ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОГРАНУЛЯТА ДЛЯ ПЕНОСТЕКЛА НА ОСНОВЕ КОЛЕМАНИТА

Название	ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОГРАНУЛЯТА ДЛЯ ПЕНОСТЕКЛА НА ОСНОВЕ КОЛЕМАНИТА
Разработчик (Авторы)	Пучка О.В., Лесовик В.С., Вайсера С.С., Орхан Йыльмаз, Юджел Ялчыноглу, Онур Энгин Керимоглу, Хлыстов С.П.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2579078
Дата регистрации	26.12.2014
Правообладатель	федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова"

Описание изобретения

Изобретение относится к химическим составам стекольной шихты, используемой для изготовления стеклогранулята для пеностекла, и может найти применение в производстве теплоизоляционных и строительных материалов.

Известен состав шихты (RU №2361829 от 21.05.2007) для изготовления стеклогранулята для пеностекла, содержащий кремнеземсодержащую породу, кальцинированную соду и доломит. Причем в качестве кремнеземсодержащей породы в данной шихте используется кремнеземсодержащее сырье с содержанием оксида кремния не менее 83 мас.% и размером фракции менее 0,1 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: кремнеземсодержащая порода (кварцевый песок, маршалит, диатомит, опока) - 60-68; кальцинированная сода - 19-23; доломит - 13-16. Недостатком данного состава является необходимость предварительного просеивания кремнеземсодержащего сырья через сито с размером ячеек 0,1 мм, что в промышленных объемах производства выполнить сложно из-за быстрого засорения мелкоячеистой сетки. При этом все просеиваемое сырье должно быть высушено до влажности 0,5%, что, например, для диатомита с его пористой структурой выполнить практически невозможно. Также при просеивании кремнеземсодержащего сырья может возникать большое количество отходов более крупных фракций материала. Кроме того, термическая обработка смеси при температуре 850-900°C с выдержкой при максимальной температуре в течение 30 мин, хотя и позволяет частично получить стеклообразный спек, не гарантирует полного расплавления кремнезема даже в лабораторных условиях. Наличие остаточного кремнезема в полученном спеке резко снижает качество изготавливаемого из него пеностекла и, очевидно, требует дополнительных энергетических затрат на получение гомогенной стекловидной фазы, которую в производстве можно эффективно получить лишь в стекловаренной печи при более высоких температурах. Отсутствие сульфата в этом составе шихты снижает эффективность последующего процесса пенообразования при взаимодействии углеродосодержащего вспенивателя с измельченным стеклогранулятом.

Известен состав (RU №2336237 от 25.12.2006) изоляционно-строительного пеностекла, которое содержит следующие компоненты, мас.%: SiO₂ - 40,0-46,0; Al₂O₃ - 16,0-20,0; Fe₂O₃ - 4,0-6,0; СаО - 6,0-10,0; MgO - 4,0-6,0; Na₂O - 4,0-6,0; K₂O - 1,0-2,0; P₂O₅ - 1,0-2,0; B₂O₃ - 6,0-10,0; TiO₂ - 4,0-6,0. Однако он имеет ряд технологических недостатков. К ним, прежде всего, относится присутствие в нем летучего компонента - оксида бора, который, по принятой традиции стекловарения, вводится в состав шихты борной кислотой. В этом случае, потери B₂O₃ в процессе варки составляют не менее 15%, что часто приводит к нарушению химической однородности стекла, а также загрязнению окружающей среды. Кроме того, борная кислота является дефицитным и дорогостоящим компонентом, что также является большим недостатком. А высокое содержание Al₂O₃ в составе шихты требует увеличения температуры варки стеклогранулята, что, в свою очередь, увеличивает себестоимость конечного продукта.

Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому техническому результату является изобретение, относящееся к составу стекольной шихты, используемой для изготовления стеклогранулята для пеностекла (RU №2491238 от 24.08.2011). Шихта для изготовления стеклогранулята для пеностекла содержит 60-63% кремнеземсодержащего сырья, 19-23% кальцинированной соды, 13-16% доломита и 0,45-1,0% сульфата натрия. В качестве кремнеземсодержащего сырья используют 30-35% кварцевого песка влажностью 0,5%, размером фракции 0,1-0,63 мм и 28-33% диатомита влажностью 15-30%, размером фракции менее 0,1 мм.

Недостатком данного состава является высокая стоимость сырьевых материалов, значительные энергозатраты на получение конечного продукта, а также относительно узкая сырьевая база. Кроме того, недостатком предлагаемого состава является использование нестандартных размеров фракций песка 0,1-0,63 мм, что затрудняет подготовку шихты и включает в себя дополнительно технологический рассев на промышленных виброситах, что существенно удорожает себестоимость конечного продукта.

Задачей настоящего изобретения является расширение сырьевой базы, снижение энергозатрат производства стеклогранулята и себестоимости конечного продукта.

Поставленная задача решается путем достижения следующих технических результатов: снижение температуры варки стекла, продолжительности выдержки при максимальной температуре, замены дорогостоящих сырьевых материалов, таких как доломит, кальцинированная сода, сульфат, на менее дорогие и дефицитные материалы.

Указанный технический результат достигается за счет того, что состав шихты для изготовления стеклогранулята для производства пеностекла включает кремнеземсодержащее сырье, кальцинированную соду, доломит, сульфат и борсодержащее сырье - колеманит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Предлагаемая композиция позволяет снизить в составе шихты количество таких дорогостоящих компонентов, как доломит и сульфат, за счет того, что колеманит по своему химическому составу уже содержит химические соединения, вводимые доломитом и сульфатом, а содержание в колеманите легкоплавких составляющих позволяет сократить количество вводимой кальцинированной соды (которую вводят в состав шихты для снижения температуры варки стекла), что, в свою очередь, существенно сокращает энергетические затраты на получение стеклогранулята, в результате снижения температуры варки стекла и продолжительности выдержки при максимальной температуре.

Пример

Состав шихты готовили следующим образом.

В качестве кремнеземсодержащего сырья использовали кварцевый песок Белгородского месторождения со следующим химическим составом (таблица 1):

Песок брали с размером фракции 0,1-1,2 мм.

Использовали кальцинированную соду Пикалевского глиноземного комбината, ГОСТ 10689-74, с содержанием, мас.%: Na₂O - 55, K₂O - 4,22.

Доломитом вводили MgO, Мелехово-Федотовского (Ковровское) месторождения со следующим содержанием (таблица 2):

Сульфатом натрия вводили SO₃ Галаковского завода искусственного волокна, г. Балаково, Саратовская область, с содержанием, мас.%: Na₂O - 43, SO₃ - 56.

Колеманит использовали следующего химического состава (таблица 3) с размером фракции менее 0,25 мм:

Полученные компоненты смешивали между собой в мешалке в следующих пропорциях.

В таблице 4 приведены составы шихт для изготовления стеклогранулята, мас.%.

Варку стеклогранулята проводили в лабораторных электрических печах с силитовыми нагревателями в корундовых тиглях емкостью 250 мл. Расплав гранулировали отливом на плиту. Технологические данные варки стекла приведены в таблице 5.

Из таблицы 5 видно, что составы №3, 4 позволили снизить температуру варки стекла и продолжительность выдержки при максимальной температуре, при сохранении однородности стекломассы. При увеличении содержания колеманита в шихте (составы №5, 6) мы наблюдали снижение температуры варки стекла, но при этом затруднялся процесс гомогенизации стекла - в стекломассе образуются газовые включения, мошка, свили, что будет отрицательно сказываться на технологических параметрах получения пеностекла.

Составы №1, 2 имели недостаточное количество колеманита, поэтому при температуре варки 1300-1350°С наблюдаются непровар и низкое качество стекломассы.

Наилучшие результаты по уменьшению температурно-временных интервалов при использовании колеманита (составы №3, 4) показали уменьшение продолжительности варки стекла с 120 минут до 100 минут при максимальных температурах выдержки 1190-1210°С. Сопоставительный анализ известного и предлагаемого составов представлены в таблице 6.

Таким образом, предлагаемый состав шихты позволяет снизить температуру варки стекла, продолжительность выдержки при максимальной температуре, заменить дорогостоящие сырьевые материалы, таких как доломит, кальцинированная сода, сульфат, на менее дорогие и дефицитные материалы.

Формула изобретения

Шихта для изготовления стеклогранулята для пеностекла, включающая кремнеземсодержащее сырье, кальцинированную соду, доломит, сульфат, отличающаяся тем, что дополнительно содержит борсодержащее сырье - колеманит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Изобретение "ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОГРАНУЛЯТА ДЛЯ ПЕНОСТЕКЛА НА ОСНОВЕ КОЛЕМАНИТА" (Пучка О.В., Лесовик В.С., Вайсера С.С., Орхан Йыльмаз, Юджел Ялчыноглу, Онур Энгин Керимоглу, Хлыстов С.П.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога