RU2348596C1

RU2348596C1 - Construction material and method of its production

Info

Publication number: RU2348596C1
Application number: RU2007118294/03A
Authority: RU
Inventors: Валерий Михайлович Гоменюк (RU); Валерий Михайлович Гоменюк; Дмитрий Валерьевич Лавренин (RU); Дмитрий Валерьевич Лавренин; Николай Александрович Меркин (RU); Николай Александрович Меркин; Борис Васильевич Писарев (RU); Борис Васильевич Писарев
Original assignee: Николай Александрович Меркин; Борис Васильевич Писарев
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2009-03-10
Also published as: RU2007118294A; WO2008143549A1

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: according to the method of construction material production including preparation of base mixture by blending of silica - containing component, alkali component and water at the ratio of the content of alkali components to the content of silica - containing component from 0.08 - 0.50 and aggregated content of silica - containing component and alkali component to water content up to 2.0, getting homogeneous silicate mass, filling the form with this mass, heating it up to the bloating temperature, cooling down expanded mass to the environmental temperature and getting ready constructional material out from the form, silicate mass is exposed to preliminary bursting expansion by heating it up to the bloating temperature, cooled down and cut; inflated mass is cooled prior to removal from the form by gradual decreasing of temperature ensuring temperature difference on the surface and in the center of the inflated material preventing formation of cracks in the material at the speed of 0.2 - 2.0°C/min.

EFFECT: performance build - up of construction material.

6 cl, 5 ex

Description

Изобретение относится к области строительной индустрии, в частности к строительному материалу и способу его получения.The invention relates to the field of the construction industry, in particular to a building material and a method for its production.

В настоящее время достаточно актуальна задача получения дешевых пористых неорганических строительных материалов из широко распространенных полезных ископаемых. Таким широко распространенным сырьем могут служить кремнистые породы, в т.ч. диатомиты, трепела, опоки. Сами по себе кремнистые породы практически не вспучиваются, а температуры их плавления достаточно высоки. Однако кремнистые породы в смеси со щелочью и водой образуют силикатные массы, которые при температуре 450°С и выше переходят в расплавы и вспучиваются. Вспученная масса после охлаждения дает пористый неорганический материал. Размер пор в материале зависит от пластично-вязких свойств расплава силикатной массы, ее состава и температуры вспучивания. Основу процесса составляет термохимическое вспучивание силикатной массы за счет водяного пара, образующегося из химически связанной воды, содержащейся в силикатной массе. Описанный подход лежит в основе получения пористых строительных материалов и способов их получения.Currently, the urgent task of obtaining cheap porous inorganic building materials from widespread minerals. Such widespread raw materials can be siliceous rocks, including diatomites, tripoli, flasks. Siliceous rocks themselves practically do not swell, and their melting points are quite high. However, siliceous rocks in a mixture with alkali and water form silicate masses, which at a temperature of 450 ° C and above go into melts and swell. The expanded mass after cooling gives a porous inorganic material. The pore size in the material depends on the plastic-viscous properties of the melt of the silicate mass, its composition and the expansion temperature. The basis of the process is thermochemical expansion of the silicate mass due to water vapor formed from chemically bound water contained in the silicate mass. The described approach is the basis for obtaining porous building materials and methods for their preparation.

Известен строительный материал и способ его получения по патенту RU 2053984. Известный строительный материал получают из исходной смеси, содержащей кремнеземсодержащий компонент, щелочной компонент, цинкосодержащую добавку и воду при отношении содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента от 0,4 до 0,5 и отношении суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды в диапазоне значений от 0,7 до 2,5. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют трепел, диатомит или опоку, в качестве щелочного компонента - гидроксид натрия, в качестве цинкосодержащей добавки - оксид цинка, сульфат цинка или хлорид цинка, в качестве воды - водопроводную воду. Получаемый материал имеет плотность от 134 до 302 кг/м³, коэффициент теплопроводности от 0,074 до 0,098 Вт/(м·°С) и прочность на сжатие от 2 до 10 кгс/см². Материал имеет невысокое качество из-за неоднородной пористости, а именно, наблюдается значительный разброс пор по их размерам, а также наличие пустот и уплотнений в структуре материала. Указанное низкое качество материала определяет недостаточно хорошее сочетание вышеперечисленных характеристик, а именно его плотности, прочности на сжатие и коэффициента теплопроводности. В частности, материал плотностью 134 кг/м³ имеет достаточно низкую прочность на сжатие в размере 2 кгс/см² и очень высокое (для данной плотности) значение коэффициента теплопроводности 0,074 Вт/(м·°С). С другой стороны, материал плотностью 302 кг/м³ при относительно приемлемом значении коэффициента теплопроводности 0,098 Вт/(м·°С) имеет достаточно низкое значение прочности на сжатие в размере 10 кгс/см². Перечисленные недостатки препятствуют организации промышленного производства и ограничивают широкое применение этого материала.Known building material and the method of obtaining it according to patent RU 2053984. Known building material is obtained from the initial mixture containing a silica-containing component, an alkaline component, a zinc-containing additive and water with a ratio of alkaline component to silica-containing component from 0.4 to 0.5 and the ratio the total content of silica-containing and alkaline components to the water content in the range of values from 0.7 to 2.5. Tripoli, diatomite or flask are used as the silica-containing component, sodium hydroxide is used as the alkaline component, zinc oxide, zinc sulfate or zinc chloride are used as the zinc-containing additive, and tap water is used as water. The resulting material has a density of 134 to 302 kg / m ³ , a thermal conductivity of 0.074 to 0.098 W / (m · ° C) and compressive strength of 2 to 10 kgf / cm ² . The material is of poor quality due to inhomogeneous porosity, namely, there is a significant pore size variation in their size, as well as the presence of voids and seals in the structure of the material. The specified low quality of the material determines an insufficiently good combination of the above characteristics, namely its density, compressive strength and thermal conductivity. In particular, a material with a density of 134 kg / m ³ has a rather low compressive strength of 2 kgf / cm ² and a very high (for a given density) value of the thermal conductivity coefficient of 0.074 W / (m · ° C). On the other hand, a material with a density of 302 kg / m ³ with a relatively acceptable value of the coefficient of thermal conductivity of 0.098 W / (m · ° C) has a rather low value of compressive strength in the amount of 10 kgf / cm ² . These shortcomings impede the organization of industrial production and limit the widespread use of this material.

Способ получения материала заключается в том, что смешивают кремнеземсодержащий компонент, щелочной компонент, цинкосодержащий компонент и воду с получением исходной смеси, в которой отношение содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента находится в диапазоне значений от 0,4 до 0,5 и отношение суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды находится в диапазоне значений от 0,7 до 2,5. Указанную смесь перемешивают до получения гомогенной массы, в которой происходят реакции силикатообразования с получением силикатной массы. Полученной силикатной массой заполняют формы, нагревают ее до температуры 350-400°С, при которой наблюдается вспучивание массы, с последующим остыванием до температуры окружающей среды и извлечением из форм готового строительного материала. Вспучивание силикатной массы обеспечивается за счет водяного пара, который образуется из воды, получаемой при частичной дегидратации в указанном температурном интервале некоторых видов гидроксидов, содержащихся в силикатной массе. Также в процессе вспучивания участвуют газы, образующиеся при выгорании и химическом взаимодействии различных примесей, содержащихся в силикатной массе. Недостатком этого способа является невысокое качество получаемого материала, проявляющееся в неоднородной пористости и неудовлетворительном сочетании характеристик материала - плотности, прочности на сжатие и коэффициента теплопроводности. Названный недостаток объясняется тем, что в процессе вспучивания участвуют не только гидроксильные группы силикатной массы, но и газы, являющиеся результатом других реакций.The method of obtaining the material is that a silica-containing component, an alkaline component, a zinc-containing component and water are mixed to obtain an initial mixture in which the ratio of the content of the alkaline component to the content of the silica-containing component is in the range from 0.4 to 0.5 and the ratio of the total content silica-containing and alkaline components to the water content is in the range from 0.7 to 2.5. The specified mixture is stirred until a homogeneous mass is obtained, in which silicate formation reactions take place to obtain a silicate mass. The obtained silicate mass is filled into the molds, heated to a temperature of 350-400 ° C, at which the mass swelling is observed, followed by cooling to ambient temperature and removing the finished building material from the molds. The expansion of the silicate mass is provided by water vapor, which is formed from water obtained by partial dehydration in the specified temperature range of certain types of hydroxides contained in the silicate mass. Also in the process of expansion are gases involved in the burnup and chemical interaction of various impurities contained in the silicate mass. The disadvantage of this method is the low quality of the material obtained, which manifests itself in non-uniform porosity and an unsatisfactory combination of material characteristics - density, compressive strength and thermal conductivity. The mentioned drawback is explained by the fact that not only hydroxyl groups of the silicate mass are involved in the expansion process, but also gases resulting from other reactions.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является строительный материал и способ его получения по патенту RU 2154618. Известный строительный материал получают из исходной смеси, включающей кремнеземсодержащий компонент, щелочной компонент и воду с отношением содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента в диапазоне значений от 0,4 до 0,5, суммарного содержания кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента к содержанию воды в диапазоне значений от 2,3 до 3,3. В качестве кремнеземсодержащего компонента используют трепел, диатомит или опоку, в качестве щелочного компонента - гидроксид натрия, в качестве воды - водопроводную воду. Получаемый материал имеет плотность от 100 до 300 кг/м³, коэффициент теплопроводности от 0,071 до 0,085 Вт/(м·°С) и прочность на сжатие от 2 до 14 кгс/см². Материал имеет невысокое качество из-за неоднородной пористости, а именно наблюдается значительный разброс пор по их размерам, а также наличие пустот и уплотнений в структуре материала. Указанное низкое качество материала определяет недостаточно хорошее сочетание вышеперечисленных характеристик, а именно его плотности, прочности на сжатие и коэффициента теплопроводности. В частности, материал плотностью 100 кг/м³ при приемлемой прочности на сжатие в размере 2 кгс/см² имеет достаточно высокое (для данной плотности) значение коэффициента теплопроводности 0,071 Вт/(м·°С). С другой стороны, материал плотностью 300 кг/м³при хорошем значении коэффициента теплопроводности 0,085 Вт/(м·°С) имеет достаточно низкое значение прочности на сжатие в размере 14 кгс/см². Перечисленные недостатки препятствуют организации промышленного производства и ограничивают широкое применение этого материала.The closest technical solution for the combination of essential features and the achieved result is a building material and the method for its preparation according to patent RU 2154618. A well-known building material is obtained from an initial mixture comprising a silica-containing component, an alkaline component and water with a ratio of the alkaline component to the silica-containing component in the range values from 0.4 to 0.5, the total content of silica-containing component and alkaline component to the water content in the range The values from 2.3 to 3.3. As a silica-containing component, tripoli, diatomite or flask are used, sodium hydroxide is used as the alkaline component, and tap water is used as water. The resulting material has a density of from 100 to 300 kg / m ³ , a thermal conductivity of 0.071 to 0.085 W / (m · ° C) and compressive strength of 2 to 14 kgf / cm ² . The material has a low quality due to non-uniform porosity, namely, there is a significant pore scatter in their size, as well as the presence of voids and seals in the structure of the material. The specified low quality of the material determines an insufficiently good combination of the above characteristics, namely its density, compressive strength and thermal conductivity. In particular, a material with a density of 100 kg / m ³ at an acceptable compressive strength of 2 kgf / cm ² has a sufficiently high (for a given density) value of the thermal conductivity coefficient of 0.071 W / (m · ° C). On the other hand, a material with a density of 300 kg / m ³ with a good value of the coefficient of thermal conductivity of 0.085 W / (m · ° C) has a rather low value of compressive strength in the amount of 14 kgf / cm ² . These shortcomings impede the organization of industrial production and limit the widespread use of this material.

Способ получения материала заключается в том, что смешивают кремнеземсодержащий компонент, щелочной компонент и воду с получением исходной смеси, в которой отношение содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента находится в диапазоне значений от 0,40 до 0,50 и отношение суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды находится в диапазоне значений от 2,3 до 3,3. Процесс проведения реакций силикатообразования сопровождается перемешиваем исходной смеси в течение 10-20 минут. Полученной силикатной массой заполняют формы и подвергают термической обработке в диапазоне температур 40-60°С в течение 30-60 минут с последующим ее нагревом со скоростью 50-150°С/мин до температуры вспучивания в диапазоне 800-900°С и выдерживают в течение 20-30 минут с последующим охлаждением до температуры окружающей среды и извлечением из форм строительного материала. Вспучивание силикатной массы обеспечивается за счет водяного пара, который образуется из воды, получаемой при дегидратации в указанном температурном интервале некоторых видов гидроксидов, содержащихся в силикатной массе. Также в процессе вспучивания участвуют газы, образующиеся при выгорании и химическом взаимодействии различных примесей, содержащихся в силикатной массе. Отмечается, что при медленном нагреве (менее 50°С/мин) получаемый материал имеет высокую плотность (700 кг/м³) из-за того, что в процессе медленного нагрева силикатной массы происходит удаление химически связанной воды из гидроксидов силикатной массы и выделенная вода успевает испариться при температуре до 500°С, т.е. до появления расплава. Недостатком этого способа является невысокое качество получаемого материала, проявляющееся в неоднородной пористости и неудовлетворительном сочетании характеристик материала - плотности, прочности на сжатие и коэффициента теплопроводности. Названный недостаток объясняется тем, что в процессе вспучивания участвуют не только гидроксильные группы силикатной массы, но и газы, являющиеся результатом других реакций. Кроме того, высокая скорость нагрева силикатной массы (50-150°С/мин) создает существенные затруднения для промышленной реализации этого способа.The method of obtaining the material is that a silica-containing component, an alkaline component and water are mixed to obtain an initial mixture in which the ratio of the content of the alkaline component to the content of the silica-containing component is in the range from 0.40 to 0.50 and the ratio of the total silica-containing and alkaline content components to the water content is in the range of values from 2.3 to 3.3. The process of carrying out silicate formation reactions is accompanied by stirring the initial mixture for 10-20 minutes. The resulting silicate mass is filled into molds and subjected to heat treatment in the temperature range of 40-60 ° C for 30-60 minutes, followed by its heating at a speed of 50-150 ° C / min to a swelling temperature in the range of 800-900 ° C and held for 20-30 minutes, followed by cooling to ambient temperature and removing building material from the molds. The expansion of the silicate mass is ensured by water vapor, which is formed from water obtained by dehydration in the specified temperature range of certain types of hydroxides contained in the silicate mass. Also in the process of expansion are gases involved in the burnup and chemical interaction of various impurities contained in the silicate mass. It is noted that upon slow heating (less than 50 ° C / min) the resulting material has a high density (700 kg / m ³ ) due to the fact that during the slow heating of the silicate mass, chemically bound water is removed from the hydroxides of the silicate mass and the released water manages to evaporate at temperatures up to 500 ° C, i.e. before the melt. The disadvantage of this method is the low quality of the material obtained, which manifests itself in non-uniform porosity and an unsatisfactory combination of material characteristics - density, compressive strength and thermal conductivity. The mentioned drawback is explained by the fact that not only hydroxyl groups of the silicate mass are involved in the expansion process, but also gases resulting from other reactions. In addition, the high heating rate of the silicate mass (50-150 ° C / min) creates significant difficulties for the industrial implementation of this method.

Задачей изобретения является создание экономически эффективного способа получения строительного материала с улучшенными эксплуатационными характеристиками из широко распространенных кремнистых пород.The objective of the invention is to provide a cost-effective method for producing building material with improved performance characteristics from widespread siliceous rocks.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения строительного материала, включающем смешение кремнеземсодержащего компонента, щелочного компонента и воды при отношении содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента от 0,08 до 0,50 и отношении суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды до 2,0 с получением гомогенной силикатной массы, заполнение формы силикатной массой, нагрев ее до температуры вспучивания, охлаждение вспученной силикатной массы до температуры окружающей среды и извлечение из формы готового строительного материала, перед заполнением формы силикатную массу подвергают предварительному вспучиванию путем нагрева ее до температуры вспучивания, охлаждению и измельчению, при этом охлаждение вспученной массы перед извлечением ее из формы осуществляют с постепенным снижением температуры, обеспечивающим разницу температур на поверхности и в центре вспученного материала, исключающую образование трещин в материале, со скоростью 0,06-2,0°С/мин. Причем температура вспучивания силикатной массы находится в интервале температур от 450°С до 900°С, а предварительно вспученную силикатную массу охлаждают естественным путем в условиях окружающей среды или с помощью принудительного охлаждения так, что разница температур на поверхности и в центре вспученного материала обеспечивает образование во вспученном материале множественных трещин. Преимущественно, предварительно вспученную силикатную массу измельчают до размера частиц менее 3 мм. Перед предварительным вспучиванием силикатную массу можно гранулировать.The problem is solved in that in a method of obtaining a building material, comprising mixing a silica-containing component, an alkaline component and water with a ratio of the content of the alkaline component to the content of the silica-containing component from 0.08 to 0.50 and a ratio of the total content of silica-containing and alkaline component to the water content to 2.0 to obtain a homogeneous silicate mass, filling the form with a silicate mass, heating it to a temperature of expansion, cooling the expanded silicate mass to a temperature tours of the environment and removing the finished building material from the mold, before filling the mold, the silicate mass is subjected to preliminary expansion by heating it to the expansion temperature, cooling and grinding, while the expanded mass is cooled before removing it from the mold with a gradual decrease in temperature, providing a temperature difference of surface and in the center of the expanded material, eliminating the formation of cracks in the material, at a rate of 0.06-2.0 ° C / min Moreover, the temperature of the expansion of the silicate mass is in the temperature range from 450 ° C to 900 ° C, and the pre-expanded silicate mass is naturally cooled under ambient conditions or by forced cooling so that the temperature difference on the surface and in the center of the expanded material provides expanded material of multiple cracks. Advantageously, the pre-expanded silicate mass is ground to a particle size of less than 3 mm. Before preliminary expansion, the silicate mass can be granulated.

Поставленная задача решается также тем, что строительный материал, полученный из исходной смеси, включающей кремнеземсодержащий компонент, щелочной компонент и воду при отношении содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента от 0,08 до 0,50 и отношении суммарного содержания кремнеземсодержащего и щелочного компонентов к содержанию воды до 2,0, получен указанным выше способом и имеет плотность от 110 до 700 кг/м³ при коэффициенте теплопроводности от 0,035 до 0,17 Вт/(м·°С) и прочности на сжатие от 2 до 300 кгс/см².The problem is also solved by the fact that the building material obtained from the initial mixture, including a silica-containing component, an alkaline component and water with a ratio of the content of alkaline component to the content of silica-containing component from 0.08 to 0.50 and the ratio of the total content of silica-containing and alkaline components to the content water to 2.0, obtained by the above method and has a density of 110 to 700 kg / m ³ with a thermal conductivity of 0.035 to 0.17 W / (m · ° C) and compressive strength of 2 to 300 kgf / cm ² .

При отношении содержания щелочного компонента к содержанию кремнеземсодержащего компонента менее 0,08 получаемый материал имеет повышенную плотность, более 700 кг/м³ и повышенный коэффициент теплопроводности, более 0,17 Вт/(м·°С). В случае, если значение указанного соотношения составит более 0,50, стоимость материала становится недопустимо высокой по причине высокого содержания дорогостоящего щелочного компонента.When the ratio of the content of the alkaline component to the content of the silica-containing component is less than 0.08, the resulting material has a higher density, more than 700 kg / m ³ and an increased coefficient of thermal conductivity, more than 0.17 W / (m · ° C). If the value of the specified ratio is more than 0.50, the cost of the material becomes unacceptably high due to the high content of the expensive alkaline component.

При отношении суммарного содержания кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента к содержанию воды более 2,0 недостаток воды сказывается на качестве протекания реакций силикатообразования, а также затрудняет процесс гомогенизации исходной смеси.When the ratio of the total content of the silica-containing component and the alkaline component to the water content of more than 2.0, the lack of water affects the quality of the reactions of silicate formation, and also complicates the process of homogenization of the initial mixture.

С другой стороны, отношение суммарного содержания кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента к содержанию воды должно составлять не менее 0,8. В случае, если значение указанного соотношения составит менее 0,8, существенную роль начинают играть затраты на последующее удаление излишков воды.On the other hand, the ratio of the total content of the silica-containing component and the alkaline component to the water content should be at least 0.8. If the value of this ratio is less than 0.8, the costs of the subsequent removal of excess water begin to play a significant role.

Рекомендуется использовать указанное соотношение в интервале 1,2-1,6, что, с одной стороны, обеспечивает эффективную гомогенизацию смеси и протекание реакций силикатообразования в ней, а, с другой стороны, приемлемые энергозатраты на удаление физической воды на последующих этапах реализации способа.It is recommended to use the specified ratio in the range of 1.2-1.6, which, on the one hand, ensures effective homogenization of the mixture and the occurrence of silicate formation reactions in it, and, on the other hand, acceptable energy consumption for the removal of physical water at subsequent stages of the method.

Строительный материал согласно изобретению имеет однородную структуру, равномерную пористость, в нем отсутствуют пустоты, уплотнения и другие дефекты. Высокая пористость, небольшие размеры пор и однородная структура обеспечивают материалу лучшие, недостижимые ранее сочетания значений плотности, прочности на сжатие, коэффициента теплопроводности. Материал такого качества имеет широкое промышленное применение. Он может использоваться в строительстве как в качестве теплоизоляционного, так и в качестве конструкционного материала.The building material according to the invention has a uniform structure, uniform porosity, there are no voids, seals and other defects. High porosity, small pore sizes and a homogeneous structure provide the material with the best previously unattainable combinations of density, compressive strength, and thermal conductivity. A material of this quality has wide industrial applications. It can be used in construction both as a heat-insulating material and as a structural material.

Материал согласно изобретению как теплоизоляционный материал может использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленных установок, аппаратуры, холодильников, трубопроводов и транспортных средств.The material according to the invention as a heat-insulating material can be used for thermal insulation of structures of buildings and structures, various industrial installations, equipment, refrigerators, pipelines and vehicles.

Материал согласно изобретению как конструкционный материал может использоваться для выполнения самонесущих ограждений и перемычек при возведении малоэтажных и высотных жилых, административных и промышленных зданий и сооружений, а также как несущий строительный материал для возведения малоэтажных жилых, административных и промышленных зданий и сооружений. При этом дополнительная теплоизоляция конструкций, выполненных из этого материала, не требуется.The material according to the invention as a structural material can be used to make self-supporting fences and lintels for the construction of low-rise and high-rise residential, administrative and industrial buildings and structures, as well as supporting building material for the construction of low-rise residential, administrative and industrial buildings and structures. Moreover, additional thermal insulation of structures made of this material is not required.

Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.

В качестве кремнеземсодержащего компонента для приготовления исходной смеси используют органогенные, хемогенные и криптогенные кремнистые породы: диатомиты, спонголиты, радиоляриты, силикофлагеллиты, опоки, трепела, цеолиты, кремнистые суглинки и их переходные разновидности, в том числе с глинистой составляющей в виде монтмориллонитовой, монтмориллонит-гидрослюдистой, каолинит-монтмориллонитовой, каолинит-гидрослюдистой ассоциациями. Также в качестве кремнеземсодержащего компонента могут выступать кремнистые отвалы техногенного происхождения, в частности микрокремнезем (побочный продукт металлургического производства при выплавке ферросилиция и его сплавов) и зола, являющаяся продуктом сгорания печного топлива на основе рисовой лузги (шелухи). Кроме того, в качестве кремнеземсодержащего компонента могут выступать смеси вышеперечисленных кремнистых пород между собой, а также с кремнистыми техногенными побочными продуктами и отвалами, например трепел (и/или диатомит и/или опока и т.д.) с микрокремнеземом. Содержание аморфного кремнезема в кремнеземсодержащем компоненте должно быть не менее 20 мас.%. В качестве породообразующего минерала кремнеземсодержащего компонента обычно выступает опал.Organogenic, chemogenic, and cryptogenic siliceous rocks are used as a silica-containing component for the preparation of the initial mixture: diatomites, spongolites, radiolarites, silicoflagellites, flasks, tripoli, zeolites, siliceous loams and their transitional varieties, including those with clay montlorite, montlon hydromica, kaolinite-montmorillonite, kaolinite-hydromica associations. Silicon dumps of technogenic origin, in particular silica fume (a by-product of metallurgical production in the smelting of ferrosilicon and its alloys) and ash, which is a product of combustion of heating oil based on rice husk (husk), can also act as a silica-containing component. In addition, mixtures of the aforementioned siliceous rocks with each other, as well as with siliceous man-made by-products and dumps, for example tripoli (and / or diatomite and / or flask, etc.) with silica fume, can act as a silica-containing component. The content of amorphous silica in the silica-containing component should be at least 20 wt.%. The rock-forming mineral of the silica-containing component is usually opal.

Кремнеземсодержащий компонент вводится в исходную смесь в тонкодисперсном состоянии. Малые размеры частиц создают условия для качественного процесса силикатообразования, что, в свою очередь, закладывает основу для получения качественного строительного материала. Рекомендуемый размер частиц кремнеземсодержащего компонента менее 300 мкм. Большие размеры частиц кремнеземсодержащего компонента могут ухудшать протекания реакций силикатообразования и тем самым негативно влиять на качество готовой продукции.The silica-containing component is introduced into the initial mixture in a finely divided state. The small particle sizes create the conditions for a high-quality process of silicate formation, which, in turn, lays the foundation for obtaining high-quality building material. The recommended particle size of the silica-containing component is less than 300 microns. The large particle sizes of the silica-containing component can worsen the course of silicate formation reactions and thereby adversely affect the quality of the finished product.

Для приведения кремнеземсодержащего компонента в тонкодисперсное состояние можно использовать методы как сухого, так и влажного измельчения. Предпочтительно влажное измельчение или растирание, т.к. оно позволяет использовать кремнеземсодержащий компонент естественной влажности и исключить необходимость предварительной его сушки, что экономит соответствующие энергозатраты.To bring the silica-containing component into a finely dispersed state, both dry and wet grinding methods can be used. Preferably wet grinding or grinding, because it allows the use of a silica-containing component of natural humidity and eliminates the need for preliminary drying, which saves the corresponding energy costs.

В качестве щелочного компонента используют гидроксид натрия или гидроксид калия. При этом щелочной компонент вводится в форме водного раствора. Рекомендуется использовать промышленно выпускаемые растворы.Sodium hydroxide or potassium hydroxide is used as the alkaline component. In this case, the alkaline component is introduced in the form of an aqueous solution. It is recommended to use commercially available solutions.

В качестве воды используют водопроводную воду или воду, предназначенную для приготовления строительных растворов.As water use tap water or water intended for the preparation of mortars.

Для обеспечения требуемых пропорций компоненты исходной смеси вводятся в смеситель с помощью дозаторов. Полученную исходную смесь перемешивают в смесителе до получения гомогенной массы, которую выдерживают до завершения реакций силикатообразования с получением силикатной массы. Рекомендуемый срок выдержки составляет около 2 часов. Для ускорения реакций силикатообразования и улучшения свойств массу можно перемешивать с помощью кавитационного оборудования. Также с целью ускорения силикатообразования и улучшения свойств массу можно подогревать (например, подвергать обработке в термокамере). Также можно подогревать все или один из компонентов исходной смеси перед их смешиванием.To ensure the required proportions, the components of the initial mixture are introduced into the mixer using dispensers. The resulting initial mixture is mixed in a mixer until a homogeneous mass is obtained, which is maintained until the completion of silicate formation reactions to obtain a silicate mass. The recommended exposure time is about 2 hours. To accelerate the reactions of silicate formation and improve properties, the mass can be mixed using cavitation equipment. Also, in order to accelerate silicate formation and improve properties, the mass can be heated (for example, subjected to processing in a heat chamber). You can also heat all or one of the components of the initial mixture before mixing them.

Полученная силикатная масса, размещенная на поддонах или на конвейере, подвергается предварительному вспучиванию в печи при температуре вспучивания. Температура предварительного вспучивания зависит от химического и минералогического состава исходного кремнеземсодержащего компонента, от соотношения щелочного и кремнеземсодержащего компонентов в исходной смеси и находится в температурном интервале 450-900°С. Скорость нагрева силикатной массы и срок ее выдержки при температуре вспучивания зависит от многих факторов и, в частности, от толщины слоя силикатной массы. Эти параметры (скорость нагрева и срок выдержки), с одной стороны, должны обеспечить полный и равномерный прогрев силикатной массы, а с другой - минимальное время выдержки при температуре вспучивания. Обычно скорость нагрева находится в интервале от 1 до 16°С/мин, а срок выдержки - от 5 до 150 минут. На этом этапе вспучивание происходит за счет воды, выделяющейся при дегидратации некоторых гидроксидов, а также газов, образующихся при выгорании и химическом взаимодействии различных примесей, содержащихся в силикатной массе. Таким образом, предварительное вспучивание позволяет нейтрализовать вредные для качества конечного материала вспучивающие факторы и заложить основы для получения качественного материала при окончательном вспучивании. Полный и равномерный прогрев массы обеспечивает гарантированное удаление вредных вспучивающих факторов, а минимальное время выдержки при температуре вспучивания позволяет максимально сохранить основной вспучивающий фактор - гидроксильные группы.The resulting silicate mass, placed on pallets or on a conveyor, is subjected to preliminary expansion in a furnace at a temperature of expansion. The pre-expansion temperature depends on the chemical and mineralogical composition of the initial silica-containing component, on the ratio of alkaline and silica-containing components in the initial mixture and is in the temperature range of 450-900 ° C. The rate of heating of the silicate mass and its exposure time at the expansion temperature depends on many factors and, in particular, on the thickness of the silicate mass layer. These parameters (heating rate and exposure time), on the one hand, should ensure complete and uniform heating of the silicate mass, and on the other hand, the minimum exposure time at the expansion temperature. Typically, the heating rate is in the range from 1 to 16 ° C / min, and the exposure time is from 5 to 150 minutes. At this stage, the expansion occurs due to the water released during the dehydration of certain hydroxides, as well as gases formed during the burnup and chemical interaction of various impurities contained in the silicate mass. Thus, pre-expansion allows to neutralize the intumescent factors harmful to the quality of the final material and lay the foundation for obtaining high-quality material during the final expansion. Complete and uniform heating of the mass ensures the guaranteed removal of harmful intumescent factors, and the minimum exposure time at the expansion temperature allows maximum preservation of the main intumescent factor - hydroxyl groups.

С целью повышения эффективности процесса желательно гранулировать силикатную массу и в таком виде подвергать ее предварительному вспучиванию. Кроме того, вспученные гранулы могут являться самостоятельным засыпным теплоизоляционным продуктом.In order to increase the efficiency of the process, it is desirable to granulate the silicate mass and, in this form, subject it to preliminary expansion. In addition, expanded granules can be an independent filling heat-insulating product.

Охлаждение предварительно вспученного материала рекомендуется производить при разнице температуры на поверхности и в центре материала, вызывающей образование в нем множественных трещин. Разница температур, вызывающая образование трещин в материале, зависит от множества факторов, в частности от плотности, прочности, габаритов и толщины материала. Обычно разница температур в 26-30°С дает от одной до нескольких трещин, разрушающих блок материала на несколько крупных фрагментов. Развитая трещинноватость, позволяющая разрушить материал на множество мелких фрагментов, может быть достигнута при разнице температур, существенно большей 30°С. Использование разницы температур для разрушения материала позволит экономить энергозатраты на последующее измельчение. Кроме того, общий технологический цикл будет короче за счет быстрого охлаждения предварительно вспученного материала. Развитое трещинообразование вплоть до разрушения на отдельные части в отдельных случаях можно обеспечить простым охлаждением в условиях окружающей среды. С целью ускорения охлаждения и увеличения количества трещин и разрушений вспученной массы возможно применение принудительного охлаждения вентиляторами или другими способами. В некоторых случаях охлаждение предварительно вспученного материала требуется проводить медленно со скоростью естественного остывания печи вспучивания. Это определяется химическим и минералогическим составом исходного кремнеземсодержащего компонента, а также процессами, протекающими в предварительно вспученном материале при его охлаждении.The cooling of pre-expanded material is recommended when the temperature difference on the surface and in the center of the material, causing the formation of multiple cracks in it. The temperature difference causing cracking in the material depends on many factors, in particular on the density, strength, dimensions and thickness of the material. Typically, a temperature difference of 26-30 ° C gives from one to several cracks that destroy the block of material into several large fragments. Developed fracturing, which allows to destroy the material into many small fragments, can be achieved with a temperature difference significantly greater than 30 ° C. Using the temperature difference to destroy the material will save energy on subsequent grinding. In addition, the overall process cycle will be shorter due to the rapid cooling of the pre-expanded material. Developed cracking up to fracture into separate parts in some cases can be provided by simple cooling in ambient conditions. In order to accelerate cooling and increase the number of cracks and fractures of the expanded mass, it is possible to use forced cooling by fans or other methods. In some cases, cooling of the pre-expanded material is required to be carried out slowly with the rate of natural cooling of the expansion furnace. This is determined by the chemical and mineralogical composition of the initial silica-containing component, as well as by the processes occurring in the pre-expanded material when it is cooled.

Материал, полученный при предварительном вспучивании, подвергают измельчению в дробилке и/или мельнице. В случае использовании мельницы при необходимости материал перед подачей в мельницу можно подвергнуть дроблению до размера кусков, с которыми работает мельница принятого типа. Материал измельчают до размера частиц основной фракции менее 3 мм. Измельчение требуется для обеспечения равномерной структуры готового материала, а также для равномерной укладки силикатной массы в форме. В случае частиц большего размера (более 3 мм) возможно ухудшение качества материала. Рекомендуется проводить измельчение до размера частиц основной фракции менее 0,8 мм. При таком измельчении обеспечивается хорошее соотношение между энергозатратами на измельчение и получаемыми эксплуатационными характеристиками материала. В некоторых случаях для обеспечения качества готовой продукции требуется измельчение материала до размера частиц 300 мкм и менее. Это определяется химическим и минералогическим составом исходного кремнеземсодержащего компонента, а также целевыми характеристиками конечного продукта.The material obtained by preliminary expansion is subjected to grinding in a crusher and / or mill. In the case of using the mill, if necessary, the material can be crushed before being fed into the mill to the size of the pieces with which the accepted type mill operates. The material is ground to a particle size of the main fraction of less than 3 mm. Grinding is required to ensure a uniform structure of the finished material, as well as to uniformly lay the silicate mass in the mold. In the case of larger particles (more than 3 mm), a deterioration in the quality of the material is possible. It is recommended to grind to a particle size of the main fraction of less than 0.8 mm. With such grinding, a good ratio between the energy consumption for grinding and the resulting operational characteristics of the material is ensured. In some cases, to ensure the quality of the finished product, grinding of the material to a particle size of 300 microns or less is required. This is determined by the chemical and mineralogical composition of the initial silica-containing component, as well as the target characteristics of the final product.

Формы заполняют измельченными частицами предварительно вспученного материала, которые при вспучивании обеспечат получение требуемой формы строительного материала. С помощью форм строительному материалу могут придаваться различные формы блоков с различными габаритами, например, в форме сегментов, скорлуп для утепления трубопроводов и т.п.Forms are filled with crushed particles of pre-expanded material, which, when expanded, will provide the desired shape of the building material. Using forms, building materials can be given different shapes of blocks with different dimensions, for example, in the form of segments, shells for insulation of pipelines, etc.

Измельченный материал, заполняющий формы, подвергают температурному воздействию при температуре вспучивания в печи вспучивания. Вспучивание обеспечивается за счет дегидратации гидроксидов. Вода, образующаяся в результате дегидратации, превращается в пар, который обеспечивает образование пор в силикатной массе, т.е. ее вспучивание. При вспучивании первоначальный объем, занимаемый силикатной массой, увеличивается в несколько раз. Так же, как и в случае предварительного вспучивания, температура вспучивания зависит от химического и минералогического состава исходного кремнеземсодержащего компонента, от соотношения щелочного и кремнеземсодержащего компонентов в исходной смеси и находится в температурном интервале 450-900°С. Скорость нагрева силикатной массы и срок ее выдержки при температуре вспучивания зависит от многих факторов и, в частности, от толщины слоя силикатной массы. Эти параметры (скорость нагрева и срок выдержки), с одной стороны, должны обеспечить полный и равномерный прогрев силикатной массы, с другой - равномерное вспучивание до заданной плотности готового материала. Обычно скорость нагрева находится в интервале от 1 до 16°С/мин, а срок выдержки - от 20 до 150 минут. Конечные свойства материала зависят от скорости нагрева массы, температуры и времени ее вспучивания. Поэтому для получения материала заданной плотности требуется подбор температурно-временного графика вспучивания.The crushed material filling the molds is subjected to temperature at the expansion temperature in the expansion furnace. Swelling is ensured by the dehydration of hydroxides. The water resulting from dehydration turns into steam, which provides the formation of pores in the silicate mass, i.e. her bloating. With expansion, the initial volume occupied by the silicate mass increases several times. As in the case of pre-expansion, the expansion temperature depends on the chemical and mineralogical composition of the initial silica-containing component, on the ratio of alkaline and silica-containing components in the initial mixture and is in the temperature range of 450-900 ° C. The rate of heating of the silicate mass and its exposure time at the expansion temperature depends on many factors and, in particular, on the thickness of the silicate mass layer. These parameters (heating rate and holding time), on the one hand, should ensure complete and uniform heating of the silicate mass, and on the other hand, uniform expansion to a predetermined density of the finished material. Typically, the heating rate is in the range from 1 to 16 ° C / min, and the exposure time is from 20 to 150 minutes. The final properties of the material depend on the heating rate of the mass, temperature and time of its expansion. Therefore, to obtain a material of a given density, it is necessary to select a temperature-time graph of expansion.

Соотношение температурно-временных характеристик выдержки силикатной массы при предварительном и окончательном вспучивании в значительной степени определяется химическим и минералогическим составом исходного кремнеземсодержащего компонента, а также соотношением компонентов в исходной смеси. В одних случаях температура вспучивания должна обязательно превышать температуру предварительного вспучивания, в других случаях это необязательно, т.е. температуры предварительного и окончательного вспучивания могут совпадать либо температура предварительного вспучивания может быть выше температуры окончательного вспучивания. Кроме того, свойствами готового строительного материала можно управлять, подбирая соотношения сроков выдержки силикатной массы на этапах предварительного и окончательного вспучивания.The ratio of the temperature-time characteristics of the exposure of the silicate mass during preliminary and final expansion is largely determined by the chemical and mineralogical composition of the initial silica-containing component, as well as by the ratio of components in the initial mixture. In some cases, the expansion temperature must necessarily exceed the preliminary expansion temperature, in other cases this is not necessary, i.e. temperatures of preliminary and final expansion may coincide or the temperature of preliminary expansion may be higher than the temperature of final expansion. In addition, the properties of the finished building material can be controlled by selecting the ratio of the exposure time of the silicate mass at the stages of preliminary and final expansion.

Соотношения температур и сроков на этапе вспучивания при предварительном и окончательном вспучивании определяется вязкостью расплава и энергетическими уровнями дегидратации гидроксидов силикатной массы. Вязкость расплава определяет количество образовавшихся пузырьков в единицу времени, а энергетические уровни дегидратации гидроксидов контролируют степень потери основного вспучивающего фактора (гидроксильных групп) при предварительном вспучивании. Энергетические уровни дегидратации гидроксидов определяются минералогическим составом исходного кремнеземсодержащего компонента.The ratio of temperatures and terms at the stage of expansion during preliminary and final expansion is determined by the viscosity of the melt and the energy levels of dehydration of hydroxides of silicate mass. The melt viscosity determines the number of bubbles formed per unit time, and the energy levels of hydroxide dehydration control the degree of loss of the main intumescent factor (hydroxyl groups) during preliminary expansion. The energy levels of hydroxide dehydration are determined by the mineralogical composition of the initial silica-containing component.

Таким образом, предварительное вспучивание можно определить как прерванное вспучивание, назначением которого является освобождение силикатной массы от вредных вспучивающих факторов с максимальным сохранением основного вспучивающего фактора (гидроксильньгх групп). Сохранение гидроксильных групп обеспечивается посредством управления вязкостью расплава и энергетическими уровнями дегидратации гидроксидов силикатной массы.Thus, preliminary swelling can be defined as interrupted swelling, the purpose of which is to release the silicate mass from harmful intumescent factors with maximum preservation of the main intumescent factor (hydroxyl groups). The conservation of hydroxyl groups is ensured by controlling the viscosity of the melt and the energy levels of dehydration of the hydroxides of the silicate mass.

Охлаждение готового материала проводят с постепенным снижением температуры, обеспечивающим разницу температуры на поверхности и в центре материала, исключающую образование в нем трещин. В противном случае, материал разрушится или растрескается. Разница температур, исключающая образование трещин в материале, зависит от множества факторов, в частности от плотности, прочности, габаритов и толщины материала. Обычно разница температур в 20-25°С не вызывает образование трещиноватости в материале. Скорость охлаждения материала в значительной мере зависит от его габаритов - чем крупнее материал, тем ниже скорость его охлаждения, и наоборот. Для конкретной технологической линии режим охлаждения материала разрабатывается индивидуально. Скорость охлаждения зависит в основном от габаритов блока вспученной массы и, прежде всего, от толщины блока вспученного материала. Другой фактор, влияющий на скорость охлаждения, - теплопроводность материала.Cooling of the finished material is carried out with a gradual decrease in temperature, providing a temperature difference on the surface and in the center of the material, eliminating the formation of cracks in it. Otherwise, the material will collapse or crack. The temperature difference, excluding the formation of cracks in the material, depends on many factors, in particular on the density, strength, dimensions and thickness of the material. Typically, a temperature difference of 20-25 ° C does not cause fracturing in the material. The cooling rate of a material largely depends on its dimensions - the larger the material, the lower the cooling rate, and vice versa. For a particular production line, the cooling mode of the material is developed individually. The cooling rate depends mainly on the dimensions of the expanded block and, first of all, on the thickness of the expanded block. Another factor affecting the cooling rate is the thermal conductivity of the material.

Экспериментальным путем установлено, что скорость (°С/мин) охлаждения блока продукции может быть рассчитана по следующей эмпирической формуле:It was established experimentally that the cooling rate (° C / min) of a product block can be calculated using the following empirical formula:

V=150/h²,V = 150 / h ² ,

где h - высота блока продукции, см.where h is the height of the product block, see

Скорость охлаждения блока продукции, рассчитанная по вышеуказанной формуле, обычно обеспечивает получение качественной продукции, исключающей наличие трещин с сохранением прочности и водопоглощения материала. Однако в некоторых случаях требуется уменьшать расчетную скорость до 2-3 раз, чтобы добиться высокого выхода качественной продукции. Обычно это требуется при толщине блока менее 10 см. В других случаях возможно увеличение скорости до 1,5-2 раз без потери качества продукции. Обычно это возможно при толщине блока продукции выше 25 см.The cooling rate of the product block, calculated according to the above formula, usually provides high-quality products that exclude the presence of cracks while maintaining strength and water absorption of the material. However, in some cases, it is necessary to reduce the estimated speed to 2-3 times in order to achieve a high yield of quality products. This is usually required when the block thickness is less than 10 cm. In other cases, it is possible to increase the speed up to 1.5-2 times without loss of product quality. This is usually possible with a product block thickness above 25 cm.

Приведенная зависимость может применяться для всего интервала температур при охлаждении блока, т.е. от температуры вспучивания до 30-40°С. В интервалах температур охлаждения - от температуры вспучивания до 600°С и от 150°С до 30-40°С может применяться повышенная скорость охлаждения, равная 2-4 расчетным скоростям.The above dependence can be applied to the entire temperature range during cooling of the unit, i.e. from the temperature of expansion to 30-40 ° C. In the range of cooling temperatures — from the swelling temperature to 600 ° C and from 150 ° C to 30–40 ° C, an increased cooling rate of 2–4 rated speeds can be applied.

Для практически применимых габаритов и толщин блоков (плит, скорлуп и пр.) продукции скорость охлаждения, обеспечивающая исключение трещин в материале, находится в интервале 0,2-2,0°С/мин.For practically applicable dimensions and thicknesses of blocks (plates, shells, etc.) of the product, the cooling rate, which ensures the exclusion of cracks in the material, is in the range of 0.2-2.0 ° C / min.

Полученный строительный материал извлекается из форм и может использоваться по назначению. При необходимости материал может быть разрезан на изделия требуемых форм и размеров.The resulting building material is removed from the molds and can be used for its intended purpose. If necessary, the material can be cut into products of the required shapes and sizes.

Можно получать строительный материал различного цвета. Для этих целей в исходную смесь в зависимости от требуемого цвета добавляют соли различных металлов.You can get building material in various colors. For these purposes, depending on the desired color, salts of various metals are added to the initial mixture.

Полученный строительный материал относится к неорганическим, негорючим, экологически чистым, механически прочным, био-, атмосферо- кислото-, влаго- и морозостойким, долговечным и эффективным строительным и теплоизоляционным материалам с низкой теплопроводностью.The resulting building material refers to inorganic, non-combustible, environmentally friendly, mechanically strong, bio-, atmospheric-acid-, moisture- and frost-resistant, durable and effective building and heat-insulating materials with low thermal conductivity.

Материал может использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленных установок, аппаратуры, холодильников, трубопроводов и транспортных средств. Также материал может использоваться в качестве конструкционно-теплоизоляционного для возведения конструкций зданий и сооружений, выполняя одновременно и конструкционную и теплоизоляционную функции.The material can be used for thermal insulation of structures of buildings and structures, various industrial installations, equipment, refrigerators, pipelines and vehicles. Also, the material can be used as structural and thermal insulation for the erection of structures of buildings and structures, performing both structural and thermal insulation functions.

При необходимости, материал может производиться не только в штучном (блоки, плиты, скорлупы), но также и в сыпучем (гранулы) виде.If necessary, the material can be produced not only in pieces (blocks, plates, shells), but also in loose (granules) form.

Другие цели и преимущества изобретения станут более понятны из следующих конкретных примеров его выполнения.Other objectives and advantages of the invention will become more apparent from the following specific examples of its implementation.

Пример 1.Example 1

В качестве кремнеземсодержащего компонента взят цеолитсодержащий трепел природного месторождения следующего химического состава, мас.%:As a silica-containing component, we took a zeolite-containing tripoli of a natural deposit of the following chemical composition, wt.%:

SiO₂ SiO ₂ 65,765.7 Al₂О₃ Al ₂ About ₃ 8,98.9 СаОCaO 8,58.5 Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ 0,30.3 прочиеother 16,616.6

Минералогический состав цеолитсодержащего трепела, мас.%:Mineralogical composition of zeolite-containing tripoli, wt.%:

опалopal 2828 кварцquartz 1616 цеолитzeolite 3838 монтмориллонитmontmorillonite 1212 кальцитcalcite 55 слюдаmica 1one

В качестве щелочного компонента использован водный раствор едкого натра концентрации 46%. В качестве воды использована водопроводная вода.An aqueous solution of sodium hydroxide concentration of 46% was used as the alkaline component. As the water used tap water.

Для приготовления исходной смеси едкий натр взят в количестве 0,5 по отношению к трепелу. Отношение суммарного содержания трепела и едкого натра к содержанию воды составило 1, 2. В расчет количества воды включается вода, входящая в раствор едкого натра, а также вода, составляющая естественную (карьерную) влажность трепела. Указанную исходную смесь с помощью растирателя растерли до размера частиц 5-10 мкм и перемешали до гомогенного состояния. Затем полученную гомогенную смесь выдержали 2 часа до получения гомогенной силикатной массы, которую на поддоне поместили в муфельную печь и со скоростью 8°С/мин подняли температуру до 680°С, при которой провели предварительное вспучивание посредством выдержки на этой температуре в течение 20 минут. После этого нагревательные элементы печи были выключены, а вспученную силикатную массу извлекли из печи и дали ей остыть естественным образом до 40°С. В результате быстрого охлаждения описанным способом в предварительно вспученной силикатной массе появились множественные трещины с отделением нескольких частей различной формы и размеров. При таком способе охлаждения зафиксирована разница температур на поверхности и в центре материала около 100°С.To prepare the initial mixture, caustic soda was taken in an amount of 0.5 relative to tripoli. The ratio of the total content of tripoli and caustic soda to the water content was 1, 2. The calculation of the amount of water includes water included in the caustic soda solution, as well as water, which constitutes the natural (career) moisture of tripoli. The specified initial mixture using a grinder was ground to a particle size of 5-10 microns and mixed to a homogeneous state. Then, the obtained homogeneous mixture was kept for 2 hours until a homogeneous silicate mass was obtained, which was placed on a pallet in a muffle furnace and the temperature was raised to a temperature of 680 ° C / min at a rate of 8 ° C / min, at which preliminary swelling was carried out by holding it at this temperature for 20 minutes. After that, the heating elements of the furnace were turned off, and the expanded silicate mass was removed from the furnace and allowed to cool naturally to 40 ° C. As a result of rapid cooling by the described method, multiple cracks appeared in the pre-expanded silicate mass with the separation of several parts of various shapes and sizes. With this cooling method, the temperature difference is fixed on the surface and in the center of the material about 100 ° C.

Вспученная и остывшая силикатная масса с помощью дробилки была раздроблена до размера частиц около 2-3 мм, после чего с помощью мельницы измельчена до размера 100 мкм. Измельченными частицами силикатной массы заполнили прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и со скоростью 15°С/мин нагрели до температуры 750°С, при которой произвели вспучивание посредством выдержки в течение 90 минут. Затем вспученная масса была охлаждена до температуры окружающей среды, которая в припечном пространстве составила 40°С. Охлаждение проводилось в течение 6 часов со средней скоростью около 2°С/мин, что соответствует расчетной скорости, полученной по вышеприведенной формуле, уменьшенной в 3 раза с учетом толщины блока. Готовый материал был извлечен из формы. При охлаждении материала разница температур на его поверхности и в центре не превысила 20°С.The expanded and cooled silicate mass was crushed using a crusher to a particle size of about 2-3 mm, and then crushed to a size of 100 μm using a mill. The rectangular silicate mass was filled with crushed particles of a silicate mass, closed with a metal lid, placed in a muffle furnace and heated to a temperature of 750 ° C at a speed of 15 ° C / min, at which swelling was carried out by holding for 90 minutes. Then, the expanded mass was cooled to ambient temperature, which was 40 ° C in the hot space. Cooling was carried out for 6 hours at an average speed of about 2 ° C / min, which corresponds to the calculated speed obtained by the above formula, reduced by 3 times taking into account the thickness of the block. The finished material was removed from the mold. When cooling the material, the temperature difference on its surface and in the center did not exceed 20 ° C.

Полученный строительный материал в виде блока размером 200×200×50 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор составил менее 1 мм, плотность материала составила 140 кг/м³, коэффициент теплопроводности - 0,040 Вт/(м·°С), прочность на сжатие 11 кгс/см².The obtained building material in the form of a block 200 × 200 × 50 mm in size was removed from the mold and cut into several parts. The structure of the material is uniform, the porosity of the material is uniform, there are no voids and seals. The pore size was less than 1 mm, the density of the material was 140 kg / m ³ , the thermal conductivity was 0.040 W / (m · ° C), and the compressive strength was 11 kgf / cm ² .

Полученный строительный материал относится к теплоизоляционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, различных промышленных установок, аппаратуры, холодильников, трубопроводов и транспортных средств.The resulting building material relates to heat-insulating building materials. The material can be effectively used for thermal insulation of structures of buildings and structures, various industrial installations, equipment, refrigerators, pipelines and vehicles.

Пример 2.Example 2

Исходная смесь приготовлена из тех же компонентов, что и в примере 1.The initial mixture was prepared from the same components as in example 1.

Перед получением исходной смеси трепел был высушен в сушильной камере до влажности 10%, раздроблен до фракции 2-3 мм и с помощью мельницы измельчен до размера 300 мкм. Затем исходные компоненты были смешены и перемешены до гомогенного состояния. Отношение едкого натра к трепелу составило 0,15. Отношение суммарного содержания трепела и едкого натра к содержанию воды составило 1,6.Before the initial mixture was obtained, tripoli was dried in a drying chamber to a moisture content of 10%, crushed to a fraction of 2-3 mm and crushed to a size of 300 microns with a mill. Then, the starting components were mixed and mixed to a homogeneous state. The ratio of caustic soda to tripoli was 0.15. The ratio of the total content of tripoli and caustic soda to the water content was 1.6.

Полученная гомогенная смесь была выдержана в течение 3 часов с получением силикатной массы, а затем помещена в предварительно нагретую до температуры 450°С печь и нагрета до температуры 720°С, при которой в течение 40 минут было проведено предварительное вспучивание. Скорость нагрева силикатной массы составила в среднем около 4°С/мин. Затем нагревательные элементы печи были выключены, дверцу печи открыли и дали остыть образцу до 200°С, после чего вспученный материал был излечен из печи и охлажден естественным образом до температуры 50°С. Вспученная и остывшая силикатная масса с помощью дробилки была раздроблена до размера частиц около 2-3 мм, после чего с помощью мельницы измельчена до размера 700 мкм. Измельченными частицами силикатной массы заполнили прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и со средней скоростью 10°С/мин нагрели до температуры 720°C, при которой произвели вспучивание посредством выдержки в течение 90 минут. Затем вспученная масса была охлаждена до температуры 40°С в течение 16 часов со средней скоростью около 0,7°С/мин. Эта скорость охлаждения материала позволила обеспечила разницу температур в центре и на поверхности материала не более 25°С.The resulting homogeneous mixture was aged for 3 hours to obtain a silicate mass, and then placed in a furnace preheated to a temperature of 450 ° C and heated to a temperature of 720 ° C, at which preliminary swelling was carried out for 40 minutes. The rate of heating of the silicate mass averaged about 4 ° C / min. Then the heating elements of the furnace were turned off, the door of the furnace was opened and the sample was allowed to cool to 200 ° C, after which the expanded material was cured from the furnace and naturally cooled to a temperature of 50 ° C. The expanded and cooled silicate mass was crushed with a crusher to a particle size of about 2-3 mm, and then crushed to a size of 700 microns with a mill. The rectangular silicate mass was filled with crushed particles of a silicate mass, closed with a metal lid, placed in a muffle furnace and heated to a temperature of 720 ° C at an average rate of 10 ° C / min, at which swelling was carried out by holding for 90 minutes. Then the expanded mass was cooled to a temperature of 40 ° C for 16 hours at an average speed of about 0.7 ° C / min. This cooling rate of the material allowed to provide a temperature difference in the center and on the surface of the material of not more than 25 ° C.

Полученный строительный материал в виде блока размером 400×400×120 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор составил 1-1,5 мм, плотность материала составила 410 кг/м³, коэффициент теплопроводности - 0,11 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 107 кгс/см².The resulting building material in the form of a block 400 × 400 × 120 mm in size was removed from the mold and cut into several parts. The structure of the material is uniform, the porosity of the material is uniform, there are no voids and seals. The pore size was 1-1.5 mm, the density of the material was 410 kg / m ³ , the thermal conductivity was 0.11 W / (m · ° C), and the compressive strength was 107 kgf / cm ² .

Полученный строительный материал относится к конструкционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться как несущий строительный материал для возведения малоэтажных жилых, административных и промышленных зданий и сооружений. При этом дополнительная теплоизоляция конструкций, выполненных из этого материала, не требуется.The resulting building material relates to structural building materials. The material can be effectively used as a supporting building material for the construction of low-rise residential, administrative and industrial buildings and structures. Moreover, additional thermal insulation of structures made of this material is not required.

Пример 3.Example 3

В качестве кремнеземсодержащего компонента взята опока природногоA natural flask was taken as a silica-containing component

месторождения следующего химического состава, мас.%:deposits of the following chemical composition, wt.%:

SiO₂ SiO ₂ 87,287.2 Al₂О₃ Al ₂ About ₃ 2,62.6 СаОCaO 2,42,4 Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ 1,21,2 прочиеother 6,66.6

Минералогический состав опоки, мас.%:The mineralogical composition of the flask, wt.%:

опалopal 90,490,4 кварцquartz 7,07.0 слюдаmica 0,80.8 глауконитglauconite 1,81.8

В качестве щелочного компонента использован водный раствор едкого натра концентрации 46%.An aqueous solution of sodium hydroxide concentration of 46% was used as the alkaline component.

В качестве воды использована водопроводная вода.As the water used tap water.

Перед получением исходной смеси опока была высушена в сушильной камере до влажности 6%, раздроблена до фракции 2-3 мм и с помощью мельницы измельчена до размера 250 мкм. Затем исходные компоненты были смешены и перемешены до гомогенного состояния. Отношение едкого натра к опоке составило 0,25. Отношение суммарного содержания опоки и едкого натра к содержанию воды составило 1,4. Приготовленная гомогенная смесь была выдержана в течение 2,5 часов с получением силикатной массы.Before receiving the initial mixture, the flask was dried in a drying chamber to a moisture content of 6%, crushed to a fraction of 2-3 mm and crushed to a size of 250 microns with a mill. Then, the starting components were mixed and mixed to a homogeneous state. The ratio of caustic soda to flask was 0.25. The ratio of the total content of flask and caustic soda to the water content was 1.4. The prepared homogeneous mixture was aged for 2.5 hours to obtain a silicate mass.

Полученную силикатную массу на поддоне поместили в муфельную печь, предварительно нагретую до 430°С, и со скоростью 6°С/мин подняли температуру до 710°С, при которой провели предварительное вспучивание посредством выдержки на этой температуре в течение 30 минут. После этого нагревательные элементы печи были выключены, дверцу печи открыли и дали остыть образцу до 100°С. Затем вспученный материал был излечен из печи и охлажден естественным образом до температуры 35°С.The obtained silicate mass was placed on a pallet in a muffle furnace preheated to 430 ° C, and at a rate of 6 ° C / min the temperature was raised to 710 ° C, at which preliminary swelling was carried out by holding at this temperature for 30 minutes. After that, the heating elements of the furnace were turned off, the door of the furnace was opened and the sample was allowed to cool to 100 ° C. Then, the expanded material was cured from the furnace and naturally cooled to a temperature of 35 ° C.

Вспученная и остывшая силикатная масса с помощью дробилки была раздроблена до размера частиц около 2-3 мм, после чего с помощью мельницы измельчена до размера 150 мкм. Измельченными частицами силикатной массы заполнили прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и со скоростью 11°С/мин нагрели до температуры 750°С, при которой произвели вспучивание посредством выдержки в течение 60 минут. Затем вспученная масса была охлаждена до температуры 40°С в течение 20 часов со средней скоростью около 0,6°С/мин.The expanded and cooled silicate mass was crushed using a crusher to a particle size of about 2-3 mm, and then crushed to a size of 150 microns with a mill. The crushed particles of the silicate mass were filled into a rectangular metal mold, closed with a metal lid, placed in a muffle furnace and heated at a temperature of 11 ° C / min to a temperature of 750 ° C, at which they were expanded by holding for 60 minutes. Then the expanded mass was cooled to a temperature of 40 ° C for 20 hours at an average speed of about 0.6 ° C / min.

Полученный строительный материала в виде блока размером 400×400×120 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор составил около 1 мм, плотность материала 230 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,072 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 31 кгс/см².The resulting building material in the form of a block 400 × 400 × 120 mm in size was removed from the mold and cut into several parts. The structure of the material is uniform, the porosity of the material is uniform, there are no voids and seals. The pore size was about 1 mm, the density of the material was 230 kg / m ³ , the thermal conductivity was 0.072 W / (m · ° C), and the compressive strength was 31 kgf / cm ² .

Полученный строительный материал относится к конструкционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться как самонесущий строительный материал для закладки стен малоэтажных и многоэтажных каркасных жилых, административных и промышленных зданий и сооружений. При этом не требуется дополнительной теплоизоляции конструкций, выполненных из этого материала. При необходимости материал может использоваться в качестве теплоизоляционного.The resulting building material relates to structural building materials. The material can be effectively used as a self-supporting building material for laying the walls of low-rise and multi-story frame residential, administrative and industrial buildings and structures. It does not require additional thermal insulation of structures made of this material. If necessary, the material can be used as thermal insulation.

Пример 4.Example 4

В качестве кремнеземсодержащего компонента взят диатомит природногоместорождения следующего химического состава, мас.%:As a silica-containing component, natural field diatomite of the following chemical composition was taken, wt.%:

SiO₂ SiO ₂ 77,577.5 Al₂О₃ Al ₂ About ₃ 10,310.3 СаОCaO 1,31.3 Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ 3,83.8 прочиеother 7,1.7.1.

Минералогический состав диатомита, мас.%:The mineralogical composition of diatomite, wt.%:

опалopal 55,055.0 кварцquartz 12,512.5 цеолитzeolite 4,94.9 монтмориллонитmontmorillonite 19,019.0 слюдаmica 3,53,5 плагиоклаз + ортоклазplagioclase + orthoclase 5,15.1

Перед получением исходной смеси диатомит был высушен в сушильной камере до влажности 3%, раздроблен до фракции 2-3 мм и с помощью мельницы измельчен до размера 315 мкм. Затем исходные компоненты были смешены и перемешены до гомогенного состояния. Отношение едкого натра к диатомиту составило 0,20. Отношение суммарного содержания диатомита и едкого натра к содержанию воды составило 1,4. Приготовленная гомогенная смесь была выдержана в течение 2 часов с получением силикатной массы.Before the initial mixture was obtained, diatomite was dried in a drying chamber to a moisture content of 3%, crushed to a fraction of 2-3 mm and crushed to a size of 315 μm using a mill. Then, the starting components were mixed and mixed to a homogeneous state. The ratio of caustic soda to diatomite was 0.20. The ratio of the total content of diatomite and caustic soda to the water content was 1.4. The prepared homogeneous mixture was aged for 2 hours to obtain a silicate mass.

Полученную силикатную массу на поддоне поместили в муфельную печь и со скоростью 9°С/мин подняли температуру до 770°С, при которой провели предварительное вспучивание посредством выдержки на этой температуре в течение 5 минут. После этого нагревательные элементы печи были выключены и с закрытой дверцей путем естественного медленного охлаждения дали остыть образцу до 230°С. Затем вспученный материал был излечен из печи и охлажден естественным образом до температуры 40°С. Во вспученной силикатной массе, охлажденной описанным способом, появилось несколько трещин без разделения на части.The obtained silicate mass was placed on a pallet in a muffle furnace and the temperature was raised at a rate of 9 ° C / min to 770 ° C, at which preliminary swelling was carried out by holding it at this temperature for 5 minutes. After that, the heating elements of the furnace were turned off and with the door closed by natural slow cooling, the sample was allowed to cool to 230 ° C. Then, the expanded material was cured from the furnace and naturally cooled to a temperature of 40 ° C. In the expanded silicate mass cooled by the described method, several cracks appeared without separation into parts.

Вспученная и остывшая силикатная масса с помощью дробилки была раздроблена до размера частиц около 2-3 мм, после чего с помощью мельницы измельчена до размера около 1 мм. Измельченными частицами силикатной массы заполнили прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и со скоростью 9°С/мин нагрели до температуры 760°С, при которой произвели вспучивание посредством выдержки в течение 105 минут. Затем вспученная масса была охлаждена до температуры 40°С в течение 17 часов со средней скоростью около 0,7°С/мин.The expanded and cooled silicate mass was crushed with a crusher to a particle size of about 2-3 mm, and then crushed to a size of about 1 mm using a mill. The crushed particles of the silicate mass were filled into a rectangular metal mold, closed with a metal lid, placed in a muffle furnace and heated at a temperature of 9 ° C / min to a temperature of 760 ° C, at which they were expanded by holding for 105 minutes. Then the expanded mass was cooled to a temperature of 40 ° C for 17 hours at an average speed of about 0.7 ° C / min.

Полученный строительный материал в виде блока размером 400×400×120 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор составил около 1-2 мм, плотность материала 340 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,091 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 47 кгс/см².The resulting building material in the form of a block 400 × 400 × 120 mm in size was removed from the mold and cut into several parts. The structure of the material is uniform, the porosity of the material is uniform, there are no voids and seals. The pore size was about 1-2 mm, the density of the material was 340 kg / m ³ , the thermal conductivity was 0.091 W / (m · ° C), and the compressive strength was 47 kgf / cm ² .

Полученный строительный материал относится к конструкционным строительным материалам. Материал может эффективно использоваться как самонесущий строительный материал для закладки стен малоэтажных и многоэтажных каркасных жилых, административных и промышленных зданий и сооружений.The resulting building material relates to structural building materials. The material can be effectively used as a self-supporting building material for laying the walls of low-rise and multi-story frame residential, administrative and industrial buildings and structures.

Пример 5.Example 5

Силикатная масса была получена так же, как и в примере 4.Silicate mass was obtained in the same way as in example 4.

Полученную силикатную массу на поддоне поместили в печь и со скоростью 6°С/мин подняли температуру до 740°С, при которой провели предварительное вспучивание посредством выдержки на этой температуре в течение 15 минут. После этого нагревательные элементы печи были выключены, вспученный материал был излечен из печи и охлажден естественным образом до температуры 40°С. Во вспученной силикатной массе, охлажденной описанным способом, появилось множество трещин с разделением на части.The obtained silicate mass was placed on a tray in an oven and at a rate of 6 ° C / min the temperature was raised to 740 ° C, at which preliminary swelling was carried out by holding at this temperature for 15 minutes. After that, the heating elements of the furnace were turned off, the expanded material was cured from the furnace and naturally cooled to a temperature of 40 ° C. In the expanded silicate mass cooled by the described method, many cracks appeared with separation into parts.

Вспученная и остывшая силикатная масса с помощью дробилки была раздроблена до размера частиц около 2-3 мм, после чего с помощью мельницы измельчена до размера около 100 мкм. Измельченными частицами силикатной массы заполнили прямоугольную металлическую форму, закрыли металлической крышкой, поместили в муфельную печь и со скоростью 6°С/мин нагрели до температуры 740°С, при которой произвели вспучивание посредством выдержки в течение 120 минут. Вспученная масса была охлаждена до температуры 40°С в течение 58 часов со средней скоростью около 0,2°С/мин, которая соответствует расчетной скорости, полученной по вышеприведенной формуле, увеличенной в два раза с учетом толщины блока.The expanded and cooled silicate mass was crushed using a crusher to a particle size of about 2-3 mm, and then crushed to a size of about 100 microns with a mill. A rectangular metal mold was filled with crushed particles of a silicate mass, closed with a metal lid, placed in a muffle furnace and heated to a temperature of 740 ° C at a speed of 6 ° C / min, at which they were expanded by holding for 120 minutes. The expanded mass was cooled to a temperature of 40 ° C for 58 hours with an average speed of about 0.2 ° C / min, which corresponds to the calculated speed obtained by the above formula, doubled taking into account the thickness of the block.

Полученный строительный материал в виде блока размером 600×600×400 мм был извлечен из формы и разрезан на несколько частей. Структура материала однородная, пористость материала равномерная, отсутствуют пустоты и уплотнения. Размер пор составил около 1-2 мм, плотность материала 310 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,090 Вт/(м·°С), прочность на сжатие - 57 кгс/см².The resulting building material in the form of a block 600 × 600 × 400 mm in size was removed from the mold and cut into several parts. The structure of the material is uniform, the porosity of the material is uniform, there are no voids and seals. The pore size was about 1-2 mm, the density of the material 310 kg / m ³ , the coefficient of thermal conductivity of 0.090 W / (m · ° C), the compressive strength of 57 kgf / cm ² .

Claims

1. A method of obtaining a building material, comprising obtaining a starting mixture by mixing a silica-containing component, an alkaline component and water with a ratio of the content of the alkaline component to the content of the silica-containing component from 0.08 to 0.50 and a ratio of the total content of silica-containing and alkaline component to the water content of up to 2 , 0, obtaining a homogeneous silicate mass, filling the form with a silicate mass, heating it to a temperature of expansion, cooling the expanded silicate mass to a temperature of approx stiffening medium and removing the finished building material from the mold, characterized in that before filling the mold, the silicate mass is subjected to preliminary expansion by heating it to the expansion temperature, cooling and grinding, while the expanded mass is cooled before removing it from the mold with a gradual decrease in temperature, providing the temperature difference on the surface and in the center of the expanded material, excluding the formation of cracks in the material, at a rate of 0.2-2.0 ° C / min.

2. The method according to claim 1, characterized in that the temperature of the expansion of the silicate mass is in the temperature range from 450 to 900 ° C.

3. The method according to claim 1, characterized in that the pre-expanded silicate mass is naturally cooled in ambient conditions or by forced cooling so that the temperature difference on the surface and in the center of the expanded material ensures the formation of multiple cracks in the expanded material.

4. The method according to claim 1, characterized in that the pre-expanded silicate mass is crushed to a particle size of less than 3 mm

5. The method according to claim 1, characterized in that before preliminary expansion, the silicate mass is granulated.

6. Building material obtained from an initial mixture comprising a silica-containing component, an alkaline component and water with a ratio of alkaline component to silica-containing component from 0.08 to 0.50 and a ratio of total silica-containing and alkaline component to water up to 2.0 , characterized in that it is obtained by the method according to claims 1-5 and has a density of 110 to 700 kg / m ³ with a thermal conductivity of 0.035 to 0.17 W / (m · ° C) and compressive strength of 2 to 300 kgf / cm ² .