WO2018236248A1 - Способ получения вспененного теплоизоляционного материала - Google Patents
Способ получения вспененного теплоизоляционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018236248A1 WO2018236248A1 PCT/RU2017/000697 RU2017000697W WO2018236248A1 WO 2018236248 A1 WO2018236248 A1 WO 2018236248A1 RU 2017000697 W RU2017000697 W RU 2017000697W WO 2018236248 A1 WO2018236248 A1 WO 2018236248A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- amorphous silica
- rock
- mixture
- granules
- sodium
- Prior art date
Links
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 75
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 56
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 35
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims abstract description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 claims description 17
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 claims description 15
- 238000005187 foaming Methods 0.000 claims description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 7
- 238000010410 dusting Methods 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 3
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 3
- 239000010458 rotten stone Substances 0.000 claims description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 abstract 1
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 19
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 18
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 16
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 10
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 8
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 7
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 6
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 239000005356 container glass Substances 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 4
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 3
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 2
- OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N [O].[Si] Chemical group [O].[Si] OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 239000006063 cullet Substances 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 1
- 241000556204 Huso dauricus Species 0.000 description 1
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- JQPQZHIUHRBBHU-UHFFFAOYSA-N [Na].[Mg].[Ca] Chemical compound [Na].[Mg].[Ca] JQPQZHIUHRBBHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000011494 foam glass Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 magnesium cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 235000015424 sodium Nutrition 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019351 sodium silicates Nutrition 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 239000005335 volcanic glass Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C11/00—Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
- C03C11/007—Foam glass, e.g. obtained by incorporating a blowing agent and heating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/08—Other methods of shaping glass by foaming
Definitions
- the invention relates to the production of heat-insulating materials with a rigid structure with low density and thermal conductivity.
- foam glass is the most effective.
- a method of producing foamed glass including boiling glass and grinding it in a ball mill, mixing with a blowing agent and heat treating in a foaming furnace (A.c.Ns393227, FDHS 1 1/00, B.I. Ns33.1973r.)
- the disadvantage of this method is the need for melting glass at a temperature of 1450 ° C, fine grinding of the mixture and its foaming at a temperature above 800 ° C.
- a known method of producing foamed glass (A.S. NS1073199, FPA 11/00, bHNs6, 1984), in which the mixture does not contain either specially welded glass or broken glass, and the task of the invention is solved by using a mixture containing sedimentary silica rock , sodium hydroxide, gas formers and perlite rock.
- the main disadvantage of this method is the need for fine grinding of difficult to perlite rock (volcanic glass) in the environment of soft silica rock (diatomite, tripoli, flask), which reduces the efficiency of grinding of perlite rock, increases its duration and energy consumption for grinding the mixture.
- foamed insulating material U N8260539, C OZS 11/00, SOP 19/08, publ. 10.01.2017, Bul. Mz1
- mix the resulting sodium hydrosilicate with the rest of the amorphous silica rock granulate the mixture and dust the granules with an aluminosilicate component, then load the granules into forms with a closed volume and foam at a temperature of 750-780 ° C for 20-40 minutes and cool the products during annealing.
- the disadvantage of the closest analogue is insufficient water resistance of the obtained foamed insulating material, since the aluminosilicate component is concentrated in the surface layer of the granules, and the inner part of the granules contains foamed and non-resistant sodium silicate glass, from which interporous partitions are formed.
- This glass does not contain stabilizing cations (Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ ) and will dissolve in water to form sodium hydrosilicate.
- the task of the patented solution is to eliminate these drawbacks, the implementation of the method for the synthesis of glass with a chemical composition close to the composition of container glass, providing the synthesis of sodium hydrosilicates during the mixing of silica, dry sodium hydroxide and water for 5-7 minutes and obtaining a waterproof insulation material at a foaming temperature in the range of 750-780 ° C.
- the technical result of the patented solution is to increase the water resistance of the foamed thermal insulation material.
- the claimed technical result is achieved through the implementation of the patented method of producing foamed insulating material, including the preparation of the mixture by synthesizing primary sodium hydrosilicate with a silicate module 2.7-3.3 by mixing dry sodium hydroxide with a portion of amorphous silica and hot water to form an aqueous solution sodium hydroxide with a concentration of 33-38 wt.%, additives in the resulting sodium hydrosilicate of the remaining part of the amorphous silica rock and dolomite m ki, followed by stirring, granulation of the resulting blend, dusting granulate, pellet loading in shape with a closed volume, foaming at a temperature of 750-780 ° C for 20-40 minutes and cooling the obtained product.
- Synthesized sodium hydrosilicates with a ratio (silicate module) of BYuLMagO 2.7-3.3 have a layered structure with a silicon-oxygen motif [S14O10] 4 " , can bind with each other Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ and to form sodium hydrosilicates with a high content of water of crystallization, the best carbonation ability, and after dehydration to form sodium silicates with enhanced water resistance.
- calcined dolomite flour which contains calcium and magnesium oxides CaO and MgO
- sodium hydroxysilicate oxides of CaO and MgO interact with free water and convert them into hydroxides Ca (OH) 2 and Mg (OH) 2, which accelerates the hardening of the mass during its granulation.
- calcined dolomite flour allows the heat of hydration of calcium and magnesium oxides to be used for additional heating of the mixture; calculations show that the total amount of heat released during the hydration of sodium hydroxide, calcium and magnesium oxides allows the mixture to heat up to 108-110 ° C.
- Ca 2+ and Md 2+ cations are introduced into the mixture, as well as with impurities Fe 3+ and Al 3+ cations , which increases the water resistance of the resulting foaming of the material.
- dolomite flour (CaCO 3 MdSO 3 ) is preliminarily calcined at a temperature of 920-930 ° C, which allows to remove carbon dioxide from its composition and to obtain oxides of calcium and magnesium in the active state.
- the dusting of the obtained granules is carried out in an amorphous silica sand, thereby preventing the sticking of the granules, which contributes to the formation of the honeycomb-like structure of the products during the porisation.
- amorphous silica rock diatomite, flask or tripilla can be used in a finely dispersed state, which leads to the formation of a homogeneous mixture used in the synthesis of sodium hydrosilicate with a modulus of 2.7-3.3.
- the proposed method of obtaining foamed insulating material is as follows.
- Sodium hydrosilicate is synthesized with a silicate modulus of 2.7-3.3 by mixing amorphous silica, dry sodium hydroxide and hot water for 5-10 minutes. To do this, first mix the dry sodium hydroxide and the amorphous silica rock, then add hot water to the mixture with vigorous stirring. With this organization of the mixing process, an aqueous solution of sodium hydroxide is obtained with a concentration of 33–38%, which actively interacts with the amorphous silica-earth rock to produce sodium hydrosilicate with a silicate module of 2.7–3.3. Mix the resulting sodium hydrosilicate with amorphous silica and calcined dolomite flour.
- the resulting plastic mass is granulated in a screw granulator.
- the obtained granulated mixture is loaded in the calculated amount into metal forms with a closed volume, in which the charge is foamed when heated to a temperature of 750-780 ° C.
- the time of foaming depends on the dimensions of the resulting products and is 20-40 minutes. Then, the resulting products are annealed with subsequent cooling to relieve thermal stresses.
- Tripoli Zikeevsky field with the S1O2 content is 84.5% and the particle size is less than 0.1 mm in the amount of 50-52 wt.%, sodium hydroxide granulated (granules less than 2 mm) - 14-16 wt.%, calcined dolomite flour with the content of CaO-58, 17%, MDO-41, 82% - 4-6 wt.% And water - 26-28 wt.%.
- the concentration of an aqueous solution of sodium hydroxide may be 33-38 wt.%, In which the silica rock was intensively dissolved, and their mixture was heated to a temperature above 100 ° ⁇ (boiling). After stirring the hot mixture for 10 minutes. received sodium hydrosilicate with a density of 1400 kg / m 3 .
- a mixture of 5.0–5.2% by weight of silica-containing rock was injected into the sodium hydrosilicate obtained, which is 10% of the total amount of the entire amorphous co-earthy rock in the mixture (50-52% by weight), and 4-6% by weight calcined dolomite flour, the mixture was thoroughly mixed to obtain a plastic, solid-like mass, which was fed into a screw granulator equipped with a knife-lattice forming pair, which allows to thoroughly homogenize the mixture, from which the granules with a diameter of 3-5 mm and a length of 5-10 mm were molded.
- the CaO and MDO oxides introduced with calcined dolomite flour, interacted with the free water of sodium hydrosilicate and turned into hydroxides Ca (OH) g and MD (OH) 2 , which accelerated the hardening of the mass and the granules.
- the synthesized charge with pre-introduced cations of magnesium and calcium makes it possible to obtain heat-insulating products with specified dimensions and shape of foamed material with a more uniform, durable and rigid structure, chemically resistant and waterproof glass matrix with minimal heat and energy costs at a low foaming temperature of 750 -780 ° C.
- the granules were powdered in the remaining amount of amorphous silica-bearing rock (10% of the total amount of the entire amorphous kreminesy rock in the charge), then the granules along with dusting agent came in a plate granulator for surface coating, after which the granules were dried to a residual moisture content of 16-18%.
- Granulated mixture was loaded into a metal form with an internal volume of 0.5 dm 3 (10x10x5) cm, the form was closed with a lid with clamps and placed in a muffle furnace, preheated to a temperature of 750-780 ° C and kept at this temperature for 20 30 min, after which the form with the product was cooled with the furnace for 5 hours
- the process of dehydration of sodium hydrosilicates coincides with the process of transition of the mixture to the pyroplastic state, and the evolved water vapors penetrate the sodium silicate glass, which is actively enriched with oxides of calcium, magnesium, iron and aluminum up to the final temperature of porization.
- the composition of dolomite flour and amorphous silica rock In the temperature range of 350–450 ° C, the process of dehydration of sodium hydrosilicates coincides with the process of transition of the mixture to the pyroplastic state, and the evolved water vapors penetrate the sodium silicate glass, which is actively enriched with oxides of calcium, magnesium, iron and aluminum up to the final temperature of porization.
- the composition of dolomite flour and amorphous silica rock In the temperature range of 350–450 ° C, the process of dehydration of sodium hydrosilicates coincides with the process of transition of the mixture to the pyroplastic state, and the evolved water vapors penetrate the sodium silicate glass, which is actively enriched with oxide
- the table shows the chemical compositions of glasses obtained by various methods, including the composition of the glass according to the prototype and the claimed method.
- the proposed method of obtaining a heat-insulating material allows to obtain a sodium-calcium-magnesium silicate glass with an increased water resistance index, from which a porous matrix of heat-insulating material is formed.
- the process of foaming the mixture occurs due to the release of chemically bound water when heated sodium hydrosilicate to a temperature of 350 ° C and higher up to the temperature of foaming;
- Synthesized sodium hydrosilicate with a modulus of 2.7-3.3 has a fundamentally different silicon-oxygen motif, contains an increased amount of water of crystallization, has an increased porisation capacity of the mixture.
- the resulting structural motif is capable of accepting calcium and magnesium cations into the structure, for example, according to the scheme:
- the presented method of obtaining a heat-insulating material allows to obtain a heat-insulating material with a rigid structure, given characteristics, dimensions and shape with minimal heat and energy costs.
- in the present invention increases the resistance of the glass matrix products.
- the insulating material can be used in construction, for thermal insulation of power plants and pipeline transport.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов с жесткой структурой, обладающих низкими значениями плотности и теплопроводности. Приготавливают шихту путем синтеза первичного гидросиликата натрия с силикатным модулем 2,7-3,3 при смешении сухого гидроксида натрия с аморфной кремнеземистой породой и горячей водой, обеспечивающем образование водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 33-38 мас. %. Добавляют в полученный гидросиликат натрия аморфную кремнеземистую породу и доломитовую муку с последующим перемешиванием. Гранулируют полученную шихту. Опудривают гранулы в аморфной кремнеземистой породе. Загружают гранулы в формы с замкнутым объемом, вспенивают при температуре 750-780°С в течение 20-40 мин и охлаждают полученные изделия.
Description
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВСПЕНЕННОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО
МАТЕРИАЛА
Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов с жесткой структурой, обладающих низкими значениями плотности и теплопроводности.
Из известных в настоящее время теплоизоляционных материалов, обладающих жесткой структурой и высокими строительно-техническими свойствами, наиболее эффективным является пеностекло.
Известен способ получения пеностекла, включающий варку стекла и его измельчение в шаровой мельнице, смешение с газообразователем и термообработку в печи вспенивания (A.c.Ns393227, СОЗС 1 1/00, Б. И. Ns33,1973r.)
Недостатком известного способа является необходимость варки стекла при температуре 1450°С, тонкого помола шихты и ее вспенивания при температуре выше 800°С. В ряде известных составов шихт предлагается исключить варку стекла, как весьма энергоемкую технологическую стадию, и использовать в составе шихт стеклобой.
Известен способ получения пеностекла (А.с. NS1073199, СОЗС 11/00, b.H.Ns6, 1984г.), в котором шихта не содержит ни специально сваренного стекла, ни стеклобоя, а поставленная задача изобретения решается за счет использования шихты, содержащей осадочную кремнеземистую породу, гидроксид натрия, газообразователи и перлитовую породу.
Основным недостатком этого способа является необходимость тонкого помола трудноразмалываемой перлитовой породы (вулканического стекла) в среде мягкой кремнеземистой породы (диатомит, трепел, опока), что снижает эффективность помола перлитовой породы, увеличивает его длительность и расход энергии на измельчение шихты.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения вспененного теплоизоляционного материала ( U N8260539, С ОЗС 11/00, СОЗВ 19/08, опубл. 10.01.2017 г., Бюл.Мз1), в котором синтезируют первичный гидросиликат натрия с силикатным модулем 2,1-2,2 при смешении сухого гидроксида натрия с частью аморфной кремнеземистой породы и горячей воды, обеспечивающем образование водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 37,5% (мае), перемешивают полученный
гидросиликат натрия с остальной аморфной кремнеземистой породой, осуществляют грануляцию шихты и опудривание гранул алюмосиликатным компонентом, после чего загружают гранулы в формы с замкнутым объемом и вспенивают при температуре 750-780°С в течение 20-40 мин и охлаждают изделия при отжиге.
Недостатком наиболее близкого аналога является недостаточная водостойкость полученного вспененного теплоизоляционного материала, поскольку алюмосиликатный компонент концентрируется в поверхностном слое гранул, а внутренняя часть гранул содержит вспененное и неводостойкое натрийсиликатное стекло, из которого формируются межпоровые перегородки. Такое стекло не содержит стабилизивующих катионов (Са2+, Mg2+, Fe3+, Al3+) и будет растворяться в воде с образованием гидросиликата натрия.
Задачей патентуемого решения является устранение указанных недостатков, осуществление способа, обеспечивающего синтез стекла с химическим составом, близким к составу тарного стекла, обеспечивающего синтез гидросиликатов натрия за время перемешивания кремнеземистой породы, сухого гидроксида натрия и воды в течение 5-7 мин. и получение водостойкого теплоизоляционного материала при температуре вспенивания в интервале 750-780°С.
Техническим результатом патентуемого решения является повышение водостойкости вспененного теплоизоляционного материала.
Заявленный технический результат достигается за счет осуществления патентуемого способа получения вспененного теплоизоляционного материала, включающего приготовление шихты путем синтеза первичного гидросиликата натрия с силикатным модулем 2,7-3,3 при смешении сухого гидроксида натрия с частью аморфной кремнеземистой породой и горячей водой, обеспечивающем образование водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 33-38 мас.%, добавки в полученный гидросиликат натрия оставшейся части аморфной кремнеземистой породы и доломитовой муки с последующим перемешиванием, грануляцию полученной шихты, опудривание гранул, загрузку гранул в формы с замкнутым объемом, вспенивание при температуре 750-780°С в течение 20-40 мин и охлаждение полученных изделий.
Синтез первичного гидросиликата натрия при смешении сухого гидроксида натрия с аморфной кремнеземистой породой и горячей водой,
обеспечивающем образование водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 33-38 мас.% при приготовлении шихты приводит к наиболее полному растворению аморфной кремнеземистой породы в водном 33-38 мас.% растворе гидроксида натрия, что обеспечивает синтез гидросиликата натрия с модулем 2,7-3,3, способного при температурах выше 600°С встраивать в состав силиката натрия катионы Са2+ и Мд2+, обеспечивающих получение стекла с повышенной водостойкойкостью, близкого по химическому составу к составу тарного стекла.
Синтезированные гидросиликаты натрия с соотношением (силикатным модулем) БЮгЛМагО 2,7-3,3 обладают слоистой структурой с кремнекислородным мотивом [S14O10]4", могут связываться между собой катионами Са2+, Mg2+, Fe3+, Al3+ и образовывать гидросиликаты натрия с повышенным содержанием кристаллизационной воды, лучшей поризационной способностью, а после дегидратации образовывать силикаты натрия с повышенной водостойкостью.
Благодаря добавлению к гидросиликату натрия аморфной кремнеземистой породы и прокаленной доломитовой муки в состав которой входят оксиды кальция и магния СаО и МдО обеспечивается взаимодействие упомянутых оксидов СаО и МдО со свободной водой гидросиликата натрия и превращение их в гидроксиды Са(ОН)2 и Мд(ОН)2, которые ускоряют твердение массы при ее гранулировании. Также добавление прокаленной доломитовой муки позволяет использовать теплоту гидратации оксидов кальция и магния для дополнительного нагрева смеси; расчеты показывают, что суммарное количество тепла, выделяемое при гидратации гидроксида натрия, оксидов кальция и магния позволяет нагреть смесь до 108-110°С. С помощью предварительно прокаленного доломита в состав смеси вводятся катионы Са2+ и Мд2+, а также с примесями катионы Fe3+ и Al3+, что повышает водостойкость полученного вспенивания материала.
При реализации способа доломитовую муку (СаСО3 МдСО3) предварительно прокаливают при температуре 920-930°С, что позволяет удалить из его состава диоксид углерода и получить оксиды кальция и магния в активном состоянии.
В частности опудривание полученных гранул осуществляют в аморфной кремнеземистой породе, благодаря чему предотвращается слипание гранул,
что способствует формированию сотоподобной структуры изделий при поризации.
В качестве аморфной кремнеземистой породы может быть использован диатомит, опока или трепел в тонкодисперсном состоянии, что приводит к образованию однородной смеси, используемой при синтезе гидросиликата натрия с модулем 2,7-3,3.
Предложенный способ получения вспененного теплоизоляционного материала осуществляют следующим образом.
Подготавливают компоненты шихты: аморфную кремнеземистую породу, гидроксид натрия, доломитовую муку и воду. Предварительно прокаливают доломитовую муку.
Осуществляют приготовление шихты в следующей последовательности. Осуществляют синтез гидросиликата натрия с силикатным модулем 2,7-3,3 при смешении аморфной кремнеземистой породы, сухого гидроксида натрия и горячей воды в течение 5-10 мин. Для этого сначала смешивают сухой гидроксид натрия и аморфную кремнеземистую породу, затем в полученную смесь при интенсивном перемешивании добавляют горячую воду. При такой организации процесса смешения получается водный раствор гидроксида натрия с концентрацией 33-38%, который активно взаимодействует с аморфной кремнезёмистой породой с получением гидросиликата натрия с силикатным модулем 2,7-3,3. Перемешивают полученный гидросиликат натрия с аморфной кремнеземистой породой и прокаленной доломитовой мукой. Гранулируют полученную пластичную массу в шнековом грануляторе. Опудривают сформованные гранулы в аморфной кремнеземистой породой в тарельчатом грануляторе и, при необходимости, подсушивают гранулы до остаточной влажности 16-18%. Полученную гранулированную шихту загружают в расчетном количестве в металлические формы с замкнутым объемом, в которых осуществляют вспенивание шихты при нагреве до температуры 750- 780°С. Время вспенивания зависит от габаритных размеров получаемых изделий и составляет 20-40 мин. Затем осуществляют отжиг полученных изделий с последующим охлаждением для снятия термических напряжений.
Пример осуществления способа в частном случае его реализации.
1. В качестве исходных сырьевых материалов при приготовлении шихты использовали трепел Зикеевского месторождения (Калужская область) с
содержанием S1O2 - 84,5% и размером частиц менее 0,1 мм в количестве 50-52 мас.%, гидроксид натрия гранулированный (гранулы менее 2 мм) - 14-16 мас.%, прокаленную доломитовую муку с содержанием СаО-58,17%, МдО-41 ,82% - 4-6 мас.% и воду - 26-28 мас.%.
2. Приготовление шихты начинали с синтеза гидросиликата натрия с силикатным модулем m = 2,7-3,3 путем смешения сухого гидроксида натрия в указанном количестве, 40,0 - 41 ,6 мас.% аморфной кремнеземистой породы, что составляет 80% от общего количества всей аморфной кременземистой породы в шихте (50-52 мас.%), и горячей воды температурой 80-85 °С в указанном количестве. В данном случае концентрация водного раствора гидроксида натрия может составлять 33-38 мас.%, в котором интенсивно растворялась кремнеземистая порода, а их смесь разогревалась до температуры выше 100°С (кипение). После перемешивания горячей смеси в течение 10 мин. получали гидросиликат натрия с плотностью 1400 кг/м3.
3. В полученный гидросиликат натрия вводилась смесь 5,0-5,2 мас.% кремнеземистой породы, что составляет 10% от общего количества всей аморфной кременземистой породы в шихте (50-52 мас.%), и 4-6 мас.% прокаленной доломитовой муки, смесь тщательно перемешивалась до получения пластичной, твердообразной массы, которая подавалась в шнековый гранулятор, снабженный формующей парой «нож-решетка», позволяющей тщательно гомогенизировать смесь, из которой формовали гранулы диаметром 3-5 мм и длиной 5-10 мм. Оксиды СаО и МдО, вводимые с прокаленной доломитовой мукой, взаимодействовали со свободной водой гидросиликата натрия и превращались в гидроксиды Са(ОН)г и Мд(ОН)2, которые ускоряли твердение массы и гранул.
Синтезированная шихта с предварительно введенными в его состав катионами магния и кальция позволяет получать теплоизоляционные изделия с заданными размерами и формой из вспененного материала с более однородной, прочной и жесткой структурой, химически стойкой и водостойкой стеклянной матрицей с минимальными тепловыми, энергетическими затратами при низкой температуре вспенивания 750-780°С.
4. На выходе из гранулятора гранулы опудривались в оставшемся количестве аморфной кремнеземистой породой (10% от общего количества всей аморфной кременземистой породы в шихте) далее гранулы вместе с
опудривающей добавкой поступали в тарельчатый гранулятор для поверхностного окатывания, после чего гранулы подсушивались до остаточной влажности 16-18 %.
5. Гранулированную шихту загружали в металлическую форму с внутренним объемом 0,5 дм3 (10x10x5) см, форму закрывали крышкой с фиксаторами и помещали в муфельную печь, предварительно нагретую до температуры 750-780°С и выдерживали при этой температуре в течение 20-30 мин, после чего форму с изделием охлаждали вместе с печью в течение 5 ч.
При воздействии высокой температуры на шихту, в ней начинают протекать различные физико-химические процессы. В первую очередь, в результате нагрева шихты до 150-300 °С происходит дегидратация гидросиликата натрия с выделением воды в виде водяного пара, который в условиях сохраняющейся щелочной среды, способствует весьма интенсивному растворению свободного кремнезема и образованию дополнительного количества гидросиликата натрия. Растворение кремнезема и переход его в гидросиликат натрия приводит к увеличению поризационной способности смеси. В интервале температур 350-450 °С процесс дегидратации гидросиликатов натрия совпадает с процессом перехода смеси в пиропластичное состояние, а выделяющиеся водяные пары поризуют натрий- силикатное стекло, которое вплоть до конечной температуры поризации активно обогащается оксидами кальция, магния, железа и алюминия, входящих в состав доломитовой муки и аморфной кремнеземистой породы.
После разборки формы из нее извлекали изделие, у которого определяли плотность, прочность, коэффициент теплопроводности и водопоглощение. Все экспериментальные образцы имели четкую геометрическую форму и заданные размеры. Свойства полученных образцов следующие: плотность - 150-280 кг/м3, прочность при сжатии - 1 ,8-3,5 МПа, коэффициент теплопроводности - 0,063-0,086 Вт/м рад, водопоглощение - 5-8% (об.).
В таблице приведены химические составы стекол, полученных разными способами, в том числе состав стекла согласно прототипу и заявленному способу.
Таблица
Сравнительную водостойкость изделий оценивали по значению рН (выдержка образцов в дистиллированной воде в течение 7 суток). Для натрий- силикатного стекла, полученному по способу указанному в прототипе, рН=8,0- 8,7, а для заявляемого способа рН=7,3-7,8.
Таким образом, предлагаемый способ получения теплоизоляционного материала позволяют получить натрий-кальций-магнийсиликатное стекло с повышенным показателем водостойкости, из которого формируется пористая матрица теплоизоляционного материала.
Другими преимуществами предлагаемого способа получения теплоизоляционных материалов является следующее:
- при производстве теплоизоляционных материалов в качестве исходного сырья используются природные аморфные кремнеземистые породы;
- полностью исключается из технологического процесса использование специально сваренного стекла или стеклобоя;
- процесс вспенивания шихты происходит за счет выделения химически связанной воды при нагреве гидросиликата натрия до температуры 350 °С и выше вплоть до температуры вспенивания;
- выделение воды при нагреве приводит к образованию в объеме шихты гидротермальных условий, ускоряющих процессы взаимодействия добавленной смеси 10% кремнеземистой породы и доломитовой муки с гидросиликатом натрия с образованием в интервале температур от 450°С вплоть до температур 750-780°С, стекла, близкого по химическому составу к тарному стеклу, которое обладает высокой химической стойкостью и водостойкостью.
- использование в составе шихты прокаленной доломитовой муки, преимущественно 4-6 мас.%, позволяет использовать теплоту гидратации оксидов кальция и магния для дополнительного нагрева смеси; расчеты показывают, что суммарное количество тепла, выделяемое при гидратации
гидроксида натрия, оксидов кальция и магния позволяет нагреть смесь до 108- 110°С;
- при синтезе гидросиликата натрия растворение 80% аморфной кремнеземистой породы происходит в водном растворе гидроксида натрия с концентрацией 33-38% (мае). Образующийся при этом гидросиликат натрия имеет силикатный модуль m= SiO2/Na2O = 2,7-3,3 и способен, особенно, в гидротермальных условиях, усваивать дополнительно 10% кремнеземистой породы, взаимодействовать при температуре более 600°С с оксидами кальция и магния с образованием стекла, близкого по составу к тарному стеклу (см. табл.); синтезируемый гидросиликат натрия с модулем 2,7-3,3 обладает принципиально другим кремнекислородным мотивом, содержит повышенное количество кристаллизационной воды, имеет увеличенную поризационную способность смеси. Образовавшийся структурный мотив способен принимать в структуру катионы кальция и магния, например по схеме:
I I I I
-Si - О - Si - + МеО -» -Si— О— M e— О— Si—
Представленный способ получения теплоизоляционного материала позволяет получать теплоизоляционный материал с жесткой структурой, заданными характеристиками, размерами и формой с минимальными тепловыми и энергетическими затратами. Кроме того, по сравнению с известным способом, в предлагаемом изобретении повышается водостойкость стеклянной матрицы изделий.
Получаемый по предлагаемому изобретению теплоизоляционный материал может быть использован в строительстве, для тепловой изоляции энергетических установок и трубопроводного транспорта.
Claims
1. Способ получения вспененного теплоизоляционного материала, включающий приготовление шихты посредством смешивания сухого гидроксида натрия с аморфной кремнеземистой породой и водой, грануляцию полученной шихты, опудривание гранул в аморфной кремнеземистой породе, загрузку гранул в формы с замкнутым объемом, вспенивание при температуре 750-780°С в течение 20-40 мин и охлаждение полученных изделий, отличающийся тем, что при приготовлении шихты сначала синтезируют первичный гидросиликат натрия с силикатным модулем 2,7-3,3 при смешении сухого гидроксида натрия с частью аморфной кремнеземистой породой и горячей водой, обеспечивающем образование водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 33-38 мас.%, в полученный гидросиликат натрия добавляют оставшуюся часть аморфной кремнеземистой породы и прокаленную доломитовую муку с последующей грануляцией полученной шихты, опудриванием гранул, вспениванием и охлаждением.
2. Способ по п.1 , отличающийся тем, что доломитовую муку прокаливают при 920-930°С.
3. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в качестве аморфной кремнеземистой породы использован диатомит, опока или трепел в тонкодисперсном состоянии.
4. Способ по п.1 , отличающийся тем, что используют 14-16 мас.% сухого гидроксида натрия, 50-52 мас.% аморфной кремнеземистой породы, 26-28 мас.% воды и 4-6 мас.% доломитовой муки.
5. Способ по п.1 , отличающийся тем, что при синтезировании первичного гидросиликата натрия с силикатным модулем 2,7-3,3 используют 33-38 мас.% аморфной кремнеземистой породы.
6. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в полученный гидросиликат натрия добавляют аморфную кремнеземистую породу в количестве 5,0-5,2 мас.%.
7. Способ по п.1 , отличающийся тем, что опудривание гранул осуществляют в 5,0-5,2 мас.% аморфной кремнеземистой породы.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017121976A RU2657577C1 (ru) | 2017-06-22 | 2017-06-22 | Способ получения вспененного теплоизоляционного материала |
| RU2017121976 | 2017-06-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2018236248A1 true WO2018236248A1 (ru) | 2018-12-27 |
Family
ID=62620417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2017/000697 WO2018236248A1 (ru) | 2017-06-22 | 2017-09-22 | Способ получения вспененного теплоизоляционного материала |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2657577C1 (ru) |
| WO (1) | WO2018236248A1 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2751525C1 (ru) * | 2020-08-18 | 2021-07-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Композиция для производства пористого теплоизоляционного силикатного материала |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01282136A (ja) * | 1988-05-10 | 1989-11-14 | Asahi Glass Co Ltd | ガラスの製造方法 |
| CN101338380A (zh) * | 2008-08-12 | 2009-01-07 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 利用氯化物型盐湖提钾副产的氯化镁制备合成煅白的方法 |
| RU2606539C1 (ru) * | 2015-10-20 | 2017-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Базальтопластик" | Состав шихты и способ получения вспененного теплоизоляционного материала |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE746879A (en) * | 1970-03-05 | 1970-08-17 | Kurz Frederik W A | Foam glass prodn |
| RU2154618C2 (ru) * | 1998-11-10 | 2000-08-20 | Капустин Федор Леонидович | Способ изготовления теплоизоляционного материала на основе кремнистых пород |
| RU2333176C1 (ru) * | 2007-03-05 | 2008-09-10 | Александр Болеславович Фащевский | Способ получения строительного материала |
| KR101317357B1 (ko) * | 2011-05-19 | 2013-10-15 | 이동희 | 결합제로 지오폴리머를 이용한 무기 발포성형체의 제조방법 |
| RU2478586C2 (ru) * | 2011-07-07 | 2013-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ получения теплоизоляционного материала и шихта для его изготовления |
-
2017
- 2017-06-22 RU RU2017121976A patent/RU2657577C1/ru active IP Right Revival
- 2017-09-22 WO PCT/RU2017/000697 patent/WO2018236248A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01282136A (ja) * | 1988-05-10 | 1989-11-14 | Asahi Glass Co Ltd | ガラスの製造方法 |
| CN101338380A (zh) * | 2008-08-12 | 2009-01-07 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 利用氯化物型盐湖提钾副产的氯化镁制备合成煅白的方法 |
| RU2606539C1 (ru) * | 2015-10-20 | 2017-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Базальтопластик" | Состав шихты и способ получения вспененного теплоизоляционного материала |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2657577C1 (ru) | 2018-06-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101905120B1 (ko) | 합성 배합물 및 그의 제조 및 사용 방법 | |
| RU2333176C1 (ru) | Способ получения строительного материала | |
| US3874861A (en) | Method of producing foamed glass | |
| Pavlin et al. | Mechanical, microstructural and mineralogical evaluation of alkali-activated waste glass and stone wool | |
| JP2009518276A (ja) | 凝結性複合材料用の多機能組成物および該組成物の製造方法 | |
| CN104445958B (zh) | 一种氟硅碱钙石微晶增强泡沫玻璃及其制备方法 | |
| RU2403230C1 (ru) | Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала | |
| EP2796435A1 (en) | Dry mixture for producing cellular fibre-reinforced concrete | |
| EA002232B1 (ru) | Способ получения пеносиликатного материала с замкнутыми порами, предпочтительней из отходов, и материал, полученный с помощью этого способа | |
| Koutnik et al. | Comparison of kaolin and kaolinitic claystones as raw materials for preparing meta-kaolinite-based geopolymers | |
| HU222625B1 (hu) | Eljárás hższigetelż építżanyag elżállítására | |
| RU2606539C1 (ru) | Состав шихты и способ получения вспененного теплоизоляционного материала | |
| RU2655499C1 (ru) | Состав шихты для получения вспененного теплоизоляционного материала | |
| RU2365555C2 (ru) | Гранулированный композиционный заполнитель для силикатных стеновых изделий на основе трепела, диатомита и опоки, состав сырьевой смеси для изготовления силикатных стеновых изделий, способ получения силикатных стеновых изделий и силикатное стеновое изделие | |
| CN101302077B (zh) | 一种利用液态排渣炉熔渣直接生产泡沫玻璃的方法 | |
| WO2018236248A1 (ru) | Способ получения вспененного теплоизоляционного материала | |
| WO2008143549A1 (ru) | Строительный материал и способ его получения | |
| RU2478586C2 (ru) | Способ получения теплоизоляционного материала и шихта для его изготовления | |
| CN115259823B (zh) | 一种轻质高强低导热系数加气混凝土及其制备方法 | |
| RU2361839C1 (ru) | Гранулированный заполнитель для силикатных стеновых изделий на основе кремнистых цеолитовых пород, состав сырьевой смеси для изготовления силикатных стеновых изделий, способ получения силикатных стеновых изделий и силикатное стеновое изделие | |
| RU2518629C2 (ru) | Гранулированный наноструктурирующий заполнитель на основе высококремнеземистых компонентов для бетонной смеси, состав бетонной смеси для получения бетонных строительных изделий (варианты) и бетонное строительное изделие | |
| RU2439024C1 (ru) | Состав смеси для получения теплоизоляционного материала | |
| RU2671582C1 (ru) | Способ получения теплоизоляционного материала - пеностекла и шихта для его изготовления | |
| RU2433976C1 (ru) | Способ изготовления гранулированного заполнителя для силикатных изделий автоклавного твердения | |
| RU2433975C1 (ru) | Способ изготовления гранулированного заполнителя для бетона |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17914276 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17914276 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |