Патент на изобретение №2287495

(54) КОМПОЗИЦИОННАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСТЕКЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к составам для получения гранулированного пеностекла, используемого в качестве эффективного теплоизоляционного материала, а также в качестве заполнителя для легких бетонов. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности готовых гранул при сдавливании в цилиндре, расширении сырьевой базы, снижении себестоимости и охране окружающей среды. Композиционная смесь для получения гранулированного пеностекла включает бой стекла, шлак ТЭЦ, растворимое стекло и пыль электрофильтров кремниевого производства при следующем соотношении компонентов мас.%:

2 табл.

Изобретение относится к составам для получения гранулированного пеностекла, используемого в качестве эффективного теплоизоляционного материала, а также в качестве заполнителя для легких бетонов.

Известно пеностекло, включающее: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₂, CaO, K₂O, Na₂O, SiC, TiO₂ [a.c. 14130676, МПК С 03 С 11/00, опубл. 30.07.88 г., Бюл. №28].

Недостатком этого пеностекла является высокая температура вспенивания 1443К.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является сырьевая смесь для получения гранулированного пеностекла [п. 2243174, МПК С 03 С 11/00, опубл. 27.12.2004 г., Бюл. №36, (прототип)], включающая бой стекла, шлак ТЭЦ, связующее – растворимое стекло и порообразователь – шлам алюминиевого производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Недостатком этой сырьевой смеси является наличие гидрофобных частиц углерода в шламе, что не позволяет вводить большое количество порообразователя и соответственно снижает количество используемых отходов.

Технический результат изобретения заключается в повышении прочности готовых гранул при сдавливании в цилиндре, расширении сырьевой базы, снижении себестоимости и охране окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что в композиционной смеси для получения гранулированного пеностекла, включающей бой стекла, шлак ТЭЦ, растворимое стекло и порообразователь, новым является то, что в качестве порообразователя используется пыль электрофильтров кремниевого производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:

В композиционной смеси для получения пеностекла используют отходы оконного и тарного стекла, шлак тепловых электростанций, в качестве связующего – растворимое стекло, а в качестве порообразователя – пыль электрофильтров завода по производству кремния, что позволяет отказаться от дорогостоящих добавок карбида кремния и технического углерода и получать пористые гранулы из отходов других производств.

Изготовление гранулированного пеностекла основано на порошковом способе, который предусматривает приготовление тонкодисперсной шихты, состоящей из порошка стекла, шлака ТЭЦ и порообразователя, формование гранул, спекание шихты с одновременной ее поризацией, закрепление пористой структуры и снятие температурных напряжений.

Технология изготовления композиционной смеси для получения гранулированного пеностекла состоит в следующем: стеклобой, шлак ТЭЦ и пыль электрофильтров кремниевого производства подвергают совместному помолу в шаровой мельнице до удельной поверхности шихты 400-500 м²/кг. Полученную смесь загружают в тарельчатый гранулятор, увлажняют растворимым стеклом плотностью 1,14-1,20 г/см³ до влажности 16-18% и гранулируют. Полученные гранулы сушат при температуре 373-393К, а затем проводят вспенивание при температуре 943-1073К в течение 6-20 минут. Вспененные гранулы пеностекла для снятия температурных напряжений выкладывают в емкости с нагретым песком.

Пыль электрофильтров кремниевого производства содержит, мас.%, мелкодисперсные: SiO₂ – 55,6; С – 20; SiC – 24; TiO₂ – 0,2; Р₂O₅ – 0,2. При данном соотношении порообразователя обеспечивается вспенивание стекол при сравнительно низких температурах 1003-1063К без кристаллизации. Кристаллизация протекает при температуре выше 1063°С, в результате чего образуется кристаллическая корочка, которая обеспечивает повышение прочности при сдавливании в цилиндре от 2,0 до 2,75 МПа, при невысокой насыпной плотности.

В шлаке ТЭЦ содержится до 33,4% СаО, до 11,0% Fe₂O₃, 9,59% п.п.п (потери при производстве, состоящие из углерода, воды и серы), до 0,60% TiO₂, до 45,41% SiO₂.

Добавка к порошку стекла остеклованного шлака ТЭЦ, растворимого стекла и пыли электрофильтров – отходов при производстве кремния способствует упрочнению готовых гранул пеностекла и улучшает процесс вспенивания при обжиге.

Совместное введение с пылью электрофильтров мелкодисперсных SiO₂; С; SiC; TiO₂; P₂O₅; SO₃ и Fe₂O₃, введенных со шлаком ТЭЦ, положительно влияет на процесс вспенивания и упрочнения пеностекла.

При термообработке от температуры 793К начинается плавное выгорание углерода, который вступает в реакцию с триоксидом серы, содержащимся в стекле и шлаке с образованием газообразных оксидов

SO₃+CS^2-+CO+CO₂

Двухвалентная сера S^2- вступает в реакцию с оксидом железа Fe₂O₃ по схеме

S^2-+Fe₂O₃FeS₂+O₂

Углерод с кислородом образуют углекислый газ по схеме:

С+О₂СО₂

С парами воды выделяется активный водород

С+Н₂O2Н+СО

Выделяющийся атомарный водород участвует в разложении сульфида железа (сульфидов металлов)

FeS₃+2HH₂S+Fe

MeS₂+2НH₂S+Me

Пирит в восстановительных условиях восстанавливается по схеме:

3FeS₂+С6S+Fe₃C

и распределяется по всему объему в мелкодисперсном состоянии.

При контакте с парами воды, выделяющимися из гранул влажностью до 2%, идет интенсивное выделение газов по схеме:

3S+2Н₂OSO₂+2H₂S

о чем свидетельствует запах сероводорода при раздавливании гранул.

Процесс вспенивания в присутствии газов СО, CO₂ и H₂S протекает очень интенсивно.

Таким образом, введение пыли электрофильтров кремниевого производства в композиционную смесь, содержащую бой стекла и шлак ТЭЦ, позволяет получить гранулированное пеностекло с равномерной пористой структурой и повышает показатели по прочности при пониженных температурах 943-1063К, а содержащийся в пыли электрофильтров диоксид титана в комбинации с сульфидной серой, углеродом и пятиокисью фосфора способствуют кристаллизации без применения дорогостоящих фторсолей.

Для полученного по такой технологии гранулированного пеностекла характерна сферическая форма пор преимущественно замкнутой структуры.

В таблице 1 приведены составы смесей для приготовления гранулированного пеностекла.

В таблице 2 приведены показатели свойств полученных материалов.

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что из предлагаемой композиционной смеси получают гранулированное пеностекло, обладающее насыпной плотностью от 165 до 200 кг/см³ при более низких температурах вспенивания (1003-1063К) и прочностью при сдавливании в цилиндре от 2,00 до 2,75 МПа.

Использование шлаков тепловых электростанций и пыли электрофильтров кремниевого производства позволяет расширить сырьевую базу, снизить себестоимость производства гранулированного пеностекла и одновременно решает проблему утилизации отходов и охраны окружающей среды и сокращает расходы на содержание отвалов.

Формула изобретения

Композиционная смесь для получения гранулированного пеностекла, включающая бой стекла, шлак ТЭЦ, растворимое стекло и порообразователь, отличающаяся тем, что в качестве порообразователя содержит пыль электрофильтров кремниевого производства при следующем соотношении компонентов, мас.%: