Сировинна суміш для пористого теплоізоляційного матеріалу і спосіб його одержання

1. Сировинна суміш для пористого теплоізоляційного матеріалу, що включає активний кремнеземистий матеріал, мінеральний наповнювач, гідроксид натрію і воду, яка відрізняється тим, що кремнеземистим матеріалом є кремениста порода або кременистий матеріал техногенного походження, або їхня суміш у співвідношенні 1:1, як C2 2 (19) 1 3 85285 на суміш пористого заповнювача для бетону та спосіб його одержання [патент України №3802, С04В14/00, 1994]. Сировинна суміш пористого заповнювача для бетону, що включає активний кремнеземистий матеріал, гідроксид лужного металу і воду, додатково містить мінеральний наповнювач, а в якості активного кремнеземистого матеріалу - кременисту породу або кременистий матеріал техногенного походження, або суміш кременистої породи із кремнеземистим матеріалом техногенного походження в співвідношенні 1:1 при наступному співвідношенні компонентів, у мас. ч.: кремениста порода або кремнеземистий матеріал техногенного походження, або їхня суміш у співвідношенні 1:1 - 100; мінеральний наповнювач 1-150; гідроксид лужного металу - 1-30; вода - 30125. Спосіб одержання пористого заповнювача для бетону включає подрібнення активного кремнеземистого матеріалу, перемішування отриманого порошку з водяним розчином гідроксиду лужного металу, грануляцію отриманої суміші й спучування гранул. Приготовлену суміш подрібнених активного кремнеземистого матеріалу і мінерального наповнювача з водяним розчином гідроксиду лужного металу спочатку пропарюють у середовищі насиченої водяної пари при температурі 80-100°С протягом 20-60 хвилин, а потім, після її грануляції, отримані гранули спучують при температурі 150660°С. Недоліками відомого способу одержання пористого заповнювача для бетону є відносно низька загальна пористість гранульованого теплоізоляційного матеріалу та невисока термостійкість. В основу винаходу поставлена задача одержання сировинної суміші для теплоізоляційного матеріалу закритоячеїстого типу підвищеної термостійкості та пористості шляхом оптимізації її якісного та кількісного складу, а також удосконалення способу одержання пористого теплоізоляційного матеріалу шляхом зміни температурних і часових режимів, що також призведе до підвищення термостійкості та пористості, внаслідок чого покращаться фізико-механічні та експлуатаційні характеристики теплоізоляційного матеріалу, що дозволить застосовувати його в більш широкому діапазоні температур, в порівнянні з прототипом. Поставлена задача вирішується тим, що сировинна суміш для пористого теплоізоляційного матеріалу, яка включає активний кремнеземистий матеріал, мінеральний наповнювач, гідроксид лужного металу і воду, додатково містить бікарбонат натрію та глину при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: кремениста порода або кремнеземистий матеріал техногенного походження, або їхня суміш у співвід100 ношенні 1:1 мінеральний наповнювач (кварцовий пісок, кварцит) 1-75 глина 1-75 гидроксид натрію 1-15 бікарбонат натрію 1-8 вода 50-125 4 Поставлена задача вирішується також тим, що в способі одержання пористого теплоізоляційного матеріалу, який включає подрібнювання активного кремнеземистого матеріалу і мінерального наповнювача, перемішування компонентів сировинної суміші з водяним розчином гідроксиду лужного металу, пропарювання приготовленої сировинної суміші, в середовищі насиченої водяної пари, грануляцію отриманої суміші та спучування гранул, пропарювання ведуть при 90-100°С протягом 7090 хвилин, а отримані гранули перед спучуванням підсушують повітрям протягом 10-15 хвилин при температурі 100-120°С, а спучують при температурі 500-550°С протягом 5-20 хвилин. Істотними факторами керованого впливу на кінетику газоутворення та формування пористої структури є температура і склад компонентів середовища. Процес спучування на стадії оптимальних пластично-в'язких властивостей суміші в сполученні із запропонованими газоутворювачами інтенсифікує процес газовиділення, який протікає рівномірно в повному обсязі сировинного матеріалу, забезпечуючи утворення замкнутих пор. Застосування запропонованих газоутворювачів (бікарбоната натрію та глини) і технологічних режимів сприяє реалізації інтенсивного й керованого процесу виділення нетоксичних газів. При цьому їхній обсяг істотно збільшується, у порівнянні з прототипом (приблизно в 1,6 рази). Причому процес газоутворення відповідає періоду максимального розм'якшення матеріалу, що спучується. Гідроксид натрію при взаємодії з окислом алюмінію, що входить до складу кремнеземистих матеріалів і глини, розчиняє захисну окісну плівку на поверхні алюмінію : Аl2О 3+2ОН→2АlO 2-+Н2О Алюміній переходить у розчин у вигляді іонів Аl3+, при цьому виділяються три молі водню: 2Аl+6Н+→2Аl3++3Н2↑ Крім того, глина підвищує термостійкість отриманого матеріалу. У результаті взаємодії глини з компонентами сировинної суміші під впливом високих температур утворюються нові хімічні сполуки, які володіють більш високими вогнетривкими властивостями. Введення в суміш бікарбоната натрію також сприяє додатковому газоутворенню. В результаті температурного впливу на суміш виділяється СО2. Спучування газоутворенням припускає, що газ, який виділяється в процесі газоутворення, залишається в гелевій пластичній газонепроникній фазі, що кристалізується при температурі 100120°С, з утворенням ячеістої структури пор. При цьому з матеріалом послідовно відбуваються наступні перетворення: - утворення гелю, насиченого газоутворювачами, рівномірно розподіленого в обсязі матеріалу; - застигання гелю без термічного впливу; гранулювання; - спучування і утворення монодисперсної пористої структури з фіксованим розміром пор, поверхня якої покрита суцільною плівкою; 5 85285 - остаточна кристалізація гранули пористого матеріалу при контакті з середньотемпературним теплоносієм. При попередньому підсушуванні гранул температурою повітря 100-120°С починається активне газоутворення, якому сприяє наявність у вихідній суміші гідратної води, бікарбонату натрію та глини. При цьому в'язкість матеріалу підвищується, урівноважуючи тиск газу в пухирцях. Інтенсивність цього процесу регулюється температурою й часом впливу теплоносія, які підбираються таким чином, щоб газові ячейки, збільшувалися до певного заданого розміру, не зливалися і зберігали свою форму. У цьому випадку внутрішні поверхні газових ячейок стабілізуються поверхневими силами і тиском усередині пори, а зовнішні поверхні гранул покриваються суцільною плівкою. Час температурного впливу визначає як структурні характеристики (пористість і розмір пор), так і міцністні характеристики матеріалу та його термостійкість. 6 Остаточне стр уктурування матеріалу відбувається при більш високій нетривалій термообробці 500550°С. Приклад. Для одержання пористого теплоізоляційного матеріалу в якості активного кремнеземистого матеріалу використають опалізований туф, трепел, силікат глибу. Для готування наповнювача використають кварцовий пісок з вмістом SiO2-97,7%. Гідроксид натрію відповідає вимогам ГОСТ 2263-79. Розрахунок кількості гідроксиду натрію в складі сировинної суміші рахується в перерахуванні на Na2O. Бікарбонат натрію відповідає вимогам ГОСТ 2156-76. Глина ДН-1 має наступний хімічний склад мас. ч.: Аl2О3-33; Fe2O 3-l,17. Вогнетривалість 1690°С. Хімічний склад матеріалів наведений у таблиці 1. Рецептурно-технологічні параметри одержання пористого теплоізоляційного матеріалу та результати випробувань наведені в таблиці 2. Таблиця 1 Хімічний склад активних кремнеземистих матеріалів Назва матеріалів Опалізований туф Трепел Силікат-глиба SiO2 93 83 70 Аl2О 3 2,8 5,8 1,4 Хімічний склад, % Fe2O3 0,5 4,5 1,0 СаО 0,6 1,4 0,6 MgO 0,1 0,8 0,5 Таблиця 2 Рецептурно-технологічні параметри одержання пористого теплоізоляційного матеріалу й результати випробувань Показники Кремениста порода або кремнеземистий матеріал техногенного походження, або їхня суміш у співвідношенні 1:1 Мінеральний наповнювач Глина Гідроксид натрію Бікарбонат натрію Вода Коефіцієнт спучування Пористість, % Коефіцієнт теплопровідності при 20°С, Вт/мк Термостійкість, °С Температура застосування, °С Активний кремнеземистий матеріал, мінеральний наповнювач, глину подрібнюють кожний окремо: активний кремнеземистий матеріал до питомої поверхні 1тис.см/г, наповнювач - до 4тис.см/г, глину 1тис.см/г., дозують відповідно до заданих співвідношень, зачиняють розчином суміші гідроксиду натрію і бікарбонату натрію відповідних концентрацій у заданій кількості та перемішують. Отриману суміш пропарюють, а потім гранулюють до зерен 2мм. Гранули підсушують повітрям протягом 10-15 хвилин при температурі 100-120°С і спучують термообробкою в сушильно Пропонуємий, мас. ч. Прототип, мас.ч. 100 100 1-75 1-75 1-15 1-8 50-125 5,4-8 71 0,11 1300 1200 1-150 1-30 30-125 3,7 63 0,15 850 750 му барабані при температурі 500-550°С протягом 5-20 хвилин. Новий пористий теплоізоляційний матеріал, в порівнянні з прототипом, має досить низьку теплопровідність навіть при температурах 1000-1200°С. Матеріал прототипу оплавляється вже при температурі 750°С, та при температурах близьких до цього значення теплопровідність його значно підвищується (дивись Фіг.1). Таким чином, запропонована сировинна суміш для пористого теплоізоляційного матеріалу і спосіб його одержанная дозволяють отримати матеріал з кращими показниками термостійкості та пори 7 85285 стості (теплопровідності), що дасть можливість використовува ти його для теплоізоляції термонапружених об'єктів, наприклад котлоагрегатів, а також новий теплоізоляційний пористий матеріал Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 8 дозволить зменшити на 30-40% експлуатаційні затрати при роботі котлів та збільшити термін періоду міжремонтної експлуатації. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601