RU2817369C1 - Способ получения пеносиликатного материала - Google Patents

Способ получения пеносиликатного материала Download PDF

Info

Publication number
RU2817369C1
RU2817369C1 RU2023134275A RU2023134275A RU2817369C1 RU 2817369 C1 RU2817369 C1 RU 2817369C1 RU 2023134275 A RU2023134275 A RU 2023134275A RU 2023134275 A RU2023134275 A RU 2023134275A RU 2817369 C1 RU2817369 C1 RU 2817369C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
temperature
minutes
silicate material
charge
Prior art date
Application number
RU2023134275A
Other languages
English (en)
Inventor
Надежда Кимовна Манакова
Ольга Васильевна Суворова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2817369C1 publication Critical patent/RU2817369C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности пеносиликатного теплоизоляционного материала. Способ получения пеносиликатного материала включает дозирование компонентов шихты, их перемешивание, гидротермальную обработку шихты и загрузку ее в форму, выдержку на воздухе, вспенивание шихты в печи при повышенной температуре, понижение температуры, отжиг пеносиликатного материала и его охлаждение в печи до температуры окружающей среды. В качестве компонентов шихты используют микрокремнезем, гидроксид натрия, наполнитель в виде нефелинсодержащего компонента – нефелиновый концентрат, модифицирующую добавку – мел и гипс. Технический результат – снижение показателей водопоглощения и теплопроводности пеносиликатного материала. 6 пр.

Description

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности пеносиликатного теплоизоляционного материала.
В современной строительной индустрии все большее значение имеют технологии, позволяющие получить теплоизоляционные материалы, способствующие сбережению энергетических ресурсов. Всей совокупности предъявляемых к теплоизоляционным материалам требований по теплофизическим и эксплуатационным показателям удовлетворяет пеностекло. Большой интерес представляют более дешевые и простые в изготовлении вспененные силикаты, но уступающие классическому пеностеклу в основном из-за высокого показателя водопоглощения. В качестве сырья для получения пеносиликатов успешно используются кремнеземсодержащие техногенные отходы, в первую очередь в аморфном состоянии. Аморфный кремнезем используется для создания пеносиликатов за счет образования вяжущих композиций со щелочами. Источником порообразующих газов в области пиропластичного состояния являются гидратированные полисиликаты натрия, которые образуются при увлажнении высокоактивного аморфного кремнезема раствором гидроксида натрия. Однако, в технологии изготовления пеносиликатных теплоизоляционных материалов возникает проблема обеспечения пониженного водопоглощения изделий при их пониженной теплопроводности.
Известен способ получения пеносиликатного материала (см. пат. 2520280 РФ, МПК С03С 11/00, С03В 19/08 (2006.01), 2014), согласно которому готовят шихту, содержащую аморфную кремнеземистую породу и натрие-вое жидкое стекло с модулем 1,2-1,5 и плотностью 1350-1400 кг/м при следующем соотношении компонентов, мас. %: аморфная кремнеземистая порода - 43, натриевое жидкое стекло - 57. Исходные компоненты шихты перемешивают в течение 10-15 минут и получают пластичную формовочную массу, которую гранулируют с последующим опудриванием гранул во вспученном вермикулите с размером зерен 0,5-2,5 мм. Вспенивание гранулированной шихты проводят в замкнутом объеме металлической формы при температуре 680-700°С в течение 0,5-1 часа. Охлаждение форм с готовыми изделиями проводят от температуры вспенивания до температуры 50°С на воздухе в течение 1-3 часов. Полученный пеносиликатный материал имеет прочность при сжатии 1,28-1,57 МПа, плотность 200-300 кг/м, коэффициент теплопроводности 0,058-0,086 Вт/мК.
Данный способ характеризуется повышенным показателем теплопроводности, наличием стадии гранулирования и опудривания, повышенной температурой вспенивания, пониженной прочностью полученного пеносиликатного материала. Гранулирование влечет лишние энергозатраты и использование дополнительного оборудования. Опудривание предполагает измельчение вспученного вермикулита, что ведет к увеличению числа операций и росту потребления электроэнергии.
Известен также принятый в качестве прототипа способ получения пеносиликатного материала (см. пат.2787671 РФ, МПК С04В 38/06, С04В 35/16 (2006.01), 2023), включающий приготовление шихты путем дозирования компонентов при их соотношении, мас. %: микрокремнезем 57,87-65,71, гидроксид натрия в пересчете на Na2O 14,47-17,14, наполнитель в виде отходов обогащения апатито-нефелиновых руд 12,38-14,29 и модифицирующая добавка в виде золы или золошлаковой смеси 4,76-14,89. Компоненты шихты перемешивают, загружают в форму и выдерживают на воздухе 20-24 часа. Затем осуществляют вспенивание шихты при температуре 650-675°С в течение 25-35 минут. После этого в течение 5-7 минут температуру понижают до 500-570°С и осуществляют отжиг пеносиликатного материала при этой температуре в течение 10-15 минут с последующим охлаждением в печи до температуры окружающей среды. Способ позволяет получить пеносиликатный материал с прочностью при сжатии 3,7-4,6 МПа, средней плотностью 380-440 кг/м3, водопоглощением 6,1-8,3 об. % и теплопроводностью 0,066-0,069 Вт/м⋅K.
Известный способ характеризуется повышенными показателями водопоглощения и теплопроводности полученного пеносиликатного материала.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в снижении показателей водопоглощения и теплопроводности пеносиликатного материала.
Технический результат достигается тем, что в способе получения пеносиликатного материала, включающем дозирование компонентов шихты, их перемешивание, загрузку шихты в форму, выдержку на воздухе, вспенивание шихты в печи при повышенной температуре, понижение температуры, отжиг пеносиликатного материала и его охлаждение в печи до температуры окружающей среды, при этом в качестве компонентов шихты используют микрокремнезем, гидроксид натрия, наполнитель в виде нефелинсодержащего компонента и модифицирующую добавку, согласно изобретению, в качестве нефелинсодержащего компонента шихты берут нефелиновый концентрат, а в качестве модифицирующей добавки - мел и гипс, компоненты шихты дозируют при следующем соотношении, мас. %: микрокремнезем 51-54, гидроксид натрия в пересчете на Na2O 13-14, нефелиновый концентрат 25-26, мел 4,5-7,5, гипс 1,75-4,5, перед загрузкой шихты в форму ее подвергают гидротермальной обработке при температуре 90-95°С в течение 5-7 минут, а вспенивание шихты ведут при температуре 700-725°С в течение 25-30 минут.
Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.
Использование нефелинового концентрата в качестве нефелинсодер-жащего компонента обусловлено тем, что нефелин, входящий в его состав, является эффективной модифицирующей добавкой, улучшающей прочностные характеристики пеносиликатного материала.
Введение в состав шихты двухкомпонентной добавки, состоящей из мела и гипса, приводит к образованию водонерастворимых соединений силикатов кальция и соответственно снижению показателя водопоглощения пеносиликатного материала. Добавление мела и гипса способствует упорядочиванию структуры материала, приводя к снижению теплопроводности.
Дозирование компонентов шихты при соотношении, мас. %: микрокремнезем 51-54, гидроксид натрия в пересчете на Na2O 13-14, нефелиновый концентрат 25-26, мел 4,5-7,5, гипс 1,75-4,5, обеспечивает получение пеносиликатного материала с заданными техническими характеристиками, в том числе с пониженными водопоглощением и теплопроводностью.
Проведение гидротермальной обработки шихты при температуре 90-95°С в течение 5-7 минут перед ее загрузкой в форму способствует интенсификации процессов силикатообразования. Гидротермальная обработка при температуре ниже 90°С в течение менее 5 минут приводит к медленному си-ликатообразованию и недостаточному вспениванию шихты, а при температуре выше 95°С в течение более 7 минут - быстрому силикатообразованию, приводящему к образованию крупных пор при вспенивании шихты.
Вспенивание шихты при температуре 700-725°С в течение 25-30 минут способствует интенсивному порообразованию в силикатной массе и формированию равномерной пористой структуры пеносиликатного материала. Вспенивание шихты при температуре ниже 700°С в течение менее 25 минут ведет к получению пеносиликата с повышенной плотностью, а при температуре выше 725°С в течение более 30 минут будет формироваться открытая пористость, что приводит к увеличению водопоглощения пеносиликата.
Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в снижении показателей водопоглощения и теплопроводности пеносиликатного материала.
Сущность и преимущества заявленного способа получения пеносиликатного материала могут быть более наглядно проиллюстрированы следующими Примерами конкретного выполнения. В Примерах в качестве сырьевых компонентов шихты используют микрокремнезем, нефелиновый концентрат, мел и гипс, при этом мел и гипс - в качестве модифицирующей добавки.
В качестве кремнеземсодержащего сырья берут микрокремнезем, получаемый при кислотной переработке нефелинового концентрата, с удельной поверхностью 213-233 м2/г, насыпной плотностью 255-259 кг/м3, имеющий следующий химический состав, мас. %: SiO2 78,3, TiO2 0,13, Ре2О3 0,94, Al2O3 1,67, СаО 0,12, P2O5 0,10, K2O 0,66, потери при прокаливании - остальное.
Гидроксид натрия NaOH используют в составе шихты в качестве щелочного компонента. Он соответствует требованиям ГОСТ Р 55064-2012 и может быть использован в виде водного раствора различной концентрации, предпочтительно 45% водного раствора. В составе шихты гидроксид натрия содержится в количестве 13-14 мас. % в пересчете на Na2O.
В качестве наполнителя берут нефелиновый концентрат Хибинского месторождения с удельной поверхностью 0,55 м /г, насыпной плотностью 1310 кг/м, который имеет следующий химический состав, мас. %: SiO2 37,92, TiO2 0,56, Fe2O3 2,04, Al2O3 29,7, MgO 0,39, СаО 0,60, P2O5 0,07, K2O 7,23, потери при прокаливании - остальное. Минеральный состав нефелинового концентрата, мас. %: 75-80 нефелин, 8-16 полевые шпаты, 1,5-10 вторичные минералы по нефелину, 1,5-5 эгирин, 0,4-0,6 титаномагнетит, 0,2-0,8 апатит, 0,5-1,0 титанит.
В качестве модифицирующей добавки берут мел строительный марки МТД-2 и гипс строительный марки Г-4.
Пример 1. Готовят шихту путем дозирования компонентов при их следующем соотношении, мас. %: микрокремнезем - 53, гидроксид натрия в пересчете на Na2O - 13 в виде 45% раствора, нефелиновый концентрат - 25 в качестве наполнителя, мел - 4,5 и гипс - 4,5 в качестве модифицирующей добавки. Компоненты шихты перемешивают в течение 12 минут, подвергают гидротермальной обработке при 90°С в течение 6 минут, затем шихту загружают в форму и выдерживают 22 часа на воздухе. После этого осуществляют вспенивание шихты в печи при 700°С в течение 25 минут. Затем температуру понижают в течение 5 минут до 500°С и осуществляют отжиг изделия при этой температуре в течение 15 минут. После этого печь отключают и изделие охлаждают в печи до температуры окружающей среды со скоростью 0,4-0,6°С/мин. Полученный пеносиликатный материал имеет прочность при сжатии 3,4 МПа, среднюю плотность 520 кг/м, водопоглощение 6,29 об. %, коэффициент теплопроводности 0,062 Вт/м⋅K.
Пример 2. Готовят шихту путем дозирования компонентов при их следующем соотношении, мас. %: микрокремнезем - 54, гидроксид натрия в пересчете на Na2O - 14 в виде 45% раствора, нефелиновый концентрат - 25 в качестве наполнителя, мел - 4,67 и гипс - 2,33 в качестве модифицирующей добавки. Компоненты шихты перемешивают в течение 15 минут, подвергают гидротермальной обработке при 90°С в течение 6 минут, затем шихту загружают в форму и выдерживают 24 часа на воздухе. После этого осуществляют вспенивание шихты в печи при температуре 725°С в течение 30 минут. Затем температуру понижают в течение 7 минут до 520°С и осуществляют отжиг изделия при этой температуре в течение 10 минут. После этого печь отключают и изделие охлаждают в печи до температуры окружающей среды со скоростью 0,4-0,6°С/мин. Полученный пеносиликатный материал имеет прочность при сжатии 2,7 МПа, водопоглощение 6,38 об. %, среднюю плотность 490 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,059 Вт/м⋅K.
Пример 3. Готовят шихту путем дозирования компонентов при их следующем соотношении, мас. %: микрокремнезем - 51, гидроксид натрия в пересчете на Na2O - 13 в виде 45% раствора, нефелиновый концентрат - 26 в качестве наполнителя, мел - 6,67 и гипс - 3,33 в качестве модифицирующей добавки. Компоненты шихты перемешивают в течение 14 минут, подвергают гидротермальной обработке при 90°С в течение 7 минут, затем шихту загружают в форму и выдерживают 23 часа на воздухе. После этого осуществляют вспенивание шихты в печи при температуре 725°С в течение 25 минут. Затем температуру понижают в течение 6 минут до 550°С и осуществляют отжиг изделия при этой температуре в течение 15 минут. После этого печь отключают и изделие охлаждают в печи до температуры окружающей среды со скоростью 0,4-0,6°С/мин. Полученный пеносиликатный материал имеет прочность при сжатии 3,3 МПа, среднюю плотность 520 кг/м, водопоглощение 5,7 об. %, коэффициент теплопроводности 0,064 Вт/м⋅K.
Пример 4. Готовят шихту путем дозирования компонентов при их следующем соотношении, мас. %: микрокремнезем - 53, гидроксид натрия в пересчете на Na2O - 13 в виде 45% раствора, нефелиновый концентрат - 26 в качестве наполнителя, мел - 6 и гипс - 2 в качестве модифицирующей добавки. Компоненты шихты перемешивают в течение 11 минут, подвергают гидротермальной обработке при 95°С в течение 5 минут, затем шихту загружают в форму и выдерживают 21 час на воздухе. После этого осуществляют вспенивание шихты в печи при температуре 725°С в течение 25 минут. Затем температуру понижают в течение 5 минут до 540°С и осуществляют отжиг изделия при этой температуре в течение 14 минут. После этого печь отключают и изделие охлаждают в печи до температуры окружающей среды со скоростью 0,4-0,6°С/мин. Полученный пеносиликатный материал имеет прочность при сжатии 3,3 МПа, среднюю плотность 480 кг/м, водопоглощение 4,8 об. %, коэффициент теплопроводности 0,060 Вт/м⋅K.
Пример 5. Готовят шихту путем дозирования компонентов при их следующем соотношении, мас. %: микрокремнезем - 51, гидроксид натрия в пересчете на Na2O - 13 в виде 45% раствора, нефелиновый концентрат - 26 в качестве наполнителя, мел - 7,5 и гипс - 2,5 в качестве модифицирующей добавки. Компоненты шихты перемешивают в течение 10 минут, подвергают гидротермальной обработке при 95°С в течение 5 минут, затем шихту загружают в форму и выдерживают 20 часов на воздухе. После этого осуществляют вспенивание шихты в печи при температуре 725°С в течение 25 минут. Затем температуру понижают в течение 5 минут до 540°С и осуществляют отжиг изделия при этой температуре в течение 14 минут. После этого печь отключают и изделие охлаждают в печи до температуры окружающей среды со скоростью 0,4-0,6°С/мин. Полученный пеносиликатный материал имеет прочность при сжатии 3,6 МПа, среднюю плотность 520 кг/м, водопоглощение 5,3 об. %, коэффициент теплопроводности 0,063 Вт/м⋅K.
Пример 6. Готовят шихту путем дозирования компонентов при их следующем соотношении, мас. %: микрокремнезем - 54, гидроксид натрия в пересчете на Na2O - 13 в виде 45% раствора, нефелиновый концентрат - 26 в качестве наполнителя, мел - 5,25 и гипс - 1,75 в качестве модифицирующей добавки. Компоненты шихты перемешивают в течение 10 минут, подвергают гидротермальной обработке при 95°С в течение 5 минут, затем шихту загружают в форму и выдерживают 20 часов на воздухе. После этого осуществляют вспенивание шихты в печи при температуре 725°С в течение 26 минут. Затем температуру понижают в течение 5 минут до 530°С и осуществляют отжиг изделия при этой температуре в течение 15 минут. После этого печь отключают и изделие охлаждают в печи до температуры окружающей среды со скоростью 0,4-0,6°С/мин. Полученный пеносиликатный материал имеет прочность при сжатии 3,2 МПа, среднюю плотность 460 кг/м3, водопоглощение 4,3 об. %, коэффициент теплопроводности 0,059 Вт/м⋅K.
Из вышеприведенных Примеров видно, что способ согласно изобретению позволяет получить пеносиликатный материал с пониженными водопо-глощением 4,3-6,38 об. % и теплопроводностью 0,059-0,064 Вт/м⋅K при обеспечении приемлемых значений прочности и плотности. Способ может быть реализован в промышленных условиях.

Claims (1)

  1. Способ получения пеносиликатного материала, включающий дозирование компонентов шихты, их перемешивание, загрузку шихты в форму, выдержку на воздухе, вспенивание шихты в печи при повышенной температуре, понижение температуры, отжиг пеносиликатного материала и его охлаждение в печи до температуры окружающей среды, при этом в качестве компонентов шихты используют микрокремнезем, гидроксид натрия, наполнитель в виде нефелинсодержащего компонента и модифицирующую добавку, отличающийся тем, что в качестве нефелинсодержащего компонента берут нефелиновый концентрат, а в качестве модифицирующей добавки - мел и гипс, компоненты шихты дозируют при следующем соотношении, мас. %: микрокремнезем 51-54, гидроксид натрия в пересчете на Na2O 13-14, нефелиновый концентрат 25-26, мел 4,5-7,5, гипс 1,75-4,5, перед загрузкой шихты в форму ее подвергают гидротермальной обработке при 90-95°С в течение 5-7 минут, а вспенивание шихты ведут при температуре 700-725°С в течение 25-30 минут.
RU2023134275A 2023-12-20 Способ получения пеносиликатного материала RU2817369C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2817369C1 true RU2817369C1 (ru) 2024-04-15

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101306919A (zh) * 2008-07-02 2008-11-19 东北大学 一种用含钛高炉渣制备泡沫玻璃的方法
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
RU2568199C1 (ru) * 2014-06-26 2015-11-10 Игорь Александрович Кисиль Минеральный вспененно-волокнистый теплоизоляционный материал
RU2703032C1 (ru) * 2019-02-05 2019-10-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) Способ получения пеносиликатного материала
RU2787671C1 (ru) * 2022-04-21 2023-01-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) Способ получения пеносиликатного материала

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101306919A (zh) * 2008-07-02 2008-11-19 东北大学 一种用含钛高炉渣制备泡沫玻璃的方法
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
RU2568199C1 (ru) * 2014-06-26 2015-11-10 Игорь Александрович Кисиль Минеральный вспененно-волокнистый теплоизоляционный материал
RU2703032C1 (ru) * 2019-02-05 2019-10-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) Способ получения пеносиликатного материала
RU2787671C1 (ru) * 2022-04-21 2023-01-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) Способ получения пеносиликатного материала
RU2799217C1 (ru) * 2022-12-07 2023-07-04 Акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Строительство" (АО "НИЦ "Строительство") Состав шихты для получения теплоизоляционных блоков из отходов переработки апатито-нефелиновых руд

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2333176C1 (ru) Способ получения строительного материала
JPH0543666B2 (ru)
CA3019760A1 (en) Geopolymer foam formulation
KR100698873B1 (ko) 무기 경량 단열재 및 그의 제조방법
RU2403230C1 (ru) Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала
RU2397967C1 (ru) Способ получения полуфабриката для изготовления строительных материалов
KR100306866B1 (ko) 단열건축재료
WO2007133114A1 (fr) Matériau de construction et procédé de fabrication correspondant
RU2363685C1 (ru) Способ получения строительного материала
US3419495A (en) Expanded silica insulation material
RU2817369C1 (ru) Способ получения пеносиликатного материала
RU2348596C1 (ru) Строительный материал и способ его получения
Yu Influence of silica fume on the production process and properties of porous glass composite
RU2448065C2 (ru) Способ получения теплоизоляционного и утеплительного материала для строительных изделий
RU2671582C1 (ru) Способ получения теплоизоляционного материала - пеностекла и шихта для его изготовления
RU2657577C1 (ru) Способ получения вспененного теплоизоляционного материала
KR20050103058A (ko) 2중 발포 셀을 갖는 초경량골재
RU2452704C2 (ru) Способ получения полуфабриката для изготовления строительного материала
RU2536693C2 (ru) Сырьевая смесь для изготовления неавтоклавного газобетона и способ приготовления неавтоклавного газобетона
Goltsman et al. Processes of the Foaming Mixture’Components Interaction during the Foam Glass Synthesis
KR101117780B1 (ko) 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법
RU2368574C1 (ru) Сырьевая смесь для изготовления пеносиликата
RU2751525C1 (ru) Композиция для производства пористого теплоизоляционного силикатного материала
RU2532112C1 (ru) Сырьевая смесь для получения гранулированного теплоизоляционного материала
RU2592002C1 (ru) Состав пеностекольного композита