RU2809197C1 - Шихта для изготовления пористого геополимерного материала на основе отходов угольной генерации - Google Patents
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала на основе отходов угольной генерации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809197C1 RU2809197C1 RU2023113067A RU2023113067A RU2809197C1 RU 2809197 C1 RU2809197 C1 RU 2809197C1 RU 2023113067 A RU2023113067 A RU 2023113067A RU 2023113067 A RU2023113067 A RU 2023113067A RU 2809197 C1 RU2809197 C1 RU 2809197C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ash
- severodvinsk
- waste
- hydrogen peroxide
- liquid glass
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 63
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 23
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 3
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009439 industrial construction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 abstract description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract 1
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 18
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 230000001447 compensatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 239000011381 foam concrete Substances 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области производства теплоизоляционных материалов и может быть использовано в транспортном, гражданском и промышленном строительстве для теплоизоляции дорожного полотна, стен и/или различных элементов жилых сооружений. Технический результат изобретения заключается в получении пористого геополимерного материала, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3. Шихта для изготовления пористого геополимерного материала включает отходы угольной генерации, активирующий компонент и порообразователь, при этом в качестве отходов угольной генерации используют золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ, имеющие химический состав, мас. %: SiO2 61,57; Al2O3 17,91; Fe2O3 6,01; MgO 2,75; Na2O 3,59; K2O 2,32; CaO 2,1; TiO2 0,83; MnO 0,07; P2O5 0,21; SO3 0,32; ППП 2,32, в качестве активирующего компонента - жидкое стекло и порошок NaOH, а в качестве порообразователя 30% раствор пероксида водорода при следующем соотношении компонентов, мас. %: золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ 68-72, порошок NaOH 1-4, техническая вода 3-8, жидкое стекло 20-24, 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 1-3. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области производства теплоизоляционных материалов и может быть использовано в транспортном, гражданском и промышленном строительстве для теплоизоляции дорожного полотна, стен и/или различных элементов жилых сооружений.
Известна шихта для получения геополимера с регулируемой пористостью (Патент РФ 2503617; опубл. 10.01.2014 г., МПК С01В 33/26, С04В 38/04), включающая алюмосиликатное сырье (метакаолин), катионы-компенсаторы (щелочные металлы) и кремнезем. Недостатками являются то, что полученный геополимерный материал обладает пористостью не более 53%, что свидетельствует о высокой плотности материала.
Известна шихта для геополимерного композиционного связующего (Патент РФ 2517729; опубл. 27.05.2014 г., МПК С04В 7/28, С04В 7/153, С04В 28/08, С04В 40/00, Е01С 7/10, С04В 111/20), включающая летучую золу, ускоритель гелеобразования (например, метакаолин, некоторые дегидратированные глины, дегидратированные цеолиты, нано- и микрокремнезем, глинозем), ускоритель твердения, имеющий состав, отличный от состава золы (высококальциевая летучая зола) и активатор (раствор гидроксида натрия и силиката натрия). Недостатками являются то, что сырьевая смесь служит связующим для цемента или бетона, которая не обладает пористостью.
Наиболее близким является состав для получения шлакощелочного ячеистого бетона плотностью 400, 600 и 800 кг/м3 (Патент РФ 2777325; опубл. 02.08.2022 г., МПК С04В 28/26, С04В 38/02), включающий молотый доменный гранулированный шлак, кислую золу-уноса, щелочной компонент и порообразователь, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Низкомодульное жидкое стекло | 21,20-38,10 |
| Череповецкий молотый доменный гранулированный | |
| шлак и кислая зола-уноса | 27,80-46,80 |
| Кислые золошлаковые отходы фракции 0-5 мм и | |
| технический углерод | 28,30-29,10 |
| Раствор пергидроля | 2,90-5,80 |
Недостатками прототипа являются то, что сырьевая смесь не позволяет получать материалы с плотностью менее 400 кг/м3.
Задача изобретения - утилизация золошлаковых отходов за счет их использования при получении геополимерного материала, а также разработка шихты для изготовления пористого геополимерного материала на основе отходов угольной генерации Северодвинской ТЭЦ-1.
Технический результат изобретения заключается в получении пористого геополимерного материала, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Технический результат достигается за счет того, что шихта для изготовления пористого геополимерного материала, содержит в качестве отходов угольной генерации золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ, имеющие химический состав, мас. %: SiO2 61,57; Al2O3 17,91; Fe2O3 6,01; MgO 2,75; Na2O 3,59; K2O 2,32; CaO 2,1; TiO2 0,83; MnO 0,07; P2O5 0,21; SO3 0,32; ППП 2,32, в качестве активирующего компонента жидкое стекло и порошок NaOH, а в качестве порообразователя 30% раствор пероксида водорода, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 68-72 |
| Порошок NaOH | 1-4 |
| Техническая вода | 3-8 |
| Жидкое стекло | 20-24 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 1-3 |
Шихту готовят следующим образом: для щелочной активации золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ в качестве активирующего вещества используется смесь жидкого стекла и раствора NaOH. Для приготовления раствора NaOH использовали отдельную емкость в которой смешивали заранее отвешенную навеску порошка NaOH с чистотой 99% и техническую воду до получения молярной концентрации 12 моль/л. Приготовленный раствор NaOH смешивали с навеской жидкого стекла, после чего полученную суспензию вливали в навеску золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ. Перемешивание суспензии вели в течение 60 секунд механическим способом. После приготовления смеси в состав добавляли в качестве порообразователя 30% раствора пероксида водорода, после чего смесь перемешивали еще 30 секунд механическим способом. Далее полученную смесь разливали в формы и отправляли на отверждение. Отверждение смеси проводили в микроволновой печи при мощности микроволн 700 Вт в течение 300 секунд с получением пористого геополимерного материала.
Получение геополимерного материала происходит путем щелочной активации алюмосиликатных компонентов золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ активирующим раствором и взаимодействия во время отверждения активирующего раствора с 30% раствором пероксида водорода с образованием кислорода, оказывающего пенообразующий эффект.
В таблице приведены свойства полученных пористых геополимерных материалов.
Пример №1.
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала имеет следующий компонентный состав, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 72 |
| Порошок NaOH | 1 |
| Техническая вода | 3 |
| Жидкое стекло | 24 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 1 |
Геополимерные материалы готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси 72% золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ, 1% порошка NaOH, 3% технической воды, 24% жидкого стекла, 1% 30% раствора пероксида водорода дает возможность получение материала прочностью на сжатие 1,54±0,11 МПа и средней плотностью 388±10 кг/м3, что соответствует техническому результату, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Пример №2.
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала имеет следующий компонентный состав, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 68 |
| Порошок NaOH | 4 |
| Техническая вода | 8 |
| Жидкое стекло | 20 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 3 |
Геополимерные материалы готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси 68% золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ, 4% порошка NaOH, 8% технической воды, 20% жидкого стекла, 3% 30% раствора пероксида водорода дает возможность получение материала прочностью на сжатие 1,46±0,11 МПа и средней плотностью 384±9 кг/м3, что соответствует техническому результату, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Пример №3.
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала имеет следующий компонентный состав, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 70 |
| Порошок NaOH | 3 |
| Техническая вода | 5 |
| Жидкое стекло | 22 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 2 |
Геополимерные материалы готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси 70% золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ, 3% порошка NaOH, 5% технической воды, 22% жидкого стекла, 2% 30% раствора пероксида водорода дает возможность получение материала прочностью на сжатие 1,35±0,09 МПа и средней плотностью 337±14 кг/м3, что соответствует техническому результату, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Пример №4.
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала имеет следующий компонентный состав, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 73 |
| Порошок NaOH | 0,5 |
| Техническая вода | 1,5 |
| Жидкое стекло | 25 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 4 |
Геополимерные материалы готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси большего количества (73%) золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ, малого количества (0,5%) порошка NaOH, малого количества (1,5%) технической воды, большего количества (25%) жидкого стекла, большего количества (5%) 30% раствора пероксида водорода дает возможность получение материала прочностью на сжатие 1,69±0,05 МПа и средней плотностью 496±16 кг/м3, что не соответствует техническому результату, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Пример №5.
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала имеет следующий компонентный состав, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 67 |
| Порошок NaOH | 5 |
| Техническая вода | 9 |
| Жидкое стекло | 19 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 0,5 |
Геополимерные материалы готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси малого количества (67%) золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ, большого количества (5%) порошка NaOH, большого количества (9%) технической воды, малого количества (19%) жидкого стекла, малого количества (0,5%) 30% раствора пероксида водорода дает возможность получение материала прочностью на сжатие 1,72±0,04 МПа и средней плотностью 518±12 кг/м3, что не соответствует техническому результату, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Как видно из таблицы, требуемыми свойствами обладают образцы №1, 2, 3. Образцы №4, 5, вследствие своей неудовлетворительной плотности, не могут обеспечить требуемого уровня свойств и являются непригодными для производства.
Claims (2)
- Шихта для изготовления пористого геополимерного материала, включающая отходы угольной генерации, активирующий компонент и порообразователь, отличающаяся тем, что в качестве отходов угольной генерации используют золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ, имеющие химический состав, мас. %: SiO2 61,57; Al2O3 17,91; Fe2O3 6,01; MgO 2,75; Na2O 3,59; K2O 2,32; CaO 2,1; TiO2 0,83; MnO 0,07; P2O5 0,21; SO3 0,32; ППП 2,32, в качестве активирующего компонента - жидкое стекло и порошок NaOH, а в качестве порообразователя 30% раствор пероксида водорода при следующем соотношении компонентов, мас. %:
-
Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ 68-72 Порошок NaOH 1-4 Техническая вода 3-8 Жидкое стекло 20-24 30% раствор пероксида водорода, сверх 100% 1-3
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2809197C1 true RU2809197C1 (ru) | 2023-12-07 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107344863A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-11-14 | 浙江大学 | 一种基于粉煤灰的地质聚合物多孔保温材料及其制备方法 |
| CN114272910A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-04-05 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 粉煤灰基多孔地质聚合物-沸石复合材料、制备及应用 |
| WO2023080676A1 (ko) * | 2021-11-05 | 2023-05-11 | 흥국산업 주식회사 | 마이크로파를 이용한 석탄 비산재 기반 지오폴리머 폼의 제조방법 |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107344863A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-11-14 | 浙江大学 | 一种基于粉煤灰的地质聚合物多孔保温材料及其制备方法 |
| WO2023080676A1 (ko) * | 2021-11-05 | 2023-05-11 | 흥국산업 주식회사 | 마이크로파를 이용한 석탄 비산재 기반 지오폴리머 폼의 제조방법 |
| CN114272910A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-04-05 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 粉煤灰基多孔地质聚合物-沸石复合材料、制备及应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Yatsenko E. A. et al. Improving the properties of porous geopolymers based on TPP ash and slag waste by adjusting their chemical composition. MDPI, Materials (Basel), 31 March 2022. Feng J. et al. Development of porous fly ash-based geopolymer with low thermal conductivity. Material and Design. 2015. Vol.65, p.529-533. ЕРОШКИНА Н.А., КОРОВИН М.О. Геополимерные строительные материалы на основе промышленных отходов. Монография. Пенза. 2014, с.20-23, с.75-77. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | An overview on the reuse of waste glasses in alkali-activated materials | |
| US9919974B2 (en) | High-strength geopolymer composite cellular concrete | |
| RU2599742C2 (ru) | Геополимерный композит для бетона ультравысокого качества | |
| CA2768626C (en) | Tailored geopolymer composite binders for cement and concrete applications | |
| Al Bakri Abdullah et al. | Optimization of alkaline activator/fly ash ratio on the compressive strength of manufacturing fly ash-based geopolymer | |
| AU2023210634A1 (en) | Inorganic foam based on calcium sulfoaluminate | |
| NZ527772A (en) | Alkali activated fly ash based geopolymer cements and methods for their production | |
| Tashima et al. | Alkali activated materials based on fluid catalytic cracking catalyst residue (FCC): Influence of SiO2/Na2O and H2O/FCC ratio on mechanical strength and microstructure | |
| KR101852037B1 (ko) | 폐촉매 슬래그와 실리콘 슬러지를 이용한 경량 기포 지오폴리머 제조방법 | |
| KR20120117108A (ko) | 바텀애시를 포함하는 결합재 | |
| KR101499678B1 (ko) | 실리콘망간 슬래그 분말을 이용한 지오폴리머 및 그 제조방법 | |
| Alonso et al. | Viability of the use of construction and demolition waste aggregates in alkali-activated mortars | |
| Rashad et al. | Effect of Silica Fume and Activator Concentration on Metakaolin Geopolymer Exposed to Thermal Loads. | |
| Castaldelli et al. | Preliminary studies on the use of sugar cane bagasse ash (SCBA) in the manufacture of alkali activated binders | |
| RU2809197C1 (ru) | Шихта для изготовления пористого геополимерного материала на основе отходов угольной генерации | |
| CA3055400A1 (en) | Inorganic foam based on geopolymers | |
| KR100929309B1 (ko) | 활성고령토와 폐콘크리트슬러지를 이용한 콘크리트 경화체 제조방법 | |
| Nazari et al. | Boroaluminosilicate geopolymers: role of NaOH concentration and curing temperature | |
| Azevedo et al. | Production of fly ash-based geopolymers using activator solutions with different Na2O and Na2SiO3 compositions | |
| Tashima et al. | Spent FCC catalyst for preparing alkali-activated binders: an opportunity for a high-degree valorization | |
| RU2817494C1 (ru) | Сырьевая смесь для изготовления керамических теплоизоляционных строительных материалов | |
| CN115427372B (zh) | 使用溶解度高于石英的二氧化硅原料生产蒸压加气混凝土的方法 | |
| JP7041918B2 (ja) | 曲げ性能が高いジオポリマー硬化体及びその製造方法 | |
| CN117263547B (zh) | 一种两阶段碱激发全固废低碳聚合物及其制备方法 | |
| KR100914258B1 (ko) | 활성고령토와 폐무기슬러지를 이용한 콘크리트 담체 |