Способ получения пеносиликатного материала с замкнутыми порами, предпочтительней из отходов, и материал, полученный с помощью этого способа

1 Изобретение относится к способу получения пеносиликатного материала с замкнутыми порами, предпочтительней из отходов, и материалу, получаемому этим способом. Благодаря способу согласно настоящему изобретению получают пеносиликатные гранулы, которые можно использовать как изолированно, так и в сочетании с неорганическим или органическим связующим для изготовления листов или других изделий с нужной формой. Получаемый предложенным способом материал характеризуется небольшим удельным весом, высокой огнестойкостью, а также прекрасными теплоизолирующими, звукоизолирующими и виброзащитными свойствами. Известен ряд способов получения пеностекла. Так, в патенте Венгрии 171956 описан способ изготовления пенопласта из притертого стеклянного боя. В соответствии с этим способом, стеклобой смешивают с измельченными гидроксидами щелочных металлов, фосфорной кислотой и/или фтористым кремнием, используемыми в качестве добавок для понижения температуры плавления, и осуществляют вспенивание в присутствии газообразующего материала при температуре 600-850 С. В соответствии со способом, описанным в патенте США 4413907, перемешивают порошкообразное стекло и различные добавки с водой,после чего получают пеноматериал обработкой этой смеси в печи при высокой температуре. В патенте США 4734322 описан способ,отличающийся добавлением к порошкообразному стеклу смеси углекислого кальция и углекислого магния с последующим получением из образовавшегося продукта пеноматериала при температуре 700-800 С. В патенте Японии 03137038 описан способ получения пеностекла, согласно которому исходное порошкообразное стекло смешивают с 15 вес.% углекислого стронция, получая затем из этой смеси пеностекло с теплоизолирующими свойствами. Все вышеперечисленные способы обладают недостатком, который состоит в том, что замкнутые поры имеет лишь незначительная часть гранул получаемого пеностекла, в результате чего его прочностные свойства оказываются недостаточными, и оно не может быть использовано в качестве виброгасящего материала. Цель авторов изобретения заключалась в разработке способа, позволяющего устранить недостатки известных технологий, обеспечив возможность получения пеносиликатного материала, имеющего структуру с замкнутыми порами и обладающего высокой прочностью. В качестве исходных материалов для реализации этого способа используются порошкообразный стеклянный бой, измельченная эмалевая фритта, отходы формовочной смеси, кера 002232 2 мические отходы, а также силикатные отходы производства ламп накаливания или люминесцентных ламп либо другие органические или неорганические силикатные отходы, хотя можно применить и порошкообразное стекло или измельченный силикат в их первичной форме. Таким образом, предметом настоящего изобретения является способ получения, предпочтительней из отходов, пеносиликатного материала с замкнутыми порами путем перемешивания порошкообразного силиката, газообразующего материала и щелочного раствора, увлажнения при необходимости этой смеси водой и далее гомогенизации, гранулирования и термообработки полученной смеси. Предложенный способ отличается тем, что к 100 вес.ч. порошкообразного силиката, предпочтительней отходов порошкообразного стекла, измельченной эмалевой фритты, отходов формовочной смеси, керамических отходов,органических или неорганических силикатных отходов или их смеси с удельной поверхностью 2000-8000 см 2/г, добавляют 1-10 вес.ч. газообразующего материала с размером частиц 10-100 мкм, предпочтительней молотого известняка и/или доломита и/или магнезита и/или витерита,гомогенизируют эту смесь, затем добавляют 0,515 вес.ч. монтмориллонита, при необходимости активированного 1-10 вес.% раствора гидроксида щелочного металла или карбоната металла и/или серпентина и/или глинозема и/или гидроксида алюминия, при необходимости 0,2-3 вес.ч. гидроксида щелочного металла или карбоната металла в виде 1-10 вес.% раствора, далее 0,5-2 вес.ч. гидрофосфата щелочного металла или дигидрофосфата щелочного металла либо смеси фосфата щелочного металла и силиката натрия в виде водного раствора, а также 0,015 вес.ч. оксида редкоземельного металла или смеси таких оксидов, при необходимости 0,1-5 вес. ч. окрашенного оксида металла или смеси таких оксидов либо оксида тяжелого металла или смеси таких оксидов, затем полученную таким путем смесь гомогенизируют, при необходимости увлажняют водой и гранулируют,далее подвергают предварительной сушке, покрывают гранулы 1-5 вес.ч. диоксида титана и/или гидрооксида титана и/или гидрооксида алюминия, проводят ее термообработку при температуре 720-1000 С, при необходимости покрывают полученные гранулы 0,1-1 вес.% полимерной пленки или при необходимости перемешивают 90-50 вес.ч. гранул с 10-50 вес.ч. органического или неорганического связующего и придают им нужную форму. Предметом изобретения является также гранулированный пеносиликатный материал с замкнутыми порами, изготовленный описанным выше способом, который имеет объемную плотность 0,4-0,45 г/см 3 и включает в себя при необходимости 0,1-2 вес.% полимерной пленки,или фасонное изделие, содержащее 90-50 вес. ч. 3 гранул пеносиликатного материала с замкнутыми порами, изготовленного описанным выше способом, и 10-50 вес.ч. органического или неорганического связующего материала. Указанное фасонное изделие может представлять собой лист или сборочный элемент нужной формы. Назначение используемого в данном способе оксида редкоземельного металла или смеси таких оксидов состоит в том, чтобы обеспечить возможность подбора необходимого поверхностного натяжения смеси и способствовать зарождению в материале процесса быстрой кристаллизации. Благодаря этому достигается резкое повышение прочности формируемых таким образом гранул. В результате того, что перед термообработкой добавляется диоксид титана или гидрооксид титана, исключается всякое слипание гранул. Благодаря добавлению окрашенного оксида металла или смеси таких оксидов, а также оксида тяжелого металла или смеси таких оксидов становится возможным получение гранул нужного цвета. Витерит, который в ряде случаев добавляют в смесь, представляет собой минерал на основе углекислого бария. Можно также использовать для предложенной технологии в качестве щелочного раствора водную вытяжку золы из шелухи семян подсолнечника. Активирование монтмориллонита и/или минералов типа серпентина можно проводить либо перед перемешиванием, либо непосредственно на месте осуществления процесса, во время его (их) перемешивания с порошкообразным силикатом. Если потребуется, поверхность гранул можно покрыть пленкой из термопластичного или термореактивного полимера. Смешивая гранулы со связующим, удается приготовить из полученной смеси необходимые фасонные изделия. В качестве связующего можно применить цемент, гипс, битум, термопластичные или термореактивные синтетические полимеры. Способ и материал согласно изобретению обладают следующими преимуществами: благодаря предложенному способу обеспечивается получение гранул пеносиликатного материала, имеющего замкнутые поры, более гомогенный размер частиц по сравнению с материалами, полученными известными способами, и лучшие прочностные характеристики; способ позволяет перерабатывать в материал с хорошими тепло- и звукоизолирующими свойствами не только стеклянный бой, но и отходы из других силикатных материалов; получаемый этим способом материал демонстрирует превосходные качества в отношении демпфирования вибраций; 4 способ позволяет перерабатывать в пеносиликатный материал с замкнутыми порами не только отходы, но и первичные порошкообразные стекло и силикаты. Ниже предложенный способ иллюстрируется рядом конкретных примеров. Пример 1. 100 вес.ч. порошкообразных отходов свинцового стекла с удельной поверхностью 4000 см 2/г смешивали с монтмориллонитом,который был предварительно обработан раствором гидроксида натрия, после чего к смеси добавляли 5 вес.ч. молотого доломита с размером частиц 50-70 мкм. Затем смесь гомогенизировали, растирая все компоненты в шаровой мельнице. Предварительную обработку монтмориллонита осуществляли одновременным растиранием 2 вес.ч. гидроксида натрия, 18 вес.ч. воды и 8 вес.ч. монтмориллонита в шаровой мельнице. В специальной дробилке к гомогенизированной смеси, содержащей отходы свинцового стекла, добавляли 2 вес.ч. гидрофосфата щелочного металла, 18 вес.ч. воды и 0,2 вес.ч. смеси оксидов редкоземельных металлов (состоящей из оксидов лантана, церия и европия). Мокрую смесь гранулировали и подвергали предварительной сушке при температуре 120 С. Смешивали гранулы в дробилке с 4 вес.ч. диоксида титана. Покрытые гранулы подогревали в печи в течение 2 мин при температуре 720 С и давали им остыть при комнатной температуре. Полученный гранулированный материал с замкнутыми порами имел объемную плотность 0,35 г/см 3 и водопоглощающую способность,равную 0,9 вес.%. Пример 2. Процесс проводили так, как описано в примере 1, с той разницей, что в качестве исходного материала использовали обезвоженный осадок, образовавшийся при полировании граненого стекла, после чего эту смесь гомогенизировали, используя вместо молотого доломита молотый известняк. К этой смеси добавляли 4 вес.ч. монтмориллонита и производили их измельчение вместе с 2,5 вес.ч. золы, полученной в результате сжигания шелухи семян подсолнечника. Полученную смесь гомогенизировали измельчением, после чего обрабатывали так же,как описано в примере 1, только вместо диоксида титана использовали гидроксид титана. Гранулированный материал с замкнутыми порами имел водопоглощающую способность,равную 1,5 вес.%, и объемную плотность 0,32 г/см 3. Пример 3. Перемешанные отходы стекла (бытовые стеклянные отходы зеленого, белого и коричне 5 вого цвета) измельчали и гомогенизировали, как описано в примере 1, совместно с 2,5 вес.ч. молотого известняка, 2,5 вес.ч. обезвоженного сернокислого бария (отработанного осадка), 20 вес.ч. воды, 10,0 вес.ч. глинозема и 8 вес.ч. отходов формования, затем к этой смеси добавляли 1 вес.ч. гидроксида натрия, 20 вес.ч. воды, 2 вес.ч. смеси оксидов редкоземельных металлов из примера 1, а также смесь из 0,5 вес.ч. тринатрийфосфата и 1,5 вес.ч. силиката натрия в виде 5 вес.% водного раствора. После этого смесь гомогенизировали, гранулировали и высушивали при 130 С. Далее добавляли 2 вес.ч. диоксида титана и подогревали смесь в печи в течение 2 мин при температуре 820 С. Затем повышали температуру до 950 С, выдерживали гранулы при этой температуре в течение 1 мин, вынимали их из печи и охлаждали на воздухе до комнатной температуры. Материал имел водопоглощающую способность, равную 1,0 вес.%, и объемную плотность 0,30 г/см 3. Пример 4. К 100 вес.ч. перемешанных порошкообразных бытовых стеклянных отходов добавляли 8 вес.ч. доломита, 3 вес.ч. обогащенного магниевого серпентинового минерала и 5 вес.ч. углекислого цинка. Углекислый цинк использовали в виде 5 вес.% водного раствора. Смесь измельчали в шаровой мельнице и гомогенизировали, после чего проводили процесс, описанный в примере 3, с той разницей,что термообработка осуществлялась при температуре 780 С в течение 2,5 мин. После этого материал охлаждали до комнатной температуры. Материал с замкнутыми порами имел объемную плотность 0,35 г/см 3 и водопоглощающую способность, равную 1,2 вес.%. Пример 5. К 100 вес.ч. порошка, полученного из перемешанных бытовых стеклянных отходов, добавляли 5 вес.ч. молотого известняка, 0,7 вес. ч. монтмориллонита, 3 вес.ч. углекислого цинка и 1 вес.ч. смеси оксидов редкоземельных металлов из примера 1. Углекислый цинк использовали в виде 10 вес. % водного раствора. Смесь измельчали и гомогенизировали. Перед гранулированием добавляли 2 вес.ч. смеси фосфата натрия и динатрийгидрофосфата в соотношении 1:1 в виде 5 вес.% водного раствора. После сортировки гранулы с необходимым размером частиц 3-6 мм подвергали предварительной сушке при 120 С и, перемешивая их с 4 вес.ч. смеси гидроксида оксида алюминия и диоксида титана в соотношении 1:1, формировали на поверхности гранул покрытие толщиной 10 микрон. Затем выдерживали гранулы в течение 3 мин при температуре 850 С и охлаждали их. 6 Материал имел объемную плотность 0,30 г/см 3 и водопоглощающую способность, равную 0,8 вес.%. Пример 6. К 100 вес.ч. измельченных отходов производства люминесцентных ламп (перемешанного магниевого, свинцового и боросиликатного стекла) добавляли 6 вес.ч. молотого известняка,8 вес.ч. монтмориллонита и 1 вес.ч. смеси оксидов редкоземельных металлов из примера 1. Полученную смесь измельчали в шаровой мельнице до получения порошка с удельной поверхностью 3500 см 2/г и гомогенизировали. Затем добавляли 2 вес.ч. смеси силиката натрия и тринатрийфосфата в соотношении 2:1 в виде 5 вес.% водного раствора. Мокрую смесь гранулировали, подвергали гранулы предварительной сушке при температуре 120 С и затем покрывали слоем из 4 вес.ч. смеси диоксида титана, гидроксида титана и гидроксида алюминия в соотношении 1:1:1. После этого выдерживали гранулы в течение 3 мин при температуре 850 С и охлаждали их до комнатной температуры. Полученный материал имел объемную плотность 0,38 г/см 3 и водопоглощающую способность, равную 0,5 вес.%. Пример 7. К 100 вес.ч. порошкообразных отходов боросиликатного стекла добавляли 5 вес.ч. монтмориллонита, 0,5 вес.ч. смеси оксидов редкоземельных металлов из примера 1 и 5 вес.ч. отходов углекислого цинка. Углекислый цинк использовали в виде 10 вес.% водного раствора. Смесь измельчали и гомогенизировали в шаровой мельнице. Гранулирование осуществляли с помощью смачивающего раствора, упомянутого в примере 6. После сортировки гранулы нужного размера (3-5 мм) покрывали слоем толщиной в несколько десятков микрон с использованием материалов, указанных в примере 5. Затем гранулы высушивали при температуре 120 С и подвергали термообработке при температуре 790 С. Полученный материал с замкнутыми порами имел объемную плотность 0,32 г/см 3 и водопоглощающую способность,равную 1,2 вес.%. Пример 8. К 100 вес.ч. магниевого и боросиликатного стекла добавляли 8 вес.ч. доломита, 3 вес.ч. монтмориллонита, 3 вес.ч. глинозема, 1 вес.ч. смеси оксидов редкоземельных металлов из примера 1 и 2 вес.ч. смеси отходов этилсиликата и коллоидного кремнезема. Смесь измельчали в шаровой мельнице,гомогенизировали и гранулировали с использованием смачивающего раствора, упомянутого в примере 6. Гранулы высушивали при температуре 120 С, наносили на них покрытие, как описано в примере 6, и в течение 4 мин подвергали термо 7 обработке при температуре 750 С. После термообработки гранулы охлаждали до комнатной температуры. Полученный материал имел объемную плотность 0,28 г/см 3 и водопоглощающую способность, равную 1,6 вес.%. Пример 9. Процесс проводили так, как описано в примере 8, с той разницей, что перед гомогенизацией добавляли в качестве окрашивающего вещества 3 вес.ч. смеси оксидов марганца, меди и хрома. Полученный материал имел объемную плотность 0,28 г/см 3 и водопоглощающую способность, равную 1,6 вес.%. Пример 10. Процесс проводили так, как описано в примере 8, с той разницей, что для предотвращения водопоглощения осуществляли электростатическое покрытие гранул отходами эпоксидной смолы и в течение 10 мин подвергали их термообработке при температуре 140 С. Полученный материал имел объемную плотность 0,32 г/см 3 и водопоглощающую способность, равную 1,0 вес.%. Пример 11. Смешивали 70 вес.ч. гранул, полученных способом по примеру 1, с 30 вес.ч. гипса и воды. Эту массу помещали в форму и высушивали. Полученное листовое изделие продемонстрировало прекрасные тепло- и звукоизолирующие свойства. Пример 12. Смешивали 80 вес.ч. гранул, полученных способом по примеру 1, с 20 вес.ч. полиэфирной смолы, после чего эту массу помещали в форму и отверждали при температуре 120 С. Полученный сборочный элемент продемонстрировал хорошие тепло- и звукоизолирующие свойства. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения, предпочтительней из отходов, пеносиликатного материала с замкнутыми порами путем перемешивания измельченного силиката, газообразующего материала и щелочного раствора, увлажнения при необходимости этой смеси водой и далее гомогенизации, гранулирования и термообработки полученной смеси, отличающийся тем, что к 100 вес.ч. порошкообразного силиката с удельной поверхностью 2000-8000 cм 2/г, предпочтительней стеклянного боя, отходов эмалевой фритты,отходов формовочной смеси, керамических от 8 ходов, органических или неорганических силикатных отходов или их смеси, добавляют 1-10 вес.ч. газообразующего материала с размером частиц 10-100 мкм, предпочтительней молотого известняка, и/или доломита, и/или магнезита,и/или витерита, гомогенизируют полученную смесь и добавляют 0,5-15 вес.ч. монтмориллонита, при необходимости активированного 1-10 вес.% раствора гидроксида щелочного металла,или карбоната металла, и/или серпентина, и/или глинозема, и/или гидроксида алюминия, при необходимости 0,2-3 вес.ч. гидроксида щелочного металла или карбоната металла в виде 1-10 вес.% раствора, 0,5-2 вес.ч. гидрофосфата щелочного металла или дигидрофосфата щелочного металла либо смеси фосфата щелочного металла и силиката натрия в виде водного раствора, 0,01-5 вес.ч. оксида редкоземельного металла или смеси таких оксидов, при необходимости 0,1-5 вес.ч. окрашенного оксида металла или смеси таких оксидов либо оксида тяжелого металла или смеси таких оксидов, затем полученную смесь гомогенизируют, при необходимости увлажняют водой и гранулируют, далее подвергают предварительной сушке, покрывают 1-5 вес.ч. оксида титана, и/или гидрооксида титана,и/или гидрооксида алюминия, после чего подвергают термообработке при температуре 7201000 С, при необходимости покрывают поверхность гранул пленкой с использованием 0,1-1 вес.% полимера или синтетической смолы или при необходимости перемешивают 90-50 вес.ч. гранул с 10-50 вес.ч. органического или неорганического связующего материала и формуют полученную смесь. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхность гранул покрывают эпоксидной смолой. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего материала используют цемент, гипс, битум, термопластичные или термореактивные полимеры. 4. Пеносиликатный материал с замкнутыми порами, отличающийся тем, что он представляет собой гранулы, полученные способом по п.1, с объемной плотностью 0,3-0,45 г/см 3,поверхность которых при необходимости покрыта 0,1-2 вес.ч. полимера или синтетической смолы, или лист либо другое фасонное изделие,состоящее из 90-50 вес.ч. гранул пеносиликатного материала с замкнутыми порами, полученного способом по п.1, и 10-50 вес.ч. органического или неорганического связующего материала.