RU2584170C1

RU2584170C1 - Briquetted mixture for making mineral fibre

Info

Publication number: RU2584170C1
Application number: RU2015114050/03A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Викторович Бортников; Александр Дмитриевич Самуков; Павел Анатольевич Спиридонов; Амир Данилович Шулояков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Интерстройпроект"
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2016-05-20

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to production of construction materials from silicate melts. Briquetted mixture for making mineral fibre contains fine wastes from processing granite fraction less than 0.16 mm with silicon oxide content of less than 60 %, fine wastes from processing dolomite and cement at following ratio of components, wt%: wastes from processing of granite 70-75, wastes from processing of dolomite 20-25, cement 5-6.

EFFECT: technical result is increased heat resistance and low pH (water resistance).

1 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к производству теплоизоляционных строительных материалов из силикатных расплавов.The invention relates to the production of heat-insulating building materials from silicate melts.

Известна шихта для изготовления минерального волокна [Авторское свидетельство СССР №1477695, C03B 1/00, опубл. 07.05.1989], произведенная на основе горных пород. Известная шихта имеет следующий состав, мас. %: плагиоклаз 30-50, пироксен 15-25, кварц 5-15, рутил 3-5, магнетит 4-7, вулканическое стекло 5-15, роговая обманка 8-13. Минеральное волокно, полученное из расплава шихты, компоненты которой имеют магматическое происхождение, обладает высокими эксплуатационными характеристиками: модуль кислотности 2,92-5,20, водостойкость (pH) 1,9-2,9, температуроустойчивость 830-950°C, диаметр волокна 4-6 мкм. Основным недостатком этого изобретения является необходимость добычи сырья из горных пород. С учетом того, что места добычи и производства отдельных компонентов могут быть достаточно удалены друг от друга, процесс производства минерального волокна становится неоправданно дорогим, особенно с учетом еще и транспортных расходов к месту производства минерального волокна.Known mixture for the manufacture of mineral fibers [USSR Author's Certificate No. 1477695, C03B 1/00, publ. 05/07/1989], produced on the basis of rocks. Known charge has the following composition, wt. %: plagioclase 30-50, pyroxene 15-25, quartz 5-15, rutile 3-5, magnetite 4-7, volcanic glass 5-15, hornblende 8-13. The mineral fiber obtained from the melt of the charge, the components of which are of magmatic origin, has high performance characteristics: acidity modulus 2.92-5.20, water resistance (pH) 1.9-2.9, temperature resistance 830-950 ° C, fiber diameter 4-6 microns. The main disadvantage of this invention is the need to extract raw materials from rocks. Given that the places of extraction and production of individual components can be quite distant from each other, the process of producing mineral fiber becomes unreasonably expensive, especially taking into account transport costs to the place of production of mineral fiber.

Прогрессивным шагом в развитии производства минерального волокна является использование в качестве компонентов шихты отходов горнодобывающей промышленности.A progressive step in the development of the production of mineral fiber is the use of mining waste as components of the charge.

Известна сырьевая смесь для получения минерального волокна [Патент РФ №2014301, С03С 13/06, опубл. 15.06.1994], включающая компоненты в следующих количествах, мас.%: зола ТЭС, состоящая в основе из стеклообразующих оксидов (SiO₂, Al₂O₃, TiO₂) 42-50; отходы горнодобывающей промышленности 28-32; корректирующая добавка (известняк) 2-10; связующее (жидкое стекло) 6-10; вода - остальное. Однако использование мелкодисперсных фракций применяемых отходов вызывает необходимость брикетирования шихты. Из описанной сырьевой смеси получают брикеты методом формования и последующего оплавления низкотемпературной плазмой. Описанное в патенте РФ 2014301 решение позволяет утилизировать дешевые золы, что способствует снижению загрязнения окружающей среды за счет ликвидации отвалов с отходами. Основным недостатком этого аналога является необходимость применения низкотемпературной плазмы для изготовления брикетов, что делает процесс энергоемким.Known raw material mixture for the production of mineral fiber [RF Patent No. 20144301, C03C 13/06, publ. 06/15/1994], including components in the following amounts, wt.%: Ash TPP, consisting of glass-forming oxides (SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , TiO ₂ ) 42-50; mining waste 28-32; corrective additive (limestone) 2-10; binder (water glass) 6-10; water is the rest. However, the use of finely divided fractions of the used waste necessitates briquetting the charge. Briquettes are obtained from the described raw material mixture by molding and subsequent melting by low-temperature plasma. The solution described in RF patent 2014301 allows the disposal of cheap ash, which helps to reduce environmental pollution by eliminating waste dumps. The main disadvantage of this analogue is the need to use low-temperature plasma for the manufacture of briquettes, which makes the process energy-intensive.

В качестве прототипа выбрана сырьевая смесь, представленная в качестве ближайшего аналога в описании к патенту РФ 2014301. Смесь состоит из отходов горнодобывающей промышленности - 90 мас. % и корректирующей добавки - гранита 10 мас. %. Как в описанном выше аналоге из смеси исходных компонентов, связующего и воды изготавливаются брикеты, которые оплавляются низкотемпературной плазмой с последующим раздувом расплава. Водостойкость полученного расплава (pH) - 3,4, температуроустойчивость - 860°C.As a prototype of the selected raw material mixture, presented as the closest analogue in the description of the patent of the Russian Federation 2014301. The mixture consists of mining waste - 90 wt. % and corrective additives - granite 10 wt. % As in the analogue described above, briquettes are made from a mixture of the starting components, a binder and water, which are fused with a low-temperature plasma, followed by melt blowing. The water resistance of the obtained melt (pH) - 3.4, temperature resistance - 860 ° C.

В данном составе гранит выполняет роль окислителя (корректирующей добавки), таким образом в качестве добавки используется добываемое полезное ископаемое, а не отходы производства гранита. Однако в настоящее время на территории России накопились тонны отходов гранитных пород (отсевы щебеночного производства). В основу изобретения поставлена задача улучшения экологической обстановки за счет расширения сырьевой базы и обеспечения возможности применения отходов переработки гранита в качестве сырья для производства минерального волокна. Достигаемый технический результат - повышение эксплуатационных свойств минерального волокна, а именно, повышение температуроустойчивости и снижение показателя pH водной вытяжки (водостойкости). Снижение показателя pH (водостойкости) соответствует повышению стойкости продукта к разрушению при длительном увлажнении, что является одним из главных условий обеспечения долговечности.In this composition, granite plays the role of an oxidizing agent (corrective additive), thus, the extracted mineral is used as an additive, and not waste from the production of granite. However, at present, tons of granite waste (screenings of crushed stone production) have accumulated in Russia. The basis of the invention is the task of improving the environmental situation by expanding the raw material base and making it possible to use granite processing waste as a raw material for the production of mineral fiber. The technical result achieved is an increase in the operational properties of the mineral fiber, namely, an increase in temperature stability and a decrease in the pH of the aqueous extract (water resistance). A decrease in pH (water resistance) corresponds to an increase in the resistance of the product to destruction during prolonged wetting, which is one of the main conditions for ensuring durability.

Поставленная задача решается введением в состав шихты в качестве основы отходов переработки гранита заданной фракции, а также введение мелкодисперсных отходов переработки доломита.The problem is solved by introducing a given fraction into the composition of the charge as the basis of granite processing waste, as well as introducing finely dispersed dolomite processing waste.

Заявляемая брикетированная шихта для изготовления минерального волокна содержит мелкодисперсные отходы переработки гранита фракции менее 0,16 мм с содержанием оксида кремния менее 60%, мелкодисперсные отходы переработки доломита и цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%:The inventive briquetted mixture for the manufacture of mineral fibers contains fine waste processing granite fractions of less than 0.16 mm with a silicon oxide content of less than 60%, fine waste processing dolomite and cement in the following ratio, wt.%:

- отходы переработки гранита 70-75,- waste processing of granite 70-75,

- отходы переработки доломита 20-25,- waste processing dolomite 20-25,

- цемент 5-6.- cement 5-6.

Изобретение реализуется следующим образом.The invention is implemented as follows.

Предварительно из отходов переработки гранита выделяют дисперсную фракцию, крупностью менее 0,16 мм. Необходимость соблюдения этого параметра обусловлена следующим. При дроблении гранитных пород менее прочные минералы, входящие в его состав (амфибол, биотит, пироксен, микроклин, в меньшей степени плагиоклаз), более подвержены разрушению и измельчаются до мелких фракций в большей степени, чем прочные (кварц). Данное явление избирательного или селективного дробления приводит к некоторому перераспределению содержания минералов по фракциям крупности, при этом менее прочные минералы концентрируются в пылевидных фракциях. Химический состав фракций крупности изменяется в соответствии с перераспределением по ним минералов. Это позволяет выделять мелкодисперсную фракцию (менее 0,16 мм), обогащенную основными оксидами (CaO, Al₂O₃ и т.д.), что обеспечивает снижение количества оксида кремния (SiO₂) менее 60% в этой фракции. Получение такого продукта из отходов переработки гранита позволяет его использовать в качестве основного компонента (70-75 мас.%) при приготовлении сырьевой смеси для изготовления минеральной ваты.Preliminarily, a disperse fraction with a particle size of less than 0.16 mm is isolated from granite processing waste. The need to comply with this parameter is due to the following. When crushing granite rocks, the less durable minerals that make up its composition (amphibole, biotite, pyroxene, microcline, to a lesser extent plagioclase) are more susceptible to destruction and are crushed to fine fractions to a greater extent than strong (quartz). This phenomenon of selective or selective crushing leads to some redistribution of the mineral content among the coarse fractions, while less durable minerals are concentrated in the dust fractions. The chemical composition of the size fractions varies in accordance with the redistribution of minerals over them. This allows you to select a fine fraction (less than 0.16 mm), enriched in basic oxides (CaO, Al ₂ O ₃ , etc.), which reduces the amount of silicon oxide (SiO ₂ ) less than 60% in this fraction. Obtaining such a product from granite processing waste allows it to be used as the main component (70-75 wt.%) In the preparation of the raw mix for the manufacture of mineral wool.

Основные породообразующие минералы гранита имеют температуру плавления около 1000°С при атмосферном давлении, так как они образуют низкоплавкие эвтектики. Однако столь низкие температуры плавления реализуются лишь при нагревании минералов алюмосиликатных горных пород в течение нескольких дней, поскольку их расплавы обладают очень высокой вязкостью. Для понижения вязкости расплава в смесь добавляется функциональная добавка - отходы переработки доломита исходной крупностью менее 20 мм, которые перед добавлением в смесь подвергаются дроблению до крупности менее 0,315 мм.The main rock-forming granite minerals have a melting point of about 1000 ° C at atmospheric pressure, since they form low-melting eutectics. However, such low melting points are realized only by heating the minerals of aluminosilicate rocks for several days, since their melts have a very high viscosity. To reduce the viscosity of the melt, a functional additive is added to the mixture - waste from dolomite processing with an initial particle size of less than 20 mm, which is crushed to a particle size of less than 0.315 mm before being added to the mixture.

В Таблице 1 представлены примеры полученных и исследуемых составов, в Таблице 2 приведен химический состав (содержание оксидов) конечного продукта - минерального волокна, полученного из расплавов с нормированным компонентным составом.Table 1 presents examples of the obtained and studied compositions, Table 2 shows the chemical composition (oxide content) of the final product - mineral fiber obtained from melts with normalized component composition.

Подготовленные таким образом компоненты сырьевой смеси смешиваются в соответствующей пропорции с добавлением связующего компонента (цемента) и воды, после чего из полученной смеси изготовляют брикеты с помощью вальцевого пресса или вибропресса.The components of the raw material mixture thus prepared are mixed in the appropriate proportion with the addition of a binder component (cement) and water, after which briquettes are made from the resulting mixture using a roller press or vibrating press.

После высыхания и цементации брикеты загружаются в плавильный агрегат. В качестве плавильного агрегата могут быть использованы ванные электрические, электрогазовые печи и вагранки. В процессе плавления при температуре, не превышающей 1450°С, был получен однородный гомогенный расплав. Расплав сырьевой смеси характеризуется низкой кристаллизационной способностью (t_в.п.к.=1160°C), расширяющий температурный интервал выработки из него волокон. Вязкость расплава сырьевой смеси находится в интервале 1400-1450°C.After drying and cementation, the briquettes are loaded into the melting unit. As a melting unit can be used bath electric, electric-gas furnaces and cupolas. In the process of melting at a temperature not exceeding 1450 ° C, a homogeneous homogeneous melt was obtained. The melt of the raw mix is characterized by low crystallization ability (t _c.p. = 1160 ° C), expanding the temperature range of the production of fibers from it. The melt viscosity of the raw mix is in the range of 1400-1450 ° C.

Свойства продукта, полученного из брикетированной шихты, представлены в Таблице 3, где представлены показатели как шихты, так и минеральной ваты. Для сравнения в ней представлены показатели по прототипу.The properties of the product obtained from the briquetted mixture are presented in Table 3, which shows the indicators of both the mixture and mineral wool. For comparison, it presents the performance of the prototype.

Переработку полученного расплава в волокно осуществляют, например, многовалковыми центрифугами.Processing the obtained melt into fiber is carried out, for example, by multi-roll centrifuges.

Как видно из Таблицы 3, заявляемый состав брикетированной шихты для изготовления минерального волокна обладает более высокими показателями: температуроустойчивостью, модулем кислотности, модулем вязкости, и более низким показателем pH (водостойкости). Снижение показателя pH водной вытяжки (водостойкости) соответствует повышению стойкости продукта к воздействию влаги. Эти данные свидетельствуют о повышении эксплуатационных свойств минерального волокна.As can be seen from Table 3, the claimed composition of the briquetted mixture for the manufacture of mineral fibers has higher indices: temperature resistance, acidity modulus, viscosity modulus, and lower pH (water resistance). A decrease in the pH of the aqueous extract (water resistance) corresponds to an increase in the product's resistance to moisture. These data indicate an increase in the operational properties of the mineral fiber.

Авторами установлено, что неутилизируемые мелкодисперсные отходы переработки гранита фракции менее 0,16 мм являются приемлемой основой шихты для изготовления минеральной ваты, т.к. эта фракция содержит существенно меньшее количество оксида кремния (SiO₂), чем гранит как алюмосиликатная порода. При этом заявляемое соотношение компонентов позволяет достигнуть технический результат. Количество цемента 5-6% в общей массе шихты позволяет производить брикеты цементацией без применения оплавления плазмой, как в прототипе. При этом такая добавка не ухудшает свойства конечного продукта. Также установлено, что увеличение процентного соотношения отходов гранита выше 75 мас. % не только увеличивает температуроустойчивость конечного продукта, но увеличивает вязкость расплава, что в конечном итоге приводит к необходимости повышения температуры и необоснованному повышению энергозатрат. С другой стороны, увеличение процентного соотношения отходов доломита (тугоплавкого компонента) к алюмосиликатной породе (легкоплавкого компонента) выше 38 мас. % не позволит доломиту полностью раствориться в расплаве легкоплавкого компонента и, соответственно, получить минеральное волокно требуемого качества.The authors found that non-recyclable finely dispersed waste from processing granite fractions of less than 0.16 mm are an acceptable basis for a mixture for the manufacture of mineral wool, since this fraction contains a significantly lower amount of silicon oxide (SiO ₂ ) than granite as an aluminosilicate rock. In this case, the claimed ratio of components allows to achieve a technical result. The amount of cement 5-6% in the total mass of the mixture allows the production of briquettes by cementation without the use of plasma fusion, as in the prototype. However, such an additive does not impair the properties of the final product. It was also found that an increase in the percentage of granite waste above 75 wt. % not only increases the temperature stability of the final product, but also increases the viscosity of the melt, which ultimately leads to the need to increase the temperature and unreasonable increase in energy consumption. On the other hand, an increase in the percentage ratio of waste dolomite (high-melting component) to aluminosilicate rock (low-melting component) above 38 wt. % will not allow dolomite to completely dissolve in the melt of the low-melting component and, accordingly, to obtain mineral fiber of the required quality.

Предлагаемая брикетированная шихта позволяет расширить сырьевую базу производства минеральной ваты, а также утилизировать мелкодисперсные отходы переработки гранита и доломита, что способствует снижению загрязнения окружающей среды за счет ликвидации отвалов с отходами. При этом минеральная вата, изготавливаемая из предлагаемой брикетированной шихты, отличается высокими эксплуатационными свойствами благодаря высокой водостойкости, температуроустойчивости и за счет высокого модуля кислотности. Эти показатели минеральной ваты способствуют увеличению ее срока службы.The proposed briquetted mixture allows you to expand the raw material base for the production of mineral wool, as well as to utilize fine waste from the processing of granite and dolomite, which helps to reduce environmental pollution by eliminating waste dumps. At the same time, mineral wool, made from the proposed briquetted mixture, has high operational properties due to its high water resistance, temperature resistance and due to its high acidity modulus. These indicators of mineral wool contribute to an increase in its service life.

Claims

Briquetted mixture for the manufacture of mineral fibers, characterized in that it contains fine waste processing granite fractions of less than 0.16 mm with a silicon oxide content of less than 60%, fine waste processing dolomite and cement in the following ratio, wt.%:
granite processing waste 70-75 Dolomite processing waste 20-25 cement 5-6