RU2563864C1 - Method to produce granulate for production of glass foam and glass foam ceramics - Google Patents
Method to produce granulate for production of glass foam and glass foam ceramics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2563864C1 RU2563864C1 RU2014123902/03A RU2014123902A RU2563864C1 RU 2563864 C1 RU2563864 C1 RU 2563864C1 RU 2014123902/03 A RU2014123902/03 A RU 2014123902/03A RU 2014123902 A RU2014123902 A RU 2014123902A RU 2563864 C1 RU2563864 C1 RU 2563864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silica
- suspension
- component
- granulate
- grinding
- Prior art date
Links
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству строительных материалов из кремнеземистых пород с высоким содержанием аморфного диоксида кремния, а именно к области производства пеносиликатных материалов, получаемых вспениванием при температуре 750-900°C, и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных материалов с плотностью 120-350 кг/м3.The invention relates to the production of building materials from siliceous rocks with a high content of amorphous silicon dioxide, and in particular to the field of production of foam silicate materials obtained by foaming at a temperature of 750-900 ° C, and can be used for the manufacture of heat-insulating materials with a density of 120-350 kg / m 3 .
В процессе получения пеносиликатного материала перед вспениванием исходной смеси ее гранулируют, т.е. получают гранулят или сырцовые гранулы, которые в отдельных случаях подвергают термообработке и измельчают до порошка с удельной поверхностью 6000-7000 см2/г.In the process of producing a foam silicate material, before granulating the initial mixture, it is granulated, i.e. granulate or raw granules are obtained, which in some cases are subjected to heat treatment and crushed to a powder with a specific surface of 6000-7000 cm 2 / g.
Известен способ получения стеклогранулята путем смешивания компонентов шихты необходимого состава и варки стекломассы при температуре выше 1400°C, охлаждения стекломассы с последующим дроблением и измельчением до удельной поверхности 6000-7000 см2/г [Демидович Б.К. Пеностекло. - Минск, 1975].A known method of producing glass granulate by mixing the components of the mixture of the required composition and melting the glass at a temperature above 1400 ° C, cooling the glass with subsequent crushing and grinding to a specific surface of 6000-7000 cm 2 / g [Demidovich B.K. Foam glass. - Minsk, 1975].
Недостатком данного способа является необходимость организации процесса варки стекла при высоких температурах с большим энергопотреблением.The disadvantage of this method is the need to organize the process of glass melting at high temperatures with high energy consumption.
Известен способ производства материала, в котором в качестве исходного материала используют концентрированный 42-46% раствор щелочи NaOH и трепел-породу с высоким содержанием аморфного кремнезема (опала), сырьевую смесь которых интенсивно перемешивают при 80-90°C [Эйне И.А., Хвастухин Ю.И. Кремнезит - новый энерго- и ресурсосберегающий строительный материал. Экология и ресурсосбережение. 2000, 5, с. 13-18].A known method of producing a material in which a concentrated 42-46% alkali solution of NaOH and tripoli with a high content of amorphous silica (opal) are used as starting material, the raw material mixture of which is intensively mixed at 80-90 ° C [Eine I.A. , Khvastukhin Yu.I. Silica - a new energy and resource-saving building material. Ecology and resource conservation. 2000, 5, p. 13-18].
В результате взаимодействия аморфного кремнезема со щелочью при остывании образуется продукт в виде монолитной гомогенной массы оливкового цвета плотностью 1450-1700 кг/м3 и влажностью 35-38%.As a result of the interaction of amorphous silica with alkali during cooling, the product is formed in the form of a monolithic homogeneous mass of olive color with a density of 1450-1700 kg / m 3 and humidity 35-38%.
Известен способ получения материала (заявка РСТ 97/33843, МПК C04B 28/26, опубл. 18.09.1999), включающий измельчение кремнеземистого сырья, перемешивание его с концентрированным 40% раствором щелочи, нагревание при перемешивании при 75-90°C в течение 40-60 мин, охлаждение до перехода в хрупкое состояние, дробление хрупкой массы перед вспучиванием для получения заготовок.A known method of producing material (application PCT 97/33843, IPC C04B 28/26, publ. 09/18/1999), including grinding siliceous raw materials, mixing it with concentrated 40% alkali solution, heating with stirring at 75-90 ° C for 40 -60 min, cooling to a brittle state, crushing the brittle mass before expansion to produce billets.
Известен способ получения материала (Патент РФ №2203244, МПК C04B 28/26, опубл. 27.04.2003), включающий измельчение кремнеземистого сырья до тонкодисперсного состояния, перемешивание его с концентрированным раствором щелочи NaOH. Перед перемешиванием кремнеземистое сырье и щелочь нагревают до 25°C, выдерживают 1 час, затем нагревают до температуры 80-90°C путем подъема температуры по 20°C в час в течение 3 часов, образуется гомогенная масса, которая переходит в хрупкое состояние. Затем эту массу дробят для получения гранулированного материала. Способ получения гранулята опробован в лабораторных условиях.A known method of producing material (RF Patent No. 2203244, IPC C04B 28/26, publ. 04/27/2003), including grinding siliceous raw materials to a finely divided state, mixing it with a concentrated solution of alkali NaOH. Before mixing, the siliceous raw materials and alkali are heated to 25 ° C, held for 1 hour, then heated to a temperature of 80-90 ° C by raising the temperature at 20 ° C per hour for 3 hours, a homogeneous mass forms, which turns into a brittle state. Then this mass is crushed to obtain granular material. The method for producing granulate was tested in laboratory conditions.
Наиболее близким является способ получения гранулята, включающий подготовку фракции высококремнеземистого сырья - диатомита, опоки, трепела, последующую его подсушку, измельчение в порошок, проходящий через сито 900 отв./см2, смешивание порошка с щелочным раствором каустической соды в тарельчатом грануляторе при 33-35%-ной влажности смеси. Состав смеси, мас. %: высококремнеземистый порошок - 92; NaOH - 8. Получали гранулят размером 1-16 мм, обжигали при температуре 750-850°C [Иваненко В.Н. Строительные материалы из кремнистых пород. - Киев: Будiвельник, 1978, стр. 103].The closest is the method of producing granulate, including the preparation of a fraction of highly siliceous raw materials - diatomite, flask, tripoli, its subsequent drying, grinding into a powder passing through a sieve 900 holes / cm 2 , mixing the powder with an alkaline solution of caustic soda in a plate granulator at 33- 35% humidity of the mixture. The composition of the mixture, wt. %: high siliceous powder - 92; NaOH - 8. Received granules with a size of 1-16 mm, burned at a temperature of 750-850 ° C [Ivanenko V.N. Siliceous building materials. - Kiev: Budivelnik, 1978, p. 103].
Недостатком способа является получение пористых заполнителей большой насыпной плотности, водопоглощения и низкой морозостойкости.The disadvantage of this method is to obtain porous aggregates of high bulk density, water absorption and low frost resistance.
Общим недостатком перечисленных способов является то, что авторы не учитывают особенностей протекания реакции между аморфным кремнеземом и щелочью. В связи с тем, что реакция экзотермическая, она протекает с большим выделением тепла. Компоненты не требуют предварительного нагрева, реакция начинается при комнатной температуре. Нарастание температуры смеси происходит лавинообразно, смесь и оборудование нагреваются до температуры порядка 100°C. Реакция сопровождается большим выделением щелочных паров, что значительно ухудшает условия труда работающих, сопровождается большими выбросами щелочных паров в атмосферу, кроме того, масса очень быстро затвердевает, превращаясь в большой прочный конгломерат прямо в смесителе, что приводит к остановке или поломке смесительного оборудования по причине образования «козла». Процесс этот в производственных условиях практически неуправляем, образованная масса неоднородна, что обусловливает низкое качество полученного материала.A common disadvantage of these methods is that the authors do not take into account the characteristics of the reaction between amorphous silica and alkali. Due to the fact that the reaction is exothermic, it proceeds with a large release of heat. The components do not require preheating, the reaction begins at room temperature. The temperature of the mixture rises avalanche, the mixture and equipment are heated to a temperature of about 100 ° C. The reaction is accompanied by a large release of alkaline vapors, which significantly worsens the working conditions of workers, is accompanied by large emissions of alkaline vapors into the atmosphere, in addition, the mass hardens very quickly, turning into a large durable conglomerate directly in the mixer, which leads to a stop or breakdown of the mixing equipment due to the formation of "Goat". This process in production conditions is practically uncontrollable, the formed mass is heterogeneous, which leads to low quality of the obtained material.
Еще одним недостатком предлагаемых способов является использование измельченного тонкодисперсного кремнеземистого сырья. Но измельчение и просеивание сырья возможно при влажности не более 1-2%. Поэтому техника измельчения сырья тесно связана с его сушкой. Но такие материалы, как диатомит, опока, трепел, имеющие нанопористую структуру, в промышленных условиях высушить до влажности 1-2% практически невозможно. Сушка требует больших расходов электроэнергии и времени, т.к. в нанопорах вода удерживается очень прочно. Способы, описанные в известных патентах, были опробованы в лабораторных условиях и осуществить их в промышленных условиях довольно затруднительно.Another disadvantage of the proposed methods is the use of crushed fine silica raw materials. But grinding and sieving of raw materials is possible with a moisture content of not more than 1-2%. Therefore, the technique of grinding raw materials is closely related to its drying. But such materials as diatomite, flask, tripoli, having a nanoporous structure, in industrial conditions it is almost impossible to dry to a moisture content of 1-2%. Drying requires a lot of energy and time. in nanopores, water is held very firmly. The methods described in the known patents have been tested in laboratory conditions and it is rather difficult to implement them in an industrial environment.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка промышленной технологии получения гранулята, позволяющей повысить качество исходного кремнеземсодержащего сырья, исключить процесс его сушки, повысить однородность и химическую активность шихты для получения гранулята, а также упростить процесс грануляции и одновременно повысить качество получаемого полуфабриката.The objective of the invention is to develop industrial technology for the production of granules, which allows to improve the quality of the initial silica-containing raw materials, to exclude the drying process, to increase the uniformity and chemical activity of the mixture to obtain granules, as well as to simplify the granulation process and at the same time improve the quality of the resulting semi-finished product.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения гранулята для изготовления пеностекла и пеностеклокерамики, включающем подготовку кремнеземсодержащего компонента, его измельчение, сушку, смешение с щелочным компонентом и водой с получением суспензии, гранулирование с получением полуфабриката, при этом согласно изобретению подготовку кремнеземсодержащего компонента осуществляют вылеживанием кремнеземсодержащего сырья в хранилищах при карьерной влажности 15-55%, причем гранулят получают посредством процесса, включающего дробление и измельчение фракций кремнеземсодержащего компонента до размеров частиц 0,3-1,5 мм в смесителе-грануляторе «Каскад», последующее их смешивание с щелочным компонентом и водой в аттриторе мокрого помола с получением суспензии, которую затем в сушильно-грануляционной установке подвергают распылительной сушке, гранулированию и последующей сепарации высушенных гранул с получением гранулята с влажностью не более 7 мас. %.The problem is solved in that in the method for producing granulate for the manufacture of foam glass and foam glass ceramic, including the preparation of a silica-containing component, its grinding, drying, mixing with an alkaline component and water to obtain a suspension, granulation to obtain a semi-finished product, while according to the invention the preparation of a silica-containing component is carried out by aging silica-containing raw materials in storage at a career humidity of 15-55%, and the granulate is obtained through a process including pouring and grinding fractions of the silica-containing component to a particle size of 0.3-1.5 mm in a Cascade mixer granulator, their subsequent mixing with an alkaline component and water in a wet grinding attritor to obtain a suspension, which is then sprayed in a granulation dryer drying, granulating and subsequent separation of the dried granules to obtain granules with a moisture content of not more than 7 wt. %
Для расширения сырьевой базы кремнеземсодержащего сырья используют все виды опал-кристобалитовых пород - диатомит, опоку, трепел.To expand the raw material base of silica-containing raw materials, all types of opal-cristobalite rocks are used - diatomite, flask, tripoli.
Шихта для изготовления стеклогранулята для пеностекла включает 75-85% кремнеземсодержащего сырья, 15-25% каустической соды, а в качестве кремнеземсодержащего сырья используют диатомит, опоку, трепел карьерной влажности.The mixture for the manufacture of glass granulate for foam glass includes 75-85% of silica-containing raw materials, 15-25% of caustic soda, and diatomite, flask, tripoli with career moisture are used as silica-containing raw materials.
Существенным преимуществом предлагаемого способа является то, что используемые опал-кристобалитовые породы имеют влажность 15-55%. Использование указанных пород с такой влажностью обусловлено тем, что при 15-55% влажности вся влага практически находится внутри пор материала, в результате чего материал сохраняет хорошую и постоянную сыпучесть при стабильном угле естественного откоса, равном примерно 40°. При такой влажности применяемого материала не образуются комки, он хорошо дозируется и лучше хранится.A significant advantage of the proposed method is that the opal-cristobalite rocks used have a moisture content of 15-55%. The use of these rocks with such humidity is due to the fact that at 15-55% humidity all moisture is practically inside the pores of the material, as a result of which the material maintains good and constant flowability with a stable angle of repose equal to about 40 °. At such humidity, the material used does not form lumps, it is well dosed and better stored.
Дополнительным преимуществом данного состава шихты по сравнению с прототипом является многокомпонентный химический состав кремнеземистых пород, в которых наравне с SiO2 присутствуют Al2O3 и другие стеклообразующие окислы.An additional advantage of this composition of the charge in comparison with the prototype is the multicomponent chemical composition of siliceous rocks, in which Al 2 O 3 and other glass-forming oxides are present along with SiO 2 .
В качестве щелочного компонента используют гидроксид, или силикат, или карбонат щелочного металла, или их смеси, преимущественно гидроксид натрия.As the alkaline component, hydroxide or silicate or alkali metal carbonate or mixtures thereof, mainly sodium hydroxide, are used.
Дополнительно осуществляют формование сыпучего полуфабриката - гранулята, на основе которого получают три типа материала: пористый засыпной, теплоизоляционный или конструкционно-теплоизоляционный материал.Additionally, granular semi-finished product is granulated, on the basis of which three types of material are obtained: porous backfill, heat-insulating or structural-heat-insulating material.
В качестве кремнеземсодержащего компонента для приготовления силикатной суспензии используют органогенные, хемогенные и криптогенные кремнистые породы: диатомиты, спонголиты, радиоляриты, силикофлагеллиты-опоки, трепела, цеолиты, кремнистые суглинки и их переходные разновидности, в том числе с глинистой составляющей в виде монтморрилонитовой, монтморрилонит-гидрослюдистой, каолинит-монтморрилонитовой, каолинит-гидрослюдистой ассоциаций. Также в качестве кремнеземсодержащего компонента могут выступать кремнистые отвалы техногенного происхождения - металлургические и доменные шлаки, золы ТЭС. Кроме того, в качестве кремнеземсодержащего компонента могут выступать смеси вышеперечисленных кремнистых пород между собой, а также с кремнистыми техногенными побочными продуктами и отвалами, например - трепел и диатомит, диатомит и стеклобой, опока со шлаками или золами и т.д.Organogenic, chemogenic and cryptogenic siliceous rocks are used as a silica-containing component for the preparation of a silicate suspension: diatomites, spongolites, radiolarites, silica flagellites, tripoli, zeolites, siliceous loams and their transitional varieties, including those with clay montmoronite monolithon montmoronite hydromica, kaolinite-montmorrilonite, kaolinite-hydromica associations. Also, siliceous dumps of technogenic origin, such as metallurgical and blast furnace slags, ashes of thermal power plants, can act as a silica-containing component. In addition, mixtures of the aforementioned siliceous rocks with each other, as well as with siliceous man-made by-products and dumps, for example tripoli and diatomite, diatomite and cullet, flask with slag or ash, etc. can act as a silica-containing component.
Кремнеземсодержащий компонент приводят в дисперсное состояние со средним размером частиц 0,3-1,5 мм. Для этого используют метод мокрого измельчения. Измельчение производят в одну или несколько стадий в зависимости от свойств кремнеземсодержащего компонента и принятой схемы переработки. Мокрое измельчение позволяет использовать кремнеземсодержащий компонент естественной влажности и исключить необходимость предварительной сушки.The silica-containing component is dispersed with an average particle size of 0.3-1.5 mm. To do this, use the wet grinding method. Grinding is carried out in one or several stages, depending on the properties of the silica-containing component and the accepted processing scheme. Wet grinding allows the use of a silica-containing component of natural moisture and eliminates the need for preliminary drying.
В качестве щелочного компонента в основном используют гидроксид, или силикат, или карбонат щелочного металла, или их смеси, в том числе промышленно выпускаемые продукты:As the alkaline component, hydroxide, or silicate, or alkali metal carbonate, or mixtures thereof, including commercially available products, are mainly used:
- едкие щелочи - натр едкий технический, калия гидрат окиси технический;- caustic alkali - technical sodium hydroxide, technical potassium oxide hydrate;
- силикатные соли и растворимые стекла - силикат натрия растворимый, натрий кремнекислый;- silicate salts and soluble glasses - soluble sodium silicate, sodium silicate;
- несиликатные соли слабых кислот - карбонаты: сода кальцинированная техническая, калий углекислый технический, плав соды кальцинированной, сода кальцинированная техническая из нефелинового сырья, но чаще всего используется гидроксид натрия.- non-silicate salts of weak acids - carbonates: technical soda ash, technical potassium carbonate, soda ash melt, industrial soda ash from nepheline raw materials, but sodium hydroxide is most often used.
Соотношение кремнеземсодержащего и щелочного компонентов при приготовлении суспензии должно находиться в следующих пропорциях в сухом эквиваленте, мас. %:The ratio of silica-containing and alkaline components in the preparation of the suspension should be in the following proportions in dry equivalent, wt. %:
Содержание воды в суспензии составляет 40-75 мас. %. Содержание воды подбирают экспериментально, так чтобы, с одной стороны, суспензия распылялась принятым методом до нужного размера, с другой - минимизировать количество испаряемой воды при сушке в потоке газообразного теплоносителя.The water content in the suspension is 40-75 wt. % The water content is selected experimentally, so that, on the one hand, the suspension is sprayed by the accepted method to the desired size, and on the other hand, to minimize the amount of evaporated water during drying in a gaseous coolant stream.
С целью улучшения реологических свойств суспензии и/или для придания сыпучему грануляту требуемых свойств в суспензию могут вводиться различные модифицирующие добавки, например пластификаторы. Также возможно введение в суспензию других соединений, придающих специальные характеристики готовой продукции.In order to improve the rheological properties of the suspension and / or to impart the desired properties to the granular granulate, various modifying additives, for example plasticizers, can be added to the suspension. It is also possible to introduce other compounds into the suspension that impart special characteristics to the finished product.
Для обеспечения требуемых пропорций компоненты суспензии вводят с помощью дозаторов. Полученную суспензию доводят до гомогенного состояния, которое поддерживают перемешиванием от возможного расслоения до полного ее использования.To ensure the required proportions, the components of the suspension are introduced using dispensers. The resulting suspension is brought to a homogeneous state, which is supported by stirring from possible separation to its full use.
Можно использовать любые известные методы сушки диспергируемого материала в потоке газообразного теплоносителя, в том числе распылительные методы с дисковым распылением суспензии, с распылением через форсунку сжатым воздухом (пневматический распыл) или с распылом через форсунку без использования сжатого воздуха (механический распыл).You can use any known methods of drying a dispersible material in a gaseous coolant stream, including spray methods with a disk spray of a suspension, spraying through a nozzle with compressed air (pneumatic spray) or spraying through a nozzle without using compressed air (mechanical spray).
В предлагаемом способе полученную суспензию подвергают сушке и гранулированию методом сушки распылением суспензий в сушильно-грануляционной установке в потоке газообразного теплоносителя с получением сыпучего полуфабриката-гранулята.In the proposed method, the resulting suspension is subjected to drying and granulation by spray drying of the suspensions in a drying and granulation plant in a gaseous coolant flow to obtain a granular prefabricated granulate.
Распылительная сушка - процесс дробления суспензии на капли с последующим их быстрым высыханием и образованием гранул шаровидной формы с гладкой поверхностью. В одной установке осуществляется несколько технологических операций: распыление и сушка суспензий, образование гранул и последующая сепарация высушенных гранул. Этим методом можно получать гранулы с размерами от нескольких микрометров до 5 мм. Распылительная сушка осуществляется в сушильно-грануляционных установках (СГУ). Гранулят из СГУ выходит с влажностью 5-7%.Spray drying is the process of crushing a suspension into droplets, followed by their quick drying and the formation of spherical granules with a smooth surface. In one installation, several technological operations are carried out: spraying and drying suspensions, the formation of granules and the subsequent separation of the dried granules. Using this method, granules with sizes from a few micrometers to 5 mm can be obtained. Spray drying is carried out in drying and granulation plants (SGU). Granulate from SSU leaves with a moisture content of 5-7%.
Достоинства метода распылительной сушки:Advantages of the spray drying method:
- быстрота процесса обезвоживания - 5-30 сек и образование гранул сферической формы;- the speed of the dehydration process - 5-30 seconds and the formation of spherical granules;
- высокое качество продукции, сравнимое с сушкой в вакууме;- high quality products comparable to vacuum drying;
- возможность регулирования характеристик гранулируемых материалов за счет технологических режимов, состава суспензии и введения комплекса поверхностно-активных веществ (ПАВ) различного функционального назначения;- the ability to control the characteristics of granular materials due to technological conditions, the composition of the suspension and the introduction of a complex of surface-active substances (surfactants) for various functional purposes;
- высокая сыпучесть и стабильность свойств гранулированных порошков;- high flowability and stability properties of granular powders;
- автоматизация процесса.- automation of the process.
Поток теплоносителя может быть как прямым, так и вихревым. Верхний температурный предел сушки определяется исходной композицией суспензии и в основном зависит от содержания щелочного компонента в суспензии, чем ниже его содержание, тем выше температура сушки. Так, при содержании щелочного компонента 15-25%, температура горячего теплоносителя на входе в сушилку находится в пределах 450-550°C, на выходе - 110-120°C. Средний размер частиц сыпучего гранулята определяется требованиями к конечной продукции, принятыми методами распыла и сушки и находится в диапазоне значений 300-500 мкм и до 5 мм.The coolant flow can be either direct or vortex. The upper temperature limit of drying is determined by the initial composition of the suspension and mainly depends on the content of the alkaline component in the suspension, the lower its content, the higher the drying temperature. So, when the content of the alkaline component is 15-25%, the temperature of the hot heat carrier at the inlet to the dryer is in the range of 450-550 ° C, at the outlet - 110-120 ° C. The average particle size of granular granulate is determined by the requirements for the final product, adopted by spraying and drying methods and is in the range of 300-500 microns and up to 5 mm.
При взаимодействии аморфного оксида со щелочами при температуре 450-550°C образуются гидратированные полисиликаты, из которых и состоит, по сути, полученный гранулят.During the interaction of amorphous oxide with alkalis at a temperature of 450-550 ° C, hydrated polysilicates are formed, of which, in essence, the granulate obtained consists of.
Необходимым условием образования однородного гидратированного полисиликата является наличие наноразмерной пористости у аморфного оксида кремния минерального происхождения, что и было использовано в предлагаемом способе.A necessary condition for the formation of a homogeneous hydrated polysilicate is the presence of nanoscale porosity in amorphous silicon oxide of mineral origin, which was used in the proposed method.
Термически обработанный при температуре 450-550°C гранулят становится сыпучим, малогигроскопичным, его удобно хранить, дозировать и транспортировать. На нем более стабилен дальнейший процесс формирования гранул. Использование сырцового гранулята особенно удобно при территориальной разнесенности подготовительного производства и производства по получению готовой продукции. Плотность сырцового гранулята составляет 1000-1500 кг/м3, что обеспечивает его компактное, удобное и экономичное хранение и транспортирование. При вспучивании его объем увеличивается до 10 и более раз. Сырцовые гранулы до вспучивания при необходимости подвергают классификации на товарные фракции.The granulate which is thermally processed at a temperature of 450-550 ° C becomes loose, low-hygroscopic, it is convenient to store, dose and transport it. The further process of granule formation is more stable on it. The use of raw granulate is especially convenient when the territorial diversity of preparatory production and production of finished products. The density of raw granulate is 1000-1500 kg / m 3 , which ensures its compact, convenient and economical storage and transportation. When swelling, its volume increases to 10 or more times. Raw granules before expansion, if necessary, are classified into commodity fractions.
Сырцовый гранулят используется для получения широкого ряда строительных материалов: как пористый засыпной наполнитель для сухих смесей, теплоизоляционный или конструкционно-теплоизоляционный материал, которые получают термическим вспучиванием сырцового гранулята.Raw granulate is used to produce a wide range of building materials: as a porous filling filler for dry mixes, heat-insulating or structural-heat-insulating material, which is obtained by thermal expansion of raw granulate.
Все строительные материалы, полученные из предлагаемого сырцового гранулята, относятся к неорганическим, негорючим, экологически чистым, механически прочным, био-, атмосферо-, кислото-, влаго- и морозостойким долговечным и эффективным строительным и теплоизоляционным материалам с низкой теплопроводностью.All building materials obtained from the proposed raw granulate are inorganic, non-combustible, environmentally friendly, mechanically strong, bio-, weather-, acid-, moisture- and frost-resistant, durable and effective building and heat-insulating materials with low thermal conductivity.
Полученный по данному способу гранулят производится промышленным способом для получения пеностеклокерамических изделий в НПО «Диатомит» г. Тула.The granulate obtained by this method is produced industrially to obtain foam-glass ceramic products at the NPO "Diatomite" in Tula.
Повышение однородности и химической активности шихты для получения гранулята достигается тем, что:Increasing the uniformity and chemical activity of the mixture to obtain granulate is achieved by the fact that:
- дробление и измельчение кремнеземистого сырья карьерной влажности от 0,3 до 1,5 мм осуществляется одновременно в одном агрегате - смесителе-грануляторе «Каскад»;- crushing and grinding of siliceous raw materials with a career moisture content of 0.3 to 1.5 mm is carried out simultaneously in one unit - the Cascade mixer-granulator;
- перемешивание, помол, усреднение компонентов и получение суспензии осуществляется одновременно «мокрым» способом в одном агрегате - аттриторе мокрого помола.- mixing, grinding, averaging of components and obtaining a suspension is carried out simultaneously by the "wet" method in one unit - the attritor of wet grinding.
Сушка и гранулирование осуществляется тоже в одном агрегате - в сушильно-грануляционной установке.Drying and granulation is also carried out in one unit - in a drying and granulation plant.
Все три единицы оборудования соединены в одну технологическую линию.All three pieces of equipment are connected in one technological line.
Принцип работы установки «Каскад» основан на двух известных воздействиях на массу - срезание стружки с одной решетки и продавливание через другую решетку (см., например, http://www.tehsovet.ru/article-2014-4-2-1696).The principle of operation of the Cascade installation is based on two well-known effects on mass - cutting chips from one grate and forcing through another grate (see, for example, http://www.tehsovet.ru/article-2014-4-2-1696) .
Существенным преимуществом предлагаемого способа получения гранул является использование сырья карьерной влажности 15-55 мас. %, которое не требует предварительной сушки.A significant advantage of the proposed method for producing granules is the use of raw materials with career humidity of 15-55 wt. %, which does not require preliminary drying.
Использование сырья с такой влажностью обусловлено особенностью структуры данных материалов, которые имеют очень тонкую нанопористую структуру. Практически вся влага находится внутри нанопор и прочно удерживается в них, благодаря чему материал при дроблении и измельчении сохраняет хорошую и стабильную сыпучесть. Материал при данном способе обработки не пылит, не комкуется, не налипает на поверхности оборудования.The use of raw materials with such humidity is due to the structural feature of these materials, which have a very thin nanoporous structure. Almost all moisture is inside the nanopores and is firmly held in them, due to which the material maintains good and stable flowability during crushing and grinding. The material with this processing method does not dust, does not crumple, does not stick to the surface of the equipment.
Преимуществом способа является также мокрый помол компонентов и получение суспензии. Обычно при взаимодействии аморфного кремнезема с гидроксидом натрия в присутствии воды развивается высокая температура и масса коагулирует, образуя большой прочный массив. Управлять процессом практически невозможно. По прототипу получают строительный материал в виде щебня разрушением полученного массива. Разрушение камня производят стандартными механическими способами, например, с использованием дробильных установок.An advantage of the method is also wet grinding of the components and obtaining a suspension. Usually, the interaction of amorphous silica with sodium hydroxide in the presence of water develops a high temperature and the mass coagulates, forming a large solid mass. It is almost impossible to control the process. According to the prototype, building material is obtained in the form of crushed stone by the destruction of the resulting array. The destruction of the stone is carried out by standard mechanical methods, for example, using crushing plants.
При мокром помоле получаем суспензию 40-70%-ной концентрации, а избыточное тепло расходуется на нагрев воды до температуры 70-90°C. При этой температуре в результате реакции между активным аморфным кремнеземом опал-кристобалитовых пород и гидроксидом натрия при повышенной температуре и активном перемешивании происходит образование щелочного раствора силиката натрия (жидкого стекла). Смесь диатомита и гидроксида натрия подвергается активному перемешиванию в смесителях-диспергаторах-гомогенизаторах.When wet grinding, we get a suspension of 40-70% concentration, and excess heat is used to heat water to a temperature of 70-90 ° C. At this temperature, as a result of the reaction between active amorphous silica of opal-cristobalite rocks and sodium hydroxide at an elevated temperature and active stirring, an alkaline solution of sodium silicate (water glass) is formed. The mixture of diatomite and sodium hydroxide is subjected to active mixing in mixer-dispersers-homogenizers.
С целью ускорения процесса диспергирования и механоактивации при подготовке суспензии в агрегат могут помещаться керамические или металлические шары. В процессе механической обработки шихты происходит измельчение крупных частиц, удаление инертных пленок с твердых частиц, вскрытие свежих, активных, высокореакционных поверхностей, ускоряющих взаимодействие между диатомитом, опокой, трепелом и щелочью и ускоряющих тем самым процесс их растворения и образования щелочного раствора силиката натрия.In order to accelerate the process of dispersion and mechanical activation during the preparation of the suspension, ceramic or metal balls can be placed in the unit. During the mechanical processing of the mixture, large particles are crushed, inert films are removed from solid particles, fresh, active, highly reactive surfaces are opened, which accelerate the interaction between diatomite, flask, tripoli and alkali and thereby accelerate the process of their dissolution and the formation of an alkaline solution of sodium silicate.
В процессе гомогенизации в агрегат, где производится смешивание, могут вводиться поверхностно-активные вещества (ПАВ) в количестве 0,005-2% от массы шихты, ускоряющие процесс измельчения диатомита. Положительный эффект влияния ПАВ на приготовление и качество суспензии состоит и в стабилизации суспензии, предохраняя ее от расслоения при последующем хранении. В качестве поверхностно-активного вещества, молекулы которого содержат катион Na+, или Ca2+, или Mg2+, или NH4+, или их сочетание, используют лигносульфонаты технические - сульфитно-дрожжевую бражку и др. Продолжительность смешивания компонентов с введением ПАВ составляет 18-23 мин, а без введения ПАВ - 25-30 мин.In the process of homogenization, surfactants in the amount of 0.005-2% of the mass of the charge, which accelerate the process of grinding diatomite, can be introduced into the unit where mixing is performed. A positive effect of the influence of surfactants on the preparation and quality of the suspension consists in the stabilization of the suspension, protecting it from separation during subsequent storage. As a surfactant, the molecules of which contain a cation of Na +, or Ca2 +, or Mg2 +, or NH4 +, or a combination thereof, technical lignosulfonates are used - sulfite-yeast mash, etc. The duration of mixing the components with the introduction of a surfactant is 18-23 minutes, and without the introduction of surfactants - 25-30 minutes
Особенностью способа является подготовка сырья в хранилищах, чему обычно не уделяется должного внимания. Из нашей практики установлено, что предпочтительно хранить диатомит, опоку, трепел при карьерной влажности (примерно 50-55%), т.к. в этом состоянии они характеризуются максимальной насыпной плотностью (около 0,5-0,7 кг/м3) и занимают меньший объем в хранилищах по сравнению с материалом, прошедшим через сушильный барабан.A feature of the method is the preparation of raw materials in storage, which is usually not given due attention. It has been established from our practice that it is preferable to store diatomite, flask, tripoli with career moisture (approximately 50-55%), because in this state, they are characterized by a maximum bulk density (about 0.5-0.7 kg / m 3 ) and occupy a smaller volume in storages in comparison with the material passed through the drying drum.
Поскольку на технологические характеристики материалов из опал-кристобалитовых пород решающее значение оказывает распределение воды внутри нанопористых частиц, большое значение имеет вылеживание сырьевого материала в условиях постоянной влажности и температуры. Во время вылеживания извлеченного из карьера материала в нем происходят физико-химические процессы, связанные с воздействием на частицы материала кислорода из атмосферного воздуха, доступ которого в плотные слои породы в естественных условиях был ограничен. Перераспределение влаги в материале происходит интенсивно, затрагивая макро-, микро- и наноуровни. На вязкость перемещаемой в материале воды наиболее существенное влияние оказывает температура, поэтому следует учитывать температурно-влажностный режим хранения сырья.Since the distribution of water inside nanoporous particles is crucial for the technological characteristics of materials from opal-cristobalite rocks, aging of the raw material under conditions of constant humidity and temperature is of great importance. During the aging of the material extracted from the quarry, physicochemical processes occur in it, associated with exposure to particles of the material of oxygen from atmospheric air, whose access to the dense layers of the rock under natural conditions was limited. The redistribution of moisture in the material occurs intensively, affecting the macro, micro and nanoscale. The viscosity most influences the viscosity of the water transported in the material; therefore, the temperature and humidity conditions of storage of raw materials should be taken into account.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, а также из формулы изобретения.The foregoing and other characteristics of the invention will be more apparent from the following description, given by way of example, not of a restrictive nature, and also from the claims.
Пример 1. В качестве кремнеземсодержащего компонента взят трепел Зикеевского месторождения Калужской области следующего химического состава, мас. %:Example 1. As a silica-containing component taken tripoli Zikeevsky deposits of the Kaluga region of the following chemical composition, wt. %:
SiO2 - 81,84; Al2O3 - 9,1; Fe2O3 - 3,54; CaO - 2,37; MgO - 1,2; Na2O - 0,87, K2O - 1,08.SiO 2 81.84; Al 2 O 3 - 9.1; Fe 2 O 3 - 3.54; CaO - 2.37; MgO - 1.2; Na 2 O - 0.87, K 2 O - 1.08.
По данным рентгенографического фазового анализа трепел содержит, мас. %: аморфного кремнезема - 50-55; глинистых минералов (полевой шпат, гидрослюда, монтмориллонит, обломочные кварцевые материалы) - 17-28; клиноптиллолита - 5; кварца 15-20.According to x-ray phase analysis tripoli contains, by weight. %: amorphous silica - 50-55; clay minerals (feldspar, hydromica, montmorillonite, clastic quartz materials) - 17-28; clinoptilolite - 5; quartz 15-20.
В качестве щелочного компонента использован водный раствор едкого натра концентрации 44%. В качестве воды использовалась водопроводная вода.An aqueous solution of sodium hydroxide concentration of 44% was used as the alkaline component. Tap water was used as water.
Для приготовления щелочно-силикатной суспензии взято в сухом эквиваленте 80 мас. % указанного трепела и 20 мас. % едкого натра - гидроксида натрия. Вода использована в количестве 67 мас. %. В расчет количества воды включается вода, входящая в раствор едкого натра, а также вода, составляющая естественную (карьерную) влажность трепела. Указанную исходную смесь с помощью аттритора мокрого помола перемешали 20 минут, получили гомогенную щелочно-силикатную суспензию со средним размером частиц 0,05-0,5 мм. В процессе диспергирования и гомогенизации в смеси прошли все требуемые реакции силикатообразования и гидратации. Затем полученную гомогенную щелочно-силикатную суспензию подвергли сушке в потоке горячего воздуха в сушильно-грануляционной установке с распылом через форсунку с пневматической подачей суспензии при температуре входящего и исходящего воздуха 450°C и 120°C соответственно. В результате был получен сыпучий полуфабрикат влажностью 5,2% и средним размером частиц 0,05-0,5 мм. Сырцовые гранулы подверглись сушке в сушильном барабане до влажности 2%, затем вспучиванию термообработкой. Перед вспучиванием к сырцовым гранулам добавлялось 15% порошкообразного каолина от массы гранул в качестве разделяющей среды при вспучивании. Термообработку гранул проводили в трубчатой вращающейся печи с электрическим нагревом горячей зоны. Температура вспучивания равнялась 680-720°C, в результате был получен пористый строительный материал в виде гранул со следующими характеристиками:For the preparation of an alkaline silicate suspension, 80 wt. % of this tripoli and 20 wt. % caustic soda - sodium hydroxide. Water was used in an amount of 67 wt. % The calculation of the amount of water includes water entering the sodium hydroxide solution, as well as water, which constitutes the natural (career) moisture of tripoli. The specified initial mixture was mixed with a wet grinding attritor for 20 minutes, and a homogeneous alkaline silicate suspension was obtained with an average particle size of 0.05-0.5 mm. In the process of dispersion and homogenization in the mixture, all the required reactions of silicate formation and hydration passed. Then, the obtained homogeneous alkaline-silicate suspension was dried in a stream of hot air in a drying and granulation plant with a spray through a nozzle with pneumatic feeding of the suspension at the inlet and outlet air temperatures of 450 ° C and 120 ° C, respectively. As a result, a bulk semi-finished product with a moisture content of 5.2% and an average particle size of 0.05-0.5 mm was obtained. Raw granules were dried in a drying drum to a moisture content of 2%, then expanded by heat treatment. Before swelling, 15% of kaolin powder by weight of the granules was added to the raw granules as a separating medium during expansion. The granules were heat treated in a tubular rotary kiln with electric heating of the hot zone. The expansion temperature was 680-720 ° C, as a result, a porous building material in the form of granules with the following characteristics was obtained:
Водопоглощение за 24 часа гранул всех фракций не превышает 15 мас. %, потери массы при кипячении равны нулю, собственные деформации (набухание и усадка) отсутствуют.Water absorption in 24 hours of granules of all fractions does not exceed 15 wt. %, mass loss during boiling is zero, no intrinsic deformations (swelling and shrinkage).
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014123902/03A RU2563864C1 (en) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Method to produce granulate for production of glass foam and glass foam ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014123902/03A RU2563864C1 (en) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Method to produce granulate for production of glass foam and glass foam ceramics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2563864C1 true RU2563864C1 (en) | 2015-09-20 |
Family
ID=54148000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014123902/03A RU2563864C1 (en) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Method to produce granulate for production of glass foam and glass foam ceramics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2563864C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2692715C1 (en) * | 2018-10-14 | 2019-06-26 | ООО "Сферастек" | Method of dispersed melting of glass |
| RU2701838C1 (en) * | 2018-08-17 | 2019-10-01 | Григорий Александрович Орлов | Method of producing charge for foam glass ceramics |
| RU2714415C1 (en) * | 2019-04-23 | 2020-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Method of preparing charge for alkali-silicate glass |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU357155A1 (en) * | В. М. Витюгин, А. Трофимов, Л. Г. Лотова, А. Г. Гельмут, | |||
| DD112584A3 (en) * | 1970-05-05 | 1975-04-20 | ||
| RU62393U1 (en) * | 2006-10-25 | 2007-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговая компания "ТЭСИ" | INTEGRATED TECHNOLOGICAL LINE FOR PRODUCING GRANULATED POROUS MATERIAL |
| RU2451644C1 (en) * | 2010-10-22 | 2012-05-27 | Конак Индастри Инк (Conac Industry Inc) | Method of producing structural heat-insulating foamed glass |
-
2014
- 2014-06-11 RU RU2014123902/03A patent/RU2563864C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU357155A1 (en) * | В. М. Витюгин, А. Трофимов, Л. Г. Лотова, А. Г. Гельмут, | |||
| DD112584A3 (en) * | 1970-05-05 | 1975-04-20 | ||
| RU62393U1 (en) * | 2006-10-25 | 2007-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговая компания "ТЭСИ" | INTEGRATED TECHNOLOGICAL LINE FOR PRODUCING GRANULATED POROUS MATERIAL |
| RU2451644C1 (en) * | 2010-10-22 | 2012-05-27 | Конак Индастри Инк (Conac Industry Inc) | Method of producing structural heat-insulating foamed glass |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ИВАНЕНКО В.Н. Строительные материалы из кремнистых пород, Киев, Будивельник, 1978, с.103. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2701838C1 (en) * | 2018-08-17 | 2019-10-01 | Григорий Александрович Орлов | Method of producing charge for foam glass ceramics |
| RU2692715C1 (en) * | 2018-10-14 | 2019-06-26 | ООО "Сферастек" | Method of dispersed melting of glass |
| RU2714415C1 (en) * | 2019-04-23 | 2020-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Method of preparing charge for alkali-silicate glass |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6379252B2 (en) | Method for producing a porous material | |
| CN106747615A (en) | A kind of method that utilization molybdenum tailing produces ceramic thermal insulation plate | |
| RU2563864C1 (en) | Method to produce granulate for production of glass foam and glass foam ceramics | |
| RU2403230C1 (en) | Method of obtaining granular heat insulating material | |
| RU2300506C1 (en) | Building material and the method of its production | |
| WO2011005150A2 (en) | Method for producing a semi-finished product for the manufacture of building materials | |
| RU2005110360A (en) | METHOD FOR PRODUCING GRANULATED PENOSILICATE-PENOSILICATE GRAVEL | |
| RU2361829C2 (en) | Charge for production of quenched cullet for foam glass | |
| US4057605A (en) | Manufacture of light granular materials | |
| CN101528628A (en) | The manufacturing method of construction materials using waterworks sludge | |
| RU2451644C1 (en) | Method of producing structural heat-insulating foamed glass | |
| KR100580230B1 (en) | Lightweight aggregate having a dual foam cell, and process for preparing thereof | |
| RU100073U1 (en) | TECHNOLOGICAL LINE FOR PRODUCING GRANULATED FOAM-CERAMIC MATERIAL | |
| RU2563861C1 (en) | Method to produce fine granulated glass foam ceramic material | |
| RU2608095C1 (en) | Batch composition and method of producing foamed glass | |
| RU2563867C1 (en) | Combined system of process lines for production of granulated glass foam, granulated glass foam ceramic material and inorganic granulated foam material | |
| RU2528798C1 (en) | Granular foamed slag glass | |
| RU2278847C1 (en) | Composite structural heat-insulating compound and method of manufacture of such compound | |
| RU2452704C2 (en) | Method to produce semi-finished product for manufacturing of building material | |
| RU2540719C1 (en) | Mixture for producing foamed glass | |
| RU2671582C1 (en) | Method of producing heat-insulating material - foam glass and mixture for production thereof | |
| RU2537431C1 (en) | Granular foamed slag glass | |
| RU2723886C1 (en) | Method of producing granular foamed glass-ceramic filler | |
| RU2531970C1 (en) | Method of making hydrophobic light-weight pearlite-based microspheres | |
| RU2255058C1 (en) | Method of preparing blend for fabricating glass foam |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170612 |