RU2809197C1 - Шихта для изготовления пористого геополимерного материала на основе отходов угольной генерации - Google Patents
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала на основе отходов угольной генерации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809197C1 RU2809197C1 RU2023113067A RU2023113067A RU2809197C1 RU 2809197 C1 RU2809197 C1 RU 2809197C1 RU 2023113067 A RU2023113067 A RU 2023113067A RU 2023113067 A RU2023113067 A RU 2023113067A RU 2809197 C1 RU2809197 C1 RU 2809197C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ash
- severodvinsk
- waste
- hydrogen peroxide
- liquid glass
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области производства теплоизоляционных материалов и может быть использовано в транспортном, гражданском и промышленном строительстве для теплоизоляции дорожного полотна, стен и/или различных элементов жилых сооружений. Технический результат изобретения заключается в получении пористого геополимерного материала, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3. Шихта для изготовления пористого геополимерного материала включает отходы угольной генерации, активирующий компонент и порообразователь, при этом в качестве отходов угольной генерации используют золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ, имеющие химический состав, мас. %: SiO2 61,57; Al2O3 17,91; Fe2O3 6,01; MgO 2,75; Na2O 3,59; K2O 2,32; CaO 2,1; TiO2 0,83; MnO 0,07; P2O5 0,21; SO3 0,32; ППП 2,32, в качестве активирующего компонента - жидкое стекло и порошок NaOH, а в качестве порообразователя 30% раствор пероксида водорода при следующем соотношении компонентов, мас. %: золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ 68-72, порошок NaOH 1-4, техническая вода 3-8, жидкое стекло 20-24, 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 1-3. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области производства теплоизоляционных материалов и может быть использовано в транспортном, гражданском и промышленном строительстве для теплоизоляции дорожного полотна, стен и/или различных элементов жилых сооружений.
Известна шихта для получения геополимера с регулируемой пористостью (Патент РФ 2503617; опубл. 10.01.2014 г., МПК С01В 33/26, С04В 38/04), включающая алюмосиликатное сырье (метакаолин), катионы-компенсаторы (щелочные металлы) и кремнезем. Недостатками являются то, что полученный геополимерный материал обладает пористостью не более 53%, что свидетельствует о высокой плотности материала.
Известна шихта для геополимерного композиционного связующего (Патент РФ 2517729; опубл. 27.05.2014 г., МПК С04В 7/28, С04В 7/153, С04В 28/08, С04В 40/00, Е01С 7/10, С04В 111/20), включающая летучую золу, ускоритель гелеобразования (например, метакаолин, некоторые дегидратированные глины, дегидратированные цеолиты, нано- и микрокремнезем, глинозем), ускоритель твердения, имеющий состав, отличный от состава золы (высококальциевая летучая зола) и активатор (раствор гидроксида натрия и силиката натрия). Недостатками являются то, что сырьевая смесь служит связующим для цемента или бетона, которая не обладает пористостью.
Наиболее близким является состав для получения шлакощелочного ячеистого бетона плотностью 400, 600 и 800 кг/м3 (Патент РФ 2777325; опубл. 02.08.2022 г., МПК С04В 28/26, С04В 38/02), включающий молотый доменный гранулированный шлак, кислую золу-уноса, щелочной компонент и порообразователь, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Низкомодульное жидкое стекло | 21,20-38,10 |
| Череповецкий молотый доменный гранулированный | |
| шлак и кислая зола-уноса | 27,80-46,80 |
| Кислые золошлаковые отходы фракции 0-5 мм и | |
| технический углерод | 28,30-29,10 |
| Раствор пергидроля | 2,90-5,80 |
Недостатками прототипа являются то, что сырьевая смесь не позволяет получать материалы с плотностью менее 400 кг/м3.
Задача изобретения - утилизация золошлаковых отходов за счет их использования при получении геополимерного материала, а также разработка шихты для изготовления пористого геополимерного материала на основе отходов угольной генерации Северодвинской ТЭЦ-1.
Технический результат изобретения заключается в получении пористого геополимерного материала, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Технический результат достигается за счет того, что шихта для изготовления пористого геополимерного материала, содержит в качестве отходов угольной генерации золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ, имеющие химический состав, мас. %: SiO2 61,57; Al2O3 17,91; Fe2O3 6,01; MgO 2,75; Na2O 3,59; K2O 2,32; CaO 2,1; TiO2 0,83; MnO 0,07; P2O5 0,21; SO3 0,32; ППП 2,32, в качестве активирующего компонента жидкое стекло и порошок NaOH, а в качестве порообразователя 30% раствор пероксида водорода, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 68-72 |
| Порошок NaOH | 1-4 |
| Техническая вода | 3-8 |
| Жидкое стекло | 20-24 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 1-3 |
Шихту готовят следующим образом: для щелочной активации золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ в качестве активирующего вещества используется смесь жидкого стекла и раствора NaOH. Для приготовления раствора NaOH использовали отдельную емкость в которой смешивали заранее отвешенную навеску порошка NaOH с чистотой 99% и техническую воду до получения молярной концентрации 12 моль/л. Приготовленный раствор NaOH смешивали с навеской жидкого стекла, после чего полученную суспензию вливали в навеску золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ. Перемешивание суспензии вели в течение 60 секунд механическим способом. После приготовления смеси в состав добавляли в качестве порообразователя 30% раствора пероксида водорода, после чего смесь перемешивали еще 30 секунд механическим способом. Далее полученную смесь разливали в формы и отправляли на отверждение. Отверждение смеси проводили в микроволновой печи при мощности микроволн 700 Вт в течение 300 секунд с получением пористого геополимерного материала.
Получение геополимерного материала происходит путем щелочной активации алюмосиликатных компонентов золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ активирующим раствором и взаимодействия во время отверждения активирующего раствора с 30% раствором пероксида водорода с образованием кислорода, оказывающего пенообразующий эффект.
В таблице приведены свойства полученных пористых геополимерных материалов.
Пример №1.
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала имеет следующий компонентный состав, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 72 |
| Порошок NaOH | 1 |
| Техническая вода | 3 |
| Жидкое стекло | 24 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 1 |
Геополимерные материалы готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси 72% золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ, 1% порошка NaOH, 3% технической воды, 24% жидкого стекла, 1% 30% раствора пероксида водорода дает возможность получение материала прочностью на сжатие 1,54±0,11 МПа и средней плотностью 388±10 кг/м3, что соответствует техническому результату, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Пример №2.
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала имеет следующий компонентный состав, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 68 |
| Порошок NaOH | 4 |
| Техническая вода | 8 |
| Жидкое стекло | 20 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 3 |
Геополимерные материалы готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси 68% золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ, 4% порошка NaOH, 8% технической воды, 20% жидкого стекла, 3% 30% раствора пероксида водорода дает возможность получение материала прочностью на сжатие 1,46±0,11 МПа и средней плотностью 384±9 кг/м3, что соответствует техническому результату, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Пример №3.
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала имеет следующий компонентный состав, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 70 |
| Порошок NaOH | 3 |
| Техническая вода | 5 |
| Жидкое стекло | 22 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 2 |
Геополимерные материалы готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси 70% золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ, 3% порошка NaOH, 5% технической воды, 22% жидкого стекла, 2% 30% раствора пероксида водорода дает возможность получение материала прочностью на сжатие 1,35±0,09 МПа и средней плотностью 337±14 кг/м3, что соответствует техническому результату, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Пример №4.
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала имеет следующий компонентный состав, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 73 |
| Порошок NaOH | 0,5 |
| Техническая вода | 1,5 |
| Жидкое стекло | 25 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 4 |
Геополимерные материалы готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси большего количества (73%) золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ, малого количества (0,5%) порошка NaOH, малого количества (1,5%) технической воды, большего количества (25%) жидкого стекла, большего количества (5%) 30% раствора пероксида водорода дает возможность получение материала прочностью на сжатие 1,69±0,05 МПа и средней плотностью 496±16 кг/м3, что не соответствует техническому результату, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Пример №5.
Шихта для изготовления пористого геополимерного материала имеет следующий компонентный состав, мас. %:
| Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ | 67 |
| Порошок NaOH | 5 |
| Техническая вода | 9 |
| Жидкое стекло | 19 |
| 30% раствор пероксида водорода, сверх 100 | 0,5 |
Геополимерные материалы готовят по методике, описанной выше. Наличие в смеси малого количества (67%) золошлаковых отходов Северодвинской ТЭЦ, большого количества (5%) порошка NaOH, большого количества (9%) технической воды, малого количества (19%) жидкого стекла, малого количества (0,5%) 30% раствора пероксида водорода дает возможность получение материала прочностью на сжатие 1,72±0,04 МПа и средней плотностью 518±12 кг/м3, что не соответствует техническому результату, обладающего средним пределом прочности на сжатие более 1 МПа и средней плотностью менее 400 кг/м3.
Как видно из таблицы, требуемыми свойствами обладают образцы №1, 2, 3. Образцы №4, 5, вследствие своей неудовлетворительной плотности, не могут обеспечить требуемого уровня свойств и являются непригодными для производства.
Claims (2)
- Шихта для изготовления пористого геополимерного материала, включающая отходы угольной генерации, активирующий компонент и порообразователь, отличающаяся тем, что в качестве отходов угольной генерации используют золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ, имеющие химический состав, мас. %: SiO2 61,57; Al2O3 17,91; Fe2O3 6,01; MgO 2,75; Na2O 3,59; K2O 2,32; CaO 2,1; TiO2 0,83; MnO 0,07; P2O5 0,21; SO3 0,32; ППП 2,32, в качестве активирующего компонента - жидкое стекло и порошок NaOH, а в качестве порообразователя 30% раствор пероксида водорода при следующем соотношении компонентов, мас. %:
-
Золошлаковые отходы Северодвинской ТЭЦ 68-72 Порошок NaOH 1-4 Техническая вода 3-8 Жидкое стекло 20-24 30% раствор пероксида водорода, сверх 100% 1-3
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2809197C1 true RU2809197C1 (ru) | 2023-12-07 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2828186C1 (ru) * | 2024-04-04 | 2024-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Вспененный геополимер на основе золошлаковых отходов |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107344863A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-11-14 | 浙江大学 | 一种基于粉煤灰的地质聚合物多孔保温材料及其制备方法 |
| CN114272910A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-04-05 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 粉煤灰基多孔地质聚合物-沸石复合材料、制备及应用 |
| WO2023080676A1 (ko) * | 2021-11-05 | 2023-05-11 | 흥국산업 주식회사 | 마이크로파를 이용한 석탄 비산재 기반 지오폴리머 폼의 제조방법 |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107344863A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-11-14 | 浙江大学 | 一种基于粉煤灰的地质聚合物多孔保温材料及其制备方法 |
| WO2023080676A1 (ko) * | 2021-11-05 | 2023-05-11 | 흥국산업 주식회사 | 마이크로파를 이용한 석탄 비산재 기반 지오폴리머 폼의 제조방법 |
| CN114272910A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-04-05 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 粉煤灰基多孔地质聚合物-沸石复合材料、制备及应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Yatsenko E. A. et al. Improving the properties of porous geopolymers based on TPP ash and slag waste by adjusting their chemical composition. MDPI, Materials (Basel), 31 March 2022. Feng J. et al. Development of porous fly ash-based geopolymer with low thermal conductivity. Material and Design. 2015. Vol.65, p.529-533. ЕРОШКИНА Н.А., КОРОВИН М.О. Геополимерные строительные материалы на основе промышленных отходов. Монография. Пенза. 2014, с.20-23, с.75-77. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2828186C1 (ru) * | 2024-04-04 | 2024-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Вспененный геополимер на основе золошлаковых отходов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | An overview on the reuse of waste glasses in alkali-activated materials | |
| AU2023210634B2 (en) | Inorganic foam based on calcium sulfoaluminate | |
| Torres-Carrasco et al. | Waste glass as a precursor in alkaline activation: Chemical process and hydration products | |
| RU2599742C2 (ru) | Геополимерный композит для бетона ультравысокого качества | |
| US9919974B2 (en) | High-strength geopolymer composite cellular concrete | |
| CA2768626C (en) | Tailored geopolymer composite binders for cement and concrete applications | |
| NZ527772A (en) | Alkali activated fly ash based geopolymer cements and methods for their production | |
| Tashima et al. | Alkali activated materials based on fluid catalytic cracking catalyst residue (FCC): Influence of SiO2/Na2O and H2O/FCC ratio on mechanical strength and microstructure | |
| KR101852037B1 (ko) | 폐촉매 슬래그와 실리콘 슬러지를 이용한 경량 기포 지오폴리머 제조방법 | |
| CA3055400A1 (en) | Inorganic foam based on geopolymers | |
| KR20120117108A (ko) | 바텀애시를 포함하는 결합재 | |
| Rashad et al. | Effect of Silica Fume and Activator Concentration on Metakaolin Geopolymer Exposed to Thermal Loads. | |
| Alonso et al. | Viability of the use of construction and demolition waste aggregates in alkali-activated mortars | |
| Castaldelli et al. | Preliminary studies on the use of sugar cane bagasse ash (SCBA) in the manufacture of alkali activated binders | |
| RU2809197C1 (ru) | Шихта для изготовления пористого геополимерного материала на основе отходов угольной генерации | |
| TW202323217A (zh) | 混凝土組合物及其混凝土塊材 | |
| KR100929309B1 (ko) | 활성고령토와 폐콘크리트슬러지를 이용한 콘크리트 경화체 제조방법 | |
| Nazari et al. | Boroaluminosilicate geopolymers: role of NaOH concentration and curing temperature | |
| JP7041918B2 (ja) | 曲げ性能が高いジオポリマー硬化体及びその製造方法 | |
| RU2828186C1 (ru) | Вспененный геополимер на основе золошлаковых отходов | |
| Azevedo et al. | Production of fly ash-based geopolymers using activator solutions with different Na2O and Na2SiO3 compositions | |
| Tashima et al. | Spent FCC catalyst for preparing alkali-activated binders: an opportunity for a high-degree valorization | |
| RU2817494C1 (ru) | Сырьевая смесь для изготовления керамических теплоизоляционных строительных материалов | |
| KR20250005978A (ko) | 지오폴리머 조성물과 그 제조 방법 | |
| Alonso López et al. | Viability of the use of construction and demolition waste aggregates in alkali-activated mortars |