, количество добавляемой воды составляет 5-50% от массы сырьевой смеси, при этом сырьевую смесь формуют способом грануляции или способом экструзии.

Сущность изобретения заключается в том, что выполнение вышеописанных операций способа и выбор соотношения компонентов сырьевой смеси позволяет упростить технологию производства и сократить длительность термообработки сырцовых гранул, что обеспечивает снижение энергозатрат при производстве предлагаемого гранулированного теплоизоляционного материала.

Выбор природного сырья, содержащего аморфный кремнезем - диатомита, опоки, трепела обусловлен значительными запасами этого сырья и широким распространением его на территории Российской Федерации и тем, что это сырье очень мало используется и пока не нашло широкого применения, а также показателем экологической чистоты этого природного сырья. Значение удельной эффективной активности радионуклидов (Аэфф) для диатомитов, опок, трепелов равняется 5-7 Беккерелей на 1 кг (Бк/кг), в то время как для строительных материалов допускается 370 Бк/кг.

Введение в предлагаемую сырьевую смесь этилсиликата (ЭТС-40 ГОСТ 26371-84) содержащего 40,5% двуокиси кремния повышает силикатный модуль смеси и ее прочность, а наличие в нем 14% тэтраэтоксисилана способствует повышению водостойкости гранулированного теплоизоляционного материала.

Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала заключается в следующем.

Предварительно готовят сырьевую смесь вышеописанного состава. При этом берут кремнистую породу типа диатомита, или опоки, или трепела, дробят до фракции 5-40 мм, сушат при температуре +20-100°С, измельчают до максимального размера частиц, не превышающего 1,0 мм.

В водный раствор гидроксида натрия или калия вводят этилсиликат, затем порциями вводят отдозированные кремнистую породу и гидроксид натрия или калия, добавляют воду в количестве необходимом для удобства формования массы, перемешивают, формуют, опудривают измельченной кремнистой породой. После этого сразу термообрабатывают при температуре +300-500°С в течение 5-15 минут или при температуре +501-900°С в течение 1-5 минут, причем компоненты берут в весовых соотношениях мас.%:

- кремнистая порода - 69-91,5,

- гидроксид натрия или калия - 8-30,

- кремнийорганическая жидкость, например, этилсиликат - 0,5-1.

Необходимость введения порциями отдозированных кремнистой породы и гидроксида натрия или калия обусловлена тем, что в противном случае при непорционном (одноразовом) введении составляющих масса окомковывается, теряет формовочные свойства и для дальнейшего использования требует дробления.

Количество воды берут для обеспечения нормальной формовочной влажности и может колебаться в пределах от 5 до 50% по массе от суммы сухих компонентов.

Приготовленная смесь не требует вылеживания или гидротермальной обработки, т.к. измельчение кремнистого сырья до минимального размера частиц, не превышающего 1,0 мм, позволяет ускорить растворение его в щелочи и дает начальный толчок экзотермической реакции, при которой смесь самопроизвольно разогревается до +80-90°С.

Сырьевую смесь перемешивают в шнековом смесителе, снабженном насадочной головкой с отверстиями заданного диаметра. Добавляют воду в количестве, необходимом до удобоформуемости массы. В смесителе в течение 1-2 минут происходит перемешивание составляющих для получения однородной массы, которая пропускается через насадочную головку для получения сырцовых гранул. Полученные сырцовые гранулы опудривают этой же измельченной породой и подвергают термообработке при температурах +300-900°С. Гранулы, сформованные из предлагаемой смеси, не требуют предварительной термоподготовки, их можно сразу помещать в температуру +300-900°С, в течение 1-15 минут происходит вспучивание и отвердевание гранул.

Ведение термообработки ниже +300°С приводит к возрастанию объемной плотности и снижению водостойкости, а увеличение температуры выше +900°С приводит к депоризации материала и превращение его в жидкий расплав, дающий при остывании силикатное стекло.

При введении гидроксида натрия или калия менее 8% смесь не поризуется. Введение гидроксида натрия или калия более 30% приводит к снижению прочности и экономически не целесообразно.

Сырьевую смесь можно формовать способом грануляции или экструзии, для чего после смешивания в шнековом смесителе приготовленную массу перемещают в тарельчатый гранулятор или в экстру дер.

Заявляемое изобретение иллюстрируются следующими примерами. Для приготовления смеси использовали диатомит, опоку, трепел месторождений Свердловской области.

Свойства этилсиликата ЭТС-40 соответствуют ГОСТ 26371-84. В качестве щелочного компонента использовали гидроксид натрия плотностью 1,3 г/см³. Свойства гидроксида натрия соответствуют требованиям ГОСТ 2263-79 «Натр едкий технический. Технические условия». Вода соответствует требованиям ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия».

В таблицах 1 и 2 приведены сравнительные результаты получения материалов по предлагаемому и известному способам.

Таблица 1
Показатели	Материал
	известный	Предлагаемый
		Опока-69 Гидроксид натрия 30 Этилсиликат 1	Опока-80 Гидроксид натрия 21,2 Этилсиликат 0,8	Опока-91,5 Гидроксид натрия 8 Этилсиликат 0,5
1. Термообработка, °С	200-250	300-500	300-500	300-500
Насыпная плотность, кг/м3	200-320	180-220	220-300	300-350
Водопоглощение, %	5,4-11,1	4-6	6-7	7-8
Прочность, кг/см2	-5,7-11,0	8-15	15-25	25-35
2. Термообработка, °С	-	500-900	500-900	500-900
Насыпная плотность, кг/м3	--	80-120	120-200	200-250
Водопоглащение, %	--	2-3	3-5	5-6
Прочность, кг/см2	---	5-8	8-16	16-25

Таблица 2
Показатели	способ
	известный	предлагаемый
Термообработка сырцовых гранул, °С	200-250	300-500	500-900
Общее время термообработки сырцовых гранул, мин	30	5-15	1-5
Охлаждение, мин	40	--	--
Температура гидротермальной обработки сырьевой смеси, °С	75-90	-
Время гидротермальной обработки сырьевой смеси, мин Охлаждение, мин	40-60	-	-
	20-90	--	--
Время на термообработку, мин	220	5-15	1-5

Как видно из таблиц, предлагаемый способ позволяет уменьшить длительность термообработки сырцовых гранул, упростить технологию получения гранулированного теплоизоляционного материала, сократить количество технологических операций и повысить качественные характеристики материала: прочность и водостойкость.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении достигается поставленный технический результат.