СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХКАЛЬЦИЕВОГО СИЛИКАТА Российский патент 2009 года по МПК C01B33/24 

Заявляемое изобретение относится к способам получения силикатных материалов, в частности Ca₂SiO₄ в β-форме, входящего в состав белитового портландцементного клинкера и глиноземсодержащего спека, и может быть использовано в промышленности строительных материалов и цветной металлургии.

Известен способ получения двухкальциевого силиката в β-форме, описанный в патенте СССР № 313345, С01В 33/24, "Способ получения дикальцийсиликата", Джонатан К.Л., 1971, путем смешения известкового материала, например извести, с кремнеземсодержащим материалом, например кремнеземом, с последующим обжигом смеси, при этом известь к кремнезему берут в соотношении 1,6-2,4/1.

Недостатком этого способа является необходимость ведения процесса в присутствии минерализаторов, фторидов щелочных или щелочноземельных металлов и стабилизаторов, оксидов или солей фосфора.

Наиболее близким по сущности к заявляемому изобретению является способ получения саморассыпающегося продукта, описанный в патенте US 3770469 на изобретение "Process for preparating self-disintegrating products containing dicalcium silicate", авторов Laszlo Kapolyi, Ferenc Lazar и других, 1973, который принят за прототип. В данном изобретении для образования β-формы Ca₂SiO₄ спек, полученный путем смешения и спекания при температуре 1250-1420°С материала, содержащего не менее 10% SiO₂ и не менее 2,5% Al₂О₃, известняка и небольшого количества восстановителей, резко охлаждают от температуры спекания до температуры 675-705°С и далее выдерживают при этой температуре до тех пор, пока двухкальциевый силикат полностью не преобразуется в β-Ca₂SiO₄. Эта модификация, будучи охлаждена далее до комнатной температуры, переходит в γ-Ca₂SiO₄, при этом преобразовании происходит саморассыпание материала.

Недостатком этого способа получения β-Ca₂SiO₄ является необходимость выдерживания материала в диапазоне высоких температур 675-705°С.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение температуры образования β-Ca₂SiO₄ за счет применения специального режима охлаждения.

Указанная задача решается за счет того, что материал, содержащий в основе двухкальциевый силикат, резко охлаждают от температуры спекания до температуры 201-216°С и выдерживают в данном температурном интервале в течение времени, необходимого для образования максимального количества β-Ca₂SiO₄.

Известно существование пяти полиморфных форм двухкальциевого силиката. Каждая форма имеет свою температуру образования и стабилизации и кристаллизуется в разных пространственных группах симметрии, β-Ca₂SiO₄ стабильно существует только в определенном интервале температур, 675-705°С по аналогу. Каждая полиморфная форма двухкальциевого силиката характеризуется собственной частотой колебаний атомов кристаллической решетки. Частота колебаний прямопропорциональна температуре нагрева кристалла. При совпадении частоты вынужденных колебаний кристаллической решетки с собственными колебаниями решетки наступает резонанс, который инициирует фазовый переход а'→β. Лабораторные исследования установили наличие двух максимумов по содержанию β-Ca₂SiO₄ в интервале температур 690-125°С, таблица.

Температура отжига, °С продолжительность отжига 30 мин Содержание β-Ca₂SiO₄, % 690 42 425 27 325 28 215 37 125 27

Первый максимум приходится на температурный интервал 675-705°С (948-978 К), соответствующий первой частоте резонанса - f₁, второй максимум приходится на температурный интервал 948/2=474 К, 978/2=489 К или 201-216°С, соответствующий второй субгармонике резонанса - f₂=f₁/2, где f₁ - первая частота резонанса.

При резком охлаждении спека от температуры спекания 1250-1420°С до 201-216°С преобразование а'→β не успевает произойти в интервале температур 675-705°С, и формирование β-Ca₂SiO₄ начинается в температурном интервале 201-216°С, и при некотором времени выдерживания материала в данном температурном интервале формирование β-Са₂SiO₄ заканчивается.

Таким образом, предложенный способ получения β-Ca₂SiO₄ позволяет снизить температуру образования β-Ca₂SiO₄ с 675-705°С до 201-216°С.

Изобретение может быть использовано в промышленности строительных материалов и цветной металлургии. Двухкальциевый силикат получают смешением и спеканием при температуре 1250-1420°С материала, содержащего не менее 10% SiO₂ и не менее 2,5% Al₂О₃, и известнякового компонента. Полученный материал резко охлаждают от температуры спекания до 201-216°С и выдерживают в данном температурном интервале в течение времени, необходимого для образования максимального количества β-Ca₂SiO₄. Предложенное изобретение позволяет снизить температуру образования двухкальциевого силиката. 1 табл.

Способ получения двухкальциевого силиката путем смешения и спекания при температуре 1250-1420°С материала, содержащего не менее 10% SiO₂ и не менее 2,5% Al₂О₃, известнякового компонента, при отношении реагентов в пересчете на оксиды СаО/SiO₂, рассчитанного на получение двухкальциевого силиката, отличающийся тем, что материал резко охлаждают от температуры спекания до температуры 201-216°С и выдерживают при этой температуре в течение времени, необходимого для образования максимального количества β-Са₂SiO₄.