Сировинна суміш для виготовлення теплоізоляційного матеріалу

Сировинна суміш для виготовлення теплоізоляційного матеріалу, що включає золошлакові відходи та воду, яка відрізняється тим, що як золошлакові відходи містить відходи, які утворюються при спалюванні твердих палив на ДРЕС, алюмосилікатні мікросфери, та як зв'язуюче - цемент при наступному співвідношенні компонентів, мас % Алюмосилікатні мікросфери 47,6-70,0 Цемент 14,3-21,0 Вода решта Винахід відноситься до виготовлення теплоізоляційних матеріалів (ТІМ), що використовуються для виробництва будівельних виробів (конструкцій, лицювальних матеріалів, блоків, цеглин, плиток) та призначених запобігати втраті тепла на об'єктах паропроводи, житлові, складські, підсобні, виробничі помешкання, металургійні й ІНШІ печі Відома сировинна суміш для одержання теплоізоляційних матеріалів, що складається з подрібнених азбоцементних ВІДХОДІВ (82 - 85%) та води (15 - 18%) [1] Недоліками цього винаходу є те, що одержуваний ТІМ при своєму виробництві потребує великих енерговитрат і тривалого технологічного циклу (після прожарювання виріб обробляють вуглекислим газом при 80 - 85°С протягом 1 6 - 3 0 годин) Найбільш близьким по технічній суті та результату, що досягається є сировинна суміш для виготовлення будівельних виробів [2], що включає, мас % сухі тверді азбоцементні відходи фракції до 10 мм тонкодисперсний пил від розрізання і шліфовки азбоцементних виробів золу-унос, ВІДХІД від згорання коксу при виробництві мінераловатних виробів воду ТІМ, Недоліками даної сировинної суміші є порівняно високий коефіцієнт теплопровідності велика середня густина ТІМ, багатокомпонентність (три компоненти та вода), різнорідність та складність ВІДХОДІВ ЩО використовуються, відсутність їх на Україні, великі енерговитрати на виготовлення ТІМ, зв'язані з подрібненням сухих твердих ВІДХОДІВ азбоцементного виробництва в роторномолотковій чи ІНШІЙ дробільці ударного типу до максимальної крупності зерен 10мм, використання в складі шихтокомпонентів, що містять азбест, пил від різки та шліфовки азбоцементних виробів, що мають велику ступінь дисперсності та токсичності [3] (Азбест - канцерогенний матеріал, викликає онкозахворювання головним чином, дихальних шляхів, легеней, стравовариль 60,0 - 70,0, 7,0-14,0, 7,0-12,0, інше ного тракту) В СВІТІ спостерігається тенденція від використання азбестових матеріалів в будівельних конструкціях В основу винаходу поставлено задачу виготовлення сировинної суміші для теплоізоляційних матеріалів, в якій здійснюється заміна токсичних, що містять азбест, ВІДХОДІВ на безпечні для людини та доступні алюмосилікатні мікросфери, що також являють собою відходи виробництва при спалюванні палива на ДРЕС, тому забезпечується зниження коефіцієнту теплопровідності в 2,3 рази, середньої густини матеріалів в 3,2 - 40 рази в порівнянні з прототипом, енерговитрати на виробництво, забезпечується екологічна безпека для людини як при виробництві, так і в процесі експлуатації ТІМ та за рахунок цього можуть бути використані в будівничих конструкціях Поставлена задача вирішується тим, що в си 44427 лив, умов згоряння Склад АСМС складає 2,0 2,5% від загальної маси ЗІПВ на ТЕС В середньому на ТЕС виробляється 20,0 - 50,0 тисяч тон на рік АСМС Таким чином є достатня сировинна база (що, причому витягується з ВІДХОДІВ згоряння твердих палив) для випуску теплоізоляційних матеріалів, які містять АСМС в якості основного компоненту АСМС збирають з поверхні відстійника, в який ЗШВ скидають в процесі мокрого способу знищення Грубодисперсні домішки (камінчики, тріски, шматочки вугілля та шлаку, металічну стружку) відокремлювали, просіюючи пробу АСМС через систему сит Вихідну пробу було поділено на шість 9,0% оксидів заліза, КІЛЬКІСТЬ ОКСИДІВ ІНШИХ елемефракцій з діаметром частинок від 0,5 до 0,045мм нтів (Na, К, Mg, Са) знаходиться у межах 1,0 ФІЗИКО-ХІМІЧНІ характеристики та ХІМІЧНИЙ склад 2,7%,табл 1 АСМС, що їх було відібрано на Старобешівській ДРЕС Донбасу, наведені на табл 1 КІЛЬКІСТЬ АСМС, що виробляються на ТЕС залежить від конструкції котлоагрегатів, складу паТаблиця 1 ровинній суміші для ТІМ, що містить золошлакові відходи (ЗШВ) та воду, ВІДПОВІДНО ДО винаходу в якості ЗШВ використовують алюмосилікатні мікросфери (АСМС) та додатне зв'язуюче - цемент при відповідному співвідношенні компонентів, мас % Алюмосилікатні мікросфери 47,6 - 70,0 Цемент 14,0-21,0 Вода решта Алюмосилікати мікросфери, що їх добувають (витягують) з залишкових ВІДХОДІВ (ЗШВ) теплових електростанцій, уявляють собою полі мікродисперсні кульки, заповнені вуглекислим газом, азотом, парами води Оболонки мікросфер на 79,0 - 84,0% складаються з оксидів кремнію та алюмінію, 6,0 ФІЗИКО-ХІМІЧНІ характеристики, фракційний і ХІМІЧНИЙ склад алюмосилікатних мікросфер Ста робе шевсько і ДРЭС Донбасу Фракції* Дисперсність, MM Маса фракції від загальної наважки, % Втрата маси при на- ФІЗИКО-ХІМІЧНІ характеристики та ХІМІЧНИЙ склад гріванні до фракції VIII - загальний клас юоо°с**, % І II середня 0,315-0,500 2,95 2,90 2,925 0,200-0,315 15,60 17,70 16,65 0,100-0,200 71,80 68,00 69,90 IV 0,063-0,100 3,50 4,35 3,925 Діелектрична проникливість - 2,2 - 2,6 V 0,045 - 0,063 3,40 3,95 3,675 Товщина оболонки - 2 - ЗОмкм VI 0,045 2,10 2,00 2,05 Діаметр - 20 - 80 -130 - 350мкм І Сума І - VI фракцій 99,35 98,9 Навантажувальна густина - 466 кг/м3 Коефіцієнт теплопровідності - 0,100 - 0,200 Вт/м К 0,38 Питомий опір-1012-1013Ом м ХІМІЧНИЙ склад, мас % S12O3 - 57,0 - 60,0, 99,125 АІ2О3 - 22,0 - 24,0, VII Загальний клас 3,0 Fe2O3 - 6,0 - 9,0, Na2O К2О - 0,5 - 3,0, MgO-1,0-2,0, VIII Загальний клас 1,8 CaO-1,0-2,70, S 2 0 3 -1,5, ш * - Фракції I-V1 отримані при розділенні загального класу АСМС, VII - у стані поставки, після відокремлення грубодисперсних домішок розміром > 0,5мм, VIII - зразок VII після обробки водою, відокремлені мікросфери, що повипливали на поверхню та сіли на дно, ** - Дані дериватограм, зняті на дериватографі Q-1500(BHP), *** - в п п - втрати при прожарюванні Густина (насичена маса) після відділення грубодисперсних домішок складає 0,466кг/м3 Фракція III (0,100 - 0,200мкм) складає біля 70%, густина 0,400кг/м3 Диференційний термічний аналіз на деріватографі Q - 1500 (ВНР) у межах температур ЗО - 1000°С зі швидкістю підвищення температури в п п -1,3 10°С/хв показав, що загальна втрата маси при кінцевій температурі знаходиться у межах 0,38 З.Омас % для різноманітних фракцій та мінімальна для найбільшої III (0,38%), котру було обрано у якості основи для отримання ТІМ Аналіз деріватограм АСМС дозволяє зробити висновок, що загальна теплоємність змінюється ВІДПОВІДНО підвищенню температури та стабільно нижче теплоємності еталону - оксиду алюмінію АСМС теплохімічно СТІЙКІ - фазові перетворення не відмічаються до 1000°С, механічне розтріскування помічається в інтервалі до 240 - 400°С для усіх трьох зразків та слабке спікання при 600 700°С Приготування вихідної суміші включає змішу вання АСМС (фракція III) з цементом марки М-400 та перемішування їх механічною мішалкою на протязі 1 - 2хв , потім додають воду та перемішують ще 1 - 2 хвилини Отриману шихту кладуть в стандартну циліндричну форму для виготовлення зразків ТІМ, об'єм, що складає 125,2см3, ущільняють за допомогою копра 2М-030 Сформований зразок виштовхують поршнем з форми, піддають термообробці в пропарювальній камері Теплопровідність вимірювали на приладі ИТ-Л-400, питому електропровідність на комбінованому цифровому приладі Щ-4313 Усі отримані матеріали мають високі тепло- та електроізоляційні властивості Питомий опір отриманих ТІМ складає 1041,66МОм/см Приклад 1 До 200,0г (47,6%мас) алюмосилікатних мікросфер, фракція III, дисперсністю 0,1 - 0,200мм, додають 60,1г (14,3%мас) цементу, марки М-400, та 160,1 (38,1%мас) води Суміш ретельно перемішують механічною мішалкою на протязі 1 - 2хв до отримання повністю однорідної шихти Шихту поміщують до стандартної циліндричної форми копра моделі 2М-030 Деталі копра - прес-форму та пуансон змазують мастилом для запобігання при 44427 липання поверхні сформованого зразку до стінок Ущільнюють шихту ВІДПОВІДНО до стандартної методики - вісьма ударами п'ятикілограмової гирі копра Сформований циліндр виштовхують поршнем з форми та піддають обробці в прожарювальній камері в режимі підвищення температури 0,5ч, витримка при 90°С на протязі чотирьох годин, остуджування до 20 - 25°С на протязі 2-х годин З вихідної шихти отримують чотири зразки циліндричної форми, що мають слідуючі параметри висота -57,0 - 59,0мм, діаметр - 47 - 48,5мм, маса 58,65 - 58,7г, об'єм - 102,75 - 103,5см3 Фізико-технічні показники отриманих виробів наведені утабл 2 По аналогічній методиці з варіюванням мас % компонентів шихти були отримані теплоізоляційні матеріали, характеристики яких надано втабл 2 При ВМІСТІ АСМС нижче 47,6% та вище 70,0% (№5, 6 табл 2) отримують зразки матеріалів що поступаються оптимальним властивостям зразків 1 - 4 як коефіцієнтом теплопровідності, так і густиною (№5), МІЦНІСТЮ на стиск та водовідштовхуючі спроможності Таблиця 2 Термоізоляційні матеріали на базі алюмосилікатних мікросферта цементу Склад, № Компоненти шихти, мас % АСМС Цемент Вода Середня густина, d, кг/м3 на стиск, МПа МІЦНІСТЬ Коефіцієнт теплопровідності, А Водопоглинання Вт/м К мас % 353К 443К Примітки 1 47,6 14,3 38,1 566,0 28,8 0,183 0,169 18,2 2 53,0 21,0 26,0 552,0 27,3 0,148 0,161 16,3 Пресування на копрі Теж саме 3 67,0 17,0 16,0 468,0 26,5 0,249 0,177 15,7 Теж саме 4 70,0 14,0 16,0 456,0 25,8 0,231 0,15217,2 Теж саме 5 45,5 34,5 17,0 883,0 27,3 0,285 0,315 20,8 Теж саме 6 75,0 12,5 12,5 432,0 10,3 0,250 0,217 20,3 Теж саме 25,4 0,350,30 Азбоцементні Прототип відходи - 55,0 - 75,0 1810,0граничні Пил від шліфовки - 5 - 1720,0 показники 16 Зола-унос - 5 -14 Вміст цементу нижче 14,3% та вище 21,0% в зразках ТІМ №5 та №6 веде до збільшення густини на 56% (№5, d = 883кг/м3) в порівнянні з № 1, зменшенню МІЦНОСТІ (№6) та збільшенню коефіцієнту теплопровідності, табл 2 Як видно з даних таблиці 2, оптимальними є склади, що містять 47,6 -70,0% АСМС, 14,0 21,0% цементу, вода - останнє, №1 - 4, табл 2 Середня густина отриманих ТІМ знаходиться у межах 566,0 - 432,0кг/м , що в 3,2 - 4,0 рази легше в порівнянні з матеріалами прототипу (1810 1720кг/м ), МІЦНІСТЬ на стиск та водопоглинання одного порядку з прототипом Коефіцієнт теплопровідності ТІМ, які заявляються що були виміряні у межах температур 353 - 443К складає А = 0,15 0,25Вт/мК, що в 2,3 рази нижче за прототипу, для 21,0-18,3 Температура при визначені А не вказана якого значення А знаходиться у межах 0,30-0,35 Вт/м К У виробництві ТІМ на основі АСМС відпадає необхідність проведень енергоємних операцій зв'язаних з подрібненням різнорідних ВІДХОДІВ Виключається використання азбестових матеріалів, що робить виробництво та використання ТІМ екологічно безпечним, знешкоджується небезпечність онкозахворювань, причиною яких є азбестові матеріали Список джерел, використаних при складанні заявки 1 А с СССР, №549440, кл С04В28/02, 1975 2 Пат RU, №2008294 С 1, кл 5С04В28/02, С04В18/08 Опубл 28 02 94 Бюл №4 -Прототип 3 Вредные вещества в промышленности 7 44427 Справочник Издание 7-е Том III Неорганические и элементорганические соединения Л Химия 1977 - 2 9 0 - 2 9 5 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90