СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ СТЕКЛОМАТЕРИАЛОВ Российский патент 2014 года по МПК C03C11/00 

Изобретение относится к области переработки нерудного кремнистого сырья (диатомиты, трепелы, опоки) в пористые теплоизоляционные стекломатериалы, используемые в строительной индустрии и при производстве фильтрующих материалов.

Благодаря осадочному происхождению кремнистые породы широко распространены по всему миру. Например, запасы кремнистых пород севера Тюменской области в районах городов Новый Уренгой и Салехард (Уренгойская силиконовая подкова) насчитывают около 110 млрд. тонн [Нестеров И.И., Генералов П.П., Подсосова Л.Л. Западно-Сибирская провинция кремнисто-опаловых пород, Советская геология, 1984, №3].

Известен способ получения пористых стекломатериалов [1. Патент Российской Федерации №2211811, МПК⁷ C03C 11/00, 2003] с насыпной плотностью 30-100 кг/м3 из нерудного сырья путем плавления шихты, включающей следующие компоненты, мас.%: SiO₂ 39,78-53,7; CaO 39,95-51,45; Al₂O₃ 3,37-5,76; Fe₂O₃ 0,05-0,8; MgO 0,4-1,21; SO₃ 0,26-0,32; Na₂O 0,04-0,37; K₂O 0,1-0,53. Плавление ведут в восстановительной среде, а последующее охлаждение силикатной части расплава проводят в режиме «термоудара».

Недостатком способа является то, что при таком соотношении окислов требуется перегрев расплава для более глубокого разделения металлической и силикатной частей расплава.

Известен способ получения стекломатериалов с насыпной плотностью 45-100 кг/м3 из мартеновских шлаков [2. Патент Российской Федерации №2132306, МПК⁶ C03C 11/00, 1999] путем плавления шихты при следующем содержании компонентов, мас.%: SiO₂ - 20-25, CaO - 25-40, Al₂O₃ - 2-8, MgO - 7-15, MnO - 5-10, FeO - 12-18, F₂O₃ - 3-5, P₂O₅ - 0,3-0,7, Na₂O - 0,3-0,5, K₂O - 0,15-0,5, TiO₂ - 0,2-0,5, SO₃ - 0,05-0,09. Шихту плавят в восстановительной среде в течение часа при температуре 1580-1610°C, а затем полученный расплав "термоударом" охлаждают до образования стекломатериала.

Основным недостатком известного способа являются высокие энергозатраты на его проведение.

В основу заявленного изобретения положена задача разработки способа получения пористого стекломатериала из кремнистых пород со сниженными энергозатратами.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения пористых стекломатериалов из кремнистых пород путем плавления шихты, включающей SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgO, Fe₂O₃, Na₂O, K₂O, TiO₂, SO₃ в восстановительной среде, и последующего охлаждения силикатной части расплава в режиме "термоудара", содержание CaO в шихте доведено до массового отношения SiO₂/CaO, равного 0,75-1,04, а шихту плавят при температуре 1500-1550°C в течение 55±10 минут, при следующем содержании компонентов, мас.%: SiO₂ - 40,1-47, CaO - 44,9-53,2, Al₂O₃ - 2-15, MgO - 0,8-4, Fe₂O₃ - 0,2-5, Na₂O - 0,6-1,5, K₂O - 0,6-1,5, TiO₂ - 0,2-1,5, SO₃ - 0,01-0,3.

Металлическую часть расплава выливают в изложницу.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что более высокое по сравнению с прототипом содержание в составе кремнистых пород окислов Na₂O и K₂O приводит к снижению температур плавления шихты и образования карбида кремния в расплаве, взаимодействие которого с водой в процессе выработки расплава, обуславливает его вспенивание. Снижение температуры и времени плавления шихты способствуют снижению энергозатрат по сравнению с прототипом. Нижепредлагаемый способ получения пористых стекломатериалов из диатомита поясняется конкретными примерами его осуществления.

Пример 1. В 200 г шихты из диатомита состава, мас.%: SiO₂ - 40,1; CaO - 53,2; Al₂O₃ - 3,7; MgO - 0,9; Fe₂O₃ - 0,3; NaO - 0,7; K₂O - 0,5; TiO₂ - 0,4; SO₃ - 0,2 с соотношением SiO₂/CaO=0,75 вводят 0,5 мас.% углерода и плавят в восстановительной среде при температуре 1500-1550°C в течение 50 минут. Затем полученную силикатную часть расплава охлаждают отливом в воду, при этом происходит вспенивание силикатной части расплава, а металлическую часть сливают в изложницу. Полученный материал имеет насыпную плотность 125 кг/м³.

Пример 2. В 200 г шихты состава, мас.%: SiO₂ - 44,1; CaO - 47,8; Al₂O₃ - 4,8; MgO - 1,0; Fe₂O₃ - 0,4; Na₂O - 0,6; K₂O - 0,6; TiO₂ - 0,5; SO₃ - 0,2, вводят 1 мас.% углерода и доводят отношение SiO₂/CaO до 0,92, плавят в восстановительной среде при температуре 1500-1550°C в течение 50 минут. Затем полученную силикатную часть расплава охлаждают отливом в воду, при этом происходит вспенивание расплава, а металлическую часть сливают в изложницу. Полученный материал имеет насыпную плотность 69 кг/м³.

Пример 3. В 200 г шихты состава, мас.%: SiO₂ - 47,0; CaO - 44,9; Al₂O₃ - 4,6; MgO - 1,2; Fe₂O₃ - 0,4; Na₂O - 0,7; K₂O - 0,5; TiO₂ - 0,5; SO₃ - 0,2, доводят отношение SiO₂/CaO до 1,04, вводят углерод, плавят и охлаждают аналогично примеру 2. Полученный материал имеет насыпную плотность 88 кг/м³.

Пример 4. В 200 г шихты состава, мас.%: SiO² - 47,0; CaO - 43,5; Al₂O₃ - 5,8; MgO - 1,4; Fe₂O₃ - 0,4; Na₂O - 0,7; K₂O - 0,5; TiO₂ - 0,5; SO₃ - 0,2, доводят отношение SiO₂/CaO до 1,1, вводят углерод, плавят и охлаждают аналогично примеру 2. Полученный расплав имеет большую вязкость и исключает возможность охлаждения его в режиме "термоудара".

Изобретение относится к пористым стекломатериалам. Технический результат изобретения заключается в снижении температуры и времени плавления шихты. Готовят шихту на основе кремнистых пород и доводят соотношение SiO₂/CaO до 0,75-1,04. Шихту плавят при температуре 1500-1550°C, при следующем содержании компонентов, мас.%: SiO₂ - 40,1-47, CaO - 44,9-53,2, Al₂O₃ - 2-15, MgO - 0,8-4, Fe₂O₃ - 0,2-5, Na₂O - 0,6-1,5, K₂O - 0,6-1,5, TiO₂ - 0,2-1,5, SO₃ - 0,01-0,3. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ получения пористых стекломатериалов из кремнистых пород путем плавления шихты, включающей SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgO, Fe₂O₃, Na₂O, K₂O, TiO₂, SO₃ в восстановительной среде, и последующего охлаждения силикатной части расплава в режиме "термоудара", отличающийся тем, что содержание CaO в шихте доведено до массового отношения SiO₂/CaO, равного 0,75-1,04, а шихту плавят при температуре 1500-1550°C, при следующем содержании компонентов, мас.%: SiO₂ - 40,1-47, CaO - 44,9-53,2, Al₂O₃ - 2-15, MgO - 0,8-4, Fe₂O₃ - 0,2-5, Na₂O - 0,6-1,5, K₂O - 0,6-1,5, TiO₂ - 0,2-1,5, SO₃ - 0,01-0,3.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлическую часть расплава выливают в изложницу.