Способ получения легкого заполнителя

(71) Минский наский институт стр исследовательельных материаучн л ы- ениеем Демидович Д.Р. Садыхов 666.972.125(0 1, Авторское 237, кл. С 04 Патент Япони 1 А 1, 1976. Б(53 (56 Яф 3 8.8)видетельство ССВ 31/02, 1970.В 51-18968,НИЯ ЛЕГКОГО их водоственно .ление, обоносителя, последуюГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙИ ОТНРЫ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ А ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕ ЗАПОЛНИТЕЛЯ из вулканическ содержащих пород, преимуще обсидиана, включающий дроб жиг в потоке газового тепл изотермическую выдержку и 4 С 04 В 31/20 31/О щее охлаждение, о т л и ч а ю щ и йс я . тем, что, с целью снижения объемной массы и увеличения прочности, после обжига поверхность нагретых гранул опудривают катализатором кристаллизации, изотермическую в держку проводят при температуре 1000 С в течение 3-6 ч, а охлажд осуществляют в две стадии - до т пературы 500-550 С со скоростью 15-20 С/мин, затем до температуры 20-50 С со скоростью 50-60 С/мин,2. Способ по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что в качестве катализатора кристаллизации используют, по крайней мере, один компонент иэ группы: кремнегель, оксид хрома, оксид титана, оксид марганца или оксид фосфора.Изобретение относится к изготовлению легких заполнителей иэ вулканических водосодержащих пород и можетбыть использовано в промышленностистроительных материалов для производства заполнителей бетона и теплоизоляционных материалов,Известен способ получения заполнителя путем обжига дробленного обсидиана на агломерационной решет Оке 13,Недостатки способа - высокая объемная масса и низкая прочность получаемого заполнителя.Наиболее близким к предлагаемому 15по технической сущности и достигаемому результату является способ получения легкого заполнителя иэ вулканических водородсодержащих пород,преимущественно обсидиана, включающий дробление, обжиг в потоке газового теплоносителя, изотермическуювыдержку и последующее охлаждение21.Однако при обжиге обсидиана в потоке газового теплоносителя с температурой 900-1200 С указанный способ не обеспечивает получение заполнителя наиболее легких марок 100150 кг/мз и повышение прочности,что обусловлено влиянием термических 30усадочных явлений вспученной пиропластичной массы из обсидиановыхстекол.Цель изобретения - снижение объемной массы и увеличение прочности З 5заполнителяПоставленная цель достигается тем,что согласно способу получения легкого заполнителя из вулканическихводосодержащих пород, преимущественно обсидиана, включающему дробление,обжиг в потоке газового теплоносителя, изотермическую выдержку и последуюЩее охлаждение, после обжига поверхность нагретых гранулопудривают 45 катализатором кристаллизации, изотермическую выдержку проводят при температуре 850-1000 С в течение 3-6 ч, а охлаждение осуществляют в две стадии - до температуры 500- 50 550 С со скоростью 15-20 С/мии, за. тем до температуры 20-50"С со скоростью 50-60"С/мин,В качестве катализатора кристаллиэации используют кремнегель, оксидхрома, оксид титана, оксид марганцаили оксид фосфора. Способ осуществляют следующим образом.Исходное сырье (обсидиан) дробятдо Фракции 2,5-10 мм и подают вовращающуюся печь, где при повышенной температуре обжига 1200-1250 Спроизводят глубокое вспенивание гранул. Затем на выходящие из вращающейся печи вспененные гранулы напыляют катализатор кристаллизации впотоке отходящих горячих газов, имеющих температуру 900-950 С, и направляют их в термоизолированный бункер,в котором поддерживают температуруиэотермической выдержки 850-900 С,При этой температуре гранулы выдерживают в течение 3-6 ч. В результатевэаимоэамещения катионов кристаллизатора кристаллизации катионамиаморфного кремнезема обсидиана на поверхности гранул происходит образование центров кристаллизации, а затемрост самих кристаллов, что приводитк упрочнению структуры вспененноймассы с исключением термической усадки.Далее производят охлаждение гранул со скоростью 15-20 С/мин до температуры 500 С, а затем до 20-50 Ссо скоростью 50-60 С/мин. Использование указанных скоростей охлажденияобусловлено тем, что для гранулированного пеностекла с кристаллической поверхностью необходимо постепенное снятие внутренних усадочныхнапряжений, возникающих в стеклеи кристаллах наружной поверхностипри термообработке,П р и м е р 1, Исходное сырье -обсидиан Кечалдагского месторожденияследующего химического состава, Е:Ы О 76,75; А 1 0 13,06; Ре Оэ 1,18;СаО 0,84; Ба О 4,40; К 0 4,50, дробили до фракции 2,5-10 мм Затемэтот материал подавали во вращающуюся печь длиной 5,5 и , внутреннимдиаметром 1,2 м, в которой осуществляли вспенивание гранул при 1250 Св течение 10 мин.Выходящие из печи гранулы имели температуру 850 С. На гранулы, имеющие эту температуру, потоком горячих газов с температурой 900 С напыляли катализатор кристаллиэации - кремнегель, следующего химического состава, 7: Ы,Од 80,031 А О 6,99 Ге О, 0,05; ТХО 0,03; СаО 0,17;МдО 0,08; ИаО 0,13; К 0 0,06. Про1234383 4Водопоглощенпе, 7. 16,2Коэффициент теплопроводности,ккал/(м,ч. С О,95П р и м е р 3. Отличие от примера 1 состояло в том, что температурувыдержки в бункере поддерживали равы ной 1000 С.Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:Объемная масса,С кг/мПрочность насжатие, МПа 0,7Водопоглощение, 7 7Коэффициент тепЛопроводнОСТИ 1ккал/(м.ч. С) 0,03Бетонные кубики имели следующиеФизико механические свойства:Объемная масса,кг/м 588Прочность на сжам, тие, МПа 11,2ВОДОПОГЛОщение 7 18Коэффициенты теплопроводности,ккал/(м.ч. С) 0,23П р и м е р 4. Отличие от примера 1 состояло в том, что температу 30ру в бункере поддерживали 900 С, авремя выдержки 4, ч.Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:Объемная масса,кг/м" 115Прочность на сжатие, МПа 0,9Водопоглощение, 7 5Коэффициент теп 40лопроводности,ккал/(м.ч, С) 0,025Бетонные кубики имели следующиефизико-механические свойства:Объемная масса,45 кг/иПрочность на сжатие, МПа 12,0Водопоглощение, Ж 16Коэффициент теплопроводности,ккал/(м.ч. С) 109 15 0,57 10,0 18,1 600 0,18 3цесс напыпепия проводили в течение10 с с расстояния 50 см (анализ срезов гранул показал, что толщина напыленОго слоя составила 0,55 мкм).Затем гранулы пеностекла с напыленным катализатором помещали в термоизолированный бункер, в котором поддерживали температуру 850 С. Гранулвыдерживали в бункере 3 ч. Послеэтого гранулированное пеностеклоохлаждали со скоростью 16 С/мин дотемпературы 500 С, а затем - до 30со скоростью 50"С/мин,Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:Объемная масса,кг/мф 103Прочность на сжатие, МПаВодопоглощение, 7Коэффициент теплопроводности,ккал/(м.ч.С) 0,05Бетон в кубах размером Ох 10 х 10 сприготовленный на этом заполнителепри соотношениях цемент: заполнитель 1:3 и В/Ц = 0,40 (в последующихпримерах при изготовлении бетонныхкубиков использовались эти же соотношения), имел следующие физико-механические свойства:Объемная масса,кг/м 575Прочность насжатие, МПаВодопоглощение, 7Коэффициент теплопроводности,ккал/(м.ч.С) 0,25П р и м е р, 2. Отличие от примера 1 состоит в том, что в термоизолированном бункере поддерживалитемпературу выдержки, равную 900 С.Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:Объемная масса,кг/м107Прочность на сжатие, МПа 0,6Водопоглощение, 7 7Коэффициент теппопроводности,ккал/(м.ч.С) 0,03Бетонные кубикИ имели следующиефизико-механические свойства:Объемная масса,кг/м 536Прочность на сжатие, МПа 11,0 П р и и е р 5. Отличие от примера 1 состояло в том, что в бункере 55 поддерживали температуру 900 С, авремя выдержки составило 6 ч.1,318 11,5 16,9 0,7 0,856 30 40 0,657,2 580 Объемная масса,кг/и 1 ОПрочность насжатие, ИПа 0,85Водопоглощение, 3 6Коэффициент теплопроводностиккал/(м.ч.С) 0,29Бетонные кубики имели следующиефизико-механические свойства;Объемная масса,з598Прочность на сжатие, МПаВодопоглощение, ХКоэффициент теплопроводности,ккал/(м.ч.С) 0,2П р и м е р 6, Отличие от примера 1 состояло в том, что температурув бункере поддерживали 1000 С, а время выдержки 4,5 ч,Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:Объемная масса,кг/м 107Прочность на сжатие, МПаВодопоглощение, ХКоэффициент теплопроводности,ккал/(м,ч С) 003Бетонные кубики имели следующиеФизико-механические свойства;Объемная масса,г/ 3 586Прочность иа сжатие, МПа 11,0Водопоглощение, Х 17,5Коэффициент теплопроводности,ккал/(м.ч."С) 0,2П р.и м е р 7. Отличие от примера 1 состояло в том, что температурувыдержки в бункере поддерживали1000 С, а время выдержки 6 ч.Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:Объемная масса,/ 3 108Прочность на сжатие, МПа 0,8Водопоглощение, Х 7Коэффициент теплопроводности,ккал/(м.ч,С) 0,04Бетонные кубики имели следующиефизико-механические свойства: Объемная масса,кг/м 588Прочность на сжатие, МПа5Водопоглощение, 7Коэффициент теплопроводности,ккал/(и ч С) 0,21П р и м е р 8. Отличие от при"мера 1 состояло в том, что в бункеревыдержку гранул пеностекла осуществляли в течение 4,5 ч. Полученноегранулированное пеностекло имелоследующие свойства:Объемная масса,кг/м 109Прочность на сжатие, МПаКоэффициент теп-.лопроводности,ккал/(м ч С) 0,04ВодопогЛощение, % 7Бетонные кубики имели следующнефизико-механические свойства:Объемная масса,з589Прочность насжатие, МПа 11,5Коэффициент теплапроводности,ккал/(м ч С) 0,2Водопоглощение, 7 18П р и м е р 9, Отличие от приме 35ра 1 состояло в том, что время выдержки в бункере поддерживали в течение 6 ч.Полученное .гранулированное пеностекло имело следующие свойства:Объемная масса,кг/м 105Прочность на сжатие, МПаВодопоглощение, 7Коэффициент теплопроводности,ккал/(м чС ) 0,04Бетонные кубики имели следукнциефизико-механические свойства;50Объемная масса,кг/мПрочность на сжатие, МПа 11,2Водопоглощение, Х 18,2Коэффициент теплопроводности,ккал/(м ч С) 0,2Л р и м е р 1 О. Отличие от при.мера 1 состояло в том, что в качест1234383 ве катализатора кристаллизации использовали оксид хрома, которыйвводили в виде мартеновского шлака,получаемого от плавки высокохромис-той стали, Химический состав шлака,7.:Сг 0 25,08; 810 33,61; .ТхО 0,28;А О 14,62; Ре О 1,44; МпО 0,49;МпО 19,16; СаО 1,2.Температуру выдержки в бункере .поддерживали равной 920 С, время 10вьдержки 5 ч.Полученное гранулированное пеностекло имело следующие свойства:Объемная масса,кг/м 110 5Прочность на сжатие, ИПаВодопоглощение, %Коэффициент теплопроводности, 20ккал/(м ч С) 0,03Бетонные кубики имели следующиефизико-механические свойства:Объемная масса,кг/м 58525Прочность на сжатие, МПаВодопоглощение, 7Коэффициент теплопроводности,ккал/(м ч С) 0,1530П р и м е р 11. Отличие от примера 1 состояло в том, что в качестве катзлизатора кристаллизации использовали оксид титана, которыйвводили в виде мартеновского шлака,получаемого от плавки титаномагнетовых руд. Химический состав шлака,7:ТхО 20,29; 81.0 28,78; А 10 з 15,87;Сг Од 0,12; РеО ,23; МпО 1,58;М 1.;О 7,28; СаО 30,82; Иа О 2,20;К О 0,8.Температуру вьдержки в бункереподдерживали равной 910 С, времявыдержки 5 ч. 15,05 1 ф4 14,612 14,017 1,253 1,2 Полученное гранулированное пене"стекло имело следующие физико-механические свойства:Объемная масса,кг/мз15Прочность на сжатие, ИПаВодопоглощение, %Коэффициент теплопроводности,ккал/(м ч фС) 0,027Бетонные кубики имели следующиефизико-механические свойства: Объемная масса,кг/м 600Прочность на сжатие, МПаВодопоглощение, 7Коэффициент теплопроводности,ккал/(м ч С) 0,2П р и м е р 12. Отличие от примера 1 состояло в том, что в качестве катализатора кристаллизации испольэовали оксид марганца, которыйвводили в виде мартеновского шлакакислой стали. Химический состав шлака, 7.: МпО 35 О; 810 4210; А 1 01,02; РеО 1 О;08; 1 фО 0,52; СаО 10,5,Температуру выдержки поддерживали равной 900 С, время выдержки4,5 ч.Полученное гранулированное пеностекло имело следующие физико-механические свойства:Объемная масса,кг/мз 105Прочность на сжатие, МПа 1,0Водопоглощение, 7 5Коэффициент теплопроводности,ккал/(м чС) 0,020Бетонные кубики имели следующиефизико-механические свойства:Объемная масса,кг/м580Прочность на сжатие, ИПаВодопоглощение, %Коэффициент теплопроводности,ккал/(м ч С)0,10П р и м е р 13. Отличие от при- .мера 1 состояло в том, что в качестве катализатора использовали оксидфосфора, который вводили в виде то 45масовского шлака. Химический составфшлака, 7.: Р О. 20,2; 80 4,85; .ТС .0,02; А 1, О 0,84; Ре 0 24,9;МпО 5,86; 1 дО 2,95; СаО 32,35;Иа О 1,2; К О 1,5.50Температуру в бункере поддержива-.оли равной 930 С, время вьдержки 5,5 ч. Полученное гранулированное пеностекло имело следующие физико-меха.нические свойства:55 Объемная масса,кг/м109Прочность на сжатие, МПа234383 Водопоглощение, 3Коэффициент теплопроводности,ккал/(мфчдС) 0,025 10 0,18 Составитель В. ОбразцовРедактор Н. Кищтулинец Техред Л.Сердюкова Корректор М. Демчик Заказ 2950/29 Тираж 640 Подписное ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Производс гвенно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул.Проектная, 4 Бетонные кубики имели следующиеФизико-механические свойства:Объемная масса,,/ 3 590Прочность на сжатие,МПа 14,9Водопоглощение, Х 16Коэффициент теплопроводности,ккал/(м ч С) Гранулы пеностекла, полученные по предлагаемому способу, имели крупнопористую структуру с закристалли эованной поверхностью, Размер гранул 15-25 мм.При исключении катализатора кристаллизации прочность получаемых гранул из обсидиана резко падает, достигая значений до 0,1 МПа при объемной массе заполнителя 100 кгм3По сравнению с прототипом пред" лагаемый. способ обеспечивает снижение объемной массы в 1,5-2 раза и повьппение прочности заполнителя до 1 МПа при выпуске наиболее легких фракций марок 100-150 кг/мз в процессе переработки обсидиановых стекол.Способ может найти применение при изготовлении легких заполнителей из вулканических водосодержащих пород типа обсидиана.