Способ получения кремнийсодержащего связующего

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩЕГО СВЯЗУЮЩЕГО(57) Изобретение,способ получения кремнийсодержащего связующего, относится к строительству и касается промышленности строительных материалов, а именно к способу получения минеральных вяжущих кремнеземистого состава, и может быть использовано при производстве жидкого стекла, различных видов бетонов, аэродромных и дорожных покрытий,пеносиликатов и пеностеклокерамики, пеностекла,кирпича, клея, красок, а также в литейном производстве и в других областях Способ получения кремнийсодержащего связующего на основе неорганической связки и кремнеземсодержащего сырья, осуществляют их перемешивание с одновременной активацией в УАП. При этом для сокращения времени растворения кремнезема и получения нужной вязкости и модуля силикатности раствора дополнительно применяют перемешивание в высокоскоростном смесителе при скорости перемешивания по меньшей мере 2000 об/мин, а также ультразвуковое воздействие при частоте колебаний перемешиваемых частиц 2000-40000 Гц. Для более полного и быстрого растворения и получения плотности раствора 1,2-2,2 г/см,кремнеземсодержащее сырье (песок, трепел,микрокремнезем и пр.) перемалывают на любых видах мельниц до достижения размеров частиц от 20 А до 60 мкм. Допускается использование не молотого сырья (250 мас.). Можно также не использовать растворы гидроксидов щелочных металлов и аммония, а использовать только воду, но это снижает производительность и увеличивает время растворения кремнезема. В результате осуществления способа получают аморфное кремнеземсодержащее связующее с модулем 15-30 и плотностью 1,2-2,2 г/см 3 с текучестью воды и обладающее высокой смачивающей способностью. Изделия и покрытия с его использованием водостойки, имеют небольшое влагопоглощение КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Изобретение относится к строительству и касается промышленности строительных материалов, а именно к способу получения минеральных вяжущих кремнеземистого состава, и может быть использовано при производстве жидкого стекла, различных видов бетонов,аэродромных и дорожных покрытий, пеносиликатов и пеностеклокерамики, пеностекла, кирпича, клея,красок, а также в литейном производстве и в других областях. Известен способ приготовления ультрадисперсного вяжущего материала из минерального сырья, характеризующийся тем, что предварительно измельченное до 1,0 мм или до 50 мм дисперсное минеральное сырье, содержащее аморфный кремнезем, диспергируют в водном растворе гидроксида щелочного металла с сопутствующей дезинтеграцией посредством циклического прокачивания смеси по замкнутому контуру в режиме кавитации при температуре 90100 С, при этом дисперсионную среду смеси в виде 8,33-31,91 водного раствора гидроксида щелочного металла приготавливают реакционнокавитационным способом, причем на одну массовую часть гидроксида щелочного металла вводят 1-4 массовых частей аморфного кремнезема, дезинтеграцию и эмульгирование которого за 30-120 циклов проводят до гранулометрических размеров в диапазоне 0,002-20 мкм (Патент 2375303 , приоритет от 12.10.2007, опуб. 10.12.2009 в формате , дата публикации заявки - 20.04.2009). Недостатком данного способа является высокая энергоемкость за счет ведения процесса при температуре 90-100 С и длительности прокачивания ингредиентов (120 раз прохождение через кавитатор всего объема перерабатываемой смеси). Наиболее близким аналогом к предложенному изобретению является способ получения кремнийсодержащего связующего на основе неорганической связки гидроксида щелочного металла или аммония, кремнеземсодержащего сырья с содержанием 250 мас. с размером частиц от 0,5 до 2,0 мм или предварительно измельченное до размера частиц от 40 А до 50 мкг и воды пресной,морской или минерализованной при следующем соотношении компонентов исходной смеси, мас. кремнеземсодержащее сырье 15-65, гидроксид щелочного металла или аммония 5-30, вода пресная,морская или минерализованная 30-62,5 путем их перемешивания, по меньшей мере 2000 об/мин и времени перемешивания от 20 мин до 10 ч, частоте колебаний перемешивающихся частиц 3500-30000 Гц и времени перемешивания до достижения плотности 1,2-2,2 г/см 3 (Патент 2236374 ,приоритет - 08.08.2002 г., дата публикации заявки 27.02.2004., формулы - 20.09.2004) Недостатком способа является высокие энергозатраты за счет длительности перемешивания ингредиентов от 20 мин до 10 ч. Задачей, решаемой изобретением, является упрощение процесса получения кремнийсодержащего связующего, снижение его 2 себестоимости, получение кремнийсодержащего связующего с лучшими характеристиками,обеспечивающими получения на его основе различных материалов с высокими прочностными свойствами, кислотостойкостью, нейтральных по отношению к воздействию солей и других веществ,содержащихся в атмосфере. Технический результат заключается в упрощение процесса, снижение его энергоемкости, сокращении времени его проведения,получении кремнийсодержащего связующего с повышенным кремнеземистым модулем, а также обеспечении получения на его основе различных материалов с повышенной водостойкостью,пониженным влагопоглощением (практически 0), высокими прочностными свойствами, кислотостойкостью,нейтральных по отношению к воздействию солей и других веществ, содержащихся в атмосфере. Технический результат достигается тем, что в способе получения кремнийсодержащего(кремнеземсодержащего) связующего на основе неорганической связки и кремнеземсодержащего сырья, осуществляют их перемешивание с одновременной активацией в устройстве активации процессов (УАП) при напряжении 380 вольт,мощности 2,6 - 5,6 кВТ. При этом для сокращения времени растворения кремнезема и получения нужной вязкости и модуля силикатности раствора дополнительно применяют перемешивание в высокоскоростном смесителе при скорости перемешивания, по меньшей мере, 2000 об/мин, а также ультразвуковое воздействие при частоте колебаний перемешиваемых частиц 200040000 Гц. Для более полного и быстрого растворения и получения плотности раствора 1,2-2,2 г/см, кремнеземсодержащее сырье (песок, трепел,микрокремнезем и пр.) перемалывают на любых видах мельниц до достижения размеров частиц от 20 А до 60 мкм. Допускается использование не молотого сырья (250 мас.). Можно также не использовать растворы гидроксилов щелочных металлов и аммония, а использовать только воду, но это снижает производительность и увеличивает время растворения кремнезема. В результате осуществления способа получают аморфное кремнеземсодержащее связующее с модулем 15-30 и плотностью 1,2-2,2 г/см 3 с текучестью воды и обладающее высокой смачивающей способностью. В способе по изобретению в качестве кремнеземсодержащего сырья используют,например, кварцевый песок, кварцевую муку с содержанием 2 до 99 ма. , диатомит, трепел,маршалит (аморфные кремнеземы), опоки, например химического состава 2 -69-89, А 122 - 3,94-11,6,Т 2 - 0,16-0,55, 23 -1,44-3,6, СаО - 0,2-0,9, - 0,5-1,2, 2 -0,08-1,1, 2 - 0,7-1,53, МпО 0,01 ( к весу сухого вещества). В качестве гидроксилов щелочных металлов используют гидроксил натрия (из-за его более низкой стоимости по сравнению с гидроксилами других металлов). В способе по изобретению используют пресную,например техническую, воду, воду морскую,минерализованную воду, что позволяет осуществить способ по изобретению в различных природных условиях, а также утилизировать различную техническую воду,улучшая тем самым окружающую экологию. Для осуществления способа по изобретению используют различные измельчающие устройства и различные перемешивающие устройства,обеспечивающие предварительное измельчение кремнеземсодержащего сырья до необходимого заданного размера и эффективное перемешивание исходной смеси. К числу таких устройств относятся валковые и дисковые мельницы, различные диссольверы,шаровые мельницы,бисерные высокоскоростные смесители - дисковые мешалки,дисково-пропеллерные и дисково-лопастные мешалки,смесители с якорной мешалкой,высокоскоростной роторно-статорный смеситель,планетарный смеситель, шнековые, планетарные смесители с трехмерным движением спиральноленточных рабочих органов,обеспечивающие перемешивание при скорости перемешивания, по меньшей мере 2000 об/мин и частоту колебаний перемешиваемых частиц 2000 40000 Гц. Применение устройства активации процессов(УАП) позволяет частично домалывать сырье,активировать кремнезем и воду, тем самым ускорять весь процесс растворения. Активацию электромагнитным полем осуществляют в устройстве активации процессов (УАП) при напряжении 380 вольт, мощности не менее 2,6 кВТ. Сам процесс активации практически не изучен. Теоретического обоснования протекающих при этом процессов в активируемых материалах нет. В случае смешения кремнеземсодержащего сырья с неорганической связкой и водой без предварительного измельчения Наименование компонентов,условия, свойства Неорганическая связка жидкое натриевое стекло, М -3,2 силикат-глыба гидроксид натрия Кремнеземсодержащее сырье(влажность-2, 2-85) кварцевый песок (мука),предварительно измельченный с размером 40 А -50 мкм трепел, с дисперсностью 0,5-2 мм Вода пресная морская минерализованная Скорость перемешивания об/мин Время перемешивания Частота колебаний частиц, Гц Свойства плотность г/см 3 Кремнеземистый силикатный модуль кремнеземсодержащего сырья предпочтительное время перемешивания составляет 5-10 ч, в случае использования предварительно измельченного кремнеземсодержащего сырья время перемешивания его с неорганической связкой и водой составляет до 0,5 ч, а применение электромагнитной активации процесса сокращает время растворения до 0,5-3 минут. Способ осуществляют следующим образом. В высокоскоростной роторно-статорный смеситель загружают кремнеземсодержащее сырье,например песок, с размером частиц (дисперсностью) от 0,5 до 2,0 мм или из измельчителя (шаровой мельницы) предварительно измельченное кремнеземсодержащее сырье с размером частиц(дисперсностью) от 20 до 60 мкм туда же загружают гидроксил натрия (в твердом состоянии или в виде концентрированного раствора) и воду (пресную,морскую или минерализованную). В смесителе осуществляют интенсивное перемешивание, а в устройстве активации процессов (УАП) при напряжении 380 вольт, мощности не менее 2,6 кВТ активацию электромагнитным полем данной смеси при скорости перемешивания, по меньшей мере, 2000 об/мин и частоте колебаний перемешивающихся частиц 2000-40000 Гц в течение времени,достаточного для достижения плотности 1,22,2 г/см 3, например, в течение 1-3 мин. В результате этого смесь подвергается ударно-сдвиговому(деформации),электромагнитному,магнитострикционному, а также кавитационному и ультразвуковому воздействию и получается однородный гомогенный продукт, имеющий текучесть, подобную воде с модулем 15-30. Примеры 1 (по прототипу) В таблице представлены примеры осуществления при различных содержаниях компонентов, используемой в способе смеси по прототипу Наименование компонентов,условия, свойства Удельные затраты электроэнергии на 1 литр вяжущего Объем полученного вяжущего л/час Прочность на сжатие получаемых образцов кремнебетона МПа Морозостойкость цикл. 2. Примеры по предлагаемому изобретению. В таблице представлены примеры осуществления при различных содержаниях Наименование компонентов,условия, свойства силикат-глыба гидроксид натрия Кремнеземсодержащее сырье(влажность-2, 2-85) кварцевый песок (мука),предварительно измельченный с размером 40 А -50 мкм микрокремнезем с дисперстностью 0,5-2 мм Вода пресная морская минерализованная Скорость перемешивания об/мин Время перемешивания Объем полученного вяжущего л/час Удельные затраты электроэнергии на 1 литр вяжущего Свойства плотность г/см 3 Кремнеземистый силикатный модуль Прочность на сжатие получаемых образцов кремнебетона МПа Морозостойкость (в солях) цикл. Как видно из приведенных примеров, при применении предлагаемого способа затраты электрической энергии сокращаются в среднем в 50000 раз, сокращается расход щелочных материалов, при этом значительно в 3-5 раз увеличивается прочность получаемых на получаемом вяжущем кремнебетонов их в 20 раз морозостойкость. Полученное способом по изобретению связующее используют для получения различных строительных материалов и изделий последующим формованием смеси его с различными целевыми добавками, такими как наполнители (песок и щебень), пигменты-красители и другими добавками в зависимости от конкретного назначения изделия методом простого прессования под давлением или ударно-прессовым способом. Отформованные изделия сушат, при необходимости (для получения 4 особых свойств) термообрабатывают при температуре 100-1200 С при атмосферном давлении. Связующее также используют для приготовления различных красок, пропиток,замазок. Изделия и покрытия с его использованием водостойки, имеют небольшое влагопоглощение(практически 0), кислотостойки, атмосферостойки,имеют хорошие прочностные свойства. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения кремнийсодержащего связующего на основе неорганической связки гидроксила щелочного металла или аммония,кремнеземсодержащего сырья с содержанием 250 мас. с размером частиц от 0,5 до 2,0 мм или предварительно измельченное до размера частиц от 40 А до 50 мкг и воды пресной, морской или минерализованной при следующем соотношении компонентов исходной смеси, мас. кремнеземсодержащее сырье 15-65, гидроксид щелочного металла или аммония 5-30, вода пресная,морская или минерализованная 30-62,5, путем их перемешивания по меньшей мере 2000 об/мин,частоте колебаний перемешивающихся частиц 3500 30000 Гц и времени перемешивания до достижения плотности 1,2-2,2 г/см 3, отличающийся тем, что для ускорения процесса растворения используют электромагнитную активацию процесса в устройстве активации процессов при напряжении 380 вольт, мощности не менее 2,6 кВТ.