КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ Российский патент 2014 года по МПК C04B28/34 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. К химически связующим, применяемым в жаростойких бетонах, относятся жидкое стекло, силикат-глыба (прозрачный стекловидный сплав щелочных силикатов - полуфабрикат жидкого стекла) и фосфатные связки.

Известны композиции для получения пористых заполнителей (для бетонов) на основе химических связующих следующего состава, мас. %: жидкое стекло - 45-65; хлорид натрия - 5-15; отход горно-обогатительной фабрики при обогащения угля - 15-20; межсланцевая глина, образующаяся при добыче горючих сланцев - 15-20 /патент Российской Федерации №2440312, МПК С04В 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя/ Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Куликов В.А.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева, №2010122114, заявл. 31.05.20910, опубл. 20.01.2012, бюл. №2/[1].

Недостатком указанного состава композиции является относительно низкая прочность 2,65-2,75 МПа.

Наиболее близкой к изобретению является композиция для получения жаростойких композитов, включающая следующие компоненты, мас. %: глиноземсодержащий шлам - 10,5-10,53 (220 кг/м³); отработанный катализатор ИМ-2201 - 10,5-10,53 (220 кг/м³); щебень - 35,88-35,89 (750 кг/м³); песок - 30,62-30,63 (640 кг/м³); Н₃РO₄ - 12,44-12,45 (260 кг/м³) /Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих/ А.И.Хлыстов, С.В.Соколова, А.В.Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2012. - №9. - С.38-42/[2].

Недостатком указанного состава керамической массы является относительно низкий предел прочности при сжатии после твердения и нагревания до температуры 1200°С и низкая термостойкость.

Сущность изобретения - повышение качества жаростойкого композита.

Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и Н₃РO₄, дополнительно вводят шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома с содержанием, мас.%: SiO₂ - 5,8; АlО₃ - 54,8; Fе₂О₃ - 1,88; CaO - 13,82; MgO - 14,8; Сr₂О₃ - 5,4; R₂O - 2,3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 щебень 33-40 песок 10-13 Н₃РO₄ 10-15 шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома   с содержанием, мас.%: SiO₂ - 5,8; Аl₂О₃ - 54,8;   Fe₂O₃ - 1,88; CaO - 13,82; MgO - 14,8;   Сr₂О₃ - 5,4; R₂O - 2,3 24-30

Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома представляют собой материал плотной порфировидной структуры красно-бурого цвета с вкраплениями шпинели. Порфировидная структура (т.е. структура, похожая на порфировую) является разновидностью зернисто-кристаллической структуры. Порода с такой структурой содержит вкрапленники больших размеров и имеет окружающую их основную массу зернисто-кристаллическую. Это напоминает сильно увеличенную порфировую структуру с вкрапленниками. Химический оксидный состав шлаков представлен в таблице 1, а поэлементный в таблице 2.

Таблица 1 Химические составы алюмосодержащих отходов производств Компонент Содержание оксидов, мас.% SiO₂ Аl₂O₃ Fe₂O CaO MgO Сr₂O₃ R₂O П.п.п. 1. Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома 5,8 54,8 1,88 13,82 14,8 5,4 2,3 - 2. Отработанный катализатор ИМ-2201 7,90 74,5 0,15 - 0,10 14,8 1,57 -

Таблица 2 Поэлементный химический состав компонентов Компонент Концентрация, мас.% O Al Mg Na Ca Fe Si Cr 1. Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома 50,42 19,26 8,2 1,3 7,3 0,52 6,8 6,2 2. Катализатор
ИМ-2201 60,74 26,58 - 2,81 - - 2,82 8,1

Фазовый состав шлаков представлен алюминатами состава СаО·Аl₂О₃ и алюмомагнезиальной хромосодержащей шпинелью. В системе CaO-Аl₂O₃ известны соединения 3СаО-Аl₂О₃, 12СаО·7Аl₂O₃, СаО-Аl₂О₃, СаО-2Аl₂O₃, СаО-6Аl₂O₃. Реакция образования алюминатов кальция в системе CaO-Аl₂O₃ протекает в основном в твердой фазе. При обжиге смеси CaO и Аl₂O₃ состава 1:1 до температуры 900°С образуется СаО·Аl₂О₃ в результате диффузии ионов Са²⁺ в решетку кристаллов Аl₂O₃. При 950°С наряду с увеличением количества СаО·Аl₂О₃ наблюдается появление 12СаО·7Аl₂O₃, что объясняется диффузией ионов Са²⁺ через слой СаО-Аl₂О₃. В интервале температур 1000-1100°С вследствие диффузии ионов Аl³⁺ через слой СаО-Аl₂O₃ появляется новое соединение СаО-2Аl₂О₃, а в интервале температур 1100-1200° СаО-3СаО-Аl₂О₃, образующий на границе фаз СаО/12СаО·7Аl₂O₃. Образование этой фазы вызывается диффузией ионов Са²⁺ в решетку 12СаO·7Аl₂O₃.

Огнеупорность шлаков - 1580-1620°С, температура деформации под нагрузкой 0,2 МПа: начало размягчения - 1280-1300°С, разрушения 1500-1550°С.

В качестве фосфатных связующих использовалась ортофосфорная кислота Н₃РO₄ в чистом виде, но можно использовать однозамещенный фосфорнокислый алюминий Аl(Н₂РO₄)₃, двухзамещенный фосфорнокислый алюминий Al₂(H₂PO₄)₃, хромалюминий фосфорнокислый или алюмохромофосфатное связующее (АХФС) с общей формулой Cr_nAl_4-n(H₂PO₄)₂, где=1, 2, 3.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Технологический процесс производства бесцементных жаростойких бетонов и изготовления изделий и конструкций из них включает в себя приготовление формовочной массы, формование изделий и термообработку.

Следует отметить, что для своего затвердения и набора марочной прочности жаростойкие бетоны требуют особую термообработку.

Для бетонов на ортофосфорной кислоте с компонентами, представленными в таблице 3, - нагревание до 500°С с подъемом температуры до 200°С со скоростью 60°С/час и до 500°С-150°С/час, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.

Таблица 3 Составы для получения жаростойких бетонов Компоненты Содержание компонентов, мас.% 1 2 3 Отработанный катализатор ИМ-2201 10 12 15 Щебень 40 38 33 Песок 10 11 13 Н₃РO₄ 10 12 15 Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома 30 27 24

В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.

Таблица 4 Физико-механические показатели жаростойкого бетона, после твердения и нагревания до температуры 1200°С Показатели Составы Прототип 1 2 3 Термостойкость, °С 30 32 38 29 Механическая прочность на сжатие, МПа 48 52 54 46

Как видно из таблицы 4, жаростойкий бетон из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.

Полученное техническое решение при использовании шлаков от выплавки безуглеродистого феррохрома позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого бетона.

Использование техногенного сырья при получении жаростойкого бетона способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для строительных материалов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент Российской Федерации №2440312, МПК С04В 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя/ Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Куликов В.А.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева. - №2010122114, заявл. 31.05.20910, опубл. 20.01.2012, бюл. №2.

2. Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих/ А.И.Хлыстов, С.В.Соколова, А.В.Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2012. - №9. - С.38-42.

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. Технический результат - повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов. Композиция для изготовления жаростойких композитов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и H₃PO₄, дополнительно содержит шлак от выплавки безуглеродистого феррохрома с содержанием, мас.%: SiO₂ - 5,8; Al₂O₃ - 54,8; Fe₂O₃ - 1,88; СаО - 13,2; MgO - 14,8; Cr₂O₃ - 5,4; R₂O - 2,3, при следующем соотношении компонентов, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень 33-40, песок 10-13, ортофосфорная кислота H₃PO₄ 10-15, шлак от выплавки безуглеродистого феррохрома 24-30. 4 табл.

Композиция для изготовления жаростойких композитов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и H₃PO₄, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шлак от выплавки безуглеродистого феррохрома с содержанием, мас.%: SiO₂ - 5,8; Al₂O₃ - 54,8; Fe₂O₃ - 1,88; СаО - 13,2; MgO - 14,8; Cr₂O₃ - 5,4; R₂O - 2,3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 щебень 33-40 песок 10-13 ортофосфорная кислота (H₃PO₄) 10-15 шлак от выплавки безуглеродистого феррохрома   с содержанием, мас.%: SiO₂ - 5,8; Al₂O₃ - 54,8;   Fe₂O₃ - 1,88; СаО - 13,2; MgO - 14,8;   Cr₂O₃ - 5,4; R₂O - 2,3 24-30