ЦВЕТНОЕ ШЛАКОКАМЕННОЕ ЛИТЬЕ И ШИХТА ДЛЯ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C03C10/06 

Изобретения относятся к производству художественных изделий и строительных материалов, преимущественно к производству стеклокристаллических материалов и каменного литья, и могут быть использованы в производстве декоративных, облицовочных материалов и художественных изделий.

Известно декоративное каменное литье, содержащее следующие компоненты, мас.%: SiO₂ 40,77-47,24, Al₂O₃ 6,26-9,11, FeO 0,48-1,72, Fe₂O₃ 0,20-4,95, CaO 27,35-29,58, MgO 2,42-5,77, Na₂O 2,07-3,71, K₂O 4,24-6,41, B₂O₃ 0,20-4,15, P₂O₅ 0,73-2,06.

Шихта для его получения содержит следующие компоненты, мас.%: маложелезистые полевошпатовые породы 27,2-51,0, бура 0,5-10,0, карбонатиты 16,9-43,6, мелилититы 1,8-49,8 (см. патент РФ №2033398 от 20.04.1995 г., C03C 10/06, C04B 30/00).

Недостатком известного каменного литья является необходимость использования в составе шихты компонентов редких горных пород, в частности маложелезистых полевошпатовых пород и мелилититов.

Наиболее близким к заявляемому шлакокаменному литью по технической сущности является декоративный стеклокристаллический материал, содержащий, мас.%: SiO₂ - 46,11-51,93, TiO₂ - 6,81-8,77, Al₂O₃ - 5,82-8,36, Fe₂O₃ - 2,56-5,93, CaO - 18,57-19,96, MgO - 2,49-3,26, Na₂O - 5,50-5,9, K₂O - 0,86-1,20, B₂O₃ - 1,44-2,03, P₂O₅ - 0,81-1,61 (см. патент РФ №2101240 от 10.01.1998 г., кл. C03C 10/10). Данное литье принято в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого литья, - SiO₂, CaO, MgO, Al₂O₃, TiO₂, Na₂O и K₂O.

Шихта для производства этого декоративного стеклокристаллического материала имеет следующий состав, мас.%: нефелиновый концентрат 8,27-9,69, кварц - 16,79-19,70, сфеновый концентрат 27,09-34,32, апатит 1,48-1,96, карбонатит 11,29-13,24, доломит 3,76-4,41, бура 4,00-4,69, стеклобой 19,61-19,70. В качестве сырья используют техногенные отходы и побочные продукты горнодобывающей промышленности. Данная шихта принята в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемой шихты, - техногенные отходы.

Недостатком известного материала является необходимость использования в составе шихты компонентов редких горных пород, в частности нефелинового концентрата, и синтетического компонента бура.

Задачей изобретений является получение цветного шлакокаменного литья с оттенками серо-зеленого, голубого, темно- и черно-синего цветов с использованием распространенных трудноутилизируемых техногенных отходов металлургического и эмалевого производств, расширение сырьевой базы для декоративного каменного литья.

Поставленная задача достигается за счет того, что известное цветное шлакокаменное литье, включающее SiO₂, CaO, MgO, Al₂O₃, TiO₂, Na₂O и K₂O, дополнительно содержит FeO, MnO, V₂O₅, CaF₂ и прочие нестабильные по составу примеси при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

SiO₂ 9,7-20,0 CaO 6,7-22,9 MgO 3,0-9,3 Al₂O₃ 3,3-11,4 FeO 0,1-1,2 TiO₂ 0,9-6,3 MnO 0,1-0,3 V₂O₅ 0,02-0,1 Na₂O+K₂O 0,3-0,9 CaF₂ 19,8-59,4 Прочие примеси остальное

Поставленная задача также достигается за счет того, что известная шихта для получения цветного шлакокаменного литья, включающая техногенные отходы, в качестве техногенных отходов содержит доменный шлак и фторсодержащий шлам эмалевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

доменный шлак 10-70 фторсодержащий шлам   эмалевого производства 30-90

Отличительными признаками заявляемого литья от литья по прототипу являются введение в него FeO, MnO, V₂O₅, CaF₂ и прочих нестабильных по составу примесей, а также иное количественное соотношение используемых ингредиентов, мас.%: SiO₂ - 9,7-20,0; CaO - 6,7-22,9; MgO - 3,0-9,3; Al₂O₃ - 3,3-11,4; FeO - 0,1-1,2; TiO₂ - 0,9-6,3; MnO - 0,1-0,3; V₂O₅ - 0,02-0,1; Na₂O+K₂O - 0,3-0,9; CaF₂ - 19,8-59,4; прочие примеси - остальное.

Отличительными признаками заявляемой шихты от шихты по прототипу являются использование в качестве техногенных отходов доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: доменный шлак - 10-70; фторсодержащий шлам эмалевого производства - 30-90.

За счет использования в качестве сырья техногенных отходов - доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства, содержащих в своей структуре светлоокрашенные минеральные соединения и соединения-хромофоры, получают цветное шлакокаменное литье с оттенками серо-зеленого, голубого, темно- и черно-синего цветов.

Доменный шлак - побочный продукт, образованный при производстве чугуна. При образовании представляет собой расплав, а после удаления его из доменной печи переходит в твердое состояние, в котором он и используется в шихте.

Фторсодержащий шлам эмалевого производства представляет собой мелкодисперсный порошок осушенных отходов отработанных шликеров.

Химический состав компонентов шихты приведен в таблице 1.

Таблица 1 Компонент шихты Массовая доля, % SiO₂ Al₂O₃ CaO FeO MgO MnO K₂O+Na₂O TiO₂ V₂O₅ S CaF₂ п.п.п. Доменный шлак (ДШ) 25,0 15,5 31,0 2,0 12,5 0,5 - 9,0 0,2 4,3 - - Фторсодержащий шлам (ФШ) 10,0 3,5 3,6 - 2,8 - 1,8 - - - 69,0 9,3

Окрашивание достигается за счет того, что оксид кальция (CaO), двуокись титана (TiO₂), оксид ванадия (V₂O₅) и фторид кальция (CaF₂) образуют светлоокрашенные минералы, обладающие синими и зелеными оттенками. Оксид железа (FeO) образует темноокрашенные минералы, но поскольку его содержание в цветном стеклокристаллическом декоративном литье не превышает 1,2%, их влияние на цветность материала является незначительным.

Химический состав, соотношение компонентов шихты и цвет полученного стеклокристаллического декоративного шлакокаменного литья представлены в таблице 2.

Таблица 2 Состав шихты, мас.% Химический состав, мас.%   ДШ ФШ SiO₂ CaO MgO Al₂O₃ FeO TiO₂ MnO V₂O₅ Na₂O+K₂O CaF₂ Прочее Цвет 70 30 20,0 22,9 9,3 11,4 1,2 6,3 0,3 0,1 0,3 19,8 8,4 Серо-зеленый 50 50 16,5 17,5 7,2 8,7 0,1 4,5 0,2 0,1 0,5 33,0 11,7 Голубой 30 70 13,1 12,0 5,1 6,0 0,6 2,7 0,1 0,06 0,7 46,2 13,44 Темно-синий 10 90 9,7 6,7 3,0 3,3 0,2 0,9 0,1 0,02 0,9 59,4 15,78 Черно-синий

Цветное шлакокаменное литье изготавливают электродуговым переплавом двухкомпонентной шихты, состоящей из доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства, при температуре 1350°C с изотермической выдержкой в течение 4 с. Разливку расплава из тигля осуществляют при температуре 1200°C. Отжиг ведут при температуре 600°C с последующим снижением до 20°C в течение 12 ч.

Гарантированное наличие цветности возможно при заявляемом количественном соотношении используемых компонентов шихты.

Пример 1.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 70, фторсодержащий шлам - 30.

По вышеописанному способу было получено цветное с оттенком серо-зеленого цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO₂ 20,0, CaO 22,9, MgO 9,3, Al₂O₃ 11,4, FeO 1,2, TiO₂ 6,3, MnO 0,3, V₂O₅ 0,1, Na₂O+K₂O 0,3, CaF₂ 19,8, прочие примеси 8,4. В качестве прочих нестабильных по составу примесей могут быть соединения фосфора, серы, комплексные соединения кальция, фториды.

Пример 2.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 50, фторсодержащий шлам - 50.

По описанному способу было получено цветное с оттенком голубого цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO₂ 16,5, CaO 17,5, MgO 7,2, Al₂O₃ 8,7, FeO 0,1, TiO₂ 4,5, MnO 0,2, V₂O₅ 0,1, Na₂O+K₂O 0,5, CaF₂ 33,0, прочие примеси 11,6.

Пример 3.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 30, фторcодержащий шлам - 70.

По описанному способу было получено цветное с оттенком темно-синего цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO₂ 13,1, CaO 12,0, MgO 5,1, Al₂O₃ 6,0, FeO 0,6, TiO₂ 2,7, MnO 0,1, V₂0₅ 0,06, Na₂O+K₂O 0,7, CaF₂ 46,2, прочие примеси 13,44.

Пример 4.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 10, фторсодержащий шлам - 90.

По описанному способу было получено цветное с оттенком черно-синего цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO₂ 9,7, СаО 6,7, MgO 3,0, Al₂O₃ 3,3, FeO 0,2, TiO₂ 0,9, MnO 0,1, V₂O₅ 0,02, Na₂O+K₂O 0,9, CaF₂ 59,4, прочие примеси 15,78.

Использование других составов шихт при содержании доменного шлака менее 10% или более 70% и фторсодержащего шлама менее 30% или более 90% не гарантирует обеспечение цветности с оттенками серо-зеленого, голубого, темно- и черно-синего цветов.

Представленные примеры доказывают, что предлагаемое цветное шлакокаменное литье окрашено в серо-зеленый, голубой, темно- и черно-синий цвета, которые получены благодаря использованию в качестве компонентов шихты доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства.

Преимущество предлагаемых технических решений состоит в том, что они позволяют:

- получить цветное шлакокаменное литье из более дешевого и распространенного сырья;

- расширить сырьевую базу для декоративного каменного литья;

- утилизировать отходы промышленности.

Изобретение относится к производству художественных изделий и строительных материалов. Технический результат изобретения заключается в расширении сырьевой базы для декоративного каменного литья с использованием дешевых и распространенных трудноутилизируемых отходов производств. Цветное шлакокаменное литье содержит следующие компоненты, мас.%: SiO₂ - 9,7-20,0; CaO - 6,7-22,9; MgO - 3,0-9,3; Al₂O₃ - 3,3-11,4; FeO - 0,1-1,2; TiO₂ - 0,9-6,3; MnO - 0,1-0,3; V₂O₅ - 0,02-0,1; Na₂O+K₂O 0,3-0,9; CaF₂ - 19,8-59,4; прочие примеси - остальное. Шихта для получения цветного шлакокаменного литья включает техногенные отходы - доменный шлак и фторсодержащий шлам эмалевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: доменный шлак - 10-70; фторсодержащий шлам эмалевого производства - 30-90. 2 н.п. ф-лы, 4 пр., 2 табл.

1. Цветное шлакокаменное литье, включающее SiO₂, CaO, MgO, Al₂O₃, TiO₂, Na₂O и K₂O, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит FeO, MnO, V₂O₅, CaF₂ и прочие нестабильные по составу примеси при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
SiO₂ 9,7-20,0 CaO 6,7-22,9 MgO 3,0-9,3 Al₂O₃ 3,3-11,4 FeO 0,1-1,2 TiO₂ 0,9-6,3 MnO 0,1-0,3 V₂O₅ 0,02-0,1 Na₂O+K₂O 0,3-0,9 CaF₂ 19,8-59,4 Прочие примеси Остальное

2. Шихта для получения цветного шлакокаменного литья, включающая техногенные отходы, отличающаяся тем, что в качестве техногенных отходов она содержит доменный шлак и фторсодержащий шлам эмалевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
доменный шлак 10-70 фторсодержащий шлам   эмалевого производства 30-90