CZ307086B6 - A method of preparation of a foundry geopolymer binder and a device for implementation of this method - Google Patents

Abstract

Způsob přípravy tekutého slévárenského geopolymerního pojivá obsahujícího křemičitan sodný a hlinitan sodný, v reakční nádobě (1) s vertikálním míchacím zařízením napojeným na motor (5) s převodovkou, přičemž se upraví složka obsahující křemičitan sodný přidáním 1,25 až 3,9 hmotnostních dílů vody na 100 hmotnostních dílů vstupního křemičitanu sodného a 0,59 až 1,92 hmotnostních dílů hydroxidu sodného na 100 hmotnostních dílů křemičitanu sodného upraveného vodou, a rovněž se samostatně upraví složka obsahující hlinitan sodný přidáním 47 až 83 hmotnostních dílů 40% vodného roztoku hydroxidu sodného na 100 hmotnostních dílů vstupního hlinitanu sodného, a poté se tyto složky v poměru 12 až 20 hmotnostních dílů upravené kapalné složky hlinitanu sodného na 100 hmotnostních dílů upravené kapalné složky křemičitanu sodného nechají reagovat v reakční nádobě (1), přičemž se míchají pomocí vertikálního míchacího zařízení opatřeného dispergačním míchadlem (4) se smykovou rychlostí 300 až 500 s’1, přičemž obsah Al ve výsledném pojivu je v rozmezí 0,5 až 1,1 hmotnostních procent a obsah Si ve výsledném pojivu je v rozmezí 11,0 až 12,7 hmotnostních procent.A method for preparing a liquid foundry geopolymer binders containing sodium silicate and sodium aluminate, in a reaction vessel (1) with a vertical agitator coupled to the gearbox motor (5) with adjusting the sodium silicate-containing component by adding 1.25 up to 3.9 parts by weight of water per 100 parts by weight sodium silicate feedstock and 0.59 to 1.92 parts by weight of sodium hydroxide na 100 parts by weight of treated sodium silicate water, and also the component containing it is adjusted separately sodium aluminate by adding 47 to 83 parts by weight 40% aqueous sodium hydroxide solution to 100 parts by weight of sodium sodium aluminate, a then these components are in a proportion of 12 to 20 parts by weight adjusted sodium aluminate liquid components to 100 parts by weight of the treated liquid component sodium silicate are reacted in the reaction vessel (1) being mixed by vertical mixing a device provided with a dispersing stirrer (4) with a shear rate of 300 to 500 s’1, with an Al ve content the resulting binder is in the range of 0.5 to 1.1% by weight percent and the Si content of the resulting binder is in the range of 11.0 up to 12.7 weight percent.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu přípravy slévárenského geopolymerního pojivá, kde jednotlivé složky pojivového materiálu se nejprve upravují pro dosažení požadovaných vlastností a následně se mísí, čímž vytváří pojivá pro slévárenské směsi, přičemž způsob podle vynálezu je vhodný i pro průmyslovou velkovýrobu.The invention relates to a process for preparing a foundry geopolymer binder, wherein the individual components of the binder material are first treated to achieve the desired properties and then mixed to form binders for the foundry compositions, the process of the invention also suitable for industrial mass production.

Vynález se dále týká zařízení pro provádění způsobu výroby slévárenského geopolymerního pojivá a zařízení kjeho přípravě.The invention further relates to an apparatus for carrying out a process for the production of a foundry geopolymer binder and an apparatus for the preparation thereof.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Pro výrobu odlitků se používají licí formy a jádra, které představují negativní tvar odlitku. Formy a jádra se skládají ze žáruvzdorného materiálu, například křemenného písku a z vhodného pojivá, které propůjčuje směsi dostatečnou pevnost pro vyjmutí z formy a pro odlití kovového materiálu. Pro vytvrzení pojívaje používána celá škála vytvrzovacích způsobů. Jako pojivo jsou v široké míře používána organická pojivá. Bez ohledu na jejich složení, avšak mají tu nevýhodu, že se rozkládají v průběhu lití, v důsledku čehož se emituje značné množství škodlivých látek jako je například benzen, toluen a xyleny. Kromě toho použití organických pojiv zpravidla vede k zápachu a vzniku kouře. V některých systémech se projevují škodlivé emise i v průběhu výroby a skladování jader. Z tohoto důvodu je snaha používat anorganická pojivá.Casting molds and cores, which represent the negative shape of the casting, are used for the production of castings. The molds and cores consist of a refractory material, for example, quartz sand and a suitable binder, which confers sufficient strength to the mixture to be removed from the mold and to cast the metal material. A variety of curing methods are used to cure the binder. Organic binders are widely used as binders. Regardless of their composition, however, they have the disadvantage that they decompose during the casting process, as a result of which a considerable amount of harmful substances such as benzene, toluene and xylenes are emitted. In addition, the use of organic binders generally results in odor and smoke. In some systems, harmful emissions also occur during the production and storage of cores. For this reason, there is an attempt to use inorganic binders.

Anorganická pojivá jsou známa již dlouhou dobu, a to zejména pojivá na bázi roztoků alkalických křemičitanů, označovaných jako vodního skla. Využití vodního skla jako pojívá slévárenských směsí zahájil L. PETRŽELA v čs. patentu CZ 81 931 z 12. 12. 1947. Rozpracování použitelnosti vodního skla ajeho vytvrzení je pak uvedeno v řadě dalších patentů.Inorganic binders have been known for a long time, especially binders based on alkali silicate solutions, referred to as waterglass. The use of water glass as a binder of foundry mixtures was started by L. PETRŽELA in MS. The development of the usability of water glass and its curing is described in a number of other patents.

K vytvrzování vodního skla je používán například CO₂, což je řešeno v Britském patentu GB 634817. Vytvrzení vodního skla pomocí CO₂ a následné proplachování vzduchem je popsáno v přihlášce vynálezu DE 102012103705. Vytvrzování vodního skla kapalnými estery je popsáno v dokumentech GB 1 029 057 nebo CZ AO 217 877. Tepelné vytvrzení vodního skla je popsáno například v americkém patentu US 4 226 277 a evropské přihlášce vynálezu EP 1 802 409, ve které se také případně používá přísada ve formě částic amorfního Si0₂ pro zvýšení pevnosti.For example, CO ₂ is used to cure waterglass, as described in British patent GB 634817. Curing of waterglass by CO ₂ and subsequent air purging is described in DE 102012103705. Liquid ester curing of waterglass is described in GB 1 029 057 or CZ AO 217 877. The thermal curing of waterglass is described, for example, in U.S. Patent 4,226,277 and European Patent Application EP 1,802,409, which also optionally uses an additive in the form of amorphous SiO ₂ particles to increase strength.

Směsi pojené vodním sklem mají všeobecně tři základní problémy. Nízké pevnosti po vytvrzení, obtížnou rozpadavost po odlití a nízkou regenerovatelnost. Nízké pevnosti po vytvrzení plynným CO₂ jsou dosahovány v důsledku toho, že rychle vytvořený gel je křehký. Při vytvrzení fyzikálním způsobem, například teplem jsou dosahovány vyšší pevnosti, ale vytvrzovací proces je reversibilní a při skladování vytvrzených jader dochází k adsorpci vody a poklesu pevnosti.Waterglass blends generally have three basic problems. Low hardness after curing, difficult disintegration after casting and low regenerability. Low strengths after curing with CO ₂ gas are achieved because the rapidly formed gel is brittle. When cured by physical means, for example by heat, higher strengths are achieved, but the curing process is reversible and storage of the cured cores results in water adsorption and a decrease in strength.

Obtížná rozpadavost je ovlivněna především přítomností volných sodných iontů ve vodním skle, které reagují s povrchem křemenného písku, způsobují vysokou adhesní pevnost a po odlití je tato vrstva obtížně rozrušitelná a tak se směs po odlití velmi obtížně odstraňuje z odlitku. To je příčina i velmi nízké regenerovatelnosti směsi, pojivovou obálku lze velmi obtížně odstranit z povrchu zrn.The difficulty of disintegration is mainly influenced by the presence of free sodium ions in the water glass, which react with the surface of the quartz sand, cause high adhesion strength and, after casting, this layer is difficult to disintegrate, making the mixture very difficult to remove from the casting. This is the cause of the very low recoverability of the mixture, the binder envelope is very difficult to remove from the grain surface.

Tyto nevýhody směsí s vodním sklem se snaží řešit řada technických řešení. Některá řešení se zaměřují na úpravu vodních skel nebo použití přísad do vodních skel. Je známá například úprava vodních skel použitých pro směsi vytvrzované kapalnými estery tak, aby byly zajištěny konstantní podmínky průběhu vytvrzovací reakce. V autorském osvědčení CZ AO 195 237 je definovánA number of technical solutions seek to address these disadvantages of waterglass mixtures. Some solutions focus on the treatment of water glasses or the use of water glass additives. For example, it is known to treat the waterglass used for liquid-ester-cured mixtures so as to ensure constant conditions of the curing reaction. It is defined in the CZ AO 195 237 copyright certificate

- 1 CZ 307086 B6 parametr vodního skla tzv. koagulačnípráh, který umožňuje zajistit konstantní vlastnosti vodního skla. Takové vodní sklo však neřeší základní problémy směsí s těmito pojivý, a to rozpadavost po odlití a regenerovatelnost.The waterglass parameter, the so-called coagulation threshold, allows to ensure constant waterglass properties. Such waterglass, however, does not solve the basic problems of mixtures with these binders, namely disintegration after casting and regenerability.

V autorském osvědčení CZ AO 218 018 se uvádí, že ke zlepšení rozpadavosti a prodloužení doby zpracovatelnosti se dosahuje přidáním methylsilanolátu sodného k směsi vodního skla. Podle CZ AO 218 401 je k zlepšení výše uvedených vlastností použita přísada koloidního roztoku hydroxidu železitého s tím, že způsob výroby pojivá probíhá v magnetickém nebo ultrazvukovém poli.CZ AO 218 018 states that to improve disintegration and to extend the pot life, it is achieved by adding sodium methylsilanolate to the waterglass mixture. According to CZ AO 218 401, the addition of a colloidal ferric hydroxide solution is used to improve the above-mentioned properties, with the binder being produced in a magnetic or ultrasonic field.

V CZ AO 183 474 je k tomuto účelu použita přísada difenylsulfonu, přičemž se uvádí použití tyto přísady ve směsi vytvrzované plynným CO₂ s tím, že je dosaženo lepší rozpadavosti. Ve druhém příkladu je uvedeno použití profukování vzduchem k vytvrzení jader.In CZ AO 183 474, an additive of diphenylsulfone is used for this purpose, the use of the additive being mentioned in a mixture cured by CO ₂ gas is mentioned, with a view to better disintegration. In the second example, air purge is used to cure the cores.

V dosavadním stavu techniky existuje celá řada dalších návrhů na řešení, přičemž všechna známá řešení při použití vodních skel však vyžadují použití vysokého dávkování pojivá, aby bylo možné zajistit potřebnou dostatečnou pevnost pro vyjmutí z formy a pro odlití kovového materiálu. Při vytvrzování CO₂ je třeba dávkovat pojivo v množství 4 až 6 %, pro směsi vytvrzované kapalnými tvrdidly na bázi esterů je to 3,5 až 4,0 %.There are a number of other solutions to the prior art, but all known solutions for using water glasses require the use of a high dosage of binder in order to provide the necessary sufficient strength to remove from the mold and to cast the metal material. When curing CO ₂ , the binder is dosed in an amount of 4 to 6%, for mixtures cured with liquid hardeners based on esters it is 3.5 to 4.0%.

Nižší dávkování vodního skla umožňuje vytvrzování fyzikálním způsobem.Lower dosing of waterglass allows physical curing.

Například americká patentová přihláška US 2015/0 246 387 popisuje výrobu jader ze směsi obsahující vedle 100 hmotnostních dílů křemenného ostřiva 2 hmotnostních dílů vodního skla. Jádra jsou vyráběna na vstřelovacím stroji s jademíkem vyhřívaným na 180 °C, přičemž je uvedena doba vyhřívání 35 sekund a posledních 20 sekund je do jademíku foukán vzduch o teplotě 100 °C. Nevýhodou je skutečnost, že vytvrzený gel vodního skla je reversibilní, zpětně přijímá vlhkost a tím směs ztrácí pevnost. Vyrobená jádra musí být skladována ve speciálních prostorách s nízkou vlhkostí vzduchu. Připravené směsi silně osychají, strojní systém musí být upraven tak, aby bylo zajištěno chlazení rozprašování vodní mlhy speciálním zařízením.For example, US patent application US 2015/0 246 387 discloses the manufacture of cores from a composition comprising in addition to 100 parts by weight of quartz slag 2 parts by weight of water glass. The cores are manufactured on an injection molding machine with a 180 ° C heating jade, with a heating time of 35 seconds and the last 20 seconds blowing 100 ° C air into the jade. A disadvantage is the fact that the cured waterglass gel is reversible, absorbs moisture backwards and thereby loses strength. The cores produced must be stored in special areas with low humidity. The prepared mixtures dry strongly, the machine system must be modified to ensure the cooling of the spray of water mist by special equipment.

Výrazné zlepšení přináší nový typ pojiv, která jsou označovaná jako minerální polymery nebo také geopolymery. Některé takové systémy jsou založeny na kombinaci alkalického křemičitanu a křemičitanu hlinitého.A new type of binder, which is referred to as mineral polymers or also geopolymers, brings a significant improvement. Some such systems are based on a combination of an alkali silicate and an aluminum silicate.

V americkém patentu US 4 349 386 je popsána příprava minerálního polymeru. Při tvorbě těchto polymerů jsou míšeny dehydratovaný křemičitan hlinitý a směs silných alkálií a alkalických křemičitanu ve dvou fázích. V první fázi je ponechána směs reaktantů reagovat při teplotě okolí nejméně 1 hodinu k vytvoření viskózní minerální pryskyřice. V druhé fázi je minerální pryskyřice zahřívána kontinuálně nebo po stupních za teplot 25 až 120 °C po dobu 0,5 až 15 hodin, v závislosti na teplotě kondenzace k dalšímu vytvrzení minerální pryskyřice. Dehydratovaný křemičitan hlinitý, který je míšen s kaustickým a alkalickým křemičitanem, aby vytvořil minerální, pryskyřici, je připravován kalcinací hydratovaného křemičitanu hlinitého za teplot např. 550 °C k odstranění hydratační vody. Dále je uvedeno také použití minerální pryskyřice, tj. částečně vytvrzených polymerů vytvořených v první fázi reakcí pří teplotě okolí k vytvoření slévárenské směsi.U.S. Pat. No. 4,349,386 describes the preparation of a mineral polymer. In forming these polymers, dehydrated aluminum silicate and a mixture of strong alkali and alkali silicate are mixed in two phases. In the first phase, the reactant mixture is allowed to react at ambient temperature for at least 1 hour to form a viscous mineral resin. In the second phase, the mineral resin is heated continuously or in stages at a temperature of 25 to 120 ° C for 0.5 to 15 hours, depending on the condensation temperature to further cure the mineral resin. Dehydrated aluminum silicate, which is mixed with caustic and alkaline silicate to form a mineral resin, is prepared by calcination of hydrated aluminum silicate at temperatures such as 550 ° C to remove hydration water. The use of a mineral resin, i.e. partially cured polymers formed in the first phase by reaction at ambient temperature, to form a foundry composition is also disclosed.

V patentu se uvádí, že minerální pryskyřice je míšena s pískem a je potřeba dalšího vytvrzování po několik hodin pri teplotě okolí nebo přibližně 1,5 hodiny při 85 °C.The patent discloses that the mineral resin is mixed with sand and requires further curing for several hours at ambient temperature or about 1.5 hours at 85 ° C.

Z pohledu těchto dat je zřejmé, že tyto polymery a tento proces nejsou prakticky využitelné pro vysokou produkci jader a forem za těchto podmínek. Navíc k jejich nízkým pevnostem a dlouhému vytvrzovacímu času mají tyto polymery, jsou-li použity jako slévárenská pojivá, špatnou odolnost vůči vlhkosti a vyžadují vysokou dávku pojivá (až 6 až 7 % hmotn. vztaženo na písek) pro efektivní využití. Pro tyto nedostatky jsou slévárenská pojivá založená na těchto polymerech nepraktická pro provozní využití při teplem vytvrzovaných slévárenských aplikacích.From the perspective of these data, it is clear that these polymers and the process are not practically useful for high production of cores and molds under these conditions. In addition to their low strengths and long curing time, these polymers, when used as foundry binders, have poor moisture resistance and require a high dose of binder (up to 6 to 7 wt% based on sand) for efficient use. Because of these drawbacks, foundry binders based on these polymers are impractical for operational applications in heat cured foundry applications.

Nevýhody výše uvedeného vynálezu se snaží řešit americký patent US 5 474 606. Tento patent se týká slévárenských pojivových systémů vytvrzovaných teplem. Pojivo sestává ze dvou oddělených složek. Jednu složku tvoří roztok alkalického silikátu a druhou složku hydratovaný silikát hlinitý. Základní rozdíl proti předchozímu patentu spočívá v tom, že je použit hydratovaný křemičitan hlinitý místo křemičitanu hlinitého kalcinovaného za teplot např. 550 °C k odstranění hydratační vody. V patentu se uvádí, že zde nevzniká jako mezistupeň minerální pryskyřice. Namísto toho, pojivové systémy, které obsahují směs kaustického roztoku alkalického křemičitanu a hydratovaného křemičitanu hlinitého, jsou aplikovány na slévárenské ostřivo jako individuální komponenty spíše než minerální pryskyřice. Ovšem, polymerizace pojivového systému neprobíhá, když jsou komponenty míšeny se slévárenským ostřivem a formovány, ale místo toho nastává, až když je zformovaná slévárenská směs zahřáta na teploty 200 až 300 °C, nejlépe na 230 až 260 °C. Vzhledem k tomu, že formovací směsi připravené s tímto pojivovým systémem nepolymerizují, dokud nejsou zahřátý, mají životnost do 5 hodin.The disadvantages of the above-mentioned invention are attempted to be solved by U.S. Pat. No. 5,474,606. This patent relates to heat-curing foundry binder systems. The binder consists of two separate components. One component is an alkaline silicate solution and the other component is a hydrated aluminum silicate. The basic difference from the previous patent is that hydrated aluminum silicate is used instead of aluminum silicate calcined at a temperature of e.g. 550 ° C to remove hydration water. The patent states that there is no mineral resin as an intermediate step. Instead, binder systems that contain a mixture of caustic solution of alkali silicate and hydrated aluminum silicate are applied to the foundry sanding as individual components rather than mineral resins. However, polymerization of the binder system does not take place when the components are mixed with the foundry grit and molded, but instead occurs only when the molded foundry mixture is heated to temperatures of 200 to 300 ° C, preferably to 230 to 260 ° C. Since the molding compositions prepared with this binder system do not polymerize until heated, they have a shelf life of up to 5 hours.

Formovací směsi jsou použitelné při cenově přijatelných obsazích pojivá (všeobecně méně než 5 % hmotn. vztaženo na písek). Navíc, vzhledem k tomu, že mohou být použity komerční typy křemičitanu hlinitého obsahující hydratační vodu bez kalcinace při 500 až 650 °C k odstranění hydratační vody, jsou sníženy náklady. Toto pojivo však nedává dobré výsledky ve směsi s některými křemennými písky. Pokud písek není úplně čistý, pak životnost a odolnost proti vlhkosti je u jader znatelně snížena. Také jádra vyrobená s tímto pojivém mohou být na povrchu drobivá.The molding compositions are useful at cost-effective binder contents (generally less than 5% by weight based on sand). In addition, since commercial types of aluminum silicate containing hydration water without calcination at 500 to 650 ° C can be used to remove the hydration water, costs are reduced. However, this binder does not give good results when mixed with some quartz sands. If the sand is not completely clean, the durability and moisture resistance of the cores is noticeably reduced. Also, cores made with this binder may be friable on the surface.

Tyto nedostatky se snaží řešit patent US 5 743 953. Vynález obsahuje pojivový systém sestávající ze dvou kapalných částí a jedné práškové komponenty. Část I sestává z roztoku koloidního oxidu křemičitého a část II obsahuje silikát sodný. Část III - prášková část, je tvořena hydratovaným silikátem hlinitým. Navíc je do směsi přidán alkohol, který je včleněn do části I, části II nebo do obou. Jako cukerný alkohol je nejlépe použit sorbit. Polykondenzace pojivového systému neproběhne, když jsou části míšeny a formovány v mísiči, ale nastane až pak, když je zformovaná směs zahřátá na teplotu 200 až 300 °C, nejlépe 230 až 260 °C. Práškový silikát hlinitý je použit hydratovaný jako v předešlém patentu. Koloidní oxid křemičitý se nemusí používat, pokud má silikát sodný molámí poměr SiO₂/Na₂O větší než 2,4. Hlavním nedostatkem tohoto řešení je složitá příprava, složitý způsob vytvrzení a pomalá vytvrzovací reakce pojivového systému.These drawbacks are attempted to be solved by U.S. Pat. No. 5,743,953. The invention includes a binder system consisting of two liquid portions and one powder component. Part I consists of a colloidal silica solution and Part II contains sodium silicate. Part III - the powder part, consists of hydrated aluminum silicate. In addition, alcohol is added to the mixture and is incorporated into Part I, Part II, or both. Sorbitol is best used as the sugar alcohol. The polycondensation of the binder system does not take place when the parts are mixed and formed in the mixer, but only when the formed mixture is heated to a temperature of 200 to 300 ° C, preferably 230 to 260 ° C. Aluminum silicate powder is used hydrated as in the previous patent. Colloidal silica need not be used if the sodium silicate has a molar SiO ₂ / Na ₂ O ratio greater than 2.4. The main drawback of this solution is the complex preparation, the complex curing process and the slow curing reaction of the binder system.

Dosavadní stav techniky nabízí některé pojivové systémy, které jsou založeny na kombinaci alkalického silikátu s vodným roztokem alkalického aluminátu.The prior art offers some binder systems which are based on the combination of an alkali silicate with an aqueous solution of an alkali aluminate.

V patentu US 4 357 165 z roku 1982, který se týká slévárenských pojivových systému vytvrzovaných samovolně za studená, je popsán pojivový systém, který zahrnuje dvě samostatné složky. Každá složka se samostatně odděleně promísí s ostřivem a následně se takto připravené směsi promísí dohromady v intenzivní mísící jednotce. Tím dojde k reakci za vzniku gelu hydratovaného alumosilikátu. Jedna samostatná složka je tvořena vodným roztokem silikátu alkalického kovu a druhá složka je tvořena vodným roztokem aluminátu alkalického kovu. Optimální poměr Al₂O₃/SiO₂ ve výsledném gelu je v rozmezí 0,45 až 1,0.U.S. Pat. No. 4,357,165 of 1982, which relates to cold self-curing foundry binder systems, discloses a binder system comprising two separate components. Each component is separately mixed with the grit and then mixed together in an intensive mixing unit. This results in a reaction to form a hydrated alumosilicate gel. One separate component is an aqueous alkali metal silicate solution and the other component is an aqueous alkali metal aluminate solution. The optimum Al ₂ O ₃ / SiO ₂ ratio in the resulting gel is in the range of 0.45 to 1.0.

Tento typ intenzivního a rychlého míchání a výstupu je nezbytný pro zachování předností velmi rychlé pojivové akce aluminosilikátu. Rychlost vytvrzení je vysoká. V patentu se uvádí možnost rozebírání za 60 sec. Obě složky v slévárenském pojivovém systému jsou hydrogely a také zůstávají ve formě hydrogelů i po vytvrzení. To způsobuje skutečnost, že výsledné pojivo není odolné proti vlhkosti. Vznikají problémy při skladování jader a také se zvyšuje sklon ke slévárenským vadám, především zálupům. Pojivový systém má dvě samostatné složky. Každá složka se samostatně odděleně promísí s ostřivem a následně se takto připravené směsi promísí dohromady v intenzivní mísící jednotce. Tím dojde k reakci za vzniku gelu hydratovaného alumosilikátu. Slévárenské pojivo smícháním těchto dvou látek nelze připravit, protože dochází k okamžité reakci.This type of intense and rapid mixing and output is necessary to maintain the advantages of the very fast binding action of the aluminosilicate. The cure speed is high. The patent states the possibility of disassembly in 60 sec. Both components in the foundry binder system are hydrogels and also remain in the form of hydrogels even after curing. This is due to the fact that the resulting binder is not moisture resistant. Problems arise during the storage of the cores and also the tendency to foundry defects, especially slugs, is increasing. The binder system has two separate components. Each component is separately mixed with the grit and then mixed together in an intensive mixing unit. This results in a reaction to form a hydrated alumosilicate gel. The foundry binder by mixing these two substances cannot be prepared because an immediate reaction occurs.

Mezinárodní patentová přihláška WO 9 511 787 se vztahuje k teplem tvrditelným slévárenským pojivům obsahujícím v přimísenině: (a) rozpustný zdroj oxidu křemičitého a (b) rozpustný zdrojInternational patent application WO 9 511 787 relates to thermosetting foundry binders comprising in admixture: (a) a soluble silica source and (b) a soluble source

- 3 CZ 307086 B6 oxidu hlinitého, tak, že tento zdroj oxidu křemičitého, zdroj oxidu hlinitého nebo oba obsahují alkalický kov. Složky pojivá tvoří nasycený roztok, jsou-li míšeny s ostřivem. Vzniklá směs je formována a zahřívána při stoupající teplotě, aby vytvořila vytvrzenou slévárenskou formu pojenou dohromady krystalickou pojivou fází. Teplo je aplikováno horkým vzduchem, pečením v peci, mikrovlnami nebo přednostně na zařízení hot-box. Pojivový systém konkrétně sestává ze dvou složek, a to z roztoku koloidního oxidu křemičitého a druhá složka je tvořena pevným nebo kapalným hlinitanem sodným. Hmotnostní poměry alkálií, hliníku a křemíku vyjádřené v oxidech v pojivu se pohybují od 20 do 40 % hmotn. alkálií, od 30 do 50 % hmotn. hliníku a, od 20 do 40 % hmotn. křemíku, vztaženo na celkovou hmotnost pojivá, přednostně 28 až 32 % alkálií, 38 až 42 % hliníku a 28 až 35 % křemíku. Všechny poměry jsou vyjádřeny tak, že zdroj křemíku a hliníku jsou oxidy. Zdroj oxidu křemičitého se přidává k ostřivu jako první, následně se mísí s ostřivem zdroj oxidu hliníku. Přednostně se přidává pojivo k ostřivu v množství 1 až 5 % hmotn. vztaženo na hmotnost ostřiva. Formovací směs je zhutňována do forem a jader a zahřáta na 100 až 300 °C, přednostně na 150 až 250 °C tak dlouho, až je možno s nimi manipulovat bez lámání. Hlavní nevýhodou je dlouhá doba vytvrzování pro dosažení požadované pevnosti, která je v přihlášce stanovena až na 20 minut.Alumina, such that the silica source, the alumina source, or both comprise an alkali metal. The binder components form a saturated solution when mixed with grit. The resulting mixture is formed and heated at an increasing temperature to form a cured foundry mold bonded together by a crystalline binder phase. The heat is applied by hot air, baking in an oven, microwave, or preferably to a hot-box. Specifically, the binder system consists of two components, a colloidal silica solution, and the other component is solid or liquid sodium aluminate. The weight ratios of alkali, aluminum and silicon expressed in oxides in the binder range from 20 to 40% by weight. % alkali, from 30 to 50 wt. % aluminum, and from 20 to 40 wt. % of silicon, based on the total weight of the binder, preferably 28 to 32% of alkali, 38 to 42% of aluminum and 28 to 35% of silicon. All ratios are expressed so that the silicon and aluminum source are oxides. The silica source is added to the grit first, then the aluminum oxide source is mixed with the grit. Preferably, the binder is added to the sanding in an amount of 1 to 5 wt. based on the weight of the grog. The molding composition is compacted into molds and cores and heated to 100 to 300 ° C, preferably to 150 to 250 ° C until they can be handled without breaking. The main disadvantage is the long curing time to achieve the required strength, which is set in the application up to 20 minutes.

Dále je známé také použití samotného hlinitanu jako pojivá pro výrobu jader vytvrzovaných teplem modelového zařízení jak je uvedeno v CZ AO 147 361. Základním pojivém je hlinitan sodný. Ukazuje se, že použitelnost je omezena na jednoduché tvary jader s malým průřezem, protože vytvrzení masivnějších jader je velmi problematické. Navíc se vyznačuje špatnou rozpadavosti po odlití.It is also known to use aluminate alone as a binder for the production of heat-cured cores of a modeling apparatus as disclosed in CZ AO 147 361. The basic binder is sodium aluminate. It turns out that the applicability is limited to simple shapes of cores with small cross-section because curing of more massive cores is very problematic. In addition, it is characterized by poor disintegration after casting.

Užitný vzor CZ 13437 Ul popisuje geopolymemí pojivo slévárenských formovacích směsí. Jedná se o anorganické polymery na bázi křemíku a hliníku nazývané polysialáty. Sialátové řetězce jsou složeny z tetraedrů SiO₄ a A1O₄. Jejich negativní náboj je vyrovnáván pozitivním nábojem kationtů Na. Tento užitný vzor neřeší způsob přípravy pojivá. Ukazuje se, že tato pojivá jsou nestabilní a nedosahují potřebných stálých vlastností.Utility model CZ 13437 U1 describes a geopolymic binder of foundry molding compositions. They are inorganic polymers based on silicon and aluminum called polysiallates. Sialate chains are composed of SiO ₄ and AlO ₄ tetrahedrons. Their negative charge is compensated by the positive charge of Na cations. This utility model does not solve the binder preparation process. It turns out that these binders are unstable and do not achieve the required constant properties.

Čínská patentová přihláška CN 102910936 A popisuje způsob výroby pěnového geopolymemího materiálu přidáním hydroxidu sodného nebo hydroxidu draselného do uhelného popelu, jehož hlavními složkami jsou oxid hlinitý a oxid křemičitý. Alkalickou reakcí s uhelným popelem se vytváří geopolymer a samostatná látka, která v alkalickém prostředí způsobuje vznik plynu, a následně pěnění. Ve směsi je navíc přítomno pěnidlo (kyselina olejová). Jedná se o způsob výroby pevné izolační pěny, a nikoliv tekutého geopolymemího pojivá.Chinese patent application CN 102910936 A discloses a process for the production of foam geopolymers by adding sodium hydroxide or potassium hydroxide to coal ash, the main components of which are alumina and silica. Alkaline reaction with coal ash generates a geopolymer and a separate substance, which in an alkaline environment causes the formation of gas and subsequently foaming. In addition, a foaming agent (oleic acid) is present in the mixture. It is a method of producing a rigid insulating foam and not a liquid geopolymic binder.

Korejský patent KR 101078335 Bl popisuje způsob výroby geopolymeru k urychlení tuhnutí betonu. Geopolymer se vyrábí tak, že se připraví dispergační roztok hlinitokřemičitanu z křemičitanu sodného a síranu hlinito-draselného, do kterého se následně přidá fosforečnan sodný a hydroxid sodný. Nevýhodou je složitější matrice pojidla, kde je navíc přítomen síran i fosforečnan.Korean patent KR 101078335 B1 describes a process for producing a geopolymer to accelerate the setting of concrete. The geopolymer is produced by preparing a dispersing solution of aluminosilicate from sodium silicate and potassium aluminum sulfate, to which sodium phosphate and sodium hydroxide are subsequently added. A disadvantage is the more complex matrix of the binder, in which both sulfate and phosphate are present.

Čínská patentová přihláška CN 105541203 A popisuje suché tepelně-izolačn! malty tvořené třemi složkami, z nichž je jedna založena na geopolymemím materiálu a způsob výroby uvedené malty. Tento geopolymemí materiál se připravuje smícháním alkalické složky a hlinitokřemičitanové složky. Hlinitokřemičitanové složky ve směsi geopolymeru výrazně převažují, poměr alkalické složky a hlinitokřemičitanové složky se rovná 1 :(5 až 10). Alkalická složka sestává z křemičitanu sodného s modulem 2 až 4 a hydroxidu sodného v poměru (1 až 3): 1. Jedná se o způsob výroby suché tepelně-izolační malty (práškového materiálu), a nikoliv tekutého geopolymemího pojivá.Chinese patent application CN 105541203 A discloses dry thermal insulation. mortar consisting of three components, one of which is based on geopolyming material, and a method for producing said mortar. This geopolymer material is prepared by mixing the alkali component and the aluminosilicate component. The aluminosilicate components in the geopolymer blend are significantly predominant, the ratio of alkali component to aluminosilicate component being 1: (5 to 10). The alkaline component consists of sodium silicate having a modulus of 2 to 4 and sodium hydroxide in a ratio of (1 to 3): 1. It is a method of producing a dry heat-insulating mortar (powdered material) and not a liquid geopolymic binder.

Čínská patentová přihláška CN 105683120 Al popisuje přípravu geopolymemí pěny tvořené anorganickým pojivém, alkalickým aktivátorem, surfaktantem, látkou generující plyn a vodou. Jako alkalický aktivátor může být použit hydroxid alkalického kovu, hlinitan alkalického kovu, křemičitan alkalického kovu, případně jejich směsi.Chinese patent application CN 105683120 A1 describes the preparation of a geopolymic foam consisting of an inorganic binder, an alkaline activator, a surfactant, a gas generating agent and water. As the alkali activator, an alkali metal hydroxide, an alkali metal aluminate, an alkali metal silicate or mixtures thereof may be used.

-4CZ 307086 B6-4GB 307086 B6

Český patent CZ 295537 B6 popisuje anorganický pojivový systém pro slévárenské kompozice zahrnující křemičitan a přidaný fosforečnan. Tato kompozice vytváří pojivo, které má výhodné pevnostní vlastnosti křemičitanového pojivového systému se schopnostmi disperze fosforečnanového pojivového systému.Czech patent CZ 295537 B6 discloses an inorganic binder system for foundry compositions comprising silicate and added phosphate. This composition forms a binder having the advantageous strength properties of a silicate binder system with the phosphate binder system dispersion capabilities.

Cílem vynálezu je zlepšení vlastností anorganických pojiv tak, aby tato pojivá byla univerzálněji použitelná a zajišťovala potřebné pevnosti pro výrobu forem a jader tak, aby bylo možné vyrábět jádra a formy složitých tvarů a složitější geometrie. Dalším cílem je zlepšení rozpadavosti po odlití a zajištění vysoké regenerovatelnosti.It is an object of the invention to improve the properties of the inorganic binders so that they are more universally applicable and provide the necessary strengths for making molds and cores so that cores and molds of complex shapes and more complex geometry can be produced. Another goal is to improve the disintegration after casting and to ensure high regenerability.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny způsobem výroby tekutého slévárenského geopolymemího pojivá obsahujícího křemičitan sodný a hlinitan sodný, v reakční nádobě s vertikálním míchacím zařízením napojeným na motor s převodovkou, jehož podstata spočívá v tom, že se upraví složka obsahující křemičitan sodný přidáním 1,25 až 3,9 hmotnostních dílů vody na 100 hmotnostních dílů vstupního křemičitanu sodného a 0,59 až 1,92 hmotnostních dílů hydroxidu sodného na 100 hmotnostních dílů křemičitanu sodného upraveného vodou, a rovněž se samostatně upraví složka obsahující hlinitan sodný přidáním 47 až 83 hmotnostních dílů 40% vodného roztoku hydroxidu sodného na 100 hmotnostních dílů vstupního hlinitanu sodného, a poté se tyto složky v poměru 12 až 20 hmotnostních dílů upravené kapalné složky hlinitanu sodného na 100 hmotnostních dílů upravené kapalné složky křemičitanu sodného nechají reagovat v reakční nádobě, přičemž se míchají pomocí vertikálního míchacího zařízení opatřeného axiálním hydrofoilem a dispergačním míchadlem se smykovou rychlostí 300 až 500 s přičemž obsah Al ve výsledném pojivu je v rozmezí 0,5 až 1,1 hmotnostních procent a obsah Si ve výsledném pojivu je v rozmezí 11,0 až 12,7 hmotnostních procent.The above drawbacks are overcome by a process for producing a liquid foundry geopolymic binder comprising sodium silicate and sodium aluminate in a reaction vessel with a vertical agitator connected to a geared motor, which comprises treating the sodium silicate containing component by adding 1.25 to 3. 9 parts by weight of water per 100 parts by weight of sodium silicate feed and 0.59 to 1.92 parts by weight of sodium hydroxide per 100 parts by weight of sodium silicate treated with water, and the sodium aluminate containing component is also separately treated by adding 47 to 83 parts by weight of 40% aqueous sodium hydroxide solution per 100 parts by weight of sodium aluminate feed, and thereafter these components are maintained at a ratio of 12 to 20 parts by weight of the treated liquid sodium aluminate component per 100 parts by weight of the treated sodium silicate liquid component. The reaction mixture is reacted in a reaction vessel by means of a vertical agitator equipped with an axial hydrofoil and a dispersing stirrer having a shear rate of 300 to 500 s, the Al content of the resulting binder being between 0.5 and 1.1 weight percent and the Si content of the resulting binder. is in the range of 11.0 to 12.7 weight percent.

Podstatou vynálezu je, že slévárenské pojivo je připraveno reakcí dvou kapalných složek, jejichž základem je alkalický křemičitan sodný a hlinitan sodný. Požadovaného cíle je dosaženo tím, že jsou provedena tři základní opatření. Jednak jsou upraveny vlastnosti použitého alkalického křemičitanu a také je upraven použitý hlinitan sodný a za třetí, jejich vzájemná reakce proběhne za definovaných podmínek v zařízení, které zajistí potřebnou dispergací a tím zvýšenou aktivitu obou složek reakce.It is an object of the invention that the foundry binder is prepared by reacting two liquid components based on alkali sodium silicate and sodium aluminate. The required objective is achieved by implementing three basic measures. First, the properties of the alkali silicate used are adjusted, and the sodium aluminate used is modified, and thirdly, their mutual reaction takes place under defined conditions in the apparatus, which ensures the necessary dispersion and thus increased activity of both components of the reaction.

Běžně používaný křemičitan sodný je charakterizován obsahem sušiny, molámím poměrem SiO₂/Na₂O (křemičitanovým modulem) a viskozitou. V závislosti na způsobu výroby tyto hodnoty značně kolísají. Navíc pro slévárenské použití je významným kvalitativním parametrem hodnota prahu polymerace (koagulační práh). Pro přípravu pojivá dle vynálezu se používá kapalná složka obsahující křemičitan sodný se speciálně upravenými vlastnostmi konzistence a prahu polymerace. Podle vynálezu se upraví alkalický křemičitan tak, aby hodnoty jednotlivých parametrů byly v úzkém rozmezí. Konzistence této složky (podle DIN 53211/4 mm) je v rozmezí 25 až 40 sekund, s výhodou 30 až 35 sekund. Práh polymerace je v rozmezí 7,2 až 8,5 % Na₂O, s výhodou 7,5 až 8,0 % Na₂O. Úprava se provádí reakcí s vodou a hydroxidem sodným. Pro zajištění konstantních vlastností se provede úprava viskozity přísadou vody a pro zajištění prahu polymerace úpravou hydroxidem sodným.Commonly used sodium silicate is characterized by dry matter content, molar ratio SiO ₂ / Na ₂ O (silicate modulus) and viscosity. Depending on the production method, these values vary considerably. In addition, for foundry use, the polymerization threshold (coagulation threshold) is an important quality parameter. For the preparation of the binder according to the invention, a liquid component containing sodium silicate is used with specially adjusted consistency and polymerization threshold properties. According to the invention, the alkali silicate is adjusted so that the values of the individual parameters are within a narrow range. The consistency of this component (according to DIN 53211/4 mm) is in the range of 25 to 40 seconds, preferably 30 to 35 seconds. The polymerization threshold is in the range of 7.2 to 8.5% Na ₂ O, preferably 7.5 to 8.0% Na ₂ O. The treatment is carried out by reaction with water and sodium hydroxide. To ensure constant properties, the viscosity is adjusted by the addition of water and to ensure the polymerization threshold by treatment with sodium hydroxide.

Postup výpočtu reakční ch složek je uveden v příkladech.The procedure for calculating the reactants is given in the examples.

V příkladech i popisu vynálezu je používán pojem práh polymerace nebo také práh koagulace. Tento pojem charakterizuje reaktivnost a stabilitu alkalického křemičitanu a geopolymemího pojivá. Alkalický křemičitan je proti polymeraci, nebo gelaci stabilizován sodnými ionty. Množství těchto stabilizujících iontů definuje práh polymerace. Po překročení tohoto prahu dochází k polymeraci, neboli gelaci. Množství těchto stabilizujících iontů se stanoví pomocí přidání kyseliny do alkalického roztoku křemičitanu nebo geopolymeru. Přidáváním kyseliny do alkalickýchThe term polymerization threshold or coagulation threshold is used in both the examples and the description of the invention. This term characterizes the reactivity and stability of alkali silicate and geopolymic binder. Alkaline silicate is stabilized against polymerization or gelation by sodium ions. The amount of these stabilizing ions defines the polymerization threshold. When this threshold is exceeded, polymerization or gelation occurs. The amount of these stabilizing ions is determined by adding an acid to an alkaline solution of silicate or geopolymer. Adding acid to alkaline

-5CZ 307086 B6 roztoků geopolymemích pojiv nebo vodních skel se ruší stabilizační účinek sodných iontů. Minimální množství kyseliny HCl, které vyvolá zjevnou koagulaci, se označuje jako práh polymerace.The stabilizing effect of sodium ions is impaired by geopolymic binder solutions or waterglass solutions. The minimum amount of HCl which causes apparent coagulation is referred to as the polymerization threshold.

Druhou reakční složkou přípravy pojivá dle vynálezu je kapalná složka, jejímž základem je hlinitan sodný. Hlinitan sodný je definován v evropské normě EN 882 Chemické výrobky používané pro úpravu vody určené k lidské spotřebě - Hlinitan sodný.The second reactant of the binder preparation according to the invention is a liquid component based on sodium aluminate. Sodium aluminate is defined in European Standard EN 882 Chemicals used for treatment of water intended for human consumption - Sodium aluminate.

Pro přípravu druhé kapalné složky reakce je nutné použít úpravu podle předmětného vynálezu. Použije se kapalná složka, která je výsledkem reakce mezi hlinitanem sodným a hydroxidem sodným. Kapalná složka je pak charakterizována určitou koncentrací A1₂O₃ a Na₂O. Na₂O se zde nazývá kaustický louh - Na₂O_k. Molekulární poměr Na₂O_k / A1₂O₃ se označuje jako kaustický modul, což je hlavní kvalitativní parametr reaktantů při výrobě slévárenského pojivá. Podle předkládaného vynálezu má druhá kapalná složka reakce kaustický modul v rozmezí 3,0 až 4,0, s výhodou 3,2 až 3,8.The preparation of the second liquid reaction component requires the treatment of the present invention. The liquid component resulting from the reaction between sodium aluminate and sodium hydroxide is used. The liquid component is then characterized by a certain concentration of Al ₂ O ₃ and Na ₂ O. Na ₂ O is called caustic caustic - Na ₂ O _k . The molecular ratio of Na ₂ O _to Al ₂ O ₃ is referred to as the caustic module, which is the main quality parameter of the reactants in the production of the foundry binder. According to the present invention, the second liquid reaction component has a caustic module in the range of 3.0 to 4.0, preferably 3.2 to 3.8.

Pro vznik funkčního geopolymemího prekurzoru je nutné zajistit podmínky tak, aby proběhla potřebná reakce. Pouhé smíchání alkalického křemičitanu a hlinitanu sodného neumožní vznik potřebné reakce s požadovaným výsledkem. Pomocí vhodného zařízení se uskuteční reakce, jejímž výsledkem je geopolymemí prekurzor.For the formation of a functional geopolymic precursor, it is necessary to provide conditions so that the necessary reaction takes place. Simply mixing the alkali silicate and sodium aluminate does not give rise to the desired reaction with the desired result. The reaction is carried out with a suitable device, resulting in a geopolymic precursor.

Výše uvedené podmínky jsou dále dosaženy pomocí zařízení pro přípravu tekutého slévárenského anorganického geopolymemího pojivá, které zahrnuje reakční nádobou s vertikálním míchacím zařízením napojeným na motor s převodovkou, kteráje opatřena teplotním čidlem a odklopným víkem, přičemž reakční nádoba je uspořádaná na podstavci s tenzometrickou váhou, jehož podstata spočívá v tom, že na hřídeli míchacího zařízení je umístěn axiální hydrofoil a v odstupu vůči axiálnímu hydrofoilu je uspořádáno dispergační míchadlo, přičemž na obvodu reakční nádoby jsou uspořádané narážky.The above conditions are further achieved by a liquid inorganic geopolymic binder foundry apparatus comprising a reaction vessel with a vertical agitator coupled to a geared motor having a temperature sensor and a hinged lid, the reaction vessel being arranged on a tensometric scale pedestal of which The principle is that an axial hydrofoil is disposed on the shaft of the agitator, and a dispersing stirrer is arranged at a distance from the axial hydrofoil, with stops arranged at the periphery of the reaction vessel.

Vertikální míchací zařízení zahrnuje hřídel, na které jsou souose a ve vzájemném odstupu uspořádané axiální hydrofoil a dispergační míchadlo, přičemž zařízení je napojeno na motor s převodovkou. Poloha dispergačního míchadla a axiálního hydrofoilu závisí na efektivním průměru použitého dispergačního míchadla. Pro dosažení co nej lepší účinnosti a efektivity míchání směsi bylo zjištěno, že nejvhodnější uspořádání těchto míchadel na hřídeli nastává, když se vzdálenost jejich vzájemného odstupu rovná efektivnímu průměru dispergačního míchadla.The vertical agitator comprises a shaft on which an axial hydrofoil and a dispersing agitator are coaxially and spaced apart, the device being connected to a geared motor. The position of the dispersing stirrer and axial hydrofoil depends on the effective diameter of the dispersing stirrer used. In order to achieve the best mixing efficiency and efficiency, it has been found that the most suitable arrangement of these agitators on the shaft occurs when the distance between them is equal to the effective diameter of the dispersing agitator.

Použití radiálního zubového dispergačního míchadla umožňuje rozrušení struktury křemičitanu a jeho aktivaci což umožňuje, aby došlo k navázání tetraedrů A1O₄ ⁴“ na síť tetraedrů SiO₄ ⁴. Takové dispergační zařízení se běžně označuje jako dissolver. Také se používá výraz dispergační míchací kotva nebo dissolverová pila. Dispergační míchadlo zajišťuje dispergační míchání s vysokým smykovým účinkem.The use of a radial tooth dispersing stirrer allows the silicate structure to be destroyed and activated, allowing the A1O ₄ ⁴ 'tetrahedrons to bind to the SiO ₄ ⁴ tetrahedron network. Such a dispersing device is commonly referred to as a dissolver. The term dispersing mixing anchor or dissolver saw is also used. The dispersing stirrer provides dispersing mixing with a high shear effect.

Pro účely dispergace kapalin a případných shluků pevné fáze je třeba v míchaném médiu vytvořit podmínky vysokého smyku, aby výsledný rozměr částic (kapek, pigmentů, prášku apod.) byl co nejmenší. Dispergační účinek je založen na tom, že dispergační míchadlo (pila) má zuby s vytvořenými hranami. Při vysoké rychlosti otáček vzniká na hranách vírová řada a vzniklé smykové napětí působí na částice, způsobuje jejich zmenšování, dochází k dispergaci. Natočení a výška zubů rozhoduje o vzniku vírové řady a velikosti smykových sil. Aby došlo k štěpení disperzí, pak je nutné alespoň lokálně dosáhnout vysoké hodnoty smykové rychlosti. Pak se zdaří vytvářet míchadlem i malé kapky a bubliny a rozbíjet i soudržné skupiny částic. Díky rozrušení vazeb tetraedrů SiO₄ ⁴ dojde ke snížení viskozity a ke zvětšení jejich pohyblivosti a jejich aktivnosti. Jestliže se však překročí rychlost otáček, tj. dojde k navýšení energetického zatížení, pak dochází ke koagulaci.For the purpose of dispersing liquids and eventual solid phase agglomerates, high shear conditions should be created in the stirred medium to minimize the resulting particle size (drops, pigments, powder, etc.). The dispersing effect is based on the dispersing stirrer (saw) having teeth with formed edges. At high revolutions, a vortex series is formed at the edges and the resulting shear stress acts on the particles, causes them to shrink, and disperses. The rotation and height of the teeth determine the origin of the vortex series and the magnitude of the shear forces. In order to resolve the dispersions, a high shear rate must be at least locally achieved. Then it is possible to create small drops and bubbles with a stirrer and break even cohesive groups of particles. The disruption of the SiO ₄ ⁴ tetrahedra bonds will reduce viscosity and increase their mobility and activity. However, if the speed is exceeded, ie the energy load is increased, then coagulation occurs.

-6CZ 307086 B6-6GB 307086 B6

Dispergační míchadlo dokáže takto zpracovat kapalinu v bezprostřední blízkosti míchadla. Aby reakce potřebná proběhla v celém objemu reagující směsi kapalin je podle vynálezu zařazeno na hřídeli ještě druhé, a to axiální míchadlo. Při rotaci axiálních míchadel v míchané kapalné vsázce vzniká vlivem tlakových sil od lopatek míchadla převážně axiální proudění. Tento tlakový účinek je z hlediska procesního velmi důležitý. Toto posouvá zreagovanou směs kapalin z okolí dispergačního míchadla do dalšího prostoru reakční nádoby. Takto se zajistí potřebná reakce v celém objemu reagujících látek. A zajišťuje, že se k dispergačnímu míchadlu a jeho působení dostane veškerá kapalina a tím se potřebná reakce uskuteční v celém objemu a je tím zajištěn vznik prekurzoru s potřebnými vlastnostmi. Použití kombinace obou míchadel na jedné hřídeli tedy umožní dosáhnout intenzivního promíchání celého objemu zpracovávané kapaliny.The dispersing mixer can thus process the liquid in the immediate vicinity of the mixer. In order for the reaction to take place in the entire volume of the reacting liquid mixture according to the invention, a second axial stirrer is provided on the shaft. During the rotation of the axial agitators in the stirred liquid feed, axial flow occurs mainly due to compressive forces from the agitator blades. This pressure effect is very important from a process point of view. This moves the reacted mixture of liquids from the vicinity of the dispersing stirrer to the next space of the reaction vessel. This ensures the necessary reaction in the entire volume of reactants. And it ensures that all the liquid gets to the dispersing stirrer and its action, and thus the necessary reaction is carried out in its entirety, thereby ensuring the formation of a precursor with the necessary properties. The use of a combination of both agitators on one shaft thus makes it possible to achieve intensive mixing of the entire volume of the liquid to be treated.

Zařízení pro přípravu slévárenského geopolymemího pojivá podle vynálezu sestává z reakční nádoby, do které se dávkují obě kapalné složky, jejichž základem je alkalický křemičitan a hlinitan sodný. V reakční nádobě je umístěno vertikální míchací ústrojí, kde na hřídeli jsou umístěny dva míchací kotouče. Dispergační míchadlo se smykovou rychlostí 300 až 500 s”¹ a dále axiální rotační míchadlo. Účinnost promíchání ještě zvyšují narážky na obvodu reakční nádoby. Tím dochází k účinnějšímu promíchání kapaliny. Podle velikosti reakční nádoby mohou být na obvodu umístěny dvě až šest narážek.The device for the preparation of the foundry geopolymic binder according to the invention consists of a reaction vessel into which both liquid components based on alkali silicate and sodium aluminate are dosed. In the reaction vessel there is a vertical agitator with two agitator discs mounted on the shaft. Dispersing stirrer with shear rate of 300 to 500 s ^-1 and axial rotary stirrer. Stirrings at the perimeter of the reaction vessel increase the mixing efficiency. This results in more efficient mixing of the liquid. Depending on the size of the reaction vessel, two to six stops may be placed on the perimeter.

Použitím výše uvedeného zařízení proběhne reakce s očekávaným výsledkem. Zpracováním vodního skla pomocí dispergačního míchadla dochází ke změně jeho vlastností. Roztoky vodního skla představují vodné roztoky alkalických silikátů s dvojí povahou: z hlediska hustoty se chovají jako roztoky elektrolytů a z hlediska viskozity jako roztoky organických polymerů. Na strukturu lze tak nahlížet jako na roztoky anorganických polymerů. Takto lze objasnit specifika vlastností vodních skel obsažených v nich hydratovaných monomerů kationtů alkalických kovů.Using the above apparatus, the reaction proceeds with the expected result. Treatment of water glass with a dispersing stirrer changes its properties. Waterglass solutions are aqueous solutions of alkaline silicates with a dual nature: they behave like electrolyte solutions in terms of density and as organic polymer solutions in terms of viscosity. The structure can thus be seen as solutions of inorganic polymers. Thus, the specificities of the waterglass contained in the hydrated alkali metal cation monomers can be explained.

Základní strukturní jednotkou křemičitanu je tetraedr SiO₄ ⁴. Schématická symetrie koordinačního tetraedrů SiO₄ ⁴ , který je základem nejen struktury minerálů skupiny křemene, ale rovněž všech silikátů obr. 1. Najeden atom Si jsou vázány 4 atomy kyslíku. Takový tetraedr je elektricky nevyvážený. Volné valence (elektronegativita) se kompenzují kladnými sodnými ionty. V roztocích křemičitanu se vyskytují různé stupně vzájemné vazby tetraedrů:monomery, dimery, trimery, oligomery.The basic structural unit of silicate is SiO ₄ ⁴ tetrahedron. Schematic symmetry coordinating tetrahedral SiO ₄ ^4, which is the foundation of the structure of the quartz group minerals, but also silicates of FIG. 1. For one Si atom are attached 4 oxygen atoms. Such a tetrahedron is electrically unbalanced. Free valences (electronegativity) are compensated by positive sodium ions. In silicate solutions there are various degrees of bonding of the tetrahedra: monomers, dimers, trimers, oligomers.

Dlouhodobé sledování a měření prováděné na různých typech vodních skel, včetně jejich úprav například přidáním NaOH potvrzuje, že u všech těchto měření se stanovilo, že pro vyvážení elektronegativity připadá na dva tetraedry (anionty) SiOfy jeden kationt Na⁺. Běžně se obsah Si ve vodních sklech pohybuje v rozmezí 0,480 až 0,500 mol Si na 100 gramů vodního skla a 0,240 až 0,250 mol Na pevně vázaných. To rovněž odpovídá poměru dva mol Si najeden mol Na.Long-term monitoring and measurements carried out on various types of waterglass, including their treatment by adding NaOH, for example, confirms that all of these measurements have determined that two SiOfa tetrahedra (anions) have one Na ⁺ cation to balance electronegativity. Typically, the Si content in water glasses is in the range of 0.480 to 0.500 moles of Si per 100 grams of waterglass and 0.240 to 0.250 moles of Na fixed. This also corresponds to a ratio of two moles of Si per mole of Na.

Při hodnocení vodního skla z pohledu koloidního modelu lze konstatovat, že u všech vodních skel a jejich úprav má vnitřní pevně vázaná vrstva koloidní částice poměr SiO₂ ku Na₂O (tak zvaný modul koagulace), roven 4,0. Tato vrstva tady obsahuje maximálně tolik sodných iontů, aby bylo dosaženo modulu rovnajícího se 4,0.When evaluating the water glass from the perspective of the colloidal model, it can be stated that for all water glasses and their treatment, the inner firmly bound layer of the colloidal particle has a ratio of SiO ₂ to Na ₂ O (so-called coagulation module) equal to 4.0. This layer here contains a maximum of sodium ions to achieve a modulus of 4.0.

Sodné ionty v této vrstvě jsou hydratované, to znamená, že každý iont Na⁺ váže molekuly vody. Rozsáhlá sledování prokázala, že u vodních skel je hydratace rovna dvěma. Znamená to, že u vodních skel je pevně vázaná voda jen v poměrně malém množství a zbylá voda je volná viz obr.The sodium ions in this layer are hydrated, that is, each Na ⁺ ion binds water molecules. Extensive observations have shown that hydration equals two. This means that the water is tightly bound in relatively small amounts of water and the remaining water is free, see fig.

2. Pro slévárenské směsi z toho vyplývá problém možných vad. Na příklad při výrobě velkých a vysokých jader dochází k migraci této volné vody do spodních částí jádra, kde dochází ke zvyšování jejího obsahu. Tím dochází k degradaci pevnosti směsi, deformaci rozměrů jádra. Jsou známé případy i porušení celistvosti jádra. Zvýšený obsah vody v těchto částech navíc výrazně zvětšuje nebezpečí vzniku vad z titulu plynatosti, vznik bublin v odlitku. Běžně se obsah Si ve sledovaném rozmezí modulu pohybuje v rozmezí 0,480 až 0,500 mol Si na 100 g vodního skla. A tomu odpovídá 0,240 až 0,250 mol Na. Na dva mol Si připadá jeden mol Na. Pevně vázaná voda se pohybuje v rozmezí 0,480 až 0,500.2. For foundry mixtures, this poses a problem of possible defects. For example, in the production of large and tall cores, this free water migrates to the bottom of the core, where its content increases. This degrades the strength of the mixture and deforms the core dimensions. There are also known cases of kernel integrity failure. In addition, the increased water content in these parts greatly increases the risk of gas defects and bubbles in the casting. Typically, the Si content in the monitored module range is between 0.480 and 0.500 moles of Si per 100 g of waterglass. This corresponds to 0.240 to 0.250 moles of Na. For two moles, there is one mol of Na. The firmly bound water ranges from 0.480 to 0.500.

-7CZ 307086 B6-7EN 307086 B6

Použitím vodního skla připraveného podle patentu a použitím hlinitanu a použitím zařízení uvedeného získá pojivo výrazně nové vlastnosti. Pojivo se chová jako geopolymemí prekurzor.By using the waterglass prepared according to the patent and the use of aluminate and using the apparatus mentioned, the binder acquires significantly new properties. The binder acts as a geopolymic precursor.

Do struktury tetraedrů SiO₄ ⁴ se během reakce a následného vytvrzování dojde k navázání tetraedrů A1O4⁴. Tím dochází ke zvýšení elektronegativity a ke zvětšení množství vázaných Na⁺ iontů ke kompenzaci této vyšší elektronegativity viz obr. 3. Navázání tetraedrů AIO4⁴ do struktury pojivá prokazuje například zkouška jadernou magnetickou resonancí²⁷Al MAS NMR jak je uvedeno v příkladech.Within the structure of tetrahedra of SiO ₄ ⁴ during the reaction and subsequent curing for bonding tetrahedra A1O4 ^fourth This increases the electronegativity and to increase the amount of Na ⁺ ions bound to compensate for this higher electronegativity see Fig. 3. Binding of AIO4 tetrahedra ⁴ shows the structure binders for example nuclear magnetic resonance examination ²⁷ Al MAS NMR, as shown in the examples.

Zvýšenou elektronegativitu charakterizuje parametr označovaný jako Parametr E = Balance error, který zohledňuje nábojovou rovnováhu danou vzájemnými vztahy mezi tetraedrický koordinovaným hliníkem a vyměnitelnými kationty.Increased electronegativity is characterized by a parameter called Parameter E = Balance error, which takes into account the charge equilibrium given by the interrelationship between tetrahedral coordinated aluminum and exchangeable cations.

E=100[(Al-Al_th/Al_th], kdeE = 100 [(Al-Al _th / Al _th ] where

Al_th = M + 2D,Al _th = M + 2D

M = jednomocné a D = dvojmocné kationty. Pro podmínky sodných vodních skel platí tedy:M = monovalent and D = divalent cations. The following applies to the conditions of sodium waterglass:

E = (Al-Na)/Na * 100E = (Al-Na) / Na * 100

Důležité je množství Al zabudované ve struktuře sítě tetraedrů Si⁴⁺. Množství Al iontů lze charakterizovat různým způsobem. Jednou z možností je parametr R, který charakterizuje strukturu kostry tetraedrů a je dán poměrem:The amount of Al incorporated in the structure of the Si ⁴⁺ tetrahedron network is important. The amount of Al ions can be characterized in various ways. One possibility is the parameter R, which characterizes the structure of the tetrahedra skeleton and is given by the ratio:

SiSi

R =-* 100.R = -100.

Si+AlSi + Al

Hodnoty jsou dosazované v molech, což vyjadřuje procentní množství Si tetraedrů v kostře. Pro názorné vyjádření obsahu Al lze vyjadřovat parametr následovně:The values are expressed in moles, which expresses the percentage of Si tetrahedra in the skeleton. To illustrate the Al content, the parameter can be expressed as follows:

AlAl

Rai ⁼Si+AlRai ⁼ Si + Al

Parametr bude vyjadřovat v % množství Al tetraedrů ve struktuře alumosilikátu. Toto množství se pohybuje od 4 do 20 % hmotn. Al. Toto množství již významně ovlivňuje vlastnosti pojivá, jak je rozvedeno dále. Především množství pevně vázaných Na iontů. Proti křemičitanu sodnému se množství vázaných Na iontů zvýší na dvojnásobek. Místo jednoho iontu Na na dva tetraedry Si u vodního skla se zvýší na 1 ion Na na každý tetraedr struktury.The parameter will express in% the amount of Al tetrahedra in the alumosilicate structure. This amount ranges from 4 to 20% by weight. Al. This amount already significantly affects the binder properties as discussed below. Especially the amount of tightly bound Na ions. Against sodium silicate, the amount of bound Na ions is doubled. Instead of one Na ion per two Si tetrahedrons in water glass, it is increased to 1 Na ion per tetrahedron of the structure.

Podle předmětného patentu jsou obě kapalné složky dávkovány do reakce v takovém poměru, aby obsah Al v pojivu se pohyboval v rozmezí 0,5 až 1,1 hmotnostních procent a tím množství tetraedrů ve struktuře v rozmezí 5 až 10 %.According to the present patent, the two liquid components are dosed into the reaction in a ratio such that the Al content of the binder is in the range of 0.5 to 1.1 weight percent and thus the amount of tetrahedra in the structure is in the range of 5 to 10%.

Geopolymemí pojivo připravené podle vynálezu má významně odlišné vlastnosti proti dosud používaným anorganickým pojivům.The geopolymic binder prepared according to the invention has significantly different properties from the inorganic binders used hitherto.

Při použití v samo-tvrdnoucích směsích výrazně zvyšuje rychlost vytvrzování směsi v počátečním stadiu proti použití vodního skla, jak je znázorněno v příkladech. To umožňuje mnohem rychlejší rozebírání forem a jader. Pojivo má velmi úzké rozmezí vlastností, a to zajišťuje konstantní hodnoty směsí, jako doba zpracovatelnosti samo-tvrdnoucích směsí, doba rozebírání a podobně.When used in self-curing compositions, it significantly increases the cure rate of the composition at an early stage compared to the use of waterglass, as shown in the examples. This allows for much faster disassembly of molds and cores. The binder has a very narrow range of properties, and this ensures constant mixture values such as pot life of self-curing mixtures, disassembly time and the like.

Rozpadavost po odlití je výrazně lepší než u jiných technologií používající alkalický křemičitan. Pojivo podle vynálezu pevně váže sodné ionty ve struktuře a tak nemohou reagovat s povrchemDisintegration after casting is significantly better than with other alkali silicate technologies. The binder of the invention firmly binds sodium ions in the structure and thus cannot react with the surface

-8CZ 307086 B6 křemenného písku a způsobovat vysokou adhesní pevnost. Po odlití je pak tato vrstva snadno rozrušitelná a tak se směs snadno odstraní z odlitku.-8GB 307086 B6 and cause high adhesive strength. After casting, the layer is then easily disrupted and the mixture is easily removed from the casting.

Tento princip také zaručuje, že vratná směs je snadno regenerovatelná, povrchová obálka zreagovaného pojivá se snadno odstraní z povrchu zrn.This principle also ensures that the return mixture is readily regenerable, and the surface envelope of the reacted binder is easily removed from the grain surface.

Vyšší vázání sodných iontů také ovlivňuje vazbu vody, která je rovněž pevně vázaná ve struktuře a tak je omezen vliv vad odlitků, které s tím souvisí, jako migrace vody v jádře nebo vznik vad z titulu volné vody například vznik bublin v odlitku.Higher binding of sodium ions also affects the binding of water, which is also firmly bound in the structure, thus limiting the effect of casting defects associated therewith, such as water migration in the core or the formation of defects due to free water, for example, the formation of bubbles in the casting.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Předkládaný vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém obr. 1 znázorňuje schematickou symetrii koordinačního tetraedrů SiO₄, obr. 2 schematicky znázorňuje vyrovnání elektronegativity tím, že na dva tetraedry SiO₄ ⁴“ připadá jeden kationt Na⁺ a 2 molekuly vody, obr. 3 schematicky znázorňuje vazby SiO4⁴ a A1O4⁴“, obr. 4 znázorňuje uspořádání zařízení pro provádění způsobu přípravy geopolymemího pojivá, obr. 5 znázorňuje radiální dispergační míchadlo (dissolver), obr. 6 znázorňuje axiální hydrofoil, obr. 7 znázorňuje spektrum ²⁷Al MAS NMR Barycentre 7833.82Hz /60.11 ppm pojivá podle vynálezu s obsahem 0,83 % hmotn. obr. 8 znázorňuje závislost náběhu vaznosti směsi pojivá v počátečním časovém období vytvrzování, obr. 9 schematicky znázorňuje adhezní a kohezní destrukce.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic symmetry of the SiO ₄ coordinating tetrahedrons; FIG. 2 schematically illustrates electronegativity compensation by two NaO < ₄ ^> tetrahedrons with one Na ⁺ cation and 2 water molecules; 3 schematically illustrates binding SiO4 ⁴ and A1O4 ⁴ ", FIG. 4 shows the arrangement of apparatus for carrying out process geopolymemího binders, FIG. 5 shows a radial dispersion stirrer (Dissolver), Fig. 6 shows the axial Hydrofoil, FIG. 7 shows the spectrum ²⁷ Al MAS NMR Barycentre 7833.82Hz /60.11 ppm binders of the invention containing 0.83 wt. Fig. 8 shows the bonding strength of the binder mixture in the initial curing time period; Fig. 9 schematically illustrates adhesion and cohesion destruction.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Vynález bude blíže vysvětlen na příkladech jeho provedení s odkazem na příslušné výkresy. V uvedených výkresech a obrázcích je technické řešení znázorněno na příkladném provedení způsobu přípravy pojivá a zařízení kjeho přípravě. Je nasnadě, že níže uvedené popisy jsou ilustrativním vyjádřením aplikace principů tohoto vynálezu.The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings. In the drawings and figures, the technical solution is illustrated by means of an exemplary embodiment of a method for preparing a binder and a device for its preparation. It is understood that the descriptions below are illustrative of the application of the principles of the invention.

Způsob přípravy slévárenského geopolymemího pojivá spočívá v následujících krocích. Pojivo je připraveno reakcí dvou kapalných složek, jejichž základem je alkalický křemičitan, zejména křemičitan sodný a hlinitan sodný. Způsob přípravy slévárenského geopolymemího pojivá zahrnuje tři základní kroky:The process for preparing a foundry geopolymic binder consists of the following steps. The binder is prepared by reacting two liquid components based on an alkali silicate, especially sodium silicate and sodium aluminate. The process of preparing a foundry geopolymic binder comprises three basic steps:

1. nejprve jsou upraveny vlastnosti první kapalné složky, obsahující křemičitan sodný;1. First, the properties of the first liquid component containing sodium silicate are adjusted;

2. následně jsou upraveny vlastnosti druhé kapalné složky, obsahující hlinitan sodný;2. the properties of the second liquid component containing sodium aluminate are then adjusted;

3. načež se obě upravené složky nechají reagovat za definovaných podmínek v zařízení, které zajistí potřebnou dispergaci a tím zvýšenou aktivitu obou složek reakce.3. whereupon both treated components are reacted under defined conditions in a device which provides the necessary dispersion and thus increased activity of the two reaction components.

Příklad úpravy křemičitanu sodnéhoExample of treatment of sodium silicate

Pro přípravu první kapalné složky, obsahující křemičitan sodný, byl použit křemičitan s následujícími vlastnostmi: molámí poměr SiO₂ ku Na₂O = 2,05, práh polymerace KP výchozí = 7,0 % Na₂O, konzistence dle DIN 53211: 4 mm = 47 sekund.A silicate having the following properties was used to prepare the first sodium silicate containing liquid component: molar ratio SiO ₂ to Na ₂ O = 2.05, KP polymerization threshold = 7.0% Na ₂ O, consistency to DIN 53211: 4 mm = 47 seconds.

Pro tento křemičitan byl proveden výpočet úpravy přísady vody a hydroxidu sodného tak, aby bylo dosaženo požadovaných vlastností v rozsahu použití podle vynálezu.For this silicate, the treatment of the addition of water and sodium hydroxide was calculated to achieve the desired properties within the scope of the invention.

První příklad úpravy křemičitanu sodnéhoFirst example of sodium silicate treatment

Požadovaný práh polymerace = 7,2 % Na₂O a požadovaná konzistence DIN 53211: 4 mm = 25 sekund.Required polymerization threshold = 7.2% Na ₂ O and required consistency DIN 53211: 4 mm = 25 seconds.

-9CZ 307086 B6-9EN 307086 B6

Výpočet přídavku vody = (výchozí DIN - požadovaný DIN)/5,6=(47-25)/5,6 = 3,93 %Water addition calculation = (default DIN - required DIN) / 5,6 = (47-25) / 5,6 = 3,93%

Výpočet přídavku NaOH: [KP]_(voda)= [KP]_výchozí/(100+přídavek vody)*100 =NaOH addition calculation: [KP] _ (water) = [KP] _default / (100 + water addition) * 100 =

7,0/(100+3,93)*100 = 6,747.0 / (100 + 3.93) * 100 = 6.74

NaOH=(7,20-[KP]_( voda))* 1,29 = (7,20 - 6,74)* 1,29 = 0,59NaOH = (7.20- [KP] _ (water)) * 1.29 = (7.20 - 6.74) * 1.29 = 0.59

Byla tedy vypočtena úprava křemičitanu sodného přidáním 3,9 hmotnostních dílů vody na 100 hmotnostních dílů vstupního křemičitanu sodného a přidáním 0,59 hmotnostních dílů hydroxidu sodného na 100 hmotnostních dílů křemičitanu sodného upraveného vodou.Thus, the treatment of sodium silicate was calculated by adding 3.9 parts by weight of water to 100 parts by weight of sodium silicate feed and adding 0.59 parts by weight of sodium hydroxide to 100 parts by weight of sodium silicate treated with water.

Vlastní úprava pak proběhla v zařízení podle vynálezu, jak je uvedeno dále.The actual modification was then carried out in the apparatus according to the invention as described below.

Druhý příklad úpravy křemičitanu sodnéhoA second example of sodium silicate treatment

Požadovaný práh polymerace = 7,8% Na₂O a požadovaná konzistence DIN 53211: 4 mm = 33 sekund.Required polymerization threshold = 7.8% Na ₂ O and required consistency DIN 53211: 4 mm = 33 seconds.

Výpočet přídavku vody = (výchozí DIN - požadovaný DIN)/5,6=(47-33)/5,6 = 2,5 %Water addition calculation = (default DIN - required DIN) / 5,6 = (47-33) / 5,6 = 2,5%

Výpočet přídavku NaOH: [KP]_(voda)=[KP]_výchozí/(100+přídavek vody)*100 = 7,0/(100+2,5)*100 = 6,83NaOH addition calculation: [KP] _ (water) = [KP] _ default / (100 + water addition) * 100 = 7.0 / (100 + 2.5) * 100 = 6.83

NaOH=(7,80 -[KP]_(voda))*l,29 = (7,80 - 6,83)* 1,29 = 1,25NaOH = (7.80 - [KP] _ (water)) * 1.29 = (7.80 - 6.83) * 1.29 = 1.25

Byla tedy vypočtena úprava křemičitanu sodného přidáním 2,5 hmotnostních dílů vody na 100 hmotnostních dílů vstupního křemičitanu sodného a přidáním 1,25 hmotnostních dílů hydroxidu sodného na 100 hmotnostních dílů křemičitanu sodného upraveného vodou.Thus, the treatment of sodium silicate was calculated by adding 2.5 parts by weight of water per 100 parts by weight of sodium silicate feed and adding 1.25 parts by weight of sodium hydroxide per 100 parts by weight of sodium silicate treated with water.

Vlastní úprava pak proběhla v zařízení podle vynálezu, jak je uvedeno dále.The actual modification was then carried out in the apparatus according to the invention as described below.

Třetí příklad úpravy křemičitanu sodnéhoA third example of sodium silicate treatment

Požadovaný práh polymerace = 8,4 % Na₂O a požadovaná konzistence DIN 53211: 4 mm = 40 sekund.Required polymerization threshold = 8.4% Na ₂ O and required consistency DIN 53211: 4 mm = 40 seconds.

Výpočet přídavku vody = (výchozí DIN - požadovaný DIN)/5,6=(47-40)/5,6 = 1,25 %Water addition calculation = (default DIN - required DIN) / 5,6 = (47-40) / 5,6 = 1,25%

Výpočet přídavku NaOH: [KP]_(voda)= [KP]_výchozí/(100+pří dávek vody)* 100 =NaOH addition calculation: [KP] _ (water) = [KP] _default / (100 + at water batches) * 100 =

7,0/(100+1,25)*100 = 6,917.0 / (100 + 1.25) * 100 = 6.91

NaOH=(8,40 -[KP]_(voda))*l,29 = (8,40 - 6,91 )* 1,29 = 1,92NaOH = (8.40 - [KP] _ (water)) * 1.29 = (8.40 - 6.91) * 1.29 = 1.92

Byla tedy vypočtena úprava křemičitanu sodného přidáním 1,25 hmotnostních dílů vody na 100 hmotnostních dílů vstupního křemičitanu sodného a přidáním 1,92 hmotnostních dílů hydroxidu sodného na 100 hmotnostních dílů křemičitanu sodného upraveného vodou. Vlastní úprava pak proběhla v zařízení podle vynálezu, jak je uvedeno dále.Thus, the treatment of sodium silicate was calculated by adding 1.25 parts by weight of water to 100 parts by weight of sodium silicate feed and adding 1.92 parts by weight of sodium hydroxide to 100 parts by weight of sodium silicate treated with water. The actual modification was then carried out in the apparatus according to the invention as described below.

Příklad úpravy hlinitanu sodnéhoExample of treatment of sodium aluminate

Pro přípravu druhé kapalné složky byl použit hlinitan sodný dle EN 882, který měl obsah 10 hmotnostních % Al. Kaustický modul takového hlinitanu se rovnal 1,02. Když byl takový hlinitan bez úprav pro srovnání smíchán s křemičitanem sodným, došlo ihned k reakci a vysrážení. Pojivo nebylo stabilní, nelze připravit.Sodium aluminate according to EN 882 having a content of 10% Al by weight was used to prepare the second liquid component. The caustic modulus of such aluminate was 1.02. When such aluminate was mixed with sodium silicate for comparison, the reaction immediately precipitated. The binder was not stable;

- 10CZ 307086 B6- 10GB 307086 B6

Podle vynálezu byl tento hlinitan upraven tak, že kaustický modul dosáhl hodnot v rozmezí uvedeném ve vynálezu. Úprava kaustického modulu byla provedena přidáním 40% roztoku hydroxidu sodného. Tato reakce probíhá pouze mícháním obou složek, nevyžaduje speciální zařízení.According to the invention, this aluminate has been adjusted so that the caustic modulus reaches the values indicated in the invention. The caustic module was adjusted by adding 40% sodium hydroxide solution. This reaction proceeds only by mixing both components, it does not require special equipment.

Byly připraveny tři varianty upraveného hlinitanu s odstupňovaným kaustickým modulem:Three variants of modified aluminate with graduated caustic module were prepared:

1. kapalná složka, obsahující hlinitan sodný s kaustickým modulem 3,0. Na 100 hmotnostních dílů vstupního hlinitanu sodného bylo přidáno 47 hmotnostních dílů 40 procentního roztoku hydroxidu sodného1. a sodium aluminate liquid component having a caustic modulus of 3.0. For 100 parts by weight of sodium aluminate feed, 47 parts by weight of 40% sodium hydroxide solution was added

2. kapalná složka, obsahující hlinitan sodný s kaustickým modulem 3,5 Na 100 hmotnostních dílů vstupního hlinitanu sodného bylo přidáno 66 hmotnostních dílů 40 procentního roztoku hydroxidu sodného2. a liquid component containing sodium aluminate with a caustic module of 3.5 per 100 parts by weight of sodium aluminate feed was added 66 parts by weight of a 40% sodium hydroxide solution

3. kapalná složka, obsahující hlinitan sodný s kaustickým modulem 4,0. Na 100 hmotnostních dílů vstupního hlinitanu sodného bylo přidáno 83 hmotnostních dílů 40 procentního roztoku hydroxidu sodného3. a sodium aluminate liquid component having a caustic modulus of 4.0. For 100 parts by weight of sodium aluminate feed, 83 parts by weight of 40% sodium hydroxide solution was added

Příklad způsobu přípravy geopolymemího slévárenského pojiváExample of preparation of geopolymic foundry binder

Postup přípravy slévárenského geopolymemího pojivá byl následující. Do reakční nádoby se nadávkoval křemičitan sodný uvedený v tomto příkladu. Potom za chodu míchacího ústrojí se postupně nadávkovala voda a hydroxid sodný. Působením dispergačního míchadla dochází k dispergaci klastrů ve stmktuře vody a dispergaci křemičitanu sodného a ke zvýšení jejich aktivnosti. Potom se za chodu mísícího ústrojí přidává upravený hlinitan sodný.The process of preparing a foundry geopolymic binder was as follows. The sodium silicate of this example was charged to the reaction vessel. Thereafter, water and sodium hydroxide were successively metered in with the agitator. The dispersing stirrer disperses the clusters in the water structure and disperses the sodium silicate and increases their activity. The treated sodium aluminate is then added while the mixing device is running.

Byly připraveny tři varianty pojivá s odstupňovaným obsahem Al ve výsledném pojivu, přičemž vlastnosti těchto třech variant slévárenského pojivá podle předkládaného vynálezu, které bylo použito na výrobu samotvrdnoucí směsi, jsou znázorněny na obr. 8.Three variations of a binder having a graded Al content in the resulting binder were prepared, the properties of the three variants of the foundry binder of the present invention which were used to produce the self-curing mixture are shown in Fig. 8.

První příklad způsobu přípravy geopolymemího slévárenského pojiváA first example of a method for preparing a geopolymic foundry binder

Slévárenské geopolymemí pojivo s obsahem 0,54 hmotnostních procent Al bylo připraveno za použití upraveného křemičitanu sodného s prahem polymerace 7,2 % Na₂O a druhé kapalné složky s kaustickým modulem 4,0. Na 100 hmotnostních dílů upraveného křemičitanu sodného bylo použito 12 hmotných dílů druhé kapalné složky.A foundry geopolymic binder containing 0.54 weight percent Al was prepared using treated sodium silicate with a polymerization threshold of 7.2% Na ₂ O and a second liquid component with a caustic modulus of 4.0. 12 parts by weight of the second liquid component were used per 100 parts by weight of treated sodium silicate.

Druhý příklad způsobu přípravy geopolymemího slévárenského pojiváA second example of a method for preparing a geopolymic foundry binder

Slévárenské geopolymemí pojivo s obsahem 0,83 hmotnostních procent Al bylo připraveno za použití upraveného křemičitanu sodného s prahem polymerace 7,8 % Na₂O a druhé kapalné složky s kaustickým modulem 3,0. Na 100 hmotnostních dílů upraveného křemičitanu sodného bylo použito 14,7 hmotnostních dílů druhé kapalné složky.A foundry geopolymic binder containing 0.83 weight percent Al was prepared using treated sodium silicate with a polymerization threshold of 7.8% Na ₂ O and a second liquid component with a caustic modulus of 3.0. 14.7 parts by weight of the second liquid component were used per 100 parts by weight of treated sodium silicate.

Účinek slévárenského geopolymemího pojivá podle vynálezu je založen především na skutečnosti, že ve stmktuře jsou zabudovány tetraedry Al. Pro potvrzení této skutečnosti byla provedena zkouška magnetické jaderné resonance a vyhodnoceno spektrum ²⁷AI MASS NMR Barycentre 7833.82Hz / 60.11 ppm na pojivu s obsahem 0,83 hmotnostních % Al, jak je znázorněno na obr. 7. Chemický posun při 55 ± 5 ppm odpovídá tetraedrickému uspořádání typu Al Q⁴ (4 Si) a potvrzuje, že hliník je zabudován ve stmktuře pojivá.The effect of the foundry geopolymic binder according to the invention is based primarily on the fact that Al tetrahedra are incorporated in the structure. To confirm this, a magnetic nuclear resonance test was performed and the spectrum of ²⁷ AI MASS NMR Barycentre 7833.82Hz / 60.11 ppm on a 0.83 wt% Al binder as shown in Figure 7 was evaluated. The chemical shift at 55 ± 5 ppm corresponds to a tetrahedral arrangement of type Al Q ⁴ (4 Si) and confirms that aluminum is incorporated in the binder structure.

Třetí příklad způsobu přípravy geopolymemího slévárenského pojiváA third example of a method for preparing a geopolymic foundry binder

Slévárenské geopolymemí pojivo s obsahem 0,95 hmotnostních procent Al bylo připraveno za použití upraveného křemičitanu sodného s prahem polymerace 8,4 % Na₂O a druhé kapalné slož-IICZ 307086 B6 ky s kaustickým modulem 3,5. Na 100 hmotnostních dílů upraveného křemíčitanu sodného bylo použito 20 hmotnostních dílů druhé kapalné složky.A foundry geopolymic binder containing 0.95 weight percent Al was prepared using treated sodium silicate with a polymerization threshold of 8.4% Na ₂ O and a second liquid composition with a caustic modulus of 3.5. For 100 parts by weight of treated sodium silicate, 20 parts by weight of the second liquid component were used.

Příklady použití slévárenského geopolymemího pojiváExamples of foundry geopolymic binder

Slévárenské pojivo podle vynálezu a jeho vlastnosti, zejména vaznost pojivá, bude demonstrována a prokázaná na konkrétních výrobcích, ve kterých bylo použito geopolymemí slévárenské pojivo připravené způsobem podle vynálezu.The foundry binder of the invention and its properties, in particular the binding strength of the binder, will be demonstrated and demonstrated on specific products in which a geopolymic foundry binder prepared by the process of the invention has been used.

První příklad použití slévárenského geopolymemího pojiváThe first example of the use of foundry geopolymic binder

Pojivo podle vynálezu je vhodné pro technologii vytvrzování teplem. Pro příklad bylo použito pojivo s obsahem 0,95 hmotnostních % Al. Při použití tohoto pojivá byla připravena směs 100 hmotnostních dílů křemenného ostřiva s velikostí středního zrna d₅o = 0,27 mm, 1,8 hmotnostního dílu uvedeného pojivá a 0,3 hmotnostního dílu amorfního SiO₂. Z této směsi byla vyrobena jádra tak, že směs byla vstřelena do jademíku vyhřátého na teplotu 150 °C, teplem vytvrzována 30 sekund a pak 15 sekund byl profukován teplý vzduch o teplotě 150 °C. Nízká navlhavost a dlouhodobá skladovatelnost jsou hlavní výhody oproti jiným technologiím, které využívají vytvrzování teplem.The binder of the invention is suitable for heat curing technology. For example, a binder containing 0.95 wt% Al was used. By using this binder mixture was prepared of 100 parts by weight of silica grog average grain size of d = ₅ 0.27 mm, 1.8 part by weight of said binder and 0.3 part by weight of amorphous SiO _second The cores were made from this mixture by injecting the mixture into a 150 ° C heated jade, heat cured for 30 seconds, and then warmed at 150 ° C for 15 seconds. Low moisture and long-term shelf-life are the main advantages over other heat-curing technologies.

Při srovnání této technologie se široce používanou technologií Cold Box, která používá organické pojivo, je dosahováno srovnatelných pevností 3,0-4,0 MPa v ohybu, při stejných nebo nižších vytvrzovacích časech, rozpadavost jader po odlití je lepší. Vytloukání jádra vyrobeného metodou Cold Box o hmotnosti 0,9kg z hliníkového odlitku trvá 60s. Vytloukání stejného jádra vyrobeného metodou vytvrzování teplým vzduchem s pojivém podle vynálezu trvá 30 s.Comparing this technology to the widely used Cold Box technology, which uses an organic binder, achieves comparable bending strengths of 3.0-4.0 MPa, at the same or lower cure times, the disintegration of the cores after casting is better. Elimination of the Cold Box core made of 0.9kg aluminum casting takes 60s. The same core produced by the hot air curing method with the binder of the invention takes 30 seconds to shear.

Druhý příklad použití geopolymemího slévárenského pojiváA second example of the use of a geopolymic foundry binder

Slévárenské geopolymemí pojivo připravené podle vynálezu má výrazně odlišné chování proti jiným anorganickým pojivům. U samotvrdnoucích slévárenských směsí s kapalnými tvrdidly byla srovnávána rychlost nárůst pevnosti samotvrdnoucích směsí v závislosti na čase. Byla připravena směs 100 hmotnostních dílů křemenného písku se 1,8 hmotnostními díly pojivá podle vynálezu, která dále obsahovala kapalné tvrdidlo esterového typu v množství 18% na pojivo. Bylo použito pojivo podle vynálezu s obsahem 0,54 hmotnostních % Al. Byla pak sledována pevnost této samotvrdnoucí směsi v závislosti na čase a stanovena také pevnost po 24 hodinách. I při tak nízkém dávkování pojivá (1,8 hmotnostního dílu) je pevnost v ohybu 1,6 MPa, což je zcela vyhovující.The foundry geopolymic binder prepared according to the invention has a distinctly different behavior from other inorganic binders. In the case of self-curing foundry mixtures with liquid hardeners, the rate of increase in the strength of the self-curing mixtures as a function of time was compared. A blend of 100 parts by weight of quartz sand with 1.8 parts by weight of a binder of the invention was prepared, which further contained an ester type liquid hardener in an amount of 18% per binder. A binder according to the invention containing 0.54% by weight of Al was used. The strength of this self-curing mixture was then monitored as a function of time and the strength after 24 hours was also determined. Even with such a low binder dosage (1.8 parts by weight), the flexural strength is 1.6 MPa, which is entirely satisfactory.

Byla také připravena srovnávací směs s použitím běžného alkalického křemíčitanu s označením 48/50. Tato směs po 24 hodinách vytvrzení má jen nízkou pevnost a vysoký nevyhovující otěr a není prakticky použitelná kvůli této konečné pevnosti. Provedli jsme ale srovnání náběhu pevností v počáteční fázi, jak je znázorněno na obr. 8. V obou případech je dosaženo stejné doby zpracovatelnosti směsi, tj. doby, kdy je možné se směsí pracovat a zaformovat jademík nebo slévárenskou formu. Tato doba je cca 20 minut. Po uplynutí této doby dochází k výraznému rozdílu v nárůstu pevností u obou pojiv. U vodního skla je dosaženo pevnosti 200 kPa (to je pevnost, kdy je možné rozebrat jednoduché jademíky) až po 100 minutách. Pevnost 350 kPa je dosažena za další hodinu, což je pevnost potřebná pro rozebírání forem a složitějších jader. Geopolymemí pojivo má nárůst pevností extrémně odlišný. Jednoduchá jádra lze rozebírat po 35 minutách, formy a složitější jádra po 50 minutách. Na této směsi byla také sledována rozpadavost po odlití. Rozpadavost je důležitou vlastností formovacích směsí po odlití. Dobrá rozpadavost vede ke snížení celkových nákladů na čištění odlitků a rovněž přispívá ke kvalitním povrchům odlitků.A comparative mixture was also prepared using conventional 48/50 alkaline silicate. After 24 hours curing, this mixture has only low strength and high unsatisfactory abrasion and is not practically usable due to this final strength. However, we have made a comparison of the initial tensile strength as shown in Fig. 8. In both cases, the same pot life of the mixture is achieved, i.e. the time at which the mixture can be worked and molded with a mold or a mold. This time is about 20 minutes. After this time, there is a significant difference in the strength increase of both binders. In the case of water glass, a strength of 200 kPa is achieved (that is, the strength at which simple jade can be disassembled) only after 100 minutes. The strength of 350 kPa is achieved in an additional hour, which is the strength needed to disassemble molds and more complex cores. The geopolymic binder has an extremely different strength increase. Simple cores can be disassembled after 35 minutes, molds and more complex cores after 50 minutes. The disintegration after casting was also monitored on this mixture. Disintegration is an important property of molding compositions after casting. Good disintegration leads to a reduction in the overall cost of cleaning the castings and also contributes to the quality of the casting surfaces.

Při tepelné destrukci formovací směsi s běžně používaným křemičitanem sodným dochází k porušení v oblasti pojivového můstku a pojivová obálka zůstává pevně spojena se zrnem ostřiva. Tento způsob destrukce se nazývá kohezní, který je znázorněn na obr. 9. Potom například uvol- 12CZ 307086 B6 nění jednoduchého jádra o hmotnosti 10 kg z hliníkového odlitku po odlití trvá přibližně 15 minut.The thermal destruction of the molding composition with the commonly used sodium silicate breaks in the region of the bonding bridge and the bonding envelope remains firmly attached to the grit grain. This destruction method is called cohesive, which is shown in FIG. 9. Then, for example, it takes approximately 15 minutes to release the 10 kg single core from the aluminum casting after casting.

Při tepelné destrukci směsi pojené pojivém podle vynálezu dochází k odloupnutí části pojivové obálky ze zrna ostřiva. Tento způsob destrukce se nazývá adhezní a je obdobný jako u organických pojivových systémů. Díky tomu se směs s pojivém podle vynálezu dobře rozpadá a následně i dobře regeneruje. Pro srovnání trvalo uvolnění jádra o hmotnosti 10 kg z hliníkového odlitku jen 5 minut.The thermal destruction of the binder composition according to the invention results in the peeling of a part of the binder envelope from the slate grain. This type of destruction is called adhesion and is similar to organic binder systems. As a result, the binder mixture according to the invention disintegrates well and subsequently also regenerates well. For comparison, the release of the 10 kg core from the aluminum cast only took 5 minutes.

Příklady zařízení pro provádění způsobu přípravy geopolymemího slévárenského pojiváExamples of apparatus for carrying out a method of preparing a geopolymic foundry binder

Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu je zobrazeno na obr. 4. Zařízení sestává z reakční nádoby i a vertikálního míchacího zařízení, které je poháněné elektromotorem 5 pro redukcí otáček v převodovce. Velikost reakční nádoby je určena pro objem 1 m³ reagujících kapalin. Součástí míchacího ústrojí je hřídel W, na kterém je umístěn axiální hydrofoil 3 a radiální dispergační míchadlo 4. Radiální dispergační míchadlo 4, které je znázorněné na obr. 5 má účinný průměr 420 mm, přičemž na jeho obvodu jsou vytvořeny zuby o délce 60 mm a výšce 40 mm, které jsou střídavě směrovány nahoru a dolů. Na hřídeli 10 míchacího zařízení je dále umístěno axiální míchadlo 3 s tvarovými velkoplošnými lopatkami s vysokou čerpací účinností, jak je zobrazeno na obr. 6. Axiální hydrofoil 3 a radiální dispergační míchadlo 4 jsou umístěna na hřídeli 10 tak, že jejich vzdálenost mezi sebou odpovídá průměru radiálního dispergačního míchadla. Tzn. poměr vzdálenosti kotoučů a průměru dispergačního míchadla 4 se rovná 1 / 1. Za těchto podmínek je účinnost nejvyšší. Na obvodu reakční nádoby 1 jsou dále umístěny narážky 7. Pro daný objem reakční směsi jsou umístěny čtyři narážky 7, rozmístěné pravidelně po obvodu, přičemž jejich celková plocha je 45 dm² na 1 m³ reagujících kapalin.An apparatus for carrying out the method according to the invention is shown in FIG. 4. The apparatus consists of a reaction vessel 1 and a vertical agitator which is driven by an electric motor 5 for reducing the speed in the gearbox. The size of the reaction vessel is designed for a volume of 1 m ^{3 of} reacting liquids. The mixing device comprises a shaft W on which an axial hydrofoil 3 and a radial dispersing stirrer 4 are disposed. height 40 mm, which are alternately directed up and down. Further, an axial agitator 3 with shaped large-area blades of high pumping efficiency is placed on the agitator shaft 10 as shown in Fig. 6. The axial hydrofoil 3 and the radial dispersive agitator 4 are disposed on the shaft 10 so that their distance between them corresponds to diameter a radial dispersing stirrer. Ie. the ratio of the disc spacing to the diameter of the dispersing stirrer 4 is 1 / 1. Under these conditions the efficiency is highest. The baffles 7 are further disposed on the perimeter of the reaction vessel 1. For a given volume of the reaction mixture, four baffles 7 are disposed regularly around the perimeter and have a total area of 45 dm ² per m ^{3 of} reacting liquids.

Radiální dispergační míchadlo 4, které je umístěno na hřídeli 10 míchacího ústrojí, vyvolává v míchaném médiu vysoký smykový účinek. Vzniklé smykové napětí působí na částice, způsobuje jejich zmenšování, dochází k dispergaci. Lokálně dosažené vysoké hodnoty smykové rychlosti zajišťují štěpení disperzí.The radial dispersing stirrer 4, which is located on the agitator shaft 10, produces a high shear effect in the mixing medium. The resulting shear stress affects the particles, causes them to shrink and disperses. Locally achieved high shear rates provide for dispersion cleavage.

Dosažení vysokého smykového působení a následného vysokého dispergačního účinkuje zajištěno tím, že radiální dispergační míchadlo 4, má zuby s vytvořenými hranami. Radiální dispergační míchadlo 4, má účinný průměr 420 mm, přičemž na jeho obvodu jsou vytvořeny zuby o délce 60 mm a výšce 40 mm, které jsou střídavě směrovány nahoru a dolů. Toto radiální dispergační míchadlo 4 dosahuje smykové rychlosti 300 až 500 s¹. Při vysoké rychlosti otáček vzniká na hranách vírová řada a vzniklé smykové napětí působí na částice, způsobuje jejich zmenšování, dochází k dispergaci. Touto dispergaci se zvyšuje reaktivita částic, které zajistí uskutečnění potřebné reakce v míchaném médiu.Achieving a high shear action and subsequent high dispersing effect is ensured by the radial dispersing stirrer 4 having teeth with formed edges. The radial dispersing stirrer 4 has an effective diameter of 420 mm, and 60 mm long and 40 mm high teeth are formed on its periphery and are alternately directed up and down. This radial dispersing mixer 4 achieves a shear rate of 300 to 500 s ¹ . At high revolutions, a vortex series is formed at the edges and the resulting shear stress acts on the particles, causes them to shrink, and disperses. This dispersion increases the reactivity of the particles to ensure that the necessary reaction is carried out in the stirred medium.

Radiální dispergační míchadlo 4 zpracuje míchané médium v bezprostřední blízkosti míchadla. Na hřídeli je zařazeno ještě druhé, a to axiální míchadlo 3. Toto míchadlo má tvarové velkoplošné lopatky s vysokou čerpací účinností. Při rotaci tohoto axiálního míchadla 3 v míchané kapalné vsázce vzniká vlivem tlakových sil od lopatek míchadla axiální proudění. Toto axiální proudění posouvá zreagovanou směs kapalin z okolí radiálního dispergačního míchadla 4 do dalšího prostoru reakční nádoby.The radial dispersing stirrer 4 processes the mixed medium in the immediate vicinity of the stirrer. A second axial mixer 3 is mounted on the shaft. This mixer has shaped large-area blades with high pumping efficiency. When this axial agitator 3 is rotated in the stirred liquid feed, an axial flow occurs under the pressure of the agitator blades. This axial flow shifts the reacted mixture of liquids from the vicinity of the radial dispersing stirrer 4 into the further space of the reaction vessel.

Významnou roli hraje vzdálenost mezi oběma míchadly na hřídeli. Vzdálenost odpovídající průměru radiálního dispergačního míchadla má nejvyšší účinnost pro posouvání zreagované směsi. Takto se zajistí potřebná reakce v celém objemu míchaných látek. Použití kombinace obou míchadel na jedné hřídeli tedy umožní dosáhnout intenzivního promíchání celého objemu zpracovávané kapaliny.The distance between the two agitators on the shaft plays an important role. The distance corresponding to the diameter of the radial dispersing stirrer has the highest efficiency for advancing the reacted mixture. In this way the necessary reaction is ensured in the whole volume of the stirred substances. The use of a combination of both agitators on one shaft thus makes it possible to achieve intensive mixing of the entire volume of the liquid to be treated.

- Π CZ 307086 B6- Π CZ 307086 B6

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Způsob přípravy slévárenského geopolymerního pojivá a zařízení k jeho přípravě lze použít v oblasti slévárenského průmyslu, a to speciálně výroby odlitků do pískových forem při regeneraci slévárenské směsi.The process for preparing the foundry geopolymer binder and the device for its preparation can be used in the foundry industry, especially the production of sand castings during the regeneration of the foundry mixture.

Claims (8)

1. Způsob přípravy tekutého slévárenského geopolymerního pojivá obsahujícího křemičitan sodný a hlinitan sodný, v reakční nádobě (1) s vertikálním míchacím zařízením napojeným na motor (5) s převodovkou, vyznačující se tím, že se upraví složka obsahující křemičitan sodný přidáním 1,25 až 3,9 hmotnostních dílů vody na 100 hmotnostních dílů vstupního křemičitanu sodného a 0,59 až 1,92 hmotnostních dílů hydroxidu sodného na 100 hmotnostních dílů křemičitanu sodného upraveného vodou, a rovněž se samostatně upraví složka obsahující hlinitan sodný přidáním 47 až 83 hmotnostních dílů 40% vodného roztoku hydroxidu sodného na 100 hmotnostních dílů vstupního hlinitanu sodného, a poté se tyto složky v poměru 12 až 20 hmotnostních dílů upravené kapalné složky hlinitanu sodného na 100 hmotnostních dílů upravené kapalné složky křemičitanu sodného nechají reagovat v reakční nádobě (1), přičemž se míchají pomocí vertikálního míchacího zařízení opatřeného axiálním hydrofoilem (3) a dispergačním míchadlem (4) se smykovou rychlostí 300 až 500 s', přičemž obsah Al ve výsledném pojivu je v rozmezí 0,5 až 1,1 hmotnostních procent a obsah Si ve výsledném pojivu je v rozmezí 11,0 až 12,7 hmotnostních procent.A process for preparing a liquid foundry geopolymer binder comprising sodium silicate and sodium aluminate in a reaction vessel (1) with a vertical agitator connected to a geared motor (5), characterized in that the sodium silicate-containing component is treated by adding 1.25 to 3.9 parts by weight of water per 100 parts by weight of sodium silicate feed and 0.59 to 1.92 parts by weight of sodium hydroxide per 100 parts by weight of sodium silicate treated with water, and the sodium aluminate containing component is also separately treated by adding 47 to 83 parts by weight of 40 % aqueous sodium hydroxide solution per 100 parts by weight of sodium aluminate feed, and then these components are reacted in a reaction vessel (1) at a rate of 12 to 20 parts by weight of the treated liquid sodium aluminate component per 100 parts by weight of the treated liquid sodium silicate component; wherein they are agitated by means of a vertical agitator equipped with an axial hydrofoil (3) and a dispersing stirrer (4) having a shear rate of 300 to 500 s < -1 >, the Al content of the resulting binder being 0.5 to 1.1 weight percent the resulting binder is in the range of 11.0 to 12.7 weight percent. 2. Způsob přípravy tekutého slévárenského geopolymerního pojivá podle nároku 1, vyznačující se tím, že kapalná složka obsahující křemičitan sodný je upravena roztokem hydroxidu sodného tak, že její konzistence podle DIN 53211/4 mm je v rozmezí 25 až 40 sekund, a její práh polymerace je v rozmezí 7,2 až 8,5 % Na2O.Method for preparing a liquid foundry geopolymer binder according to claim 1, characterized in that the sodium silicate-containing liquid component is treated with a sodium hydroxide solution such that its consistency according to DIN 53211/4 mm is in the range of 25 to 40 seconds, and its polymerization threshold. is in the range of 7.2 to 8.5% Na2O. 3. Způsob přípravy tekutého slévárenského geopolymerního pojivá podle nároku 1, vyznačující se tím, že kapalná složka obsahující hlinitan sodný je upravena roztokem hydroxidu sodného tak, že její kaustický modul je v rozmezí 3,0 až 4,0.A process for preparing a liquid foundry geopolymer binder according to claim 1, wherein the sodium aluminate-containing liquid component is treated with a sodium hydroxide solution such that its caustic modulus is in the range of 3.0 to 4.0. 4. Zařízení pro přípravu tekutého slévárenského anorganického geopolymerního pojivá podle nároků 1 až 3, které zahrnuje reakční nádobu (1) s vertikálním míchacím zařízením napojeným na motor (5) s převodovkou, přičemž reakční nádoba (1) je opatřena teplotním čidlem (9) a odklopným víkem (8), a přičemž reakční nádoba (1) je uspořádaná na podstavci (2) s tenzometrickou váhou (6), vyznačující se tím, že na hřídeli (10) míchacího zařízení je umístěn axiální hydrofoil (3) a v odstupu vůči axiálnímu hydrofoilu (3) je uspořádáno dispergační míchadlo (4), přičemž na obvodu reakční nádoby (1) jsou uspořádané narážky (7).Apparatus for preparing a liquid foundry inorganic geopolymer binder according to claims 1 to 3, comprising a reaction vessel (1) with a vertical mixing device connected to a geared motor (5), wherein the reaction vessel (1) is provided with a temperature sensor (9); and wherein the reaction vessel (1) is arranged on a pedestal (2) with a strain gauge (6), characterized in that an axial hydrofoil (3) is disposed on the agitator shaft (10) and spaced apart from the latter. A dispersing stirrer (4) is disposed on the axial hydrofoil (3), and at the circumference of the reaction vessel (1), there are arranged stops (7). 5. Zařízení pro přípravu tekutého slévárenského anorganického geopolymerního pojivá podle nároku 4, vyznačující se tím, že vzdálenost středu axiálního hydrofoilu (3) a středu radiálního dispergačního míchadla (4) na hřídeli (10) se rovná efektivnímu průměru dispergační ho míchadla (4).Device for preparing a liquid foundry inorganic geopolymer binder according to claim 4, characterized in that the distance of the center of the axial hydrofoil (3) and the center of the radial dispersing stirrer (4) on the shaft (10) equals the effective diameter of the dispersing stirrer (4). 6. Zařízení pro přípravu tekutého slévárenského anorganického geopolymerního pojivá podle nároku 4, vyznačující se tím, že celková plocha narážek (7) je 45 dm² na 1 m³ reagujících kapalin.Device for preparing a liquid foundry inorganic geopolymer binder according to claim 4, characterized in that the total area of the baffles (7) is 45 dm ² per m ^{3 of} reacting liquids. - 14CZ 307086 B6- 14GB 307086 B6 7. Zařízení pro přípravu tekutého slévárenského anorganického geopolymemího pojivá podle nároku 4, vyznačující se tím, že dispergační míchadlo (4) má smykovou rychlost 300 až 500 sDevice for preparing a liquid foundry inorganic geopolymic binder according to claim 4, characterized in that the dispersing stirrer (4) has a shear rate of 300 to 500 s. 8. Zařízení pro přípravu tekutého slévárenského anorganického geopolymemího pojivá podle nároku 4, vyznačující se tím, že dispergační míchadlo (4) je na obvodě opatřeno zuby o délce 60 mm a výšce 40 mm, které jsou střídavě směrovány nahoru a dolů.The device for preparing a liquid foundry inorganic geopolymic binder according to claim 4, characterized in that the dispersing stirrer (4) is circumferentially provided with teeth 60 mm long and 40 mm high, which are alternately directed up and down.