ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО СЛЮДОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2021 года по МПК C03C10/16 C03C6/02 

Изобретение относится к составам шихт для получения футеровочных огнеупорных материалов, предназначенных для организации рабочего пространства магниевых электролизных агрегатов с температурой эксплуатации до 1500°С, а также для тепловых и печных агрегатов, в которых внутренняя рабочая поверхность контактирует с агрессивной газовой или жидкой средой.

Известен состав шихты для изготовления диафрагм магниевых электролизеров (а.с. SU 193730 А1), содержащий, мас. %: шамот класса «О (крупностью 0,5-3,0 мм) - 28,6-38,6%; часовярскую глину (крупностью менее 0,1 мм) не более 14%; карбид кремния (крупностью менее 0,5 мм) - 27,0-33,0%; шлам электрокорунда (крупностью 0,088 мм) - 19,4-25,4%.

Недостатком известного состава является высокое содержание карбида кремния, его стоимость в значительной степени удорожает изготовление материала по указанному составу.

Известна шихта для получения слюдокристаллического материала, раскрытая в способе кристаллосинтеза фторфлогопита (а.с.SU 168261 А1). Шихта состоит в основном (на 66-70%) из природного калиевого полевого шпата с примесями Na₂O до 3,5%, СаО до 0,4%, Fе₂О₃ до 0,3% и добавок MgF₂, MgO и K₂SiF₆ в количестве 2,5%.

Недостатком данного состава является то, что размер получаемых кристаллов в структуре материала достигает 70×45 мм, что не обеспечивает стойкости при работе в условиях интенсивных тепловых нагрузок, с постоянно меняющимся уровнем температуры.

Известен состав для получения плавленолитого калиевого фторфлогопита, мас. %: вермикулит - 60-90, калиевый криолит 10-40 (патент RU №2574642).

Недостатком указанного состава является то, что компонент калиевый криолит является веществом с классом опасности АДР 9.1 (опасные вещества и изделия, куда отнесены вещества и изделия, которые во время перевозки представляют опасность), что усложняет процесс обращения с компонентами шихты из-за повышенных требований к безопасности.

Наиболее близкой к заявленному изобретению по совокупности признаков является шихта для получения слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита (патент RU №2559964), мас. %: кварцевый песок -33,5-34,5, глинозем - 9,5-10,5, периклазовый порошок - 29,5-30,5, кремнефторид калия - 25,5-26,5.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, - кремнефторид калия (кремнефтористый калий).

Недостатком известной смеси, принятой за прототип, является то, что глинозем и периклазовый порошок, составляющие 39-41% от общего объема шихты, являются дорогостоящими компонентами.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является получение огнеупорного футеровочного материала для выкладки рабочей поверхности электролизных агрегатов без использования редких компонентов, со свойствами соответствующими прототипу.

Указанный технический результат достигается тем, что известная шихта для получения литого слюдокристаллического материала, включающая минеральный компонент и кремнефтористый калий, согласно изобретению в качестве минерального компонента содержит габбродолерит при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Габбродолерит 80-90 Кремнефтористый калий 10-20

Габбродолерит имеет следующий химический состав, мас. %:

SiO₂ 45-50 ТiO₂ 0,1-0,5 Аl₂O₃ 14-22 FeO 2-3 Fe₂O₃ 0,1-2 MnO 0,01-0,2 MgO 8-16 CaO 7-13 Na₂O 0,2-4 K₂O 0,01-5

Отличительными признаками заявляемой смеси от смеси по прототипу являются использование в качестве основного компонента габбродолерита - широко распространенной нерудной силикатной породы, а также иное количественное соотношение используемых ингредиентов, мас. %: габбродолерит - 80-90; кремнефтористый калий 10-20.

Отличительные признаки позволят получить литой слюдокристаллический материал для футеровки рабочего пространства электролизных агрегатов без использования редких компонентов, со свойствами соответствующими прототипу.

Введенный в состав габбродолерит представляет собой силикатную породу, которая включает в себя комплекс оксидов в форме минеральных соединений, которые являются основой для формирования слоистой структуры литого слюдокристаллического материала, поэтому использование дополнительных компонентов, кроме фторсодержащего не требуется. Это обеспечивает снижение расходов на приобретение и подготовку синтетических компонентов шихты. Благодаря тому, что габбродолерит обладает химическим составом соответствующим силикатному минералу, сформировавшемуся в равновесных условиях, обеспечивается уровень физических характеристик литого материала на его основе на уровне соответствующем и превосходящем заявленном в прототипе.

Шихта для получения литого слюдокристаллического материала и футеровочных изделий для электролизных агрегатов из него, используют следующие вещества:

- габбродолерит состава, мас. %: SiO₂ - 45 - 50; ТiO₂ - 0,1 - 0,5; Аl₂О₃ -14-22; FeO - 2 - 3; Fe₂O₃ - 0,1 -2; MnO - 0,01 - 0,2; MgO - 8 - 16; CaO - 7 - 13; Na₂O - 0,2 - 4; K₂O - 0,01 – 5;

- калий кремнефтористый (K₂SiF₆) по ТУ 2621-017-69886968, технической чистоты (массовая доля основного вещества в пределах - 97- 99%).

Для приготовления шихты габбродолерит размалывали до получения фракции 0,5-2,0 мм и прокаливали при температуре 250°С. Из подготовленного габбродолерита и кремнефтористого калия готовили сухую смесь в указанных соотношениях. Затем к смеси добавляли в качестве связующего компонента лингосульфанат-содержащие отходы целлюлозно-бумажного производства до обеспечения влажности 6%. Из полученной смеси формировали окатыши диаметром 40-50 мм, затем их высушивали при температуре 150°С в течение 3 часов. Затем окатыши из шихты расплавляли в электродуговой печи с графитовым электродом при температуре 1700°С до образования однородного расплава.

Полученный расплав заливали в формы и подвергали многостадийной термической обработке в первый час скорость охлаждения составила 30-60°С/час, следующие 16 часов скорость охлаждения составила 25-50°С/час.

Были изготовлены 3 состава шихты с различным соотношением ингредиентов (таблица 1). Из них были получены расплавы и изготовлены отливки, составы полученных материалов приведены в таблице 2.

Были установлены их основные характеристики и оценены в сравнении материалом, взятым за прототип (таблица 3), в результате было установлено, что полученные материалы соответствует характеристикам прототипа.

Испытания проводили по методу определения стойкости литых слюдокристаллических материалов к пропитке расплавом в электролизере в условиях максимально приближенным к реальным условиям эксплуатации. Использовали образцы размером 30×30×30 мм. При испытании образцы помещали в стальные корзины и окунали в хлоридный расплав (таблица 4) при температуре 740-760°С. Расплав приготавливали и поддерживали его температуру в тигельной печи сопротивления. Через каждый час контрольные образцы извлекали, после охлаждения поверхность очищали от хлоридов и взвешивали. Продолжительность пропитки длилась 24 часа.

Степень пропитки определяли как отношение увеличения веса образца после пропитки к первоначальному его весу.

Результаты исследований приведены в таблице 5, установлено, что величина пропитки хлоридным расплавом литого слюдокристаллического материала на основе габбродолерита с 10% добавлением кремнефтористого калия электролитом при температуре 750°С составляет от 1,1 до 1,5% в течение суток. С последующим увеличением времени испытания степень пропитки не изменяется.

Изобретение позволяет получить литой слюдокристаллический материал для футеровки электролизных агрегатов с температурой эксплуатации до 750°С, а также для тепловых и печных агрегатов, в которых рабочая поверхность футеровки подвергаются контакту с агрессивной газовой или жидкой средой. Кроме того, предлагаемый состав обладает низкой степенью пропитки электролитом, не требует использования редких компонентов для изготовления.

Изобретение относится к химической технологии получения огнеупорного материала, предназначенного для футеровки магниевых электролизных агрегатов с температурой эксплуатации до 750°С, а также для тепловых и печных агрегатов, в которых рабочая поверхность футеровки подвергается контакту с агрессивной газовой или жидкой средой. Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является получение дешевого литого слюдокристаллического материала для футеровки электролизных агрегатов, с низким риском загрязнения основного продукта и низкой степенью пропитки электролитом. Указанный технический результат достигается тем, что состав шихты для получения литого слюдокристаллического материала содержит кремнефтористый калий в количестве 10-20% и комплексный минеральный силикатный компонент - габбродолерит в количестве 80-90%. 5 табл.

Шихта для получения литого слюдокристаллического материала, включающая минеральный компонент и кремнефтористый калий, отличающаяся тем, что в качестве минерального компонента содержит габбродолерит состава, мас. %:

SiO₂ 45-50 ТiO₂ 0,1-0,5 Аl₂O₃ 14-22 FeO 2-3 Fe₂O₃ 0,1-2 MnO 0,01-0,2 MgO 8-16 CaO 7-13 Na₂O 0,2-4 K₂O 0,01-5

при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Габбродолерит 80-90 Кремнефтористый калий 10-20