RU2531970C1 - Способ изготовления гидрофобной легковесной микросферы на основе перлита - Google Patents
Способ изготовления гидрофобной легковесной микросферы на основе перлита Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531970C1 RU2531970C1 RU2013123086/03A RU2013123086A RU2531970C1 RU 2531970 C1 RU2531970 C1 RU 2531970C1 RU 2013123086/03 A RU2013123086/03 A RU 2013123086/03A RU 2013123086 A RU2013123086 A RU 2013123086A RU 2531970 C1 RU2531970 C1 RU 2531970C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- granules
- pearlite
- less
- perlite
- microspheres
- Prior art date
Links
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Изобретение относится к неорганическим мелкодисперсным материалам, а именно полым остеклованным микросферам на основе перлита, и может быть использовано при изготовлении микросфер из других кислых гидроалюмосиликатов. В способе изготовления гидрофобного, микросферического, легковесного заполнителя на основе перлита, включающем подготовку исходной шихты, ее помол, приготовление шликера, одновременное формирование и сушку гранул, их последующее вспучивание, приготовление шликера осуществляют путем совместного помола перлита, ашарита, углекислого лития и углекислого стронция в 2 - 3%- ом растворе NaOH до фракции менее 5 мкм при следующем соотношении компонентов, масс.%: ашарит - 2 - 4; литий углекислый - 0,2 - 3; стронций углекислый - 0,2 - 3; перлит - остальное, а формирование и сушку гранул осуществляют путем подачи шликера через форсунки с калиброванными отверстиями в башенное распылительное сушило с получением на выходе гранул с влажностью менее 0,9 масс. %. Технический результат - получение упрочненных и гидрофобизированных гранул. 1 табл.
Description
Изобретение относится к неорганическим мелкодисперсным материалам, а именно полым остеклованным микросферам на основе перлита, и может быть использовано при изготовлении микросфер из других кислых гидроалюмосиликатов. Полые легковесные микросферы применяются в качестве адсорбентов для извлечения нефтепродуктов из водных сред, в строительной, химической, судостроительной, авиационной отраслях промышленности, в нефтегазодобывающей сфере для сохранения коллекторских свойств продуктивных пластов во время их первичного вскрытия путем обработки стенки скважины струей промывочной жидкости, содержащей гидрофобные полые микросферы, а также при изготовлении тампонажных цементов. Изделия с добавлением микросфер обладают повышенной износостойкостью, легкостью и высокими изоляционными свойствами. Использование микросфер в качестве заполнителей в ряде случаев значительно снижает себестоимость продукции.
Среди множества видов легковесных неорганических материалов именно продукты сферической формы, обладающие гармонизированной поверхностью, имеют оптимальные характеристики с точки зрения прочности и водопоглощения, а разработка высокопроизводительной технологии получения упрочненных и гидрофобных микросфер с размером менее 250 мкм и насыпной плотностью менее 0,25 кг/м3 узкого фракционного состава позволит значительно расширить границы их применения. В этой связи представляются перспективными исследования, направленные на получение гранулированных материалов с модифицированной поверхностью, а предпочтительным сырьем для их изготовления является природный перлит.
Известен способ изготовления пористого заполнителя (патент РФ №2449961), который включает приготовление керамической массы, формование гранул, сушку, нанесение на поверхность гранул слоя керамического шликера, обжиг. Используют керамический шликер, включающий, масс.%: легкоплавкая глина 35, молотое листовое стекло 10, вода 55, а для формования гранул - керамическую массу, включающую, масс.%: глина легкоплавкая - 70, древесные опилки - 2, доломит - 6, вода - 22, либо содержащую, масс.%: глину, способную вспучиваться в условиях термической обработки, 64, кварцевый песок 5, древесные опилки 5, вода 26. Гранулы формируют при помощи дырчатых вальцов.
Недостатком известного технического решения является невозможность получения микросферического продукта с размером гранул 250 мкм и менее, а также повышенное водопоглощение материала.
Известен способ получения пористого наполнителя - калиброванного микрогранулированного пеностекла (патент РФ №2278846) из кремнеземсодержащего сырья основного состава, включающий измельчение стеклобоя и газообразователя, приготовление исходной смеси, гранулирование, сушку, вспенивание и охлаждение полученных гранул, отличающийся тем, что используют углеродсодержащий газообразователь и дополнительно - 30-70 масс.% водного раствора силиката натрия и/или калия, приготовление исходной смеси для гранулирования осуществляют путем перемешивания указанного водного раствора силиката с измельченным стеклобоем и углеродсодержащим газообразователем при температуре не выше 70°С, обработки полученной смеси при температуре 450-550°С до полного удаления воды, в том числе и химически связанной, измельчения полученного продукта после его охлаждения до размера частиц 10-150 мкм и приготовления водной дисперсии этих частиц, гранулирование и сушку приготовленной исходной смеси осуществляют одновременно при температуре 450-500°С, вспенивание - при температуре 750-870°С в вихревом потоке воздушной струи, направленной под острым углом к направлению свободного падения гранул, с получением вспененных гранул размером 50-1500 мкм. Кроме того, при приготовлении исходной смеси компоненты используют в следующем соотношении, масс.%:
водный раствор силиката натрия и/или калия | 30-70, |
стеклобой | 25-65, |
углеродсодержащий газообразователь | 4-9, |
а водная дисперсия содержит | 40-45 мас.% воды |
Изготавливаемое данным способом калиброванное микрогранулированное пеностекло может быть использовано в качестве неорганического теплоизоляционного материала, состоящего из гранул размером 50-1500 мкм, характеризующихся низкой теплопроводностью 0,05-0,12 Вт/м·К и низкими значениями насыпной плотности - от 250-500 кг/м3.
Недостатками указанного технического решения помимо сложной, многоступенчатой технологии переработки исходного сырья является невозможность получения микросфер с насыпной плотностью менее 0,25 кг/м3, что обусловлено составом исходной шихты и недостаточной степенью ее измельчения. Кроме того, основной характер исходного сырья ограничивает область применения материала.
Известен способ получения вспученного перлитового заполнителя (А.с. СССР №1530600), в котором для повышения прочности и улучшения теплозащитных свойств строительного материала на основе заполнителя термическую обработку зерен перлита проводят по режиму, определяемому по формуле Т=586-35,7 Т, где Т - температура термоподготовки °С, Т=1-8 ч - длительность термоподготовки, а затем проводят обработку зерен перлита раствором жидкого стекла, сушку и обжиг. Получаемый заполнитель фракции 5-20 мм имеет насыпную плотность 360-400 кг/м3, прочность при сжатии 2,5-5,0 МПа, водопоглощение 8,5-9,6 мас.%.
Недостатками известного способа являются крупнозернистый фракционный состав и повышенная насыпная плотность материала.
Известен целый ряд технических решений, направленных на дополнительное модифицирование поверхности наполнителей для придания им химической, термической стойкости, а также усиления гидрофобных свойств (см., например, патенты РФ №2118303, №2358937).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является патент РФ №2055637, в котором способ получения гидрофобного адсорбента для извлечения нефтепродуктов из водных сред включает модифицирование вспученного перлита полиметилгидридсилоксаном с последующей термообработкой. Модифицирование проводят при объемном соотношении жидкой и твердой фаз (0,3-0,6):1 до нанесения на перлит 30-50% модификатора от массы перлита, а термообработку ведут при 320-380°С в течение 0,3-0,5 ч.
Недостатком известного технического решения является пониженная прочность материала, поскольку нанесенный на поверхность гидрофобизатор лишь незначительно снижает разрушаемость гранул. В результате известный материал имеет ограниченную область применения. Кроме того, для модифицирования поверхности вспученного, то есть предварительно измельченного, рассеянного, высушенного и термообработанного перлита необходим дополнительный технологический передел, связанный с нанесением гидрофобизатора и повторной термообработкой продукта. Таким образом, полный цикл переработки природного перлита имеет сложный, многоступенчатый характер.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение микросферического материала с насыпной плотностью менее 0,25 кг/м3 и размером частиц менее 200 мкм, упрочненного и гидрофобизированного путем термохимического ликвационного модифицирования поверхности гранул.
Указанная задача решается тем, что в способе изготовления гидрофобной легковесной микросферы на основе перлита, включающем подготовку исходной шихты, ее помол, приготовление шликера, одновременное формирование и сушку гранул, их последующее вспучивание, приготовление шликера осуществляют путем совместного помола перлита, ашарита, углекислого лития и углекислого стронция в 2-3%-ном растворе NaOH до фракции менее 5 мкм при следующем соотношении компонентов, масс.%:
ашарит | - 2-4, |
литий углекислый | - 0,2-3, |
стронций углекислый | - 0,2-3, |
перлит | - остальное, |
а формирование и сушку гранул осуществляют путем подачи шликера через форсунки с калиброванными отверстиями в башенное распылительное сушило с получением на выходе гранул с влажностью менее 0,9 масс.%. и размером менее 200 мкм.
Снижение разрушаемости и водопоглощения легковесного материала достигается за счет модифицирования поверхности полученных микросфер и формирования упрочненного и уплотненного стекловидного поверхностного слоя, создаваемого во время вспучивания гранул. Поскольку природный перлит содержит в своем составе более 75 масс.% SiO2+Аl2О3, при вспучивании на поверхности гранул образуется очень вязкий расплав. Для снижения температуры образования расплава и его вязкости в состав шликера в заявляемых количествах вводится ашарит (Mg[НВО3]). Введение ашарита обеспечивает материал необходимым количеством В2О3, а небольшая добавка MgO упрочняет стеклофазу и в совокупности с оксидом бора уменьшает поверхностное натяжение стекла. Вследствие того, что вспучивание перлита производится в течение достаточно короткого промежутка времени, в шликер дополнительно вводится углекислый литий (Li2СО3) - источник Li2O, являющийся хорошим плавнем и способствующий дополнительному снижению температуры стеклообразования, а также уменьшению поверхностного натяжения. Кроме того, Li2O, обладающий большим силовым полем по сравнению с другими щелочами, содействует формированию более плотной упаковки кремнекислородного каркаса в стеклянной оболочке, что положительно сказывается на прочностных характеристиках и химической стойкости стеклосфер, а комбинация В2О3-Li2O, как известно, значительно лучше, чем фториды, ускоряет процесс стеклообразования. Вместе с тем, совместное присутствие в стекле SiO2 и Li2O активизирует процесс кристаллообразования, который идет даже при высокоскоростных режимах вспучивания (из технологии гранулированного пеностекла известно, что содержание кристаллической фазы в материале может достигать 1,5-2 об.%), а для сохранения сплошности стеклянной оболочки необходимо, чтобы расплав обладал минимальной склонностью к кристаллизации в области температур вспучивания, так как в противном случае ухудшается одно из важнейших свойств - водопоглощение, которое начинает возрастать. Для снижения склонности стеклофазы к кристаллизации в материал вводят углекислый стронций (SrСО3) - источник оксида стронция (SrO). Необходимо отметить, что оксиды магния, бора, лития и стронция, входящие в состав сырцовых гранул, понижают коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) стеклофазы, образующейся при их вспучивании, в результате чего последующее быстрое охлаждение не приводит к нарушению целостности оболочки. Помол исходного перлита в 2-3%-ном растворе NaOH производится с целью увеличения размолоспособности материала и образования в шликере некоторого количества силиката натрия, позволяющего после гранулирования и сушки получить прочный сырцовый гранулят. Помол исходных компонентов необходимо проводить до фракции менее 5 мкм. Средний медианный размер частиц при этом составляет 3 мкм. Измельчение исходных компонентов до фракции 5 мкм и более приводит к увеличению среднего диаметра микросфер, снижению их прочностных характеристик и увеличению водопоглощения. Формирование сырцовых гранул требуемого фракционного состава осуществляется посредством использования форсунок с калиброванными отверстиями. Для получения вспученных микросфер с насыпной плотностью менее 0,25 кг/м3 и размером частиц менее 200 мкм влажность сырцового гранулята на выходе из башенного распылительного сушила (БРС) не должна превышать 0,9 масс.%. При влажности 0,9 масс.% и более вспученные микросферы имеют диаметр, превышающий 200 мкм. БРС является наиболее подходящим аппаратом для формирования и сушки гранул по заявляемому способу, так как минимизируется количество слипшихся частиц, высокопроизводительный процесс сушки носит равномерный характер, а возможность быстрой замены форсунок с калиброванными отверстиями позволяет управлять гранулометрическим составом материала без остановки процесса производства. Кроме того, имеется возможность регулирования направления подачи шликера по отношению к теплоносителю таким образом, чтобы обеспечить требуемую влажность высушенных гранул. Вспучивание легковесного материала, изготовленного заявляемым способом, может производиться в любых пригодных для этого тепловых агрегатах, например в печи кипящего слоя. Температура вспучивания определяется химическим составом исходного шликера и находится в пределах 850-1050°С. Выделение товарной фракции - гидрофобных (плавающих) микросфер производится традиционным флотационным способом.
Улучшение эксплуатационных характеристик получаемых микросфер, по мнению авторов, обусловлено комплексным влиянием введенных в материал компонентов, степенью их измельчения, а также способом формирования и сушки гранул. В этом случае формируется практически бездефектная внешняя оболочка, что объясняет повышение прочности и снижение водопоглощения микросферического материала. При концентрации используемого раствора NaOH менее 2% и добавке в шликер ашарита, углекислого лития и углекислого стронция в количествах менее нижней границы заявляемых диапазонов действие компонентов малозаметно, увеличение концентрации раствора NaOH выше 3% и введение ашарита, углекислого лития и углекислого стронция в шликер в количествах, превышающих верхние границы заявляемых пределов, ведет к ухудшению эксплуатационных характеристик материала.
Отличительной особенностью заявляемого технического решения является то, что процессы вспучивания микросфер и модифицирования их поверхности совмещены, что позволяет сократить технологическую цепочку переработки перлита, а получаемый при этом заполнитель имеет достаточно узкий фракционный состав 50-200 мкм.
Примеры осуществления изобретения
97 кг перлитового песка фракции менее 0,2 мм следующего химического состава, масс.%: SiO2 - 71,7; Аl2О3 - 14,4, Fе2О3 - 1,7, TiO2 - 0,6, CaO - 0,8; MgO - 1,9; R2O - 8,9 помещали в шаровую мельницу мокрого помола, туда же добавляли 2 кг (2 масс.%) ашарита, 0,2 кг (0,2 масс.%) углекислого лития и 0,8 кг (0,8 масс.%) углекислого стронция, материал измельчали до фракции менее 5 мкм в 2%-ном растворе NaOH. Контроль фракционного состава проводили на анализаторе размера частиц Horiba LA - 300. Шликер с влажностью примерно 55% подавали в БРС через форсунки с калиброванными отверстиями и формировали гранулы с влажностью 0,8 масс.%. Полученные гранулы вспучивали в печи кипящего слоя при температуре 920°С, с последующим флотационным разделением. У полученных микросфер фракции определяли насыпную плотность, гранулометрический состав, прочность по давлению, при котором доля разрушенных гранул не превышала 10% (ТУ 6-48-108-94 литера «A», ASTM D3101-78), степень гидрофобизации оценивали по водопоглощению микросфер за 24 часа, выраженному в процентах. Кроме того, были изготовлены микросферы, измельченные в растворах NaOH различной концентрации и с разным содержанием ашарита, углекислого лития и углекислого стронция в шликере и высушенные до различной остаточной влажности. Также была изготовлена проба перлита, произведенного по способу, предложенному в патенте РФ №2055637 (прототип). Результаты измерений приведены ниже в таблице (* пример №7 таблицы - материал измельчен до фракции менее 6 мкм).
Анализ данных таблицы показывает, что микросферические легковесные гранулы, изготовленные по заявляемому способу (примеры 4-6), по совокупности эксплуатационных характеристик превосходят известные аналоги, вследствие чего могут использоваться не только в качестве сорбентов, но и в качестве легковесных упрочненных наполнителей при изготовлении различных органических и неорганических продуктов.
Claims (1)
- Способ изготовления гидрофобного, микросферического, легковесного заполнителя на основе перлита, включающий подготовку исходной шихты, ее помол, приготовление шликера, одновременное формирование и сушку гранул, их последующее вспучивание, отличающийся тем, что приготовление шликера осуществляют путем совместного помола перлита, ашарита, углекислого лития и углекислого стронция в 2-3%-ном растворе NaOH до фракции менее 5 мкм при следующем соотношении компонентов, масс.%:
ашарит 2-4, литий углекислый 0,2-3, стронций углекислый 0,8-3, перлит остальное,
а формирование и сушку гранул осуществляют путем подачи шликера через форсунки с калиброванными отверстиями в башенное распылительное сушило с получением на выходе гранул с влажностью менее 0,9 масс.% и размером менее 200 мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013123086/03A RU2531970C1 (ru) | 2013-05-21 | 2013-05-21 | Способ изготовления гидрофобной легковесной микросферы на основе перлита |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013123086/03A RU2531970C1 (ru) | 2013-05-21 | 2013-05-21 | Способ изготовления гидрофобной легковесной микросферы на основе перлита |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2531970C1 true RU2531970C1 (ru) | 2014-10-27 |
Family
ID=53382166
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013123086/03A RU2531970C1 (ru) | 2013-05-21 | 2013-05-21 | Способ изготовления гидрофобной легковесной микросферы на основе перлита |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2531970C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690569C2 (ru) * | 2017-11-25 | 2019-06-04 | Валерий Анатольевич Кузнецов | Способ изготовления микросфер из перлитового песка |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2055637C1 (ru) * | 1991-03-18 | 1996-03-10 | Институт коллоидной химии и химии воды им.А.В.Думанского АН Украины | Способ получения гидрофобного адсорбента для извлечения нефтепродуктов из водных сред |
RU2176926C2 (ru) * | 1996-02-16 | 2001-12-20 | Эдвансд Минералс Корпорейшн | Композиционный фильтрующий материал |
RU2205167C2 (ru) * | 1996-09-19 | 2003-05-27 | Сасоль Кемикал Индастриз Лимитед | Пористый гранулированный продукт, способ получения пористого гранулированного продукта |
RU2358937C1 (ru) * | 2007-11-15 | 2009-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова) | Гранулированный заполнитель на основе перлита для бетонной смеси, состав бетонной смеси для получения строительных изделий, способ получения бетонных строительных изделий и бетонное строительное изделие |
RU2433976C1 (ru) * | 2010-05-17 | 2011-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Способ изготовления гранулированного заполнителя для силикатных изделий автоклавного твердения |
CN102408247A (zh) * | 2011-08-16 | 2012-04-11 | 邓克 | 无机保温隔热材料 |
-
2013
- 2013-05-21 RU RU2013123086/03A patent/RU2531970C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2055637C1 (ru) * | 1991-03-18 | 1996-03-10 | Институт коллоидной химии и химии воды им.А.В.Думанского АН Украины | Способ получения гидрофобного адсорбента для извлечения нефтепродуктов из водных сред |
RU2176926C2 (ru) * | 1996-02-16 | 2001-12-20 | Эдвансд Минералс Корпорейшн | Композиционный фильтрующий материал |
RU2205167C2 (ru) * | 1996-09-19 | 2003-05-27 | Сасоль Кемикал Индастриз Лимитед | Пористый гранулированный продукт, способ получения пористого гранулированного продукта |
RU2358937C1 (ru) * | 2007-11-15 | 2009-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова) | Гранулированный заполнитель на основе перлита для бетонной смеси, состав бетонной смеси для получения строительных изделий, способ получения бетонных строительных изделий и бетонное строительное изделие |
RU2433976C1 (ru) * | 2010-05-17 | 2011-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Способ изготовления гранулированного заполнителя для силикатных изделий автоклавного твердения |
CN102408247A (zh) * | 2011-08-16 | 2012-04-11 | 邓克 | 无机保温隔热材料 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690569C2 (ru) * | 2017-11-25 | 2019-06-04 | Валерий Анатольевич Кузнецов | Способ изготовления микросфер из перлитового песка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2006321786B2 (en) | Engineered low-density heterogeneous microparticles and methods and formulations for producing the microparticles | |
US20150056437A1 (en) | Aerated composite materials, methods of production and uses thereof | |
RU2459852C1 (ru) | Способ изготовления керамического проппанта и проппант | |
JPH0372035B2 (ru) | ||
JP2005536333A5 (ru) | ||
JP2005536333A (ja) | 合成中空小球体 | |
KR20060024378A (ko) | 저밀도 생성물의 제조방법 | |
BRPI0714091A2 (pt) | "propante, método para produzir um propante, formulação de propante, método para manter abertas frações de formação subterránea, método para tratar uma zona produtora subterránea penetrada por um furo de poço, método para formar uma esfera, partìculas esféricas, produto de concreto, gabarito e método para formar uma esfera gabarito reforçada". | |
CN111943714A (zh) | 一种低温烧结发泡陶瓷的生产工艺 | |
CN110183099A (zh) | 一种膨胀多孔玻璃颗粒的制造方法 | |
RU2403230C1 (ru) | Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала | |
RU2397967C1 (ru) | Способ получения полуфабриката для изготовления строительных материалов | |
KR100306866B1 (ko) | 단열건축재료 | |
RU2425084C1 (ru) | Способ изготовления легковесного проппанта и проппант | |
RU2300506C1 (ru) | Строительный материал и способ его получения | |
US9540276B2 (en) | Low density glass particles with low boron content | |
RU2406708C2 (ru) | Способ получения водостойкого пористого заполнителя | |
RU2365555C2 (ru) | Гранулированный композиционный заполнитель для силикатных стеновых изделий на основе трепела, диатомита и опоки, состав сырьевой смеси для изготовления силикатных стеновых изделий, способ получения силикатных стеновых изделий и силикатное стеновое изделие | |
RU2531970C1 (ru) | Способ изготовления гидрофобной легковесной микросферы на основе перлита | |
US3183107A (en) | Glass sphere filled plastering compositions | |
RU2363685C1 (ru) | Способ получения строительного материала | |
RU2212386C1 (ru) | Сырьевая смесь для изготовления силикатного кирпича | |
RU2563864C1 (ru) | Способ получения гранулята для производства пеностекла и пеностеклокерамики | |
RU2534553C1 (ru) | Способ изготовления микросферического наполнителя на основе вспученного перлита | |
RU2433106C2 (ru) | Способ получения теплоизоляционного гексаалюминаткальциевого материала |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200522 |