КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ Российский патент 2016 года по МПК C04B28/34 C04B18/14 C04B111/20 

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 /пат. 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. 31.05.2010; 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. %: отработанный катализатор ИМ-2201 - 10-15; щебень - 33-40; песок - 10-13; H₃PO₄ - 10-15; алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов с содержанием, мас. %: SiO₂ - 7,2; Al₂O₃ - 68,3; Fe₂O₃ - 1,4; MgO - 0,7; Cr₂O₃ - 10,2; R₂O - 11,8 - 24-30 /пат. Российской Федерации №2528643, МПК С04В 28/34. Композиция для изготовления жаростойких композитов / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Репин М.В.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени С.П. Королева. - №2013110158. Заяв. 06.03.2013; опубл. 20.09.2014. Бюл. 26 [2].

Недостатком указанного состава композиции являются относительно низкий предел прочности при сжатии и 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 из карбонатных пород фракций 5-10 мм, H₃PO₄ в которой массовая доля ортофосфорной кислоты - не менее 85%, и алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов с размером частиц от 0,1 до 5 мкм, дополнительно вводят шлакопыльевый отход от производства низкоуглеродистого феррохрома с размером частиц от 0,001 до 1 мм и содержанием оксидов, мас. %: SiO₂ - 25,4; Al₂O₃ - 6,2; Fe₂O₃ - 1,2; СаО - 47,5; MgO - 12,47; Cr₂O₃ - 5,6; R₂O - 1,63 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 щебень 33-40 H₃PO₄ 10-15 алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов 24-30 шлакопыльевый отход от производства   низкоуглеродистого феррохрома 10-13

Шлакопыльевый отход от производства низкоуглеродистого феррохрома образуется при выплавке ферросплавов в плавильных печах на Актюбинском заводе ферросплавов АО «ТНК Казхром». Гранулометрический состав представлен частицами размером от 0,001 до 1 мм. Минералогический состав шлакопыльевого отхода от производства низкоуглеродистого феррохрома представлен следующими основными минералами: Ca₃[Si₃O₉] - волластонит, SiO₂ - аморфная стеклофаза, (Mg,Fe)(Cr,Al,Fe)₂O₄ - хромшпинель, Ca₂AI (Fe³⁺, AI)₂[Si₂O₇][SiO₄]O[OH] - эпидот, Ca₂Al₃[SiO₄|Si₂O₇|O|OH] - цоизит.

Химический состав шлакопыльевого отхода от производства низкоуглеродистого феррохрома представлен в таблице 1.

Алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов образуются в процессе обработки алюминиевых сплавов металлургических заводов. Из отработанных травильных растворов осаждается осадок, который концентрируется на дне ванны и постепенно кристаллизуется. Шлам этой группы отличается высоким содержанием Al₂O₃ и может при определенных условиях стать заменителем природного пирофиллита, бокситов и других алюмосодержащих компонентов при производстве жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. Размер частиц алюмохромистых отходов травления алюминиевых сплавов от 0,1 до 5 мкм, химический состав представлен в таблице 1.

Для изготовления жаростойких композитов (бетонов) использовались щебень, ортофосфорная кислота (H₃PO₄) и отработанный катализатор ИМ-21 согласно требований ГОСТов и ТУ (таблица 2).

A) щебень, отвечающий требованиям ГОСТа 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия» М 600, 800-1000, со средней плотностью зерен от 2,0 до 2,5 кг/м³ из карбонатных пород, добываемый в Самарской области, фракции 5-10 мм;

Б) в качестве связующей использовалась ортофосфорная кислота Н₃РО₄ в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч) ОКП 26 1213 0021 10. Массовая доля ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄) не менее 85%, плотность не менее 1,69;

B) в заявке, как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-2201 (отходы производства) - ТУ 38.103544-89. Химический состав катализатора представлен в таблице 1. Согласно ТУ 38.103544-89 отработанный катализатор ИМ-2201 должен иметь следующие показатели: внешний вид порошка - серо-зеленый цвет, насыпная плотность 1,0-1,5 г/см³, массовая доля Al₂O₃ не менее 70%. Отработанный катализатор использовался как огнеупорный материал.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Технологический процесс производства бесцементных жаростойких композитов (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 композиты (бетоны) требуют особую термообработку.

Для композитов (бетонов) на ортофосфорной кислоте с компонентами, представленными в таблице 2, - 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.

В таблице 3 представлены физико-механические показатели жаростойкого композита (бетона).

Как видно из таблицы 3, жаростойкий композит (бетон) из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.

Полученное техническое решение при использовании шлакопыльевого отхода от производства низкоуглеродистого феррохрома позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого композита (бетона).

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

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Пат. 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. 31.05.2010; опубл. 20.01.2012. Бюл. №2.

2. Пат. Российской Федерации №2528643, МПК С04В 28/34. Композиция для изготовления жаростойких композитов / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Репин М.В.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени С.П. Королева. - №2013110158, заяв. 06.03.2013; опубл. 20.09.2014. Бюл. 26.

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов, которая достигается добавлением в композицию шлакопыльевого отхода от производства низкоуглеродистого феррохрома при следующем соотношении компонентов, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень 33-40, H₃PO₄ 10-15, алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов 24-30, шлакопыльевый отход от производства низкоуглеродистого феррохрома 10-13. 3 табл.

Композиция для изготовления жаростойких композитов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень из карбонатных пород фракций 5-10 мм, Н₃РО₄ в которой массовая доля ортофосфорной кислоты - не менее 85%, и алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов с размером частиц от 0,1 до 5 мкм, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шлакопыльевый отход от производства низкоуглеродистого феррохрома с размером частиц от 0,001 до 1 мм и содержанием оксидов, мас.%: SiO₂ - 25,4; Al₂O₃ - 6,2; Fe₂O₃ - 1,2; CaO - 47,5; MgO - 12,47; Cr₂O₃ - 5,6; R₂O - 1,63 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 щебень 33-40 Н₃РО₄ 10-15 алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов 24-30 шлакопыльевый отход от производства   низкоуглеродистого феррохрома 10-13