RU2781680C1 - Способ получения гранулированного строительного материала из отходов переработки апатито-нефелиновых руд - Google Patents
Способ получения гранулированного строительного материала из отходов переработки апатито-нефелиновых руд Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781680C1 RU2781680C1 RU2021131263A RU2021131263A RU2781680C1 RU 2781680 C1 RU2781680 C1 RU 2781680C1 RU 2021131263 A RU2021131263 A RU 2021131263A RU 2021131263 A RU2021131263 A RU 2021131263A RU 2781680 C1 RU2781680 C1 RU 2781680C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- production
- carried out
- apatite
- binder solution
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000010434 nepheline Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 229910052664 nepheline Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000004566 building material Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 60
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 44
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 41
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N Sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims abstract description 22
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000001187 sodium carbonate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000005188 flotation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 43
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 9
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate dianion Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H Sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims 1
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 claims 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 11
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 abstract description 4
- 239000004567 concrete Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 abstract description 2
- 210000000538 Tail Anatomy 0.000 abstract 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 53
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 16
- SPPOVYALFLURKN-UHFFFAOYSA-N aluminum;silicic acid;sodium Chemical compound [Na].[Al].O[Si](O)(O)O SPPOVYALFLURKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 15
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 13
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 12
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N silicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000011494 foam glass Substances 0.000 description 10
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 9
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 9
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 8
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 8
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 7
- PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N Aluminium silicate Chemical compound O=[Al]O[Si](=O)O[Al]=O PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 210000002421 Cell Wall Anatomy 0.000 description 7
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 7
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 7
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 description 7
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 5
- -1 alkali metal salts Chemical class 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000011068 load Methods 0.000 description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 235000015320 potassium carbonate Nutrition 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L Barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 241000005139 Lycium andersonii Species 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N Manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N Silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 229910052656 albite Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001339 alkali metal compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N aluminum;potassium;oxygen(2-);silicon(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Si+4].[Si+4].[Si+4].[K+] DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000006063 cullet Substances 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxyl anion Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000001965 increased Effects 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 239000004579 marble Substances 0.000 description 2
- 229910052652 orthoclase Inorganic materials 0.000 description 2
- 229940072033 potash Drugs 0.000 description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 2
- 235000019351 sodium silicates Nutrition 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N Boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N Carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000009043 Chemical Burns Diseases 0.000 description 1
- 235000010205 Cola acuminata Nutrition 0.000 description 1
- 240000001644 Cola acuminata Species 0.000 description 1
- 235000015438 Cola nitida Nutrition 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L Magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960004029 Silicic Acid Drugs 0.000 description 1
- 210000003491 Skin Anatomy 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K [O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001447 alkali salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052639 augite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000010192 crystallographic characterization Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NTGONJLAOZZDJO-UHFFFAOYSA-M disodium;hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+].[Na+] NTGONJLAOZZDJO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 1
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 229910000248 eudialyte Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 239000011776 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052914 metal silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000010446 mirabilite Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 1
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 1
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N p-acetaminophenol Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001184 potassium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000001 potassium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000012256 powdered iron Substances 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
- 235000010215 titanium dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству искусственных пористых заполнителей для бетонов и гранулированных теплоизоляционных материалов для засыпной теплоизоляции, а также к получению полуфабриката для производства гранулированного строительного материала. Способ получения гранулированного строительного материала из сырьевой смеси, состоящей из кремнеземистого компонента и щелочного связующего раствора, включает сушку и помол кремнеземистого компонента, приготовление связующего раствора путем совместного мокрого помола стекловидного силиката натрия, карбоната натрия и воды при температуре 80-110°С в течение 10-180 мин, смешение компонентов и гранулирование смеси проводят в одном устройстве - грануляторе, после грануляции сырцовые гранулы подвергают термообработке: сушке до влажности 1-15% при температуре 200°С и обжигу в течение от 5 до 60 мин, в качестве кремнеземистого компонента используют отходы переработки апатито-нефелиновых руд – высушенный молотый порошок хвостов апатитовой флотации – ХАФ с физической влажностью 0,3%, совместный мокрый помол осуществляют при следующем соотношении компонентов связующего раствора, мас.%: стекловидный силикат натрия 5-20, карбонат натрия 5-20, вода 60-90, смешивание и гранулирование осуществляют при соотношении связующего раствора и указанного кремнеземистого компонента от 1:15 до 1:5, обжиг осуществляют при температуре 750-930°С, при этом суммарное содержание щелочных оксидов в готовом материале составляет от 15 до 25 мас.%. Технический результат – снижение насыпной плотности и водопоглощения, повышение прочности на сжатие гранулированного строительного материала, снижение температуры обжига, утилизация отходов переработки апатито-нефелиновых руд. 1 з.п. ф-лы, 13 табл., 7 пр.
Description
Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству искусственных пористых заполнителей для бетонов и гранулированных теплоизоляционных материалов для засыпной теплоизоляции, а также к получению полуфабриката для производства гранулированного строительного материала.
Известен способ получения теплоизоляционного пеностекла из сырьевой массы следующего состава (в вес. частях): кварцевый песок 380-580, ортоклаз 105-250, альбит 130-270, доломит (115-200), кальцит (5-25), кальцинированная сода (150-200), мирабилит (0,5-30), карбонат магния (1-12) и карбонат калия (1-8,5), а также еще четыре «факультативных» ингредиента (сульфат бария, борная кислота, порошкообразное железо и диоксид марганца). Способ включает следующие этапы, на которых: во-первых, различные составы сырья смешиваются в однородную смесь; во-вторых, стекломассу плавят и охлаждают до получения стеклобоя; в-третьих, производятся шаровой помол, вспенивание и отжиг стеклобоя, после чего получается пеностекло с плотностью 120-160 кг/м3, коэффициентом теплопроводности 0,04-0,05 Вт/(м*К) и прочностью на сжатие 6-8 МПа (патент КНР № 101306920 А, 2008 г.).
Недостатками способа являются неоправданно сложный химический состав (9 обязательных и 4 «факультативных» компонента) и сравнительно низкое содержание щелочных компонентов в сырьевой смеси, что приводит к необходимости значительного завышения температуры вспенивания.
Известен способ получения полуфабриката для изготовления строительных материалов, в том числе гранулированного пористого материала, включающий смешение кремнеземсодержащего компонента, щелочного компонента, в качестве которого используют гидроксид натрия, и воды с получением суспензии и ее сушку с получением полуфабриката, сушку осуществляют распылением суспензии с получением сыпучего полуфабриката влажностью не более 9 мас.%, формование сыпучего полуфабриката с получением из него сырцовых заготовок в виде гранул, прокаливание сырцовых гранул, после чего сырцовые гранулы подвергают термическому вспучиванию с получением пористого засыпного теплоизоляционного или конструкционно-теплоизоляционного материала (патент РФ № 2397967, 09.07.2009 г., опубликовано: 27.08.2010 Бюл. № 24).
Недостатком способа является высокая влажность реакционной суспензии, распылительная сушка которой связана с высокими энергозатратами на испарение воды и высокой стоимостью соответствующего оборудования, а также двухстадийностью получения сырцовых гранул на основе сыпучего полуфабриката. Другими недостатками способа являются высокая цена едкого натра, по сравнению с такими солями натрия, как карбонат и силикат, а также повышенная опасность растворов едкого натрия, вызывающих химические ожоги кожи и глаз.
Известен способ получения полуфабриката для изготовления строительного материала, включающий получение шихты смешением кремнеземсодержащего компонента, щелочного компонента и воды с получением суспензии, ее сушку с получением полуфабриката и термообработку, шихта дополнительно содержит барханный песок и нефелинсодержащий компонент при следующем соотношении компонентов, мас.%: щелочной компонент в пересчете на гидроксид 2,0-40,0, нефелинсодержащий компонент 0,9-10,0, барханный песок 49,0-96,0, кремнеземсодержащий компонент остальное, а сушку осуществляют распылением суспензии с получением сыпучего полуфабриката с влажностью не более 9%. В качестве щелочного компонента используют гидроксид и/или силикат и/или карбонат щелочного металла, предпочтительно – гидроксид натрия. Перечисление не является исключающим, можно использовать различные щелочные отходы различных производств. В качестве нефелинсодержащего компонента используют измельченную нефелиновую руду, как хвосты обогащения, так и нефелиновый концентрат. Барханный песок имеет примерно следующий (средний) состав, мас.%: SiO2 45,0-63,0, Al2O3 6,5-9,8, Fe2O3 1,5-2,9, CaO 10,5-15,1, MgO 1,2-2,1, Na2O 1,4-1,8, SO3 1,5-2,0, K2O 1,2-2,1, P2O3 1,1-1,4, потери при прокаливании - остальное. Температура вспенивания составляла 630-685оС. В результате был получен гранулированный пористый материал с насыпной плотностью 100-430 кг/м3 (патент РФ № 2452704 от 13.07.2010 г., опубликовано 10.06.2012 г. Бюл. № 2).
Недостатком способа является использованием во всех вариантах в качестве щелочного компонента весьма дорогого гидроксида натрия. Кроме того, используемое сочетание нефелинсодержащих отходов и барханного песка неизбежно должно привести к значительному удорожанию логистики данного производства.
Известна композиция для производства пористого заполнителя, включающая натриевое жидкое стекло плотностью 1,41 г/см3 и хлорид натрия, размолотый до размера менее 0,3 мм, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сланцевый шлак, размолотый до размера менее 0,14 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: натриевое жидкое стекло плотностью 1,41 г/см3 50-75, хлорид натрия 1-3, сланцевый шлак - остальное. В результате получены пористые гранулы с насыпной плотностью 155-180 кг/м3, прочностью на сжатие 2,1-2,2 МПа и коэффициентом размягчения 95,5-96,5% (патент № RU 2555171 28.03.2014 г., опубликовано: 10.07.2015 Бюл. № 19).
Недостатками способа являются недостаточная водостойкость гранул, высокая влажность реакционной смеси и присутствие в ней заметных количеств хлорид-иона, вызывающего коррозию стального оборудования.
Наиболее близким по технической сущности и одновременно прототипом является способ получения гранулированного строительного материала, включающий подготовку кремнеземистого компонента, приготовление связующего раствора, смешение компонентов, гранулирование смеси и термообработку, отличающийся тем, что связующий раствор готовят на основе коллоидного кремнезема и растворимых солей щелочных металлов путем совместного мокрого помола с одновременным растворением силиката натрия с силикатным модулем от 1,0 до 4,0, карбоната натрия и/или других растворимых в воде соединений щелочных металлов при температуре 80-110°C, при следующем соотношении основных компонентов, мас.%: стекловидный силикат натрия - 10-50, карбонат натрия - 5-40, вода - 40-80%, причем смешение кремнеземистого компонента со связующим раствором совмещают с добавлением газообразователя и гранулированием смеси, при этом смешение и гранулирование проводят в одном устройстве - грануляторе при соотношении связующего раствора и кремнеземистого компонента от 1:5 до 1:1,2, после чего сырцовые гранулы подвергают термообработке: сушке до влажности 1-15% и обжигу при температуре 750-1100°C, при этом суммарное содержание щелочных оксидов в готовом материале составляет от 5 до 20 мас.%.
В результате получены закрытопористые гранулы с насыпной плотностью 155-180 кг/м3, прочностью на сжатие 0,8-1,45 МПа и коэффициентом размягчения 97-99,7% (патент № RU 2605982 09.06.2014 г., опубликовано: 10.01.2017 Бюл. № 1).
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «Способ получения гранулированного строительного материала, включающий подготовку кремнеземистого компонента, приготовление связующего раствора, смешение компонентов, гранулирование смеси и термообработку».
Недостатками прототипа являются:
- сравнительно невысокая распространенность месторождений аморфных кремнеземов в РФ и других странах;
- значительные колебания в химическом составе кремнеземистого компонента, прежде всего, в содержании оксидов алюминия, железа, кальция и магния, что затрудняет производство конечного материала при одних и тех же значениях технологических параметров;
- недопустимо высокая энергоемкость процесса вспенивания материала, объясняющаяся необходимостью применения температур 850-1100°С;
- завышенное, по сравнению с теоретически необходимым, содержание в сырьевой смеси щелочного компонента, вызванное особенностями щелочного вскрытия кремнезема.
Основными задачами, на решение которых направлено изобретение, являются:
- упрощение технологии и удешевление логистики производства гранулированной пеностеклокерамики за счет использования сравнительно однородного техногенного сырья, запасы которого сконцентрированы в небольшом количестве крупных месторождений;
- минимизация, вплоть до полного исключения, расхода наиболее дорогого щелочного компонента сырьевой смеси за счет активного использования щелочной составляющей кремнеземистого компонента сырьевой смеси;
- снижение температуры вспенивания материала до значений 750-930°С;
- улучшение эксплуатационных свойств гранулированной теплоизоляции, в частности понижение насыпной плотности и теплопроводности, повышение прочности на сжатие и водостойкости.
Поставленная задача решается путем коренного изменения минералогического состава сырьевой смеси в направлении замены 2/3 кремнеземистого компонента кристаллическим нефелином с одновременным резким сокращением содержания щелочного компонента и существенным снижением температуры вспенивания.
Остальные особенности технологии изготовления пеногранулята, описанные в тексте прототипа: применение многокомпонентного связующего раствора, обеспечивающего больший коэффициент вспенивания и меньшую открытую пористость материала, особый способ приготовления многокомпонентного связующего раствора, а также одностадийный способ получения сырцовых гранул из порошка кремнеземистого компонента и связующего раствора, совмещающий операции смешения и гранулирования – остался тем же, что и в прототипе.
При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат:
- улучшение эксплуатационных свойств строительного материала, а именно, снижение насыпной плотности и водопоглощения, а также повышение прочности на сжатие.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения гранулированного строительного материала, включающем подготовку кремнеземистого компонента, приготовление связующего раствора, смешение компонентов, гранулирование смеси и термообработку, связующий раствор готовят на основе водорастворимых солей щелочных металлов путем совместного мокрого помола с одновременным растворением стекловидного силиката натрия, карбоната натрия и/или других растворимых в воде солей щелочных металлов при температуре 80-110°С, при следующем соотношении основных компонентов: стекловидный силикат натрия -5-20%, карбонат натрия и/или другие водорастворимые соли щелочных металлов 5-20%, вода - 60-90%, причем смешение кремнеземистого компонента со связующим раствором совмещают с добавлением газообразователя и гранулированием смеси, при этом смешение и гранулирование проводят в одном устройстве - грануляторе - при соотношении связующего раствора и кремнеземистого компонента от 1:15 до 1:5, после чего сырцовые гранулы подвергают термообработке: сушке и обжигу, при этом суммарное содержание щелочных оксидов в конечном продукте составляет от 15 до 25 мас.%, учитывая щелочные компоненты нефелина.
Кроме того, для дополнительного снижения удельного веса материала могут быть использованы газообразователи углеродного, и/или карбонатного типа, и/или карбидного типа.
Для увеличения производительности гранулятора перед гранулированием проводят предварительное смешение компонентов с получением рыхлой неуплотненной смеси, которая в ходе гранулирования уплотняется, образуя компактные гранулы.
Для ускорения процесса получения связующего раствора молотый стекловидный силикат натрия растворяют в водном растворе карбоната натрия и/или других растворимых в воде соединений щелочных металлов.
Для получения укрупненных гранул сырцовые гранулы дополнительно обрабатывают на тарельчатом или шнековом грануляторе или ином формующем устройстве.
Способ получения вспененного гранулированного строительного материала осуществляется следующим образом.
В качестве кремнеземистого компонента сырьевой смеси используются техногенные отходы переработки апатито-нефелиновых руд – хвосты апатитовой флотации (ХАФ), содержащие кремнезем преимущественно в виде мелкодисперсного кристаллического нефелина, то есть в химически активной, легко вскрываемой форме. В число других ингредиентов ХАФ входят многочисленные минералы преимущественно силикатного или алюмосиликатного состава, такие как полевые шпаты (альбит, ортоклаз), эгирин-авгит, эвдиалит, оливин.
В качестве связующего раствора, который одновременно является щелочесодержащим компонентом, используют многокомпонентные водные растворы силикатов натрия и/или калия с силикатным модулем в пределах от 1 до 4, кальцинированной соды, поташа, а также гидроксидов, сульфатов или нитратов щелочных металлов, полученные путем совместного растворения соответствующих химических соединений, либо техногенных отходов, содержащих упомянутые соединения, причем список компонентов не является исчерпывающим.
Состав связующего раствора должен включать не менее 15% силиката натрия и, по крайней мере, одну соль либо гидроксид щелочного металла из вышеприведенного списка.
Соотношение кремнеземистого компонента и связующего раствора выбирается, исходя из состава связующего раствора, метода гранулирования и необходимого содержания щелочных оксидов в готовом материале, которое должно составлять от 15 до 25 мас.%.
Содержание воды в связующем растворе определяется, исходя из необходимости полного растворения используемых соединений щелочных металлов и, в то же время, должно быть достаточным для равномерной пропитки сырьевой массы перед грануляцией.
Время получения однородного связующего раствора и, соответственно, производительность оборудования будет ограничиваться скоростью растворения в воде стекловидного силиката натрия, поступающего в виде дробленого стекла (силикат-глыбы), растворение которого с образованием щелочносиликатного раствора требует высокой температуры и длительного времени.
Известно, что скорость растворения (коррозии) силикатных стекол ограничивается образованием на поверхности стекла слоя гидратированного кремнезема, задерживающего диффузию щелочных ионов, и поэтому может быть существенно (в несколько раз) ускорено путем механического удаления верхнего гидратированного слоя стекла, которое достигается при мокром помоле (эффект механоактивации поверхностных реакций). Кроме того, растворение щелочносиликатных стекол, включая стекловидный силикат натрия, в водной среде существенно ускоряется при повышении температуры, а также при контакте с растворами солей натрия и калия, имеющими щелочную реакцию вследствие гидролиза, например, с водными растворами соды и поташа. Предлагаемый способ, как и способ, реализованный в изобретении-прототипе, использует все три метода активизации растворения силиката натрия в воде - механический, термический и химический.
При этом нагрев смеси до температуры 80-110°С производится как за счет подводимого извне тепла, так и за счет выделяющейся энергии гидратации щелочных солей и механической энергии помола, переходящих в тепло непосредственно в смеси компонентов, благодаря чему экономится энергия и упрощается технология.
Сочетание механической, термической и химической активации растворения силикат-глыбы снижает время помола и затраты энергии на помол не менее чем в 2-3 раза, в зависимости от модуля силиката натрия и устраняет помол силикат-глыбы как отдельную технологическую операцию.
Для получения связующего раствора сухие компоненты (силикат натрия и растворимые соли щелочных металлов) и вода загружаются в шаровую мельницу, аттритор, вибрационную мельницу или другой агрегат для мокрого помола периодического или непрерывного действия, где проводится совмещенная технологическая операция помола, смешения, растворения и гидротермальной обработки реакционной смеси, проходящая при температуре 80-110°С в течение 10-180 мин (при периодическом процессе) или до растворения всех или большей части компонентов при непрерывном процессе приготовления связующего раствора.
Совмещение операций в одном устройстве снижает количество единиц оборудования, исключает межоперационную транспортировку полуфабрикатов и тем самым снижает капитальные затраты на оборудование, а также упрощает его эксплуатацию.
Использование в качестве основы связующего раствора высоковязких растворов силикатов натрия и/или калия позволяет исключить кристаллизацию в растворе водорастворимых солей щелочных металлов, в результате чего при термообработке сырцовых гранул связующий раствор, теряя воду и повышая вязкость, непосредственно переходит в легкоплавкое стекло при температурах ниже температуры стеклования, минуя в ходе синтеза стеклофазы образование кристаллических фаз и сохраняя практически идеально однородное аморфное (стеклообразное) состояние. Благодаря непосредственному переходу связующего раствора в стеклофазу, образование замкнутых пор происходит при более низкой температуре и/или более низком содержании оксида натрия, что повышает степень вспенивания и снижает сырьевые затраты.
В предлагаемом способе грануляция, совмещающая в одном устройстве смешение кремнеземистого компонента и связующего раствора, проводится в смесителе-грануляторе скоростного, тарельчатого, лопастного или иного типа, обеспечивающего одностадийное получение сырцовых гранул из сухого порошка кремнеземистого компонента и комплексного связующего раствора, дозируемых в пропорции, обеспечивающей необходимый состав сырцовых гранул.
Полученные в смесителе-грануляторе влажные сырцовые гранулы подвергаются сушке до конечной влажности 1-15%, обеспечивающей необходимую сыпучесть, прочность и водостойкость сырцовых гранул. Тип сушильного агрегата не имеет существенного значения.
Полученные сырцовые гранулы далее подвергаются термическому вспениванию или используются в качестве шихты для изготовления строительного материала в форме массива: плит, блоков, панелей и других изделий.
Завершающей технологической операцией является высокотемпературная термообработка (вспенивание) сырцовых гранул. Температура вспенивания, в зависимости от состава и технологии производства сырьевых гранул, составляет от 750 до 930°С, длительность пребывания во вращающихся барабанных печах непрерывного действия составляет от 5 до 60 минут.
Для вспенивания также могут применяться печи кипящего слоя или аналогичные агрегаты с аэродинамическим нагревом сырцовых гранул.
Сырцовые гранулы, произведенные указанным способом, используются для производства пеностеклокерамического гравия в конвейерных печах с сетчатым подом методом получения непрерывной ленты вспененного материала, с получением пеностеклокерамического щебня (вспененного гранулята).
Преимущества предлагаемого способа:
- улучшение свойств материала (максимализация степени вспенивания, снижение плотности и снижение объемного водопоглощения);
- упрощение технологии (совмещение смешения и гранулирования в одной технологической операции);
- удешевление сырья (сокращение количества щелочных компонентов, вводимых в составе связующего раствора);
- частичное решение проблемы утилизации отходов производства фосфорных удобрений (хвостов апатитовой флотации – ХАФ).
Проблема хибинского нефелина возникла одновременно с началом добычи апатитонефелиновых руд на Кольском полуострове. Первая стадия переработки руды – ее флотационное разделение на апатитовую и нефелиновую составляющие – сразу определяет огромное количество твердых отходов фосфорного производства (ХАФ), которые в начале разработки месторождений составляли около 15% добываемой руды, а сейчас уже превысили 40%.
После флотационного извлечения апатита осадок ХАФ гидротранспортом направляется в отстойники – хвостохранилища, формируя рукотворные месторождения техногенных нефелиновых песков. Сегодня вблизи городов Кировск и Апатиты складировано более 1,5 млрд. т. ХАФ, содержащих около 1 млрд. т. нефелина. Общая площадь хвостохранилищ апатитового производства в Мурманской области превышает 30 кв. км. Только ничтожная часть ХАФ, в основном, генерируемая ныне действующими рудниками, перерабатывается в нефелиновый концентрат, используемый Волховским алюминиевым и Пикалевским глиноземным заводами.
Таким образом, интенсивная разработка хвостохранилищ с использованием, после соответствующей переработки, извлекаемого нефелина в строительстве и производстве строительных материалов, позволит внести важный вклад в процесс сокращения площади экологически опасных хвостохранилищ с последующей постепенной рекультивацией освобождающейся территории.
Ниже представлены примеры конкретного осуществления способа.
Пример 1.
Для приготовления сырцовых гранул в качестве кремнеземистого компонента использованы хвосты апатитовой флотации (ХАФ из хвостохранилища АНОФ-2, г Апатиты, Мурманская обл.) следующего состава (в мас.%):
| Al2O3 | CaO | Fe2O3 | K2O | MgO | Na2O | P2O5 | SiO2 | TiO2 | п.п.п. |
| 17,37 | 4,94 | 9,22 | 4,68 | 1,42 | 11,09 | 1,05 | 45,37 | 4,07 | 0,15 |
Для приготовления связующего раствора использовались следующие компоненты: стекловидный силикат натрия с массовым силикатным модулем 3,0 (25% мас. Na2O), карбонат натрия, вода водопроводная с минерализацией 1-1,5 г/л при следующем соотношении компонентов:
| № | Компонент | Количество, кг на 10 кг продукта |
| 1 | Отходы апатитовой флотации (ХАФ) | 9,0 |
| 2 | Стекловидный силикат натрия | 0,9 |
| 3 | Карбонат натрия | 0,19 |
| 4 | Вода водопроводная | 1,35 |
Для приготовления связующего раствора дробленый до размера 0-3 мм стекловидный силикат натрия, карбонат натрия и вода были загружены в аттритор мокрого помола (вертикальную шаровую мельницу) емкостью 30 л с шаровой загрузкой из стальных шаров диаметром 6 мм, массой 25 кг. Через 5 минут после начала помола температура загрузки достигла 80°С и поддерживалась путем подачи воды в водяную рубашку аттритора на уровне 90-100°С. Через 20 минут после начала помола раствор стал прозрачным, что указывает на полное растворение стекловидного силиката натрия и карбоната натрия. При охлаждении раствора до 20°С раствор не кристаллизуется.
Высушенный молотый порошок ХАФ с физической влажностью 0,3% поместили в смеситель-гранулятор скоростного типа емкостью 50 л. В работающий смеситель-гранулятор был добавлен полученный ранее связующий раствор. Через 80 секунд после окончания дозирования связующего раствора прекратилось пыление раствора, через 110 секунд гранулирование завершилось.
Готовая смесь сырцовых гранул была высушена во вращающейся барабанной сушилке при температуре 200°С. Сушеные сырцовые гранулы имеют плотную консистенцию, коричневый цвет, удовлетворительную водостойкость.
После смешения с разделительной средой в виде каолина в количестве 5% сырцовые гранулы подверглись обжигу (вспучиванию) во вращающейся барабанной печи при температуре 870°С. Средний срок пребывания гранул в зоне нагрева составил 10 минут.
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
| № п/п |
Показатель | Фракции, мм | |||
| 0 – 1 | 1 – 2,5 | 2,5 – 5 | 5 – 10 | ||
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 290 | 240 | 210 | 180 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 24,2 | 15,2 | 12,5 | 11,8 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 0,8 – 1,0 | |||
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 0,12 – 0,18 | |||
Структура гранул - крупнопористая, степень остеклования высокая (стенки ячеек прозрачны), наблюдается тенденция к слипанию гранул при обжиге.
Пример 2.
Часть сырцовых гранул, полученных по примеру 1, после смешения с разделительной средой в виде каолина в количестве 5% была подвергнута обжигу (вспучиванию) во вращающейся барабанной печи при температуре 810°С, средний срок пребывания гранул в зоне нагрева 10 минут.
Структура гранул - мелкопористая, степень остеклования - высокая (стенки ячеек - прозрачные).
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
| № п/п |
Показатель | Фракции, мм | |||
| 0 – 1 | 1 – 2,5 | 2,5 – 5 | 5 – 10 | ||
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 330 | 290 | 240 | 210 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 26,7 | 17,2 | 14,1 | 13,2 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 0,9 – 1,8 | |||
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 0,25 – 0,40 | |||
Пример 3.
Часть сырцовых гранул, полученных по примеру 1, после смешения с разделительной средой в виде каолина в количестве 5% была подвергнута обжигу (вспучиванию) во вращающейся барабанной печи при температуре 750°С, средний срок пребывания гранул в зоне нагрева 10 минут.
Структура гранул - мелкопористая, степень остеклования - умеренная (стенки ячеек - мутные).
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
| № п/п |
Показатель | Фракции, мм | |||
| 0 – 1 | 1 – 2,5 | 2,5 – 5 | 5 – 10 | ||
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 420 | 370 | 310 | 280 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 36,4 | 31,1 | 25,7 | 19,5 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 1,0 – 1,8 | |||
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 1,7 – 2,9 | |||
Пример 4.
Часть сырцовых гранул, полученных по примеру 1, после смешения с разделительной средой в виде каолина в количестве 5% была подвергнута обжигу (вспучиванию) во вращающейся барабанной печи при температуре 930°С, средний срок пребывания гранул в зоне нагрева 10 минут.
Структура гранул - крупнопористая, степень остеклования - высокая (стенки ячеек - прозрачные).
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
| № п/п |
Показатель | Фракции, мм | |||
| 0 – 1 | 1 – 2,5 | 2,5 – 5 | 5 – 10 | ||
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 240 | 210 | 170 | 150 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 34,8 | 27,2 | 23,5 | 21,3 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 0,8 – 1,5 | |||
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 0,05 – 0,10 | |||
Пример 5.
Для приготовления сырцовых гранул использован ХАФ того же химического состава, что и в предыдущих примерах.
Для приготовления связующего раствора использовались следующие компоненты: стекловидный силикат натрия (технический силикат натрия) с силикатным модулем 3,0 (25% мас. Na2O), карбонат натрия, в качестве карбонатного газообразователя - мрамор молотый с удельной поверхностью 5000 см2/г, вода водопроводная при следующем соотношении компонентов:
| № | Компонент | Количество, кг на 10 кг продукта |
| 1 | Отходы апатитовой флотации (ХАФ) | 9,0 |
| 2 | Стекловидный силикат натрия | 0,9 |
| 3 | Карбонат натрия | 0,19 |
| 4 | Мрамор молотый | 0,1 |
| 5 | Вода водопроводная | 1,35 |
Для приготовления связующего раствора дробленый до размера 0-3 мм стекловидный силикат натрия, карбонат натрия и вода были загружены в аттритор мокрого помола (вертикальную шаровую мельницу) емкостью 30 л с шаровой загрузкой из стальных шаров диаметром 6 мм, массой 25 кг. Через 5 минут после начала помола температура загрузки достигла 80°С и поддерживалась путем подачи воды в водяную рубашку аттритора на уровне 90-100°С. Через 20 минут после начала помола раствор стал прозрачным, что указывает на полное растворение стекловидного силиката натрия и карбоната натрия.
При охлаждении раствора до 20°С раствор не кристаллизуется.
Высушенный молотый порошок ХАФ с физической влажностью 0,3% и порошок газообразователя поместили в смеситель-гранулятор скоростного типа емкостью 50 л. В работающий смеситель-гранулятор был добавлен полученный ранее связующий раствор. Через 80 секунд после окончания дозирования связующего раствора прекратилось пыление раствора, через 110 секунд гранулирование завершилось.
Готовая смесь сырцовых гранул была высушена во вращающейся барабанной сушилке при температуре 200°С. Сушеные сырцовые гранулы имеют плотную консистенцию, темно-коричневый цвет, удовлетворительную водостойкость.
После смешения с разделительной средой в виде каолина в количестве 5% от веса шихты сырцовые гранулы подверглись обжигу (вспучиванию) во вращающейся барабанной печи при температуре 930°С, средний срок пребывания гранул в зоне нагрева 10 минут.
Структура гранул - крупнопористая, степень остеклования - средняя (стенки ячеек - мутные).
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
| № п/п |
Показатель | Фракции, мм | |||
| 0 – 1 | 1 – 2,5 | 2,5 – 5 | 5 – 10 | ||
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 230 | 200 | 160 | 130 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 31,5 | 26,1 | 22,8 | 19,4 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 0,8 – 1,0 | |||
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 0,07 – 0,12 | |||
Пример 6
Для приготовления сырцовых гранул использован ХАФ того же химического состава, что и в предыдущих примерах.
Для приготовления связующего раствора использовались следующие компоненты: стекловидный силикат натрия (технический силикат натрия) с силикатным модулем 3,0 (25% мас. Na2O), карбонат натрия, в качестве карбидного газообразователя - карбид кремния молотый с удельной поверхностью 7000 см2/г, вода водопроводная при следующем соотношении компонентов:
| № | Компонент | Количество, кг на 10 кг продукта |
| 1 | Отходы апатитовой флотации (ХАФ) | 9,0 |
| 2 | Стекловидный силикат натрия | 0,9 |
| 3 | Карбонат натрия | 0,19 |
| 4 | Карбид кремния молотый | 0,1 |
| 5 | Вода водопроводная | 1,35 |
Операции приготовления связующего раствора, грануляции и сушки гранул проводились аналогично описанию, данному в примере 5.
После смешения с разделительной средой в виде каолина в количестве 5% сырцовые гранулы подверглись обжигу (вспучиванию) во вращающейся барабанной печи при температуре 930°С, средний срок пребывания гранул в зоне нагрева составлял 10 минут.
Структура гранул - крупнопористая, степень остеклования - средняя (стенки ячеек - мутные).
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
| № п/п |
Показатель | Фракции, мм | |||
| 0 – 1 | 1 – 2,5 | 2,5 – 5 | 5 – 10 | ||
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 250 | 220 | 200 | 160 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 29,5 | 25,0 | 19,1 | 15,8 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 0,9 – 1,2 | |||
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 0,08 – 0,15 | |||
Пример 7
Для приготовления сырцовых гранул использован ХАФ того же химического состава, что и в предыдущих примерах.
Для приготовления связующего раствора использовались следующие компоненты: стекловидный силикат натрия (технический силикат натрия) с силикатным модулем 3,0 (25% мас. Na2O), карбонат натрия, в качестве углеродного газообразователя - графит молотый с удельной поверхностью 8000 см2/г, вода водопроводная при следующем соотношении компонентов:
| № | Компонент | Количество, кг на 10 кг продукта |
| 1 | Отходы апатитовой флотации (ХАФ) | 9,0 |
| 2 | Стекловидный силикат натрия | 0,9 |
| 3 | Карбонат натрия | 0,19 |
| 4 | Графит молотый | 0,1 |
| 5 | Вода водопроводная | 1,35 |
Операции приготовления связующего раствора, грануляции и сушки гранул проводились аналогично описанию, данному в примере 5.
После смешения с разделительной средой в виде каолина в количестве 5% сырцовые гранулы подверглись обжигу (вспучиванию) во вращающейся барабанной печи при температуре 930°С, средний срок пребывания гранул в зоне нагрева составлял 10 минут.
Структура гранул - крупнопористая, степень остеклования - средняя (стенки ячеек - мутные).
Полученная гранулированная пеностеклокерамика имеет следующие характеристики:
| № п/п |
Показатель | Фракции, мм | |||
| 0 – 1 | 1 – 2,5 | 2,5 – 5 | 5 – 10 | ||
| 1 | Насыпная плотность, кг/м3 | 280 | 200 | 180 | 170 |
| 2 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | 30,2 | 22,0 | 17,8 | 12,5 |
| 3 | Объемное водопоглощение, % | 0,9 – 1,4 | |||
| 4 | Потеря массы при кипячении, % | 0,09 – 0,17 | |||
Результаты определения характеристик приготовленных гранулятов, а также прототипа, приведены в следующей таблице.
| Пример | Насыпная плотность, кг/м3 | Прочность на сжатие в цилиндре, кг/см2 | Водопоглощение, об.% | Потеря массы при кипячении, мас.% | Примечания |
| Прототип | 200 - 250 | 10,5 - 14,5 | 2,8 - 4,2 | 0,22 - 0,33 | - |
| Пример 1 | 180 - 290 | 11,8 - 24,2 | 0,8 - 1,0 | 0,12 - 0,18 | Стандартный режим |
| Пример 2 | 210 - 330 | 13,2 - 26,7 | 0,9 - 1,8 | 0,25 - 0,40 | Оптимум при энергосбережении |
| Пример 3 | 280 - 420 | 19,5 - 36,4 | 1,0 - 1,8 | 1,7 - 2,9 | Недостаточная водостойкость |
| Пример 4 | 150 - 240 | 21,3 - 34,8 | 0,8 - 1,5 | 0,05 - 0,10 | Максимальная водостойкость |
| Пример 5 | 130 - 230 | 19,4 - 31,5 | 0,8 - 1,0 | 0,07 - 0,12 | Минимальная плотность благодаря доп. газообразователю |
| Пример 6 | 160 - 250 | 15,8 - 29,5 | 0,9 - 1,2 | 0,08 - 0,15 | Малая плотность благодаря доп. газообразователю |
| Пример 7 | 170 - 280 | 12,5 - 30,2 | 0,9 - 1,4 | 0,09 - 0,17 | Малая плотность благодаря доп. газообразователю |
Основные характеристики материала в сравнении с прототипом.
Таким образом, при оптимальном технологическом режиме предлагаемый способ изготовления строительного материала обеспечивает заметное понижение, по сравнению с прототипом, насыпной плотности (с 150-480 до 130-420 кг/м3) и водопоглощения (с 0,8-4,6 до 0,8-1,8 об.%), а также существенное повышение прочности на сжатие для легких фракций гранулята, наиболее значимых для теплоизоляции (с 8,2-28,4 до 11,8-36,4 кг/см2).
Claims (2)
1. Способ получения гранулированного строительного материала из сырьевой смеси, состоящей из кремнеземистого компонента и щелочного связующего раствора, включающий сушку и помол кремнеземистого компонента, приготовление связующего раствора путем совместного мокрого помола стекловидного силиката натрия, карбоната натрия и воды при температуре 80-110°С в течение 10-180 мин, смешение компонентов и гранулирование смеси проводят в одном устройстве - грануляторе, после грануляции сырцовые гранулы подвергают термообработке: сушке до влажности 1-15% при температуре 200°С и обжигу в течение от 5 до 60 мин, отличающийся тем, что в качестве кремнеземистого компонента используют отходы переработки апатито-нефелиновых руд – высушенный молотый порошок хвостов апатитовой флотации – ХАФ с физической влажностью 0,3%, совместный мокрый помол осуществляют при следующем соотношении компонентов связующего раствора, мас.%: стекловидный силикат натрия 5-20, карбонат натрия 5-20, вода 60-90, смешивание и гранулирование осуществляют при соотношении связующего раствора и указанного кремнеземистого компонента от 1:15 до 1:5, обжиг осуществляют при температуре 750-930°С, при этом суммарное содержание щелочных оксидов в готовом материале составляет от 15 до 25 мас.%.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в гранулятор дополнительно вводят газообразователь углеродного, карбонатного или карбидного типа.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2781680C1 true RU2781680C1 (ru) | 2022-10-17 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1502514A1 (ru) * | 1987-07-17 | 1989-08-23 | Забайкальский Научно-Исследовательский И Проектный Институт Промышленного Проектирования | Сырьева смесь дл производства пористого заполнител |
| WO1997033843A1 (fr) * | 1996-03-11 | 1997-09-18 | Zakrytoye Aktsionernoye Obshchestvo 'ksv' | Materiau de construction thermo-isolant |
| RU2452704C2 (ru) * | 2010-07-13 | 2012-06-10 | Борис Васильевич Писарев | Способ получения полуфабриката для изготовления строительного материала |
| RU2532112C1 (ru) * | 2013-07-30 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН (ИХТРЭМС КНЦ РАН) | Сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала |
| RU2605982C2 (ru) * | 2014-06-09 | 2017-01-10 | Владимир Федорович Васкалов | Способ получения гранулированного строительного материала |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1502514A1 (ru) * | 1987-07-17 | 1989-08-23 | Забайкальский Научно-Исследовательский И Проектный Институт Промышленного Проектирования | Сырьева смесь дл производства пористого заполнител |
| WO1997033843A1 (fr) * | 1996-03-11 | 1997-09-18 | Zakrytoye Aktsionernoye Obshchestvo 'ksv' | Materiau de construction thermo-isolant |
| RU2452704C2 (ru) * | 2010-07-13 | 2012-06-10 | Борис Васильевич Писарев | Способ получения полуфабриката для изготовления строительного материала |
| RU2532112C1 (ru) * | 2013-07-30 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН (ИХТРЭМС КНЦ РАН) | Сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала |
| RU2605982C2 (ru) * | 2014-06-09 | 2017-01-10 | Владимир Федорович Васкалов | Способ получения гранулированного строительного материала |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Суворова О.В. и др., Использование отходов и побочных продуктов переработки апатито-нефелиновых и эвдиалитовых руд для получения теплоизоляционных пеностеклокристаллических материалов, Вестник МГТУ, издательство МГТУ, 2017, том 20, N 1/2 (январь - март), с.189 - 196. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Badanoiu et al. | Preparation and characterization of foamed geopolymers from waste glass and red mud | |
| US3874861A (en) | Method of producing foamed glass | |
| AU2006321786B2 (en) | Engineered low-density heterogeneous microparticles and methods and formulations for producing the microparticles | |
| US10287204B2 (en) | Pellet | |
| US9376344B2 (en) | Foamed glass ceramic composite materials and a method for producing the same | |
| AU2020337184B2 (en) | Process of obtaining powdered sodium silicate from sand tailings originated from the iron ore concentration process | |
| SK9342000A3 (en) | Method of producing synthetic silicates and use thereof in glass production | |
| RU2291126C9 (ru) | Способ получения гранулированного пеносиликата - пеносиликатного гравия | |
| JPS6242871B2 (ru) | ||
| Ivanov | Preparation and properties of foam glass-ceramic from diatomite | |
| JP7462664B2 (ja) | ガラスの製造方法、および工業用ガラス製造設備 | |
| RU2374206C1 (ru) | Сырьевая смесь и способ изготовления керамических изделий | |
| US9567260B2 (en) | Synthetic microparticles | |
| US20210155521A1 (en) | Preparation of raw materials for glass furnace | |
| EP3095765A1 (en) | Glass batch pelletizing method using activated cullet | |
| CN101928107B (zh) | 以电熔棕刚玉除尘粉为原料的泡沫玻璃及其制备方法 | |
| RU2781680C1 (ru) | Способ получения гранулированного строительного материала из отходов переработки апатито-нефелиновых руд | |
| GB2330138A (en) | Aggregates from fly ash | |
| CN111499206A (zh) | 利用含氟硅酸的硅渣制备空心玻璃微珠的方法 | |
| Yu | Influence of silica fume on the production process and properties of porous glass composite | |
| RU2563864C1 (ru) | Способ получения гранулята для производства пеностекла и пеностеклокерамики | |
| KR100580230B1 (ko) | 2중 발포 셀을 갖는 초경량골재 | |
| RU2782904C1 (ru) | Способ получения пеностеклокерамического гранулированного строительного материала из природного кварцевого песка | |
| RU2167112C1 (ru) | Способ получения пеностекла | |
| JPH11116299A (ja) | 人工軽量骨材およびその製造方法 |