ЧЕРНОЕ СТЕКЛО Российский патент 1995 года по МПК C03C3/97 C03C4/02 

Изобретение относится к составам стекла, предназначенного для изготовления однослойных облицовочных плиток.

Известно черное стекло [1] включающее SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, CaO, MgO, Na₂O, SO₃ и К₂О, при следующих соотношениях компонентов, мас. SiO₂ 49,7-53,0 Al₂O₃ 14,5-16,0 Fe₂O₃ 6,4-7,0 TiO₂ 0,8-2,0 СаО 4,1-10,3 MgO 2,3-2,7 Na₂O 10,0-17,4 SO₃ 0,3-0,5 К₂О 1,2-1,8
Черное стекло этого состава характеризуется высокой микротвердостью 820-835 кг/мм², повышенной термостойкостью 130-140^оС и низким значением верхнего предела кристаллизации 950-1010^оС. Недостат- ком этого стекла является относительно высокая температура варки 1380-1400^оС и необходимость использования в составе шихты первичное сырье соду.

Наиболее близким к изобретению является черное стекло [2] включающее SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, TiO₂ и SO₃, при следующих соотношениях компонентов, мас. SiO₂ 57,0-63,0 Al₂O₃ 7,28-8,2 Fe₂O₃ 2,83-3,30 CaO 8,47-9,7 MgO 2,08-2,45 Na₂O 13,47-16,3 К₂О 2,28-2,45 TiO₂ 0,44-0,5 SO₃ 0,14-0,15
Температура варки такого стекла 1350-1380^оС. Относительно низкая температура варки обусловлена использованием в составе шихты силикатов (лессовидные суглинки), что приводит к уменьшению количества компонентов шихты и к улучшению технологического процесса варки стекла. Стекло имеет высокие значения коэффициентов линейного термического расширения (КЛТР 101,2-116,3˙10^-7 на град. ). Такие значения этого параметра близки аналогичным параметрам бетона и металла, что благоприятствует использованию данного материала для облицовки бетонных и железобетонных конструкций. Вместе с тем некоторые конструкционные материалы (керамический кирпич, шамотные, муллитовые и корундомуллитовые огнеупоры) имеют значительно меньшие значения коэффициента линейного термического расширения и для их облицовки требуются материалы с существенно меньшими величинами КЛТР. Кроме того, в составе шихты для производства такого стекла предполагается использовать первичное сырье соду.

Изобретение направлено на решение задачи замены первичного сырья вторичным (горнопромышленными отходами и побочными продуктами горнопромышленного комплекса), повышение термостойкости и уменьшения значения коэффициента линей- ного расширения черного стекла до значений этого параметра у керамического кирпи- ча и огнеупоров, т.е. до 60-80˙10^-7 ˙1/^оС.

Этот технический результат достигается за счет того, что черное стекло, включающее SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O и К₂О, содержит дополнительно Р₂О₅ при следующих соотношениях компонентов, мас. SiO₂ 54,07-54,98 TiO₂ 2,08-3,92 Al₂O₃ 4,88-5,60 Fe₂O₃ 1 5,14-18,80 СаО 5,08-9,96 MgO 3,25-5,09 Na₂O 4,12-8,47 К₂О 1,07-1,28 Р₂О₅ 0,10-0,73
Необходимая величина КЛТР достигается за счет увеличения по сравнению с прототипом содержаний оксидов кремния и железа при одновременном снижении содержания щелочей. Однако такая корректировка состава не позволяет получить черное стекло высокого качества. При варке стекла в окислительных условиях происходит частичная потеря SO₃, что не только меняет состав стекла, но и имеет экологические последствия. При варке стекла в восстановительных условиях происходит частичное восстановление SO₄⁼ до S⁼.

Вследствие низкой растворимости сульфидов железа в кислых силикатных расплавах происходят ликвация и обособление сульфидной фазы. Сульфидные включения снижают прочность и однородность стекла. В связи с изложенным оксиды серы в стекло не вводят. Однако стекла с высоким содержанием железа при отжиге приобретают бурый или коричневый оттенок. Для сохранения глубокой черной окраски стекла в его состав вводят Р₂О₅. При меньших содержаниях этого оксида возможно появление бурого оттенка, при больших содержаниях Р₂О₅ стекло приобретает синеватый оттенок. Введение оксидов кальция, магния и калия обеспечивает снижение температуры полного плавления шихты и повышение химической стойкости стекла.

В качестве сырья для производства стекла используют черновой эгириновый концентрат, получаемый при переработке апатит-нефелиновых или эвдиалитовых руд, кварц и карбонатит из вскрышных пород Ковдороского месторождения комплексных руд при следующих соотношениях компонентов, мас. Черновой эгири- новый концентрат 73,0-88,5 Кварц 8,8417,0 Карбонатит 1,0-13,0
Черновые эгириновые концентраты состоят из эгирина или эгирин авгита (70-80 мас) и примесей: нефелина, полевых шпатов, сфена, апатита и эвдиалита. Химические составы концентратов и карбонатита приведены в табл. 1.

Стекло варят при 1350^оС с выдержкой при конечной температуре 1 ч. Выработку изделий производят методом литья, прессованием или прокатом. Отжиг проводят при 560-585^оС. Составы шихты приведены в табл. 2, составы стекол в табл. 3, свойства стекол в табл. 4.

Таким образом, предлагаемый состав стекла позволяет решить задачу использования вторичного сырья: шихта не содержит первичного сырья, все компоненты представляют собой горнопромышленные отходы или побочные продукты горнопромышленного комплекса. В то же время предлагаемый состав позволяет достичь необходимый технический результат: изделия имеют интенсивный черный цвет и алмазный блеск, а значения коэффициента линейного расширения черного стекла (64-79˙10^-7, 1/^оС) близки значениям этого параметра у керамического кирпича и огнеупоров (45-75˙10^-7, 1/^оС), что позволяет производить их облицовку предлагаемым черным стеклом. Предлагаемое стекло имеет существенно большую, чем прототип, термостойкость.

Использование: для изготовления однослойных облицовочных плиток. Сущность изобретения: черное стекло содержит, мас. оксид кремния 54,07 54,98; оксид титана 2,08 3,92; оксид алюминия 4,88 5,60; оксид железа 15,14 18,80; оксид кальция 5,08 - 9,96; оксид магния 3,25 5,09; оксид натрия 4,12 8,47; оксид калия 1,07 1,28; оксид фосфора 0,10 0,73. Коэффициент линейного расширения стекла (64-79)·10^-7 4 табл.

ЧЕРНОЕ СТЕКЛО, включающее SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, отличающееся тем, что оно содержит P₂O₅ при следующих соотношениях компонентов, мас.

SiO₂ 54,07 54,98
TiO₂ 2,08 3,92
Al₂O₃ 4,88 5,60
Fe₂O₃ 15,14 18,80
CaO 5,08 9,96
MgO 3,25 5,09
Na₂O 4,12 8,47
K₂O 1,07 1,28
P₂O₅ 0,10 0,73