Пенобетоны и другие теплоизоляционные материалы (стр. 43 )

При получении гранулированного пеностекла из боя стекла [209], его измельчают в шаровой мельнице до удельной поверхности 5000-65000 см2/г. Порошок смешивают с карбонатным газообразователем (доломитом и мелом) – до 4 % и карбоксиметилцеллюлозой – 0,5-0,6 % (сверх 100 % боя стекла). Затем на тарельчатом грануляторе формируются сырцовые гранулы и сушатся горячим воздухом в ленточно-сетчатой сушилке при t = 300 °C. Далее гранулы вспениваются во вращающейся печи при t = 790-840 °C, в течение 8-10 мин. После вспенивания материал подается во вращающийся барабан, где происходит его упрочнение, отжиг и охлаждение. При размерах гранул 5-40 мм насыпная плотность – 140-200 кг/м3, предел прочности при сжатии – 0,3-1,1 МПа, водопоглащение – 5-17 %, теплопроводность в насыпном состоянии – 0,07-0,08 Вт/м°C. Удельный расход электроэнергии – 90,3 кВтч/м3 гранулята, удельный расход тепла – 2500 МДж/м3 гранулята или 68 м3 природного газа на 1 м3 гранулята. Себестоимость 1 м3 гранул по энергозатратам (без учета стоимости сырья) составляет (при стоимости электроэнергии 850 руб. за 1000 кВтч и природного газа – 780 руб. за 1000 нм3) – 130 руб.

Технологический процесс по производству гранулированного пеностекла (ГПС) из стеклобоя (п. м. 10169 Россия, опубл. 16. 09. 1999), реализующий способ изготовления гранулированного пеностекла (пат. 2162825 Россия, опубл. 10. 02. 2001), осуществляется следующим образом (рис. 52). Стеклобой доставляют на склад сырья 1, а затем погрузчиком 2 подают в приемный бункер 3 измельчителя стекла 4. После предварительного измельчения и дозировки ящичным питателем 5 оно поступает в моечно-сушильный барабан 6. Мойку производят водой, распыляемой механическими форсунками. Сушат стекло горячим воздухом, отходящим от ленточно-сетчатой сушилки 14. Промытый и высушенный стеклобой подают в бункер-накопиНад транспортирующим конвейером устанавливают электромагнитный сепаратор для извлечения металлических включений. Из бункеров-накопителей стеклобой поступает в весовой дозатор 8, а затем через поворотную воронку с желобом 9 – в шаровые мельницы 10. Карбонатный газообразователь берут из расходных бункеров, взвешивают и загружают в шаровые мельницы для совместного помола до удельной поверхности 5000 см2/г. Затем сырьевую смесь направляют в бункера - накопители 11, откуда она поступает в расходный бункер с дозатором 12. Из последнего дозированную шихту подают на тарельчатый гранулятор 13, куда для улучшения гранулирования через механическую форсунку добавляют раствор жидкого стекла с помощью центробежного насоса. Конечная влажность полученных окатышей 15-17 %. Сырые окатыши перемещают в ленточно-сетчатую сушилку 14 и сушат до влажности 1-1,5 % горячим воздухом с температурой до 300 °C. Высушенные и получившие некоторую прочность окатыши направляют в бункера-накопители сухих сырцовых гранул 16. Горячий газ для ленточно-сетчатой сушилки образуется в теплогенераторе 15, работающем на природном газе. Далее окатыши ленточным питателем направляют на вибросито 17. После отсева дробленки их подают во вращающуюся печь вспенивания 18, оборудованную газовой горелкой 19. Вспенивают окатыши в температурном интервале 790-840 °С при продолжительности пребывания гранул в печи 8-10 мин.

Рис. 52. Технологическая схема процесса производства гранулированного пеностекла:

конвейеры: ЛК – ленточный; СК – скребковый; ШК – шнековый; КЭ – ковшевый элеватор; Э – электромагнитный

сепаратор; присыпки – свежая П1 и возвратная П2

Одновременно с гранулами в печь вспенивания загружают разделяющую присыпку - мелкий речной песок, чтобы предотвратить их слипание. Вспененные гранулы по пересыпной течке поступают во вращающийся барабан отжига 20, где они медленно охлаждаются и упрочняются. На выходе из барабана присыпку отсеивают, а гранулы пеностекла направляют в бункера готовой продукции. При производительности линии 7 тыс. м3 в год требуется 1,56 тыс. т. стеклобоя, численность персонала 14 человек при размещении в цехе площадью 1284 м.

Получаемые пеностекольные гранулы представляют собой белые пористые шарики со следующими техническими характеристиками [210]: насыпная плотность (кг/м3) – не более 200; средняя плотность гранул – 345 кг/м3; пористость гранул – 86 %; межзеренная пустотность – 42 %; теплопроводность в насыпи при 20 °С – 0,06-0,068 Вт/м0С; водопоглащение по объему – 1,7-4 %; диаметр гранул – 5-30 мм; предел прочности при сжатии в цилиндре – 0,5-1,1 МПа; морозостойкость по потере массы – 15 циклов. Гранулированное пеностекло может использоваться для утепления полов, покрытий, при колодцевой кладке стен, для изготовления плит, блоков и скорлуп, для сбора нефтепродуктов, разлитых на поверхности воды и земле.

Использование вулканических стекловатых пород в качестве сырья для получения ячеистых стекол может снизить удельные энергозатраты за счет уменьшения энергии на стекловарение [211, 212]. Например, предложена технология получения ячеистых стекол (а. с. СССР 292909, 1073199, 1089069, 1265161, 1426955) при спекании кремнеземсодержащих пород с сажей (0,1 %) и щелочным компонентом, при содержании гидрооксида натрия 8 и более процентов. В частности наиболее легкие ячеистые стекла получаются из диатомита в смеси с перлитом (1:1) при содержании в шихте 11 % NaOH и температуре вспучивания 850 °С.

Гранулированное пеностекло, полученное с применением карбонатных и углеродистых вспенивателей, может использоваться как засыпочный материал для колодцевой кладки с насыпной плотностью 100-250 кг/м3, прочностью до 1,5 МПа и с l = 0,04-0,06 Вт/(м×°С) или в качестве заполнителя бетона с диаметром гранул 5-15 мм. Отмечается [213], что засыпки из гранулированного пеностекла по теплозащитным свойствам превосходят другие ТИ материалы, в том числе и блочное пеностекло. Для гранул с оплавленной поверхностью величина водопоглощения практически равна нулю.

Легкобетонная смесь (а. с. 990720 СССР, СО4В 15/02, опубл. 23. 01. 1983) содержит следующие компоненты (мас. %): цемент 19-22; гранулированное пеностекло 20-29; пористый карбонатный песок 31-39; вода – остальное.

Основным ограничением использования различных силикатных отходов является их переменный химический и фазовый состав и наличие примесей переходных металлов. Например, минеральный состав твердых топлив колеблется в широких пределах, что обуславливает разницу в составе зол и шлаков. Из диаграммы CaO – Al2O3 – SiO2 (рис. 53, а) с областями приведенных к данной системе составов различных отходов (1 – основные доменные шлаки; 2 – кислые доменные шлаки; 3 – фосфорные шлаки; 4, 5 – низко - и высокоосновные шлаки цветной металлургии; 6, 7 – алюмосиликатные и алюминатные шлаки черной металлургии; 8 – портландцемент; 9 – портландцементный клинкер; 10 – известняк; 11 – бокситы; 12 – мергели; 13 – глины; 14 – кислые золы бурых углей; 15 – высококальциевые топливные шлаки), следует, что не только золы и шлаки от сжигания углей, но и другие отходы имеют переменный химический состав, затрудняющий их использование. Для стабилизации состава предлагается (пат. 2052400 России) пирометаллургическое плавление в восстановительной среде различных отходов. При этом происходит разделение расплава на металлическую часть и силикатную часть, при взаимодействии последней с водой осуществляется вспенивание расплава с получением пеносиликата с плотностью 30-300 кг/м3 и теплопроводностью 0,03-0,09 Вт/(м×К). С целью оптимизации соотношения содержания SiO2/CaO = 0,9-2 осуществляется подшихтовка отходов кальций - или кремнийсодержащими добавками. Необходимым условием вспенивания силикатной части расплава является наличие в ней карбидов металлов, за счет регулирования количества углерода в исходной шихте. Технологическая схема процесса включает (рис. 53, б): подготовку шихты (дозирование и подшихтовку промотходов); восстановительное плавление шихты; разделение расплава на металлическую часть, возгоны, содержащие легколетучие компоненты и силикатную часть.

а б

Рис. 53. Диаграмма СаО-Al2O3-SiO2 с областями приведенных к данной системе составов силикатных отходов промышленности (а) и технологическая схема переработки отходов (б)

Пеносиликат представляет собой высокопористые вспученные гранулы размером 0,1-40 мм, которые используются в качестве: теплоизолирующей засыпки; заполнителя при изготовлении плит, скорлуп и других изделий; фильтрующего материала [214]. Недостатком способа является достаточно большие расходы электроэнергии на переработку отходов.

При производстве пеностекла в стекловаренной печи непрерывного действия (заявка 1270539 Японии, СОЗС 11/00, СОЗВ 19/08, опубл. 27. 10. 1989) восстановительную фритту (0,5-10 %) загружают на поверхность стекломассы в печи для обеспечения восстановительного процесса и образования пузырьков диаметром 0,5-1,5 мм. В качестве стекла используют натриево-кальциевое стекло, а в качестве восстановительной фритты – легкоплавкое стекло, содержащее металлический кремний.

По способу производства пеностекла (заявка 2228000 Великобритании, СОЗВ 19/08, опубл. 15. 08. 1990) вспенивание сваренной стекломассы, содержащей 0,2 % FeO и достаточное количество серы, осуществляют за счет ее перемешивания мешалкой (стержнем) из карбида, нитрида или оксинитрида кремния, вольфрама (преимущественно из смеси 70 % карбида и 30 % нитрида кремния). Данный материал мешалки действует как катализатор реакции восстановления ионов железа с образованием диоксида серы. В результате получают пеностекло с объемной массой до 0,2 г/см3.

Пеностекло (заявка 60-36352 Япония, СОЗС 3/083, СОЗВ 19/08, 1985) можно получать добавлением смеси щелочи (NaOH) и воды к стеклянному порошку с размером частиц не более 20 мкм, например, из абсидиана. Состав смеси (%): SiO2 – 51-66; Al2O3 – 8-13; R2O – 22-35 (R – Na или K) и XO – 0-4,5 (X – металлы Ca, Mg и др.). Полученную смесь сразу же или после высушивания при температуре менее 200 °С подвергают порообразованию при t < 700 °C. Получаемый материал имеет плотность менее 0,2 г/см2, а поглощение воды при пониженном давлении – менее 20 %.