КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ Российский патент 2016 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 РФ №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. %: 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 (патент РФ №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; заявл. 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, H₃PO₄ и алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов дополнительно вводят ферропыль из самораспадающихся шлаков низкоуглеродистого феррохрома с размером частиц не более 0,5 мм и с содержанием оксидов: %: SiO₂ - 30,2; Al₂O₃ - 7,8; СаО - 45,4; MgO - 7,3; Cr₂O₃ - 7,8; п.п.п. - 1,5 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 щебень 33-40 H₃PO₄ 10-15 алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов 24-30 ферропыль из самораспадающихся шлаков   низкоуглеродистого феррохрома 10-13

Ферропыль из самораспадающихся шлаков низкоуглеродистого феррохрома является отходом актюбинского завода ферросплавов филиала АО «ТНК «Казхром».

Самораспадающийся ферросплавный шлак отход электрометаллургического производства феррохрома представляет собой пылевидный материал с размером частиц не более 0,5 мм.

Самораспадающийся шлак - это разрушение зерен двухкальциевого силиката с образованием мелкодисперсного порошка, происходящее вследствие развития в массе зерен напряжения, превышающего их предел прочности. Напряжение в массе зерен возникают в результате полиморфизма 2CaO·SiO₂, изменения объема расплава при охлаждении. Переход β->>γ 2CaO·SiO₂ сопровождается увеличением объема на 12%. Удельная поверхность самораспадающихся ферросплавных шлаков составляет 1800-2500 см²/г. Химический состав ферропыли из самораспадающихся шлаков 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):

а) 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 H₃PO₄ в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч) ОКП 26 1213 0021 10. Массовая доля ортофосфорной кислоты (H₃PO₄), не менее 85%, плотность не менее 1,69;

в) в заявке, как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-21 (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-зеленого цвета, 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 ферропыли из самораспадающихся шлаков 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. Патент РФ №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 СП. Королева. - №2010122114; заявл. 31.05.20910; опубл. 20.01.2012. Бюл. №2

2. Патент РФ №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; заявл. 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. Технический результат заключается в повышении предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов. Композиция для изготовления жаростойких композитов включает компоненты при следующем соотношении, мас. %: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень 33-40, Н₃PO₄ 10-15, алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов 24-30, ферропыль из самораспадающихся шлаков низкоуглеродистого феррохрома 10-13. 3 табл.

Композиция для изготовления жаростойких композитов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, Н₃РО₄ и алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ферропыль из самораспадающихся шлаков низкоуглеродистого феррохрома с размером частиц не более 0,5 мм и с содержанием оксидов: %: SiO₂ - 30,2; Al₂O₃ - 7,8; СаО - 45,4; MgO - 7,3; Cr₂O₃ - 7,8; п.п.п. - 1,5 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 щебень 33-40 Н₃РО₄ 10-15 алюмохромистые отходы травления   алюминиевых сплавов 24-30 ферропыль из самораспадающихся шлаков   низкоуглеродистого феррохрома 10-13