RU2846612C2 - Способ получения щебня из пеностекла - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области производства высокоэффективного теплоизоляционного фракционированного кускового материла, а именно щебня из пеностекла. Стеклобой следующего состава, мас.%: SiO₂ 60,0-98,4; Na₂O 1,5-21,5, CaO 0-14,0, MgO 0-10,0, Al₂O₃ 0-7,0, SO₃ 0,1-0,5, K₂O 0-7,0, Fe₂O₃≤4,9 сушат и осуществляют помол до получения частиц менее 450 мкм. На 100 весовых частей измельченного стеклобоя добавляют 5-15 весовых частей смеси следующего состава, мас.%: глицерин 5-15; натриевое жидкое стекло 70-90; вода - остальное, после чего проводят механическое перемешивание. Полученную смесь порциями подают на транспортерный конвейер, на который нанесен смоченный в каолиновой эмульсии стеклохолст, проводят вспенивание в туннельной печи, после чего вспененный пирог на выходе из печи подвергается распаду на пеностекольный щебень под действием температуры окружающей среды. Техническим результатом изобретения является разработка воспроизводимого в промышленных масштабах способа получения высокоэффективного теплоизоляционного материала - щебня из пеностекла с гомогенными заданными физико-механическими характеристиками по меньшей мере в одной партии, что позволяет существенно расширить сырьевую базу для производства щебня из пеностекла. 2 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к области производства высокоэффективного теплоизоляционного фракционированного кускового материала, а именно щебня из пеностекла.

Известен способ изготовления пеностекольного щебня, раскрытый в патенте RU 2784801 С1, включающий следующие этапы: подготовка шихты для получения стеклобоя, содержащей в мас. %: аморфную кремнеземную породу - 50-85, карбонатный плавень - 10-30 и соду кальцинированную - 5-20; варка стекла при температуре 1200-1500°С; выработка стекла; получение стеклобоя с размером частиц 10-150 мкм, включающее последовательные стадии дробления и тонкого помола; приготовление смеси из шихты.

Недостатком данного решения является то, что аморфные горные породы не обладают стабильностью химического состава, и промежуточный продукт в виде стеклобоя на основе горных пород имеет всегда разный химический состав. Это сказывается на качестве пеностекольного щебня. К примеру, данный способ не позволяет получить щебень на основе пеностекла насыпной плотностью менее 100 кг/м³ и насыпной плотности более 220 кг/м³.

Кроме того, при таком способе получающийся щебень в объеме одной партии будет иметь разную насыпную плотность, что не позволяет гарантировать заложенный в проекте результат от применения такой партии щебня. В связи с чем такой способ требует дополнительной сложной и материалоемкой операции сортировки щебня по плотности, а при производстве образуется высокий процент некондиционных частиц, что приводит к высокому расходу сырья и износу оборудования.

Также стоить отметить, что при таком способе не происходит гарантированное вспенивание всех частичек смеси, т.к. нет компонента, отвечающего за их вспенивание.

Известен способ получения пеностекла, раскрытый в RU 2745544 С1, включающий получение измельченного стеклобоя следующего состава, мас. %: SiO₂ - 72,0±1,0; Na₂O - 13,5±0,5; СаО - 9,0±0,5; MgO - 4,0±0,3; Al₂O₃ - 0,8±0,3; SO₃- 0,2±0,1; K₂O - 0,3±0,1; Fe₂O₃≤0,2, содержащего частицы размером менее 40 мкм, добавление к измельченному стеклобою водного раствора кальцинированной соды и глицерина, перемешивание, выдержку полученной смеси, последующую сушку при температуре менее 200°С до получения смеси с влажностью не более 1%, дезагломерацию, включающую перемешивание смеси с серой с получением шихты с размером частиц менее 40 мкм, последующее дозирование, помещение в форму, вспенивание, фиксацию, извлечение, отжиг и охлаждение полученного пеностекла.

Недостатком данного решения является то, что добавление водного раствора кальцинированной соды, которая является плавнем, негативно сказывается на повышении водопоглощения конечного продукта - пеностекольного щебня. Это приводит к разрушению частичек в зимний период, их измельчению и неконтролируемой потере заданных свойств.

Кроме того, в таком способе невозможно использование стеклобоя с содержанием оксида железа (Fe₂O₃) более 0,2%, что исключает возможность использования в качестве сырья стеклобоя зеленого тарного стекла с содержанием железа 0,3-0,5 мас. %, т.к. при таком способе стеклобой с содержание оксида железа более 0,2% приводит к неравномерной пористости, образованию рваных пор, а следовательно, уменьшает прочность и значительно повышает водопоглощение. Это сильно сужает сырьевую базу для производства пеностекольного щебня.

Стоит отметить, также, как и в способе, описанном в патенте RU 2784801 С1, данный способ не позволяет достичь гарантированное вспенивание всех гранул смеси, т.к. не происходит образование пленки газообразователя на каждой частичке пенообразующей смеси. Вследствие этого невозможно получить гомогенный состав щебня в объеме одной партии, т.к. невозможно с очень высокой точностью подобрать стеклобой с заданными свойствами. И, как правило, в стеклобое имеются отклонения от указанного в патенте процентного соотношения. В связи с чем такой способ также требует дополнительной сложной и материалоемкой операции сортировки щебня по плотности, а при производстве образуется высокий процент некондиционных частиц, что приводит к высокому расходу сырья и износу оборудования.

Кроме того, такой способ требует выдержки, дезагломерации для введения дополнительного объема серы и отжиг, что усложняет и удорожает производство, а также негативно сказывается на гомогенности свойств щебня. В одной партии.

Техническим результатом заявленного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков известных аналогов за счет воспроизводимого в промышленных масштабах способа получения высокоэффективного теплоизоляционного материала - щебня из пеностекла с гомогенными заданными физико-механическими характеристиками по меньшей мере в одной партии, который одновременно позволяет существенно расширить сырьевую базу для его производства.

Указанный технический результат достигается способом получения щебня из пеностекла, в котором осуществляют сушку стеклобоя, его помол до получения частиц менее 450 мкм, добавление в измельченный стеклобой смеси следующего состава, мас. %: глицерин 5-15%; натриевое жидкое стекло 70-90%; вода - остальное, в соотношении 100 весовых частей измельченного стеклобоя и 5-15 весовых частей указанной смеси, механическое перемешивание полученной смеси, ее порционную подачу на транспортерный конвейер, на который нанесен смоченный в каолиновой эмульсии стеклохолст, вспенивание и распад на пеностекольный щебень под действием внешних факторов.

Сушку осуществляют при температуре 60-130°С.

Сушку осуществляют до влажности 0,1-2,0%.

Перемешивание осуществляют в смесителе, обеспечивающего совместное действие ротора, смесительного диска и скребка. Причем смесительный диск наклонен под углом таким образом, что обеспечивается транспортировка смеси вверх во время вращения, а по достижению смесью заданной высоты возвращается в исходное положение под действием силы тяжести. После достижения заданных параметров перемешивания ротор обеспечивает перемешивающее движение с большей интенсивность, чем до достижения заданных параметров, скребок выполнен таким образом, что в фиксированном положении нарушает поток смеси во время процесса смешивания и транспортирует материал в зону смешивания ротора.

Вспенивание осуществляют в туннельной печи конвейерного типа.

Порционную подачу осуществляют на смоченный в каолиновой эмульсии стеклохолст, нанесенный на транспортерный конвейер.

Осуществляют заявленное изобретение следующим образом.

Осуществляют сушку стеклобоя следующего состава, мас. %: SiO₂ - 60,0-98,4; Na2O- 11,5±10,0; СаО - 7,0±7,0; MgO - 5,0±5,0; Al₂O₃ - 3,5±3,5; SO3 - 0,3±0,2; K2O - 3,5±3,5; Fe2O3≤4,9. Затем осуществляют помол стеклобоя до стекольной муки с размером частиц менее 450 мкм. Затем добавляют смесь следующего состава, мас. %: глицерин 5-15%; натриевое жидкое стекло 70-90%; вода - остальное, в соотношении 100 весовых частей измельченного стеклобоя и 5-15 весовых частей указанной смеси. После этого полученную смесь подвергают механическому перемешиванию, ее порционную подачу на транспортерный конвейер и осуществляют ее вспенивание.

Предложенный способ позволяет добиться управляемого вспенивания и получения пеностекольного щебня с гомогенной насыпной плотностью в одной партии. Причем диапазон задаваемых плотностей может быть как менее 100 кг/м³, так и более 300 кг/м³. При этом теплопроводность, прочность и водопоглощение такого щебня в одной партии будут приблизительно одинаковыми, что позволяет гарантировать задаваемый срок эксплуатации. Для производства щебня можно применять распространенное сырье с содержанием Fe₂O₃ до 4,9. Значительно уменьшается количество отходов и трудновыявляемой некондиционной составляющей партии щебня. А сам способ производства значительно экономичнее, менее трудоемок и материалоемок.

Таким образом, щебень из пеностекла, получаемый предложенным способом, позволяет применять сырьевую базу с высоким содержанием Fe₂O₃, гарантировать заданные физико-механические свойства в объеме по меньшей мере одной партии, при этом обеспечив увеличение срока эксплуатации такого щебня, исключает дополнительные операции и значительно снижает расход сырья и износ оборудования.

Следует также отметить и дополнительное развитие предложенного способа, которые улучшают указанные технические эффекты.

Порционную подачу готовой смеси желательно осуществлять на смоченный в каолиновой эмульсии стеклохолст, нанесенный на транспортерный конвейер. Это исключает попадания ее частиц в ячейки сетчатой транспортерной ленты и сохранение пленки на частицах до окончания вспенивания.

Сушку желательно осуществлять при температуре 60-130°С. Это позволит удалить избыточную влагу, оказывающую негативное влияние на дальнейший помол стеклобоя в стекольную муку. Желательно сушку осуществлять до влажности 0,1-2,0%, т.к. при такой влажности меньше вероятности разрушения частиц при вспенивании в печи. Однако, может быть задана и иная влажность, например, большая, в случае, если стоит задача создать низкую плотность щебня и требуется более разветвленная пористость.

Желательно вспенивание осуществлять в туннельной печи конвейерного типа. Проведенные исследования показали, что оптимальной является печь, состоящая из последовательно установленных 13 модулей с вмонтированными газогорелочными устройствами, системой удаления дымовых газов и системой контроля за непрерывной и безопасной эксплуатацией данного оборудования согласно технологическому режиму. В каждом модуле находятся по 4 горелки, топливо - природный газ. Пространство внутри печи поделено на несколько зон, в каждой из которой поддерживается определенный температурный режим.

Зоны внутри печи делятся на:

1. Сушка - зона, в которой происходит окончательное удаление влаги с материала.

2. Спекание - зона, в которой частички стекла спекаются, обволакивая газообразователь. В результате спекания масса уменьшается в объеме - образуется плотно спеченный пирог. При этом в спекающейся массе образуются трещины, она усаживается, а позднее весь слой стекла растрескивается на куски неправильной формы, которые после начинают самостоятельно спекаться. В дальнейшем, чем более неравноценны по своей форме и величине куски, тем более неравномерно происходит образование ячеек.

3. Вспенивание - под воздействием температуры плотно спеченная масса начинает размягчаться, вязкость уменьшается, и газообразователь оказывается равномерно распределенным в жидкой стеклообразной фазе. При дальнейшем понижении вязкости и повышении температуры пенообразователь начинает выделять газ, раздувая пену. В этой стадии происходят два процесса - отдельные ячейки стекла объединяются, поскольку разница в давлении между двумя ячейками тем больше, чем они меньше, а также они расширяются за счет происходящего газовыделения.

4. Стабилизация - зона, в которой происходит быстрое охлаждение поверхности продукта (на 50-100°С). Она затвердевает, а давление и процессы внутри еще сохраняются. В результате стабилизации выравнивается температура, давление во всей толщине материала. Пористость получается равномерной.

5. На выходе из печи получается вспененный пирог, который перемещается на улицу для дальнейшего разрушения на готовый продукт - пеностекольный щебень (гравий). Распад происходит под действием внешних факторов (температура окружающей среды, транспортировка и т.д.) в течение 24 часов. Далее готовый продукт расфасовывается в тару (мягкий контейнер, мешки) или складируется навалом на складе готовой продукции.

Также были проведены исследования и разработано устройство для перемешивания смеси, обеспечивающее наибольшую гомогенизацию, высокую степень нанесения вышеуказанной глицериновой смеси в виде нанопленки на превалирующее количество частиц и сохранение такой пленки в процессе перемешивания.

Желательно перемешивание осуществлять в смесителе, обеспечивающем совместное действие ротора, смесительного диска и скребка. Причем смесительный диск должен быть наклонен под углом таким образом, что обеспечивается транспортировка смеси вверх во время вращения, а по достижению смесью заданной высоты возвращается в исходное положение под действием силы тяжести. После достижения заданных параметров перемешивания ротор обеспечивает перемешивающее движение с большей интенсивность, чем до достижения заданных параметров. Скребок выполнен таким образом, что в фиксированном положении нарушает поток смеси во время процесса смешивания и транспортирует материал в зону смешивания ротора.

Такая совокупность работы рабочих органов смесителя позволяет обеспечить наиболее высокую степень гомогенности перемешивания за счет горизонтального и вертикального перемещения смеси и вовлечения наибольшего количества частиц в процесс перемешивания, предотвращая прилипания материала к стенке и дну смесительного диска. Кроме того, таким способом обеспечивается наиболее эффективное образование наноразмерной пленки из водной смеси глицерина и натриевого жидкого стекла на превалирующем большинстве частичек по всей их поверхности.

Возможны и иные способы перешивания полученной смеси для нанесения такой пленки и сохранения ее до начала вспенивания на поверхности частиц с острыми микрогранями. Однако они требуют исследований.

Желательно, чтобы производственная линия по выпуску щебня включала:

1. Сушильный агрегат;

2. Помольное оборудование (например, шаровая мельница);

3. Классификатор, функционирующий по принципу циркуляционной сепарации с внутренней циркуляцией воздуха;

4. Система ковшовых элеваторов и шнековых транспортеров;

5. Силосы для хранения стекольной муки;

6. Система пневмотранспорта для транспортировки стекольной муки;

7. Миксер непрерывного типа;

8. Дозирующее и весовое оборудование для приготовления смеси;

9. Туннельная печь обжига.

Таким образом, для достижения максимально возможных показательней эффективности заявленных технических эффектов желательно в способе производства использовать все вышеперечисленные технологические операции и требуемые для них агрегаты. Однако основной эффект достигается совокупностью признаков независимого пункта, а признаки зависимых пунктов обеспечивают улучшение такого эффекта и могут быть использованы как дополнительные модернизации каждая в отдельности в совокупности со способом, описанным в независимом пункте.

Claims (3)

1. Способ получения щебня из пеностекла, в котором осуществляют сушку стеклобоя следующего состава, мас.%: SiO₂ 60,0-98,4; Na₂O 1,5-21,5, CaO 0-14,0, MgO 0-10,0, Al₂O₃ 0-7,0, SO₃ 0,1-0,5, K₂O 0-7,0, Fe₂O₃≤4,9, его помол до получения частиц менее 450 мкм, добавление в измельченный стеклобой смеси следующего состава, мас.%: глицерин 5-15; натриевое жидкое стекло 70-90; вода - остальное, в соотношении 100 весовых частей измельченного стеклобоя и 5-15 весовых частей указанной смеси, механическое перемешивание полученной смеси, ее порционную подачу на транспортерный конвейер, на который нанесен смоченный в каолиновой эмульсии стеклохолст, вспенивание в туннельной печи, после чего вспененный пирог на выходе из печи подвергается распаду на пеностекольный щебень под действием температуры окружающей среды.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что сушку осуществляют при температуре 60-130°С.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что сушку осуществляют до влажности 0,1-2,0%.