Технологическая схема производства волнистого шифера

Естественно, что в случае получения материала Теплостек  проблема избыточного содержания Na⁺ отсутствует, т.к. материал получается термообработкой гидратированных полисиликатов, соответствующих как по составу, так и по отношению SiO₂/Na₂O обычному бытовому стеклу.

Но основным недостатком  производимого по известным технологиям  гранулированного пеностекла с коммерческой точки зрения остается узость рынка связанная с принципиальной невозможностью производства мелких гранул. Этот недостаток был частично преодолен немецкой фирмой Poraver, которая освоила технологию производства мелкогранулированного пеностекла с одноименным названием. 

 

3. Мелкогранулированное пеностекло «Poraver» 

Наиболее близким по техническим  характеристикам к предлагаемому  в данном проекте мелкогранулированному пеностеклу Теплостек является импортный материал – Поравер (Poraver® сайт www.porawer.com).

В Западной Европе, в частности, в Германии этот материал успешно используется уже несколько десятилетий, причем особенно заметный взлет спроса на него отмечается в последние годы, когда проблеме энергосбережения стали уделять самое пристальное внимание.

Сырьем для производства материала Poraver® является полученное из отходов стекло, которое по различным причинам, в первую очередь техническим, нельзя использовать в стекольной промышленности для производства новых стеклянных изделий.

Для получения материала Poraver® очищенные куски стекла перемалываются в мелкий стеклянный порошок. Затем в смесительной установке к порошку из стекла добавляют воду, связующее вещество и порофор (вспениватель). Придание сферической формы частицам полученной смеси из стекла осуществляется в дисковом грануляторе. После этого гранулят вспенивается во вращающейся печи при температуре около 900°C. Процесс вспучивания позволяет получить мелкопористый сферический гранулят кремово-белого цвета, внутри частиц которого заключены мелкие пузырьки воздуха.

Принципиальной отличительной особенностью технологии Poraver® от вышеупомянутого гранулированного пеностекла российского производства является получение мелких сырцовых гранул при окатывании. Этот эффект достигается за счет строгого контроля фракционного состава порошка стела и специальных поверхностно-активных добавок в связующую жидкость. Результатом помимо уменьшения размера гранул является существенное усложнение производственной линии и значительное увеличение стоимости продукта.

По завершении процесса охлаждения материал Poraver® просеивают и сортируют по величине гранул, хранят в крупнокамерном бункере и транспортируют клиентам в грузовиках с прицепом-цистерной для транспортировки сыпучих грузов, больших мешках.

Кроме того, специалисты выражают серьезные сомнения в соответствии действительности декларируемого на сайте метода получения сырцовых гранул окатыванием. В патентах, которые в действительности положены в основу технологии Poraver имеется описание реальной технологии и прямо указано, что получение мелких гранул осуществляется в распылительной сушилке. Причем хорошо известно, что данный вид сушилок является одним из самых энергозатратных и малопроизводительных. Кроме того, в вышеупомянутых патентах показано, что для получения высокодисперсной суспензии порошка стекла используется жидкофазный помол периодического действия, который также является крайне малопроизводительным процессом. Поэтому очевидна высокая стоимость получаемого материала, но, тем не менее, несмотря на это, Poraver  весьма востребован вследствие исключительных потребительских свойств.

Материал Poraver® обладает относительно небольшой массой. Также ему свойственны низкая теплопроводность, что позволяет использовать его в качестве утеплителя, хорошая прочность на сжатие при очень малом весе (легче воды), нейтральный запах, в связи с чем отсутствует необходимость в дорогостоящей герметичной изоляции, нечувствительность к воздействию влаги, хорошая газопроницаемость, высокая химическая стойкость (в том числе и к щелочам), хорошие звукоизоляционные свойства, большая долговечность (даже по прошествии нескольких десятилетий материал сохраняет свои полезные свойства — усталостные явления материала отсутствуют). Кроме этого, следует упомянуть и такой немаловажный момент, что, как и любое стекло, этот материал не горюч и не разрушается под воздействием низких температур. Некоторые технические характеристики материала Poraver^® приведены в таблице.

Характеристики  гранул Poraver^®

Характеристики	Гранулы базового (стандартного) размера
Размер, мм	0,1-0,3	0,25-0,5	0,5-1	1-2	2-4	4-8
Насыпной (объемный) вес, кг/м3	400±60	340±30	270±30	230±30	100±20	180±20
Прочность на сжатие, кН/кв.мм	2,4	2,4	1,8	1,6	1,4	1,2
Теплопроводность, Вт/(м·К)	0,07	0,08	0,08	0,07	0,07	0,07
Температура размягчения, °С	700

Следует обратить внимание, что приведенные выше характеристики мелкогранулированного пеностекла Теплостек близки к аналогичным для Поравера. Фактически по своим потребительским характеристикам Теплостек является аналогом Поравера, но полученным по иной, более производительной и менее затратной технологии. Поэтому, при описании рынка пеностекла, мы будем исходить из опыта Поравера, но имея ввиду, что экономический потенциал Тепостека выше вследствие существенно сниженной, по сравнению с Поравером, себестоимости и возможности выпуска материала узких фракций.

 

 

 

 

1. Обоснование выбора сырья, материалов и их техническая характеристика

Для производства пеностекла используют стекломассу, сваренную  из                следующих исходных материалов: кварцевого песка, полевого шпата, мела, доломита, соды и сульфата натрия.

Сырьем для производства пеностекла является специально наваренного из шихты гранулята 60 мас. %*, 40 % вторичного стеклобоя и 0,3 % газообразователя технического углерода (в виде сажи).

Химический состав стекла для варки  гранулята представлен оксидами, %: SiO2 – 72,1; Al2O3 – 2,00; CaO – 6,6; MgO – 4,0; Na2O – 14,80; SO3 – 0,5.

Для обеспечения заданного химического  состава используют следующие сырьевые материалы:

1) кварцевый песок (SiO2) – главный  стеклообразующий оксид. Кремнезем повышает вязкость стекломассы, улучшает механические и химические характеристики, повышает тугоплавкость стекла и затрудняет его гомогенизацию, уменьшает показатель преломления, ТКЛР и плотность.

Главное требование к пескам –  максимальное содержание диоксида кремния и минимальное содержание окрашивающих примесей. Вредными примесями являются прежде всего соединение железа и хрома, придающие желтовато–зелёный зеленый цвета.

2) сода кальцинированная (Na2CO3) служит  для введения в состав стекла  оксида натрия (Na2O), играющего роль плавня в стекловарении, снижая тем самым температуру варки стекла, понижает вязкость стекломассы, уменьшает склонность к кристаллизации.

3) сульфат натрия (Na2SO4) так же  как и сода, служит для ввода  оксида натрия.

4) мел (CaCO3) служит для введения в состав стекла оксида кальция (CaO), который понижает температуру плавления и вязкость стекломассы, улучшает механические и химические свойства стекла, но усиливает склонность к кристаллизации, повышает плотность.

5) доломит (CaCO3•MgCO3) вводит в состав MgO и CaO. Оксид магния понижает температуру плавления и склонность к кристаллизации, повышает поверхностное натяжение, уменьшает время провара стекломассы. Снижает устойчивость стекла к действию воды.

6) полевошпатовый материал (R2O•Al2O3•6SiO2) используется для ввода в состав стекла оксида алюминия (Al2O3).

7) газообразователь технический  углерод (в виде сажи).

Стеклобой должен соответствовать  постоянному химическому составу  и минимальному содержанию примесей.

Требования к химическому составу сырьевых материалов предъявляются согласно соответствующим нормативным документам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Обоснование способа производства

Впервые способ получения пеностекла был разработан в 1932 г. в МХТИ им. Д. И. Менделеева. Промышленное производство пеностекла было осуществлено на константиновском заводе «Автостекло». До 1956 г. производилось пеностекло по двухстадийному способу: вспенивание блоков в формах осуществлялось в туннельной печи, а их отжиг -- в отжигательной печи. Этот способ был малопроизводителен и требовал дополнительных трудоемких операций по извлечению блоков из форм. Переход на одностадийный способ, по которому оба технологических процесса -- вспенивание и отжиг -- совмещены в один, позволил значительно увеличить производительность установок и снизить себестоимость продукции.

 

Впервые одностадийный способ производства пеностекла был освоен на Гомельском стекольном заводе. Позднее аналогичный  цех был построен на заводе «Мос-керамика».

 

В настоящее время основной технологией  производства пеностекла является так называемая "порошковая": тонкоизмельчённое силикатное стекло (частицы 2-10 мкм) смешивается с газообразователем (обычно - углеродом), получившаяся однородная механическая смесь (шихта) в формах, либо на конвейерной ленте поступает в специальную туннельную печь. Для получения теплоизоляционного пеностекла со средней плотностью 160-180 кг/м3 применяют порошки стекла с удельной поверхностью около 6000 см2/г и углеродистые газообразователи с такой же или значительно большей удельной поверхностью: кокс, антрацит, сажу, известняк, мрамор.

 

В результате нагрева до 800 - 900°С частицы  стекла размягчаются до вязко-жидкого  состояния, а углерод окисляется с образованием газообразных СО2 и СО, которые и вспенивают стекломассу. Механизм реакции газо- и пенообразования достаточно сложен и не ограничивается только реакцией окисления углерода кислородом воздуха, более важную роль играют окислительно-восстановительные процессы взаимодействия углерода с компонентами размягчённого стекла.

 

Производство качественного блочного пеностекла справедливо считается весьма технически непростой задачей. Причиной тому является сложность физико-химических процессов непосредственно при вспенивании, а также строгие требования к процессам фиксации и охлаждения (отжига) готовой пены. Так, например, фиксация усложняется тем, что стеклу не свойственно резкое твердение при охлаждении (подобно кристаллизации при переходе воды в лёд), а фиксация пеностекла может сопровождаться такими "мешающими" процессами, как экзотермические реакции в стеклянном расплаве, спонтанная кристаллизация (девитрификация) стекломассы, существенная неоднородность температурного поля в вспененном массиве и т.п. Правильно охладить вспененный блок также непросто - материал обладает крайне низким коэффициентом теплопроводности при известной хрупкости тонких стеклянных ячеек пены. В результате отжиг растягивается на 10-15 часов и накладывает существенные ограничения на высоту (толщину) отжигаемых блоков (допустимая скорость охлаждения обратно пропорциональна квадрату толщины).

 

Технология производства пеностекла включает в себя: подготовку стеклянного порошка заданной гранулометрии, введение и размешивание добавок пенообразователя, вспенивание смеси при повышенной температуре с получением блоков, отжиг и механическую обработку блоков пеностекла. Технология предусматривает поточное производство с высоким уровнем механизации и автоматизации, отсутствие промышленных отходов и выделений вредных веществ.

 

Сырьем при производстве пеностекла могут служить обычные материалы для стекольного производства, отходы от производства стекла и стеклобой изделий, вторичный стеклобой, собранный у населения или на предприятиях общественного питания.

 

Еще одной важной особенностью технологии производства пеностекла является возможность использовать различные виды энергии: природный газ, мазут, электроэнергия для вспенивания стекла, что дает возможность организовать производство в различных регионах страны и выбора наиболее экономически эффективного источника энергии для данного региона.

 

Процесс производства пеностекла начинается с варки стекла заданного состава  в ванной печи. Для получения теплоизоляционного пеностекла чаще всего применяют  стекла, близкие по химическому составу к составам листовых и тарных стекол с повышенным содержанием щелочных оксидов. Составы стекол, %: SiО2 -- 72-73; Al2О3 -- 0,5-2; CaО -- 6-8; MgО 1-4; Na2O -- 15,5-16,5; SO3 -- 0,3-0,5. Для некоторых специфических условий применения пеностекла могут применяться составы стекол, значительно отличающиеся от приведенных выше, например, боросиликатные и малощелочные. Так, для изоляции промышленных холодильных установок рекомендуется химически стойкое стекло следующего состава, %: SiО2 -- 71,6; Al2О3 -- 1,3; В2О3 -- 1,9; СаО -- 3,7; MgО -- 2,8; Na2O -- 12,7; SO3 -- 0,3; As2О3 -- 0,1; Sb2О3 -- 0,2.

 

Варку стекла проводят без осветления. Хорошо проварившуюся, но не осветленную  стекломассу гранулируют и направляют на помол. При использовании в качестве сырья стеклянного боя или стекловидных горных пород в технологии производства пеностекла отсутствуют варка стекломассы и грануляция.

 

Пеностекольную шихту составляют либо совместным помолом и смешиванием предварительно дозированного стекла и газообразователя, либо раздельным помолом компонентов шихты и последующим их смешиванием. Чаще применяют совместный помол и смешивание пеностекольной шихты. При совместном помоле стекла и углеродистых газообразователей, в особенности сажи, помол стекла значительно ускоряется вследствие действия углеродистых газообразователей как поверхностно-активных веществ. Помол и смешивание компонентов пеностекольной шихты производят в многокамерных трубчатых мельницах.