Сырьевая смесь для изготовления керамзита

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМЗИТА(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Левицкий Иван Адамович Ястремский Валерий Леонидович Павлюкевич Юрий Геннадьевич Мазура Наталья Владимировна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Сырьевая смесь для изготовления керамзита, включающая глинистое сырье и добавку,отличающаяся тем, что в качестве добавки содержит шлам травления, обезжиривания и фосфатирования следующего химического состава, мас.23 14,7-28,8 Изобретение относится к составам смесей для изготовления керамзита и может быть использовано в промышленности строительных материалов при получении искусственных пористых заполнителей. Известна сырьевая смесь для изготовления керамзита 1, включающая глинистое сырье и органическую добавку - осадок после биологической очистки бытовых сточных вод,содержащий оксиды железа и углерод, при следующем соотношении компонентов,мас.глинистое сырье 94-95 осадок после биологической очистки бытовых сточных вод, содержащий оксиды железа и углерод 5-6. 13700 1 2010.10.30 Недостатками известной сырьевой смеси являются относительно невысокий коэффициент вспучивания сырьевой смеси (3,6-3,7), а также наличие в используемом осадке значительного содержания чрезвычайно опасных веществ ( класс опасности), таких как кадмий в количестве 0,05 и свинец - 1,0 мас. . Это исключает возможность использования керамзита в качестве утеплителя и пористого заполнителя в связи со значительным содержанием указанных выше токсичных веществ, ПДК которых составляет соответственно 0,01 и 0,1 мг/л. Известна также сырьевая смесь для получения керамзита 2, содержащая, мас.глина - 95,26-96,08 органическая добавка - надсмольные воды производства фенолформальдегидных смол - 0,94-1,08, а также шлам очистки сточных вод травильного и гальванического производства на основе оксида железа - 2,84-3,80 (в расчете на сухое вещество). Недостатками известной смеси являются низкие значения насыпной плотности (270310 кг/м 3), что обусловливает невысокую механическую прочность и морозостойкость керамзитового гравия. Кроме того, в составе шихты применяются токсичные воды производства фенолформальдегидных смол. Наиболее близкой к заявляемому решению по технической сущности и составу является сырьевая смесь для изготовления керамзита 3, содержащая, мас.глинистое сырье 97-98 и отход гальванического производства, содержащий оксид кобальта 1,3-2,0 и пыль льна 0,7-1,0. Недостатками известной сырьевой смеси являются сравнительно невысокий коэффициент вспучивания (3,4-3,8), а также наличие в составе отхода гальванического производства оксида кадмия в количестве до 2,0 мас. , что ограничивает область применения керамзита, полученного с его использованием. Кроме того, предлагаемая технология тепловой подготовки сырья при температуре 300 С в течение 20 мин и предварительное нанесение слоя пыли льна на осадок шламов гальванического производства значительно усложняют процесс получения пористого заполнителя. Для всех приведенных составов сырьевых смесей 1-3 отсутствуют показатели миграции тяжелых металлов в водные вытяжки из керамзитового гравия, что не позволяет судить об экологической безопасности продукции. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение коэффициента вспучивания сырьевой смеси, увеличение значений механической прочности и морозостойкости, обеспечение экологической безопасности продукции, полученной по упрощенной технологии за счет снижения миграции тяжелых металлов в водные вытяжки. Указанная задача достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления керамзита включает глинистое сырье и добавку, отличающаяся тем, что в качестве добавки содержит шлам травления, обезжиривания и фосфатирования следующего химического состава,мас.23 14,7-28,8 СаО 22,0-37,870,46-1,01 2 0,98-1,05 3 2,35-7,8 Р 2 О 5 6,9-18,31,67-3,170,06-0,08 ППП 23,2-29,6, при следующем соотношении компонентов, мас.глинистое сырье 88-92 шламы травления, обезжиривания и фосфатирования 8-12. В литературных и патентно-информационных источниках сведения о решении поставленной задачи при использовании указанных сырьевых материалов и их количестве нами не обнаружены. В качестве сырьевых материалов при приготовлении сырьевой смеси для получения керамзита используется глинистое сырье месторождения Кустиха Гомельской области, а также шламы травления, обезжиривания и фосфатирования Белорусского металлургического завода (г. Жлобин). Химический состав используемых сырьевых материалов приведен в табл. 1. 2 13700 1 2010.10.30 Таблица 1 Химический состав сырьевых материалов Наименование сырья Оксиды и их содержаглинистое сырье месторож- шламы травления, обезжиривания ние, мас.дения Кустиха и фосфатирования 2 56-60,8 А 23 6-10,5 23 3-4,4 14,7-28,8 2 0,4-1,0 0,06-0,08 Свободный кварц 16-22 ППП 3-6,7 23,2-29,6 Шламы травления, обезжиривания и фосфатирования относятся кклассу опасности малоопасные композиции. Составы заявляемой сырьевой смеси в расчете на сухое вещество для изготовления керамзита, а также составы прототипа и результаты изучения свойств полученного керамзитового гравия приведены соответственно в табл. 2 и 3. Таблица 2 Составы заявляемых сырьевых композиций и прототипа в расчете на сухое вещество Содержание компонентов, мас.Компоненты сырьевой смеси заявляемые прототип 3 Глинистое сырье 92 90 88 97-98 Шлам травления, обезжиривания и фосфати 8 10 12 рования Отход гальванического производства 1,3-2,0 Пыль льна 0,7-1,0 Таблица 3 Физико-механические свойства керамзитового гравия заявляемого решения и прототипа Показатели для состава Свойства заявляемое решение прототип Температура обжига, С 1140 1140 1130 1140 3 Плотность, кг/м 450 515 520 470-500 Коэффициент вспучивания 4,4 4,0 4,3 3,4-3,8 Интервал вспучивания, С 45-50 Прочность при сдавливании в цилиндре, МПа 3,9 4,5 5,4 3 13700 1 2010.10.30 Продолжение таблицы 3 Показатели для состава заявляемое решение прототип Свойства Потеря массы после 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания,Содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчете на 3,Потеря массы при кипячении,Миграция тяжелых металлов из керамзита в водные вытяжки в течение 30 суток при 20 С, мг/л свинец цинк железо Изобретение поясняется выполнением конкретных примеров. Пример. Шихтовые компоненты сырьевой смеси, состоящей из высушенной и просеянной через сито с сеткой 01 глинистой составляющей в количестве 92 мас.и шлама травления, обезжиривания и фосфатирования - 8 мас. , тщательно перемешивают, добавляют воду до влажности 16-18 . Приготовленную смесь помещают в эксикатор для усреднения влажности в течение суток. Затем формуют гранулы диаметром 8-16 мм. Гранулы сушат в термошкафу при температуре 110-120 С в течение 2,0-2,5 ч и переносят в муфельную печь, где обжигают при двухступенчатом режиме. На первой стадии осуществляют медленный подъем температуры до 550 С со скоростью 300 С/ч, на второй стадии - быстрый подъем от 550 до 1140 С со скоростью 600 С/ч и выдержкой при максимальной температуре 7 мин. Повышенное содержание в глинах высокодисперсных частиц способствует увеличению степени их контактирования с вводимым шламом, создавая тем самым благоприятные условия для начала интенсивного протекания окислительно-восстановительных реакций между ингредиентами и восстановления 2 О 3 до . Образовавшиеся при этом газы - восстановители и плавень увеличивают не только степень перехода ингредиентов сырьевой смеси в пиропластическое состояние, но и оказывают благоприятное влияние на формирование плотной внешней оболочки пористого заполнителя, практически обеспечивающей низкую проницаемость воды внутрь гранул. Кроме того, ввод шламов необходим и достаточен в установленных пределах для формирования макро- и микроструктуры заполнителя, обеспечивая повышенную пористость, морозостойкость, механическую прочность и низкую насыпную плотность. Повышенное количество СаО в составе смеси расширяет температурные границы образования расплава, создавая требуемый интервал размягчения, обеспечивая нарастание вязкости при избыточном газовыделении. Это также приводит к более полному переходу массы в пиропластическое состояние, в том числе и примесей свободного кварца, более равномерному вспучиванию и последующим процессам минерало- и стеклообразования. Стеклофаза, образующаяся при этих процессах, отличается однородной структурой, таким образом, стабилизируются требуемые характеристики керамзитового гравия. Газообразная фаза при вспучивании глинистого сырья образуется за счет дегидратации слюдистых минералов, которые присутствуют в глинистом сырье и распадаются с выделением водяных паров при температурах, близких к температуре вспучивания глин 4. При этом активная роль принадлежит железистым оксидам - их присутствие облегчает и ускоряет распад слюдистых минералов 4, 5. 4 13700 1 2010.10.30 Наличие Р 2 О 5 в составе смеси при близких молярных концентрациях приводит к образованию соединения 4, имеющего кварцеподобную структуру, что способствует стеклообразованию 6. Присутствующийв составе смеси также обеспечивает снижение температуры формирования расплава. Остальные примеры выполняют аналогично по составам заявляемого материала, приведенным в табл. 2. Как видно из табл. 3, заявленную сырьевую смесь по сравнению с известной отличает повышенный коэффициент вспучивания до 4,0-4,4 вместо 3,4-3,8 у смеси известного решения. Заявленную сырьевую смесь отличают высокие характеристики прочности при сдавливании в цилиндре, составляющие 3,9-5,4 МПа, высокую морозостойкость - потеря массы после 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания 3,9-5,4 , низкое содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчете на 3 0,21-0,26 низкие потери массы при кипячении - 2,3-2,9 . Эти показатели соответствуют требованиям ГОСТ 9757-90 Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия. Кроме того, указанные характеристики обеспечены при снижении миграции тяжелых элементов в водные вытяжки при их выдержке в течение 30 суток при 20 С у катионов свинца и железа миграция отсутствует, у катионов цинка составляет 0,84 мг/л, что не превышает предельно допустимую концентрацию, составляющую 1,0 мг/л. Заявляемый состав может быть использован на Петриковском керамзитовом заводе ОАО Гомельский ДСК, ОАО Завод керамзитового гравия г. Новолукомль. Источники информации 1. А.с. 2059582, МПК 4 С 04 В 14/12, опубл. 10.05.1996 // Бюл.32. 2. А.с. 2134671, МПК 4 С 04 В 38/06, 14/12, опубл. 20.08.1999 // Бюл.23. 3. А.с. 2023700, МПК 4 С 04 В 14/12, опубл. 30.11.1994 // Бюл.22. 4. Колесников Е.А. Вспучивание легкоплавких глин // Стекло и керамика. - 1974.5. - С. 28-30. 5. Павлов В.Ф. Физико-химические основы обжига строительной керамики - М. Стройиздат, 1977. - С. 130-132. 6. Аппен А.А. Химия стекла. - Л. Химия, 1970. - С. 200. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5