CZ307614B6

CZ307614B6 - Tepelně a zvukově izolační materiál a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ307614B6
Application number: CZ2007-188A
Authority: CZ
Inventors: Zdeněk Ertl
Original assignee: Zdeněk Ertl
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2019-01-16
Also published as: CZ2007188A3

Abstract

Tepelně a zvukově izolační materiál, na bázi jemně mletého ložového popela z fluidního spalování hnědého uhlí, který je tvořen homogenizovanou, práškovým hliníkem napěněnou, ztuhlou a vysušenou směsí mletého ložového popela, obsahujícího zbytkové alumino-silikáty, anhydrit CaSOa zbytkový vápenec CaCOs obsahem volného oxidu vápenatého CaO v rozmezí 5 až 15 % hmotn., kde takový popel je v hmotnostním poměru 95 : 5 smíchán s přírodním montmorillonitem a tato směs dvou práškových hmot je doplněna o 0,01 až 0,025 % hmotn. práškového kovového hliníku vztaženo na hmotnost mletého popela. Směs dále zahrnuje materiál, vybraný ze skupiny plniv, např. odpadový písek, kamenný prach nebo prach s podílem hrubších částic do velikosti 1 mm, a to v množství 25 až 45 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost směsi. Předmětem vynálezu je dále způsob výroby tepelně a zvukově izolačního materiálu na bázi jemně mletého ložového popela z fluidního spalování hnědého uhlí, při kterém se pro inhibici síry v uhlí při spalování přidává vápenec, kde ložový popel se zbytkovými alumino-silikáty, anhydritem CaSOa zbytkovým vápencem CaCO, obsahující nejméně 5 až 15 % hmotn. volného oxidu vápenatého CaO, se smísí s 5 % hmotn. Ca-montmorillonitu s vysokou afinitou k výměně iontů, tato suchá základní směs se pak míchá s vodou a za míchání doplňuje práškovým hliníkem a homogenizuje se mícháním, načež se po homogenizaci výsledná směs plní do forem a v nich solidifikuje.

Description

Oblast techniky

Předmětem vynálezu je tepelně a zvukově izolační materiál, zejména pro tepelně namáhané a ohni odolné materiály, zahrnující protipožární příčky, ohni odolné dveře, trezory, schránky pro úschovu citlivých dat, a dále způsob jeho výroby.

Dosavadní stav techniky

Tepelně a zvukově izolační, nehořlavé lehké stavební hmoty, například pórobeton, plynobeton, vápenopískové silikáty, se vyrábějí tak, že mleté suroviny, písek, vápno, cement, nosič sulfátů a práškový hliník, se spolu s vodou dávkují jako šarže do mísiče. Po smísení se materiál plní do licí formy, ve které hmota vykyne na konečný objem a ponechá do ztuhnutí komponentů pojiv na dostatečnou pevnost zasyrova. Pak se rozřezává a prochází autoklávem v přetlaku za účinků vodní páry při teplotě vyšší než 100 °C. Tyto výrobní postupy jsou popsány v řadě publikací, například Silikátový beton, autor S. Robert, vydalo nakladatelství VEB Verlag fůr Bauwesen, Berlin 1970, v knize autorů L. Svoboda a kol., Stavební hmoty, vydavatelství JAGA Bratislava 2004, dále patentu BE 556531, patentu CH 281682, patentu FR 1360763, patentů CZ 294145 a CZ 289378, patentů USA 6395205, US 6022407, US 5788761, US 4570443, US 4503096 a dalších. Nevýhodou je jejich energetická náročnost při výrobě, s nutností použití vyšších teplot a tlaků.

Podstata vynálezu

Cílem předloženého vynálezu je tepelně a zvukově izolační materiál, včetně způsobu jeho výroby, určený pro zvláště tepelně namáhané a ohni odolné stavební prvky, součásti stavebních objektů a jejich vybavení. Úkolem je, aby umožňoval využití odpadů ze spalování hnědého a černého uhlí a současně, aby jeho výroba nebyla energeticky náročná. Předmětem tohoto vynálezu je tepelně a zvukově izolačního materiálu, na bázi jemně mletého ložového popela z fluidního spalování hnědého uhlí. Podstata vynálezu spočívá v tom, že tepelně a zvukově izolační materiál je tvořen homogenizovanou, práškovým hliníkem napěněnou, ztuhlou a vysušenou směsí mletého ložového popela, obsahujícího zbytkové alumino-silikáty, anhydrit CaSO₄ a zbytkový vápenec CaCO₃ s obsahem volného oxidu vápenatého CaO v rozmezí 5 až 15 % hmotn., kde takový typ fluidního popela je v hmotnostním poměru 95:5 smíchán s přírodním montmorillonitem a tato směs dvou práškových hmot je doplněna o 0,01 až 0,025 % hmotn. práškového kovového hliníku vztaženo na hmotnost mletého popela.

Směs dále zahrnuje materiál, vybraný ze skupiny plniv, zahrnující odpadový písek, kamenný prach nebo prach s podílem hrubších částic do velikosti 1 mm, a to v množství 25 až 45 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost směsi. Významnou vlastností směsí, připravených přibližně z 95 % hmotn. mletého ložového popela a 5 % hmotn. Ca- montmorillonitu, je skutečnost, že při směsi s vodou se vytváří pastózní hmota, která je schopna přijímat plniva a zapouzdřit je do vznikající polymemí sítě. Nej významnější je možnost použít jako plniva tak zvaný úletový popílek, což je další odpadový produkt fluidního spalování uhlí v tepelných agregátech pro výrobu tepla nebo elektrické energie. V tomto případě je možno likvidovat a využít obou odpadů spalování uhlí z této technologie. Mimo úletový popílek je možno jako plniva použít i další anorganické odpady jako například odpadový písek ze slévárenských forem nebo kamennou drť nebo kamenné prachy, zbývající po těžbě a zpracování kamene, včetně jemných prachů vápenatých nebo prachů opukových. Je výhodné, že tuhnutí tohoto materiálu probíhá při normální teplotě a tlaku, to znamená bez nutnosti zvýšeného tlaku a teplot.

- 1 CZ 307614 B6

Dalším předmětem tohoto vynálezu je způsob výroby tepelně a zvukově izolačního materiálu na bázi jemně mletého lóžového popela z fluidního spalování hnědého uhlí, při kterém se pro inhibici síry v uhlí při spalování přidává vápenec. Podstata vynálezu spočívá v tom, že lóžový popel se zbytkovými alumino-silikáty, anhydritem CaSO₄ a zbytkovým vápencem CaCO₃, obsahující nejméně 5 až 15 % hmota, volného oxidu vápenatého CaO, se smísí s 5 až 15 % hmotn. Ca-montmorillonitu s vysokou afinitou k výměně iontů, tato suchá základní směs se pak míchá s vodou a za míchání doplňuje práškovým hliníkem a homogenizuje se mícháním, načež se po homogenizaci výsledná směs plní do forem a v nich solidifikuje. Suchá základní směs se míchá s vodou v poměru od 35 do 65 % hmota, vody, vztaženo na suchý mletý lóžový popel, po dobu 10 až 15 minut.

Při míchání suché základní směsi s vodou se přidává materiál, vybraný ze skupiny zahrnující jednotlivě nebo v kombinaci úletový popílek, odpadový písek, kamenný prach nebo prach s podílem hrubších částic do velikosti 1 mm, a to v množství 25 až 45 % hmota., vztaženo na hmotnost výsledné směsi.

Práškový hliník se přidává v množství 0,01 až 0,025 % hmota., vztaženo na hmotnost suchého mletého lóžového popela. Homogenizace se provádí po dobu 5 až 15 minut. Po naplnění výsledné směsi do forem se povrch materiálu pro snížení rychlosti odpařování vody z povrchu směsi zcela zakryje. Vznikající solidifikáty tuhnou v době 10 až 12 hodin bez přídavků dalších chemických látek a za běžných teplot a tlaku okolí. Výluhy těchto hmot poskytují neutrální nebo blízce neutrální výluhy, při pH 7 až 7,5. Hmoty jsou plně stabilizovány, ve vodě se nerozcházejí a zachovávají svou strukturu a pevnost.

V alternativním provedení tohoto vynálezu se výsledná směs plní do forem na vrstvu ve formě již uložené tuhnoucí nepěněné směsi, která se připravuje mícháním směsi mletého lóžového popela z fluidního spalování uhlí s vodou v poměru od 35 až do 65 % hmota., vztaženo na suchý mletý lóžový popel, přičemž směs mletého lóžového popela obsahuje zbytkové alumino-silikáty, anhydrit CaSO₄ a zbytkový vápenec CaCO₃, dále nejméně 5 až 15 % hmotn. volného oxidu vápenatého CaO a 5 % hmotn. Ca-montmorillonitu. Výsledná směs se ukládá na vrstvu ve formě uložené tuhnoucí nepěněné směsi do 45 minut od počátku plnění nepěněné směsi do formy. Při přípravě nepěněné směsi se do směsi mletého lóžového popela může přidávat odpadový písek v poměru od 25 do 45 % hmota., vztaženo na celkovou hmotnost solidifikátu. Vzniká tak sendvičový typ materiálu, který je z jedné strany konstrukční a z druhé strany tepelně a zvukově izolační.

Příklady uskutečnění vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je čistě anorganický, tepelně a zvukově izolační materiál s odolností proti vysokým teplotám do 1750 °C, který v průběhu zahřívání nevydává žádné zplodiny a zachovává svůj tvar a formu. Základem jeho složení je lóžový popel z fluidního spalování hnědého, případně černého uhlí, kdy se používá teplota spalování v rozsahu 800 až 900 °C a inhibice síry v uhlí je prováděna tak, že do mletého uhlí je přidáván mletý vápenec CaCO₃ nebo dolomitický vápenec CaCO₃. MgCO₃. V obou případech se při hoření uhlí rozkládají karbonáty a vznikající SO₃ ² se váže na CaO za vzniku anhydritu CaSO₄. Mimo to dále vzniká určité množství oxidu vápenatého CaO, kterého pro následnou reakci musí být nejméně 5 % hmotn. Součástí lóžového popela je dále i malé množství původního vápence.

Důležitou podmínkou reakce, která podle tohoto vynálezu vytváří pevnou a ve vodě nerozpustnou hmotu za normální teploty a tlaku, je výše uvedená teplota spalování uhlí, kdy zbytkovými materiály jsou převážně alumino-silikáty. Teplotní rozmezí spolu s dobou pobytu částic mletého uhlí ve fluidním prostředí způsobí transformaci [6] Al³⁺ na [4] Al³⁺ - šesti koordinaci hliníkového iontu na čtyř koordinaci tohoto iontu a současně je [4] Si⁴⁺ v postavení, kdy v alkalickém vodném prostředí mohou oba základní prvky vytvářet troj dimenzionální

-2CZ 307614 B6 prostorovou síť polymemího amorfního charakteru. V případě lóžového popela je alkalické prostředí zjištěno množstvím tzv. volného CaO, který spolu s vodou vytváří přechodně Ca (OH)₂ a umožní zvýšení pH. Hodnota pH vlastního lóžového popela ve vodě se pohybuje v rozmezí pH 10,5 až 11. Aby bylo dosaženo odpovídající reakce a homogenizace celého objemu v lóžovém popelu, je třeba lóžový popel jemně mlít, tak aby jeho částice byly co nejmenší (měrný povrch 800 až 2000 m³/kg). Současně se do mletého popela na stanovenou jemnost přidává 5 % hmotn. Ca- montmorillonitu - přírodního jílového minerálu s vysokou afinitou k výměně iontů. Vznikající solidifikáty tuhnou v době 10 až 12 hodin bez přídavků dalších chemických látek a za běžných teplot a tlaku okolí. V průběhu tuhnutí a po úplné solidifikaci, to je po odchodu veškeré rozdělávací vody, se v materiálu identifikuje mimo dalších složek i primárně se tvořící ettringit, který však není pojivovou složkou takového solidifikátu, stejně jako zbývající CaCO₃. Důležitou vlastností pevné hmoty je skutečnost, že výluhy těchto hmot poskytují neutrální nebo blízce neutrální výluhy, při pH 7 až 7,5. Hmoty jsou plně stabilizovány, ve vodě se nerozcházejí a zachovávají svou strukturu a pevnost.

V prostředí neutrálního pH a při nedostatku dalších komponentů (Al³⁺ , vody a síranových aniontů) pro tvorbu ettringitu se tato látka, známá jako betonářský jed samovolně rozkládá a po určité době, přibližně devíti až dvanácti měsíců, již není identifikovatelná dostupnými analytickými metodami, například rentgenovou difřakční analýzou apod. Solidifikáty si zachovávají svou pevnost a stabilitu, což je dáno tím, že řídicí reakcí, která vytváří pevná a stabilní pojivá, je postupná polymerace hlavních anorganických podílů - alumino-silikátů. Protože takové solidifikáty neobsahují žádný přídavek organických látek, nevytvářejí při zahřívání žádné zplodiny, což je dáno i tím, že obsah nespalitelného zbytku lóžových popelů se pohybuje v rozmezí 0,2 až 0,4 % hmotn.

Jak již bylo výše uvedeno, významnou vlastností směsí, připravených přibližně z 95 % hmotn. mletého lóžového popela a 5 % hmotn. Ca- montmorillonitu, je skutečnost, že při směsi s vodou se vytváří pastózní hmota, která je schopna přijímat plniva a zapouzdřit je do vznikající polymerní sítě. Nejvýznamnější je možnost použít jako plniva tak zvaný úletový popílek, což je další odpadový produkt fluidního spalování uhlí v tepelných agregátech pro výrobu tepla nebo elektrické energie. V tomto případě je možno likvidovat a využít obou odpadů spalování uhlí z této technologie (viz následující příklady). Mimo úletový popílek je možno jako plniva použít i další anorganické odpady jako například odpadový písek ze slévárenských forem nebo kamennou drť nebo kamenné prachy, zbývající po těžbě a zpracování kamene, včetně jemných prachů vápenatých nebo prachů opukových.

Pro výrobu zvláště tepelně namáhaných a ohni odolných materiálů, jako jsou například protipožární příčky, ohni odolné dveře, trezory, schránky pro úschovu citlivých dat na CD a DVD apod., byl vyvinut materiál podle tohoto vynálezu, jehož napěněná hmota je vytvořena ze směsí lóžového a úletového popílku. Je pěněna malým přídavkem kovového hliníkového prachu, kdy v počátečním stupni alkalické reakce, způsobené přechodným formováním Ca (OH)₂ z původně přítomného CaO s vodou, je u velmi jemných podílů hliníkového prášku (měrný povrch 1000 až 1500 m³/kg) dosaženo reakce, při které vznikající vodík celý objem hmoty napění.

Materiál se vyznačuje především těmito vlastnostmi:

Bylo zjištěno, že deskový materiál o síle stěny 30 mm, jednostranně zahřívaný přímým plamenem s maximální teplotou 1750 °C, vykazuje na opačné, to je studené straně, teploty výrazně nižší. Po 30 minutách ohřevu je teplota opačné strany na úrovni 80 až 85 °C a po dobu 120 minut se drží pod limitem stanoveným normou PAVUS, to je pod teplotou 120 °C. Bylo tak dosaženo odolnosti proti vysokým teplotám po dobu 2 hodin, což je čas, který umožní záchranu osob a majetku v případě aplikací těchto hmot v protipožárním zabezpečení.

Měřením bylo dále zjištěno, že součinitel teplotní vodivosti λ [ W m¹ K¹ ] u přirozeně vlhkých vzorků daného materiálu se pohybuje v rozmezí 0, 117 až 0,151 s tím, že vzorky uložené ve vodě mají tento součinitel 0,677 až 0,701 [ W ni ¹K ¹1.

-3CZ 307614 B6

Způsob přípravy:

Způsob přípravy spočívá v mletí základní suroviny, kterou je lóžový elektrárenský nebo teplárenský popílek z fluidního spalování na požadovanou jemnost, ve směsi s Camontmorillonitem. Tato suchá základní směs se poté míchá po dobu 10 až 15 minut s vodou, a to buďto samostatně, nebo za přídavku úletového popílku (v množství 35 až 40 % hmotn.) ze stejného zdroje jako je lóžový popel, za stálého míchání se doplní práškovým hliníkem a mícháním po dobu 5 minut se zajistí dokonalá homogenizace celé směsi.

Hmota se rychle přesune do forem (zaplní se přibližně 80 až 90 % objemu formy) a zakryje, tak aby nedocházelo k rychlému odpařování vody z povrchu. Po několika minutách (15 až 45 minutách), v závislosti na množství vody a hustotě směsi, vyplní tato hmota celý objem formy, který ztvrdne v průběhu 10 až 12 hodin. Další prodleva, přibližně 7 dní, zajistí odpaření tak zvané rozdělávací vody. Tento čas může být výrazně zkrácen umístěním výrobků do sušáren při teplotě sušení 60 °C.

Podle druhu a typu plniva se dosahuje různých odolností proti vysokým a velmi vysokým teplotám. Optimální je použití inertního plnicího materiálu, jako je úletový popílek, který nevykazuje při zahřívání žádné objemové změny a ani nevykazuje rozpad podílů v něm obsažených. Další typy materiálů, například písek nebo karbonáty, podléhají buď změnám objemu (křemenný písek), nebo vlastnímu rozpadu (karbonáty) při vyšších teplotách. Podobně uzavřený a zapouzdřený opukový prach vykazuje při teplotách nad 700 °C rozpad vápenatých karbonátů. Čím vyšší je obsah plniv (písku, kamenné drti apod.), tím se zvyšuje thixotropie hmot a pro získání nepěněné hmoty (příklad 4) je možno vibrací formy vyplnit dokonale celý požadovaný objem. Hmota teče, jen je-li v pohybu vibrací.

Příklad 1

100 g základní popelové směsi v poměru 95 : 5 (ložový popel: Ca- montmorillonit), mleté na jemnost 1500 m³/kg, 30 až 45 g úletového popílku a 35 ml vody se míchá po dobu 10 minut. Poté se přidá 0,01 až 0,02 % práškového hliníku (vztaženo na hmotnost základní popelové směsi) a homogenizuje se dalších 5 až 10 minut (do 15 minut). Hmota se přesune do forem, které se vyplní do 85 až 90 % svého objemu, načež jsou formy shora zakryty plastovou fólií.

Příklad 2

100 g základní popelové směsi (95 :5), mleté na jemnost 2000 m³/kg, 35 až 45 g odpadového písku a 40 až 45 ml vody se míchá po dobu 15 minut. Poté se do vzniklé směsi přidá 0,02 až 0,025 % (opět vztaženo na hmotnost základní popelové směsi) hliníkového prášku a homogenizuje se 5 minut. Hmota se přesune do forem, které se vyplní do 85 až 90 % objemu, a povrch se zakryje plastovou fólií.

Příklad 3

100 g základní popelové směsi (95 : 5), mleté na jemnost 1500 m³/kg, se míchá samostatně po dobu 10 minut a poté se přidá 25 až 45 g kamenného prachu nebo prachu s podíly hrubších částic do 1 mm. Směs se homogenizuje s přídavkem 0,015 až 0,02 % hliníkového prášku. Dále je postup stejný jako shora.

-4CZ 307614 B6

Příklad 4

Základní materiál podle příkladu 1 se aplikuje na hmotu vznikající z nepěněného materiálu do 45 minut po přípravě a vzniká tak sendvičový typ materiálu, který je z jedné strany konstrukční a z druhé strany tepelně izolační. Nepěněný materiál je připraven ze 100 g popelové směsi mleté na jemnost 1500 m³/kg s 40 až 45 ml vody a případně přídavku odpadového písku v množství 25 až 40 g. Míchá se po dobu 15 minut a přesune se do formy. V rozpětí 30 až 45 minut se překryje ve stejné formě materiálem podle předcházejících příkladů 1, 2 nebo 3.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný pro přípravu tepelně a zvukově izolačního materiálu a ohni odolného materiálu, zahrnujícího například protipožární příčky, ohni odolné dveře, trezory, schránky pro úschovu citlivých dat.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Tepelně a zvukově izolační materiál, na bázi jemně mletého ložového popela z fluidního spalování hnědého uhlí, vyznačující se tím, že je tvořen homogenizovanou, práškovým hliníkem napěněnou, ztuhlou a vysušenou směsí mletého lóžového popela, obsahujícího zbytkové alumino-silikáty, anhydrit CaSO₄ a zbytkový vápenec CaCO₃ s obsahem volného oxidu vápenatého CaO v rozmezí 5 až 15 % hmota., kde takový typ fluidního popela je v hmotnostním poměru 95 : 5 smíchán s přírodním montmorillonitem a tato směs dvou práškových hmot je doplněna o 0,01 až 0,025 % hmota, práškového kovového hliníku vztaženo na hmotnost mletého popela.

2. Tepelně a zvukově izolační materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že směs dále zahrnuje materiál, vybraný ze skupiny plniv, zahrnující odpadový písek, kamenný prach nebo prach s podílem hrubších částic do velikosti 1 mm, a to v množství 25 až 45 % hmota., vztaženo na celkovou hmotnost směsi.

3. Způsob výroby tepelně a zvukově izolačního materiálu podle předchozích nároků 1 nebo 2, na bázi jemně mletého lóžového popela z fluidního spalování hnědého uhlí, při kterém se pro inhibici síry v uhlí při spalování přidává vápenec, vyznačující se tím, že ložový popel se zbytkovými alumino-silikáty, anhydritem CaSO₄ a zbytkovým vápencem CaCO₃, obsahující nejméně 5 až 15 % hmota, volného oxidu vápenatého CaO, se smísí s 5 % hmotn. Ca-montmorillonitu s vysokou afinitou k výměně iontů, tato suchá základní směs se pak míchá s vodou a za míchání doplňuje práškovým hliníkem a homogenizuje se mícháním, načež se'po homogenizaci výsledná směs plní do forem a v nich solidifikuje.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že suchá základní směs se míchá s vodou v poměru od 35 do 65 % hmotn. vody, vztaženo na suchý mletý lóžový popel, po dobu 10 až 15 minut.

5. Způsob podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že při míchání suché základní směsi s vodou se přidává materiál, vybraný ze skupiny plniv zahrnující jednotlivě nebo v kombinaci úletový popílek, odpadový písek, kamenný prach nebo prach s podílem hrubších částic do velikosti 1 mm, a to v množství 25 až 45 % hmotn vztaženo na hmotnost výsledné směsi.

-5CZ 307614 B6

6. Způsob podle některého z nároků 3 až 5, vyznačující se tím, že homogenizace se provádí po dobu 5 až 15 minut.

7. Způsob podle některého z nároků 3 až 6, vyznačující se tím, že po naplnění výsledné směsi do forem se povrch materiálu pro snížení rychlosti odpařování vody zakryje.

8. Způsob podle některého z nároků 3 až 7, vyznačující se tím, že výsledná směs se plní do forem na vrstvu ve formě uložené tuhnoucí nepěněné směsi, která se připravuje mícháním směsi mletého ložového popela z fluidního spalování uhlí s vodou v poměru od 35 až do 65 % hmota., vztaženo na suchý mletý ložový popel, přičemž směs mletého lóžového popela obsahuje zbytkové alumino-silikáty, anhydrit CaSO₄ a zbytkový vápenec CaCO₃, dále nejméně 5 až 15 % hmota, volného oxidu vápenatého CaO a 5 % hmotn. Camontmorillonitu.

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že výsledná směs se ukládá na vrstvu ve formě uložené tuhnoucí nepěněné směsi do 45 minut od počátku plnění nepěněné směsi do formy.

ÍO.Způsob podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že při přípravě nepěněné směsi se do směsi mletého lóžového popela přidává odpadový písek v poměru od 25 do 45 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost směsi.