МАГНИЙФОСФАТНЫЙ ЦЕМЕНТ Российский патент 2009 года по МПК C04B9/04 

Область техники

Изобретение относится к фосфатным вяжущим материалам и может быть использовано в производстве высокотемпературных материалов и покрытий, магнезиальных неформованных огнеупоров (набивных масс и бетонов).

Уровень техники

Известно, что оксид магния бурно взаимодействует с ортофосфорной кислотой, что не позволяет образоваться прочной структуре твердения. Для пассивирования зерен оксида магния уменьшают их реакционную поверхность, покрывают зерна инертными пленками, повышают температуру обжига магнезита, применяют спекающие добавки [Будников П.П., Хорошавин Л.Б. Огнеупорные бетоны на фосфатных связках. - М.: Металлургия, 1971. С.76].

Известен магнийфосфатный цемент, получаемый смешением порошкообразного оксида магния, NH₄H₂PO₄, Na₅Р₃О₁₀ и инертного наполнителя [Abdelrazig B.E.I., а.о. Proc. Brit. Ceram. Soc., 1984, №35, p.141]. Однако в процессе твердения выделяется газообразный аммиак, который поризует формирующийся цементный камень и ухудшает условия труда.

Известен магнийфосфатный цемент, получаемый смешением обожженного оксида магния (30%), диаммонийфосфата или полифосфата аммония в виде водного раствора с концентрацией 56% (16%), инертного наполнителя (54%) и, при необходимости, замедлителя схватывания, преимущественно 4-водного октабората натрия (5%) [Патент 4436555 США. Magnesium phosphate cements with ceramic-type properties. Sugama Т., Kukacka L.E. Заявл. 23.09.1982, опубл. 13.04.84]. Недостатками данного состава являются выделение аммиака при твердении и короткие сроки схватывания (около 3 мин).

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению, т.е. прототипом, является магнийфосфатный цемент, содержащий ортофосфорную кислоту и в качестве оксида магния плавленый периклаз с соотношением MgO:P₂O₅=0,8 [Химические основы технологии и применения фосфатных связок и покрытий. / С.Л.Голынко-Вольфсон и др. - Л.: Химия, 1968. С.80-81, 84-86].

Недостатком прототипа является применение в составе вяжущего плавленого периклаза, полученного высокотемпературной обработкой, но и при его использовании магнийфосфатный цемент имеет слишком малые сроки схватывания, а также низкую адгезионную прочность.

Сущность изобретения

Изобретательская задача состояла в разработке состава магнийфосфатного цемента, позволяющего существенно замедлить процесс его схватывания, повысить адгезионную прочность.

Поставленная задача решена путем создания магнийфосфатного цемента, включающего оксид магния и ортофосфорную кислоту, причем он содержит оксид магния, обработанный в шарокольцевой мельнице в присутствии 0,01-3% дигидрофосфата магния, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид магния, модифицированный дигидрофосфатом магния24,05÷32,03ортофосфорная кислота61,91÷15,95.

При обработке оксида магния путем истирания в шарокольцевой мельнице в присутствии дигидрофосфата магния происходит модифицирование путем снятия с зерен оксида рыхлых, слабосвязанных поверхностных частей кристаллов; обнажаются плотные малодефектные поверхности. Отделившиеся мелкие частицы при истирании образуют молекулярно-плотные агрегаты с пониженной активностью.

В качестве оксида магния используют реактивный оксид магния по ГОСТ 4526-75, или каустический магнезит по ГОСТ 1216-87, или спеченный периклазовый порошок по ГОСТ-10360-85, или порошок плавленого периклаза по ГОСТ 24862-81, представляющие собой порошкообразные материалы от белого до сероватого цвета. Дигидрофосфат магния синтезирован по известной методике [Атлас инфракрасных спектров фосфатов. Ортофосфаты / В.В.Печковский и др. - М.: Наука, 1981. 248 с.].

В качестве затворителя используют ортофосфорную кислоту (ГОСТ 10678-76) в виде 60%-ного раствора плотностью 1,425 г/мл.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1. 32,027 г (32,027%) реактивного оксида магния и 0,003 г (0,003%) дигидрофосфата магния обрабатывают 2 мин в шарокольцевой мельнице, затем добавляют 47,7 мл раствора ортофосфорной кислоты (67,97 мас.%) и тщательно перемешивают.

Пример 2. 27,63 г (27,63%) реактивного оксида магния и 0,42 г (0,42%) дигидрофосфата магния обрабатывают 10 мин в шарокольцевой мельнице, затем добавляют 50,5 мл раствора ортофосфорной кислоты (71,95 мас.%) и тщательно перемешивают.

Пример 3. 23,33 г (23,33%) реактивного оксида магния и 0,72 г (0,72%) дигидрофосфата магния обрабатывают 5 мин в шарокольцевой мельнице, затем добавляют 53,3 мл раствора ортофосфорной кислоты (75,95 мас.%) и тщательно перемешивают.

Пример 4. 27,63 г (27,63%) каустического магнезита и 0,42 г (0,42%) дигидрофосфата магния обрабатывают 2 мин в шарокольцевой мельнице, затем добавляют 50,5 мл раствора ортофосфорной кислоты (71,95 мас.%) и тщательно перемешивают.

Пример 5. 27,63 г (27,63%) спеченного периклаза и 0,42 г (0,42%) дигидрофосфата магния обрабатывают 5 мин в шарокольцевой мельнице, затем добавляют 50,5 мл раствора ортофосфорной кислоты (71,95 мас.%) и тщательно перемешивают.

Пример 6. 27,63 г (27,63%) плавленого периклаза и 0,42 г (0,42%) дигидрофосфата магния обрабатывают 10 мин в шарокольцевой мельнице, затем добавляют 50,5 мл раствора ортофосфорной кислоты (71,95 мас.%) и тщательно перемешивают.

Сроки схватывания цемента определяют стандартным способом с помощью прибора Вика по ГОСТ 310.3-76. Адгезию характеризуют прочностью при сцеплении, определяемой по стандартной методике, принятой для лабораторных испытаний вяжущих материалов [Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Практикум по химической технологии вяжущих материалов. - М.: Высшая школа, 1973. С.260].

Результаты опытов представлены в таблице.

Таким образом, предложенный состав магнийфосфатного цемента позволяет решить поставленную задачу, а именно существенно замедлить процесс схватывания магнийфосфатного цемента, отодвинув начало схватывания с 3 мин до 6-26 мин, а также повысить адгезионную прочность в 1,3-6,2 раза. Дополнительным преимуществом является возможность использования оксида магния, не прошедшего предварительную высокотемпературную обработку, что исключает необходимость выполнения дорогостоящей технологической операции.

Таблица№ п/пСостав, мас.%Сроки схватывания, минАдгезионная прочность, МПаОксид магния модифицированныйОртофосфорная кислотаначалоконецсо стальюс алюминиемОксид магнияMg(H₂PO₄)₂1Оксид магния реактивный 32,0270,00367,976183,60,72Оксид магния реактивный 27,630,4271,9526455,81,83Оксид магния реактивный 23,330,7275,9510284,31,24Каустический магнезит 27,630,4271,958,5214,91,15Спеченный периклаз 27,630,4271,9518274,72,06Плавленый периклаз 27,630,4271,9520343,91,4ПрототипПлавленый периклаз 28,05-71,95362,80,32

Изобретение относится к фосфатным вяжущим материалам и может быть использовано в производстве высокотемпературных материалов и покрытий, магнезиальных неформованных огнеупоров (набивных масс и бетонов). Магнийфосфатный цемент содержит, мас.%: оксид магния - 24,05÷32,03, ортофосфорная кислота - 67,97÷75,95. Оксид магния обработан в шарокольцевой мельнице 2-10 минут в присутствии 0,01-3% дигидрофосфата магния. Магнийфосфатный цемент в качестве оксида магния содержит реактивный оксид магния или каустический магнезит, или спеченный магнезит. Технический результат - замедление процесса схватывания магнийфосфатного цемента, повышение адгезионной прочность, удешевление технологического процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Магнийфосфатный цемент, включающий оксид магния и ортофосфорную кислоту, отличающийся тем, что он содержит оксид магния, обработанный в шарокольцевой мельнице 2-10 мин в присутствии 0,01-3%-ного дигидрофосфата магния, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный оксид магния24,05-32,03Ортофосфорная кислота67,97-75,95