скопирую на память вдруг пригодится

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСФЕР
(19)
RU
(11)
2 573 496
(13)
C1
(51)
МПК
C03B 19/10(2006.01)
(21)(22)
Заявка:
2014143211/03, 2014.10.28
(24)
Дата начала отчета срока действия патента:  2014.10.28
(22)
Дата подачи заявки:   2014.10.28
(45)
Опубликовано:   2016.01.20
(72)
Авторы:
Плолухин Михаил Сергеевич (RU)
Шмотьев Александр Сергеевич (RU)
(73)
Патентообладатели:
Общество с ограниченной ответственностью ФОРЭС (RU)
(56)
Документы, цитированные в отчёте о поиске:
SU 1451105 A1, 15.011989.
RU 2421409 C2, 20.06.2011.
RU 2250879 C2, 27.04.2005.
WO 2009029616 A1, 05.09.2009.
US 7937969 B2, 10.05.2011.
Реферат
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству полых стеклянных микросфер (ПСМ) с аморфной структурой, которые могут использоваться в качестве различных наполнителей. Способ изготовления полых стеклянных микросфер включает измельчение исходных компонентов шихты из стекольных отходов, кварцполевошпатного песка и порообразователя, сушку, грануляцию высушенного порошка, варку стекла из полученных гранул, грануляцию расплава стекла в воду, его помол и последующую термообработку стеклопорошка. Измельчение производят путем последовательного сухого и мокрого помола исходных компонентов шихты до фракции менее 5 мкм, причем на стадии мокрого помола в шихту дополнительно вводят колеманит при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцполевошпатный песок 57-75, стекольные отходы 1-19, порообразователь 1-4, колеманит 5-20. Техническим результатом изобретения является получение упрочненных стеклянных микросфер со средней плотностью менее 0,3 г/см3. 3 пр., 1 табл.

Формула изобретения
Способ изготовления стеклянных микросфер, включающий измельчение исходных компонентов шихты из стекольных отходов, кварцполевошпатного песка и порообразователя, сушку, грануляцию высушенного порошка, варку стекла из полученных гранул, грануляцию расплава стекла в воду, помол и последующую термообработку стеклопорошка, отличающийся тем, что указанное измельчение производится путем последовательного сухого и мокрого помола исходных компонентов шихты до фракции менее 5 мкм, причем на стадии мокрого помола в шихту дополнительно вводят колеманит при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцполевошпатный песок 57-75, стекольные отходы 1-19, порообразователь 1-4, колеманит 5-20.
Описание
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству полых стеклянных микросфер (ПСМ) с аморфной структурой, которые могут использоваться в качестве различных наполнителей. Сферическая форма гранул обеспечивает максимальное заполнение объема конструкции, что в значительной мере улучшает ее эксплуатационные характеристики, а при изготовлении бетонных и железобетонных изделий - заметно снижает удельный расход цемента без повышения водопотребности смеси. ПСМ выступает как эффективный микронаполнитель при изготовлении облегченных штукатурок, сухих композиционных смесей, а в нефте- и газодобыче - как компонент облегченных цементных тампонажных растворов. Кроме того, полые стеклянные микросферы находят применение как неорганический микронаполнитель при производстве термопластиков, сферопластиков и композиционных пластмасс.

 
Известны две схемы производства полых стеклянных микросфер. Первая предполагает прямое использование измельченного природного или вторичного сырья. Вторая - двухстадийное производство ПСМ с предварительной варкой стекла в стекловаренной печи из специально подготовленной шихты. Предварительная варка стекла позволяет получить при последующих технологических операциях микросферы с определенными и стабильными физико-химическими свойствами, чего невозможно достигнуть при использовании шихты на основе природного сырья и/или собираемого стекольного боя, имеющих разнородный химический состав.

 
К потребительским требованиям, предъявляемым к ПСМ, относятся водостойкость, щелочестойкость, плотность, предел прочности при сжатии и т.д., которые в свою очередь в значительной степени зависят от кристаллической либо аморфной структуры получаемых микрогранул. Таким образом, качественный состав шихты для изготовления микросфер, способ ее переработки и свойства конечного продукта диктуются конкретной областью применения материала. Вместе с тем, прочность и плотность ПСМ являются основными характеристиками продукта вне зависимости от сферы его использования. В ряде случаев недостаточная прочность материала преодолевается путем формирования микрогранул с кристаллической структурой, а в качестве сырья используются отходы производства ситаллов либо пеностекла (см., например, патент РФ №2465223). Однако указанные материалы являются менее доступными, чем природное сырье или стеклобой, применяемые для изготовления ПМС с аморфной структурой. На улучшение прочностных характеристик некристаллизованных полых стеклянных микросфер при снижении их насыпной плотности направлены значительные усилия исследователей, работающих в данной области.

 
Известен способ изготовления полых кремнеземных микрошариков из порошка силикатного или кварцевого стекла путем вдувания порошков стекла с размером частиц менее 5 мкм в индукционную плазму (патент РФ №2401811). Получаемый данным способом кремнеземный микрошарик с аморфной структурой имеет среднюю плотность менее 0,7 г/см3и повышенное сопротивление сжатию, превышающее 1 МПа/м2. Недостатком этого способа и сырьевой шихты является недостаточно высокая прочность получаемых полых микросфер.

 
Известен также способ получения полых стеклосфер (патент РФ №2059574), включающий получение микропорошка из стекла с размерами частиц стекла менее 40 мкм, формование полых стеклосфер при термической обработке полученного микропорошка, отделение в сепараторе качественных микросфер от дефектных частиц и сфер с высокой плотностью, сепарацию конечного продукта по размерам. В качестве шихты для изготовления микропорошков стекла используют натрий - силикатный стеклогранулят - аморфный продукт быстрого охлаждения расплавленного стекла в воде. Недостатком известного способа являются невысокая прочность получаемых стеклосфер (до 1,2 МПа при сдавливании в цилиндре при средней плотности до 0,4 г/см3).

 
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ изготовления полых стеклосфер (а.с. СССР №1451105) со средней плотностью менее 0,3 г/см3, включающий варку стекла, грануляцию расплава в воду, получение микропорошка стекла с размерами частиц менее 40 мкм, формование полых стеклянных микросфер при термической обработке полученного стеклопорошка. В качестве шихты для изготовления микропорошков стекла предлагается использовать смесь из натрий-силикатных стекол в количестве 5-85 масс.% с оксидом натрия - 20-90 масс.% от общего его содержания в составе стекла.

 
Недостатком этого способа является низкая прочность получаемых полых микросфер, обусловленная повышенным содержанием щелочных оксидов в силикатном стекле.

 
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение упрочненных полых стеклянных микросфер со средней плотностью менее 0,3 г/см3и имеющих аморфную структуру.

 
Указанный результат достигается тем, что в способе изготовления полых стеклянных микросфер,включающем измельчение исходных компонентов шихты из стекольных отходов, кварцполевошпатного песка и порообразователя, сушку, грануляцию высушенного порошка, варку стекла из полученных гранул, грануляцию расплава стекла в воду, его помол и последующую термообработку стеклопорошка,указанное измельчение производится путем последовательного сухого и мокрого помола исходных компонентов шихты до фракции менее 5 мкм, причем на стадии мокрого помола в шихту дополнительно вводят колеманит при следующем соотношении компонентов, масс.%:

 
кварцполевошпатный песок 57 - 75,

 
стекольные отходы 1 - 19,

 
порообразователь 1 - 4,

 
колеманит 5 - 20.

 
Выбор компонентов, входящих в состав шихты для изготовления ПСМ по заявляемому техническому решению, обусловлен их доступностью и низкой стоимостью. Кварцполевошпатные пески являются распространенным и легкоизвлекаемым природным сырьем, стеклобой и природный колеманит (Ca2B6O11·5H2O), являющийся источником стеклообразующих и модифицирующих оксидов бора и кальция, также не относятся к разряду дефицитных материалов. В качестве порообразователя могут быть использованы традиционные вещества, например, сульфаты натрия, стронция, бария. В процессе исследований было установлено, что температура варки стекла из указанной шихты, подготовленной совместным сухим помолом компонентов, превышает 1550°С. Вместе с тем, для предотвращения разложения порообразователя температура расплава не должна превышать 1450°С. Авторами экспериментальным путем доказано, что последовательный сухой, а затем мокрый помол заявляемой шихты до фракции менее 5 мкм позволяет снизить температуру варки стекла до 1350°С и менее. В процессе мокрого помола происходят трибохимические реакции с образованием новых соединений (гидролиз поверности стеклобоя, образование гидросиликатов кальция и натрия из кварца и др.) Высокая гомогенность структуры и наличие структурной воды, которая остается в стекле, способствуют низкотемпературной варке стекла с частичным сохранением сульфат-иона и ОН-групп, что, в свою очередь, позволяет производить варку стекла в нейтральной и слабоокислительной атмосфере. Кроме того, наличие ОН-групп в стекле замедляет процесс кристаллизации. Также авторами установлено, что мокрый помол способствует аморфизации поверхности кварца и полевого шпата, их содержание не превышает 20% от исходного после сухого помола. При этом весь колеманит переходит в другие соединения, что позволяет при температуре варки 1250-1300°С получать однородное стекло. При этом отмечается уменьшение времени варки стекла приблизительно на 50%.

 
Таким образом, введение колеманита в шихту на стадии мокрого помола в комбинации с тонким (менее 5 мкм) измельчением исходного материала обеспечивают получение ПСМ с уникальным набором технических характеристик.

 
Грануляция шихты перед варкой стекла производится для удобства с технологических перемещений и оптимизации самого процесса варки. Степень измельчения гранулированного стекла перед подачей на термообработку определяется требуемым фракционным составом готовой продукции.

 
Помол исходных компонентов шихты до фракции крупнее 5 мкм приводит к снижению прочности материала. Введение в состав шихты указанных компонентов в количестве как выше, так и ниже заявляемых пределов также приводит к снижению прочности микросфер.

 
Примеры осуществления изобретения

 
Пример 1.

 
7,5 кг кварцполевошпатного песка, 0,1 кг боя бутылочного стекла и 0,4 кг сульфата натрия помещали в лабораторную вибромельницу сухого помола и измельчали в течение 45 мин, измельченный материал направляли в шаровую мельницу мокрого помола, куда дополнительно подавали 2,0 кг природного колеманита. Смесь мололи до размера частиц менее 5 мкм. Контроль фракционного состава производили на анализаторе размера частиц Horiba LA - 300. Измельченный материал высушивали до остаточной влажности 12% и гранулировали на тарельчатом грануляторе, полученные гранулы помещали в тигельную печь. Сваренное при температуре 1290°С стекло гранулировали отливкой расплава в воду. Гранулят измельчали до фракции менее 40 мкм. Измельченный порошок пропускали через пламя газовоздушной горелки при температуре 1050°С. В результате были получены микросферы со средней плотностью приблизительно 0,22 г/см3. Прочность полученных микросфер определяли путем сдавливания в цилиндре по ГОСТ 9758. Подобным образом были изготовлены стеклосферы из шихты с различным соотношением компонентов и с разной степенью измельчения. Кроме того, были изготовлены стеклосферы по аналогии с изобретением по а.с. СССР №1451105. Результаты испытаний представлены в таблице 1.

 
Пример 2.

 
7,5 кг кварцполевошпатного песка, 0,1 кг боя бутылочого стекла, 0,4 кг сульфата натрия и 2,0 кг колеманита помещали в лабораторную вибромельницу сухого помола и измельчали до размера частиц менее 5 мкм. Контроль фракционного состава производили на анализаторе размера частиц Horiba LA - 300. Измельченный материал гранулировали на тарельчатом грануляторе, полученные гранулы помещали в тигельную печь. Сваренное при температуре 1410°С стекло гранулировали отливкой расплава в воду. Полученный гранулят измельчали до фракции менее 40 мкм. Измельченный порошок пропускали через пламя газовоздушной горелки при температуре 1050°С. В результате были получены микросферы со средней плотностью приблизительно 0,35 г/см3. Прочность полученных микросфер определяли путем сдавливания в цилиндре по ГОСТ 9758. Результаты испытаний представлены в таблице 1.

 
Пример 3.

 
7,5 кг кварцполевошпатного песка, 1,9 кг боя оконного стекла и 0,1 кг сульфата натрия помещали в лабораторную вибромельницу сухого помола и измельчали в течение 45 мин, измельченный материал направляли в шаровую мельницу мокрого помола, куда дополнительно подавали 0,5 кг природного колеманита. Смесь мололи до размера частиц менее 5 мкм. Контроль фракционного состава производили на анализаторе размера частиц Horiba LA - 300. Измельченный материал высушивали до остаточной влажности 12% и гранулировали на тарельчатом грануляторе, полученные гранулы помещали в тигельную печь. Сваренное при температуре 1260°С стекло гранулировали отливкой расплава в воду. Гранулят измельчали до фракции менее 40 мкм. Измельченный порошок пропускали через пламя газовоздушной горелки при температуре 1050°С. В результате были получены микросферы со средней плотностью приблизительно 0,29 г/см3. Прочность полученных микросфер определяли путем сдавливания в цилиндре по ГОСТ 9758. Результаты испытаний представлены в таблице 1.

 
Анализ данных таблицы показывает, что полые стеклянные микросферы, полученные заявляемым способом (примеры 1-4 таблицы), имеют насыпную плотность менее 0,3 г/см3, аморфную структуру и обладают повышенной прочностью по сравнению с известными аналогами. Кроме того, применение для изготовления ПСМ заявляемой шихты позволяет снизить себестоимость продукта за счет удешевления сырья и снижения температуры и продолжительности варки стекла.

 
Таблица 1.

 


Документы, цитированные в отчёте о поиске2
Номер документа Дата публикации Авторы Название
RU2421409C2 2011.06.20 КУК Саймон Грегсон (GB) КОМПОЗИЦИИ ГЛАЗУРИ
RU2250879C2 2005.04.27 СПОСОБ ВАРКИ БЕСЦВЕТНЫХ И ЦВЕТНЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ СТЕКОЛ ИЗ СТЕКЛЯННОГО БОЯ
Документы, со ссылками на патент2
Номер документа Дата публикации Авторы Название
RU2788194C1 2023.01.17 Бессмертный Василий Степанович (RU) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МИКРОШАРИКОВ
RU2692715C1 2019.06.26 Косяков Александр Викторович (RU) Способ дисперсионной варки стекла
Похожие документы20
Номер документа Дата публикации Авторы Название
RU2531970C1 2014.10.27 Пейчев Виктор Георгиевич (RU) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИДРОФОБНОЙ ЛЕГКОВЕСНОЙ МИКРОСФЕРЫ НА ОСНОВЕ ПЕРЛИТА
RU2255060C1 2005.06.27 Леонидов В.З. (RU) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА
RU2508255C2 2014.02.27 Ефременков Валерий Вячеславович (RU) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОГРАНУЛЯТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСТЕКЛА
RU2272005C1 2006.03.20 Леонидов Валентин Зиновьевич (RU) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАЛИБРОВАННОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСТЕКЛА
RU2799217C1 2023.07.04 Васкалов Владимир Федорович (RU) СОСТАВ ШИХТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ БЛОКОВ ИЗ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ АПАТИТО-НЕФЕЛИНОВЫХ РУД
RU2483045C2 2013.05.27 Конькова Елена Викторовна (RU) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРНОЙ КЕРАМОБЕТОННОЙ МАССЫ
RU2197446C2 2003.01.27 Корнилов А.В. КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА
RU2482092C2 2013.05.20 Кондратенко Виктор Александрович (RU) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ СВЕТЛЫХ ТОНОВ
RU2671582C1 2018.11.02 Дамдинова Дарима Ракшаевна (RU) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА - ПЕНОСТЕКЛА И ШИХТА ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
RU2503647C1 2014.01.10 Дамдинова Дарима Ракшаевна (RU) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
RU2197450C1 2003.01.27 Владимиров В.С. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ОГНЕУПОРНОГО МАТЕРИАЛА
RU2255057C1 2005.06.27 Леонидов В.З. (RU) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОСТЕКЛА
RU2770075C1 2022.04.14 Ярусова Софья Борисовна (RU) Способ получения волластонита из кремнийсодержащего растительного сырья
RU2153480C2 2000.07.27 Пивинский Ю.Е. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ МАСС ДЛЯ МОНОЛИТНЫХ ФУТЕРОВОК
RU2605982C2 2017.01.10 Васкалов Владимир Федорович (RU) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
RU2303014C1 2007.07.20 Гридчин Анатолий Митрофанович (RU) СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ И СИЛИКАТНОЕ СТЕНОВОЕ ИЗДЕЛИЕ
RU2793092C1 2023.03.29 Аниканова Любовь Александровна (RU) АНГИДРИТОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ ИЗ ГИПСОВОГО ОСАДКА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
RU2602436C1 2016.11.20 Строкова Валерия Валерьевна (RU) ГИДРОФОБИЗИРУЮЩИЙ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ КРЕМНЕЗЕМИСТОГО СЫРЬЯ ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ, СОСТАВ БЕТОННОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ И БЕТОННОЕ СТРОИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ
RU2524724C1 2014.08.10 Алексеев Михаил Кириллович (RU) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ВОЛЛАСТОНИТА
RU2371406C2 2009.10.27 Гордиенко Павел Сергеевич (RU) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНГИДРИТСОДЕРЖАЩЕГО ВЯЖУЩЕГО