СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Российский патент 2023 года по МПК C03B19/09 

Изобретение относится к производству стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в строительстве.

Известно ряд способов получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, недостатками которых является высокая энергоемкость технологического процесса и относительно низкое качество конечного продукта.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности», Патент РФ 2580855, включающий рассев отходов горнодобывающей промышленности до 0,5-2,5 мм и тарных стекол до 2,0-5,0 мм, смешение и укладку в формы нижнего слоя из смеси отходов горнодобывающей промышленности с жидким стеклом при массовом соотношении 3:1 соответственно, помол, укладку в формы верхнего слоя из смеси гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 10:1 соответственно, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества.

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость и относительно низкое качество конечного продукта.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается и снижении энергозатрат за счет спекания усредненной смеси исходных компонентов при более низкой температуре и в повышении качества конечного продукта.

Технический результат достигается тем, что способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, включающий рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, причем в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА) и отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 8:1.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь из отходов обогащения железистых кварцитов КМА и отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 8:1.

Отходы обогащения железистых кварцитов КМА и ванадиевого производства представляют сыпучий материал, не требующий дробления.

В предлагаемом способе при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА и отходов ванадиевого производства по сравнению с прототипом существенно снижается температура спекания на 80^оС за счет образования легкоплавких эвтиктин в системе Na₂O – MnO₂ – SiO₂ до 710^оС, что снижает энергозатраты на получение стеклокремнезита. В процессе спекания оксиды марганца и оксиды железа, содержащиеся в ванадиевых отходах и в отходах обогащения железистых кварцитов КМА соответственно образуют при спекании якобсит следующего состава MnFe₂O₄, который обладает высокими прочностными характеристиками и существенно упрочняет структуру стеклокремнезита, что повышает качество конечного продукта.

Проведенный сопоставительный анализ технологических операций и свойств предлагаемого и известного способов представлен в таблице 1.

Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов ванадиевого производства и жидкого стекла определяли с учетом температуры спекания и прочности стеклокремнезита на сжатие (таблица 2).

Таблица 1

Сопоставительный анализ технологических операций и свойств предлагаемого и известного способов

Технологические операции и свойства Единица измерения Известный способ Предлагаемый способ Прочность на сжатие МПа 65,5 82,5 Морозостойкость Циклы 75 100 Технологические операции Рассев отходов ОГП^* (0,5-2,5 мм)

Смешение ОГП с жидким стеклом (3:1)

Укладка в форму нижнего слоя

Помол тарных стекол

Рассев тарных стекол
(2,0-5,0 мм)

Смешение гранул тарного стекла с жидким стеком
(10:1)

Укладка в формы верхнего слоя

Спекание

Отжиг

Обрезка

Контроль качества Рассев ТО^**
(05-2,5 м м)
Смешение ТО с жидким стеклом (2:2:1)

Укладка в форму нижнего слоя

Помол тарных стекол

Смешение гранул тарного стекла с жидким стеком
(8:1)

Укладка в формы верхнего слоя

Спекание

Отжиг

Обрезка

Контроль качества Температура спекания ^оС 795 710

^{* ОГП – отходы горнодобывающей промышленности;}

^{** ТО – техногенные отходы}

Таблица 2

Оптимальное соотношение компонентов нижнего и верхнего слоя

Соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов ванадиевого производства и жидкого стекла (части) Соотношение боя цветного тарного стекла и жидкого стекла (части) Температура спекания (части) Прочность на сжатие, МПа 1 2 3 4 2:1:1 6:1 779 49,7 7:1 772 56,6 8:1 765 62,7 9:1 749 58,3 10:1 742 53,1 2:2:1* 6:1 731 68,3 7:1 722 73,7 8:1 710 82,5 9:1 719 78,3 10:1 725 71,4 2:3:1 6:1 768 59,8 7:1 762 62,3 8:1 756 64,7 9:1 750 68,7 10:1 742 63,2

* - оптимальный вариант

Сопоставительный анализ технологических операций и показателе качества предлагаемого и известного способов показал, что в предлагаемом способе при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 снижается температура спекания до 710^оС, а прочность стеклокремнезита и морозостойкость возрастают соответственно до 82,5 МПа и 100 циклов замораживания – оттаивания. При этом оптимальное соотношение гранул цветного тарного стекла и жидкого стекла 8:1 снижает температуру спекания верхнего слоя по сравнению с известным способом (10:1) за счет увеличения жидкого стекла на 80-85^оС.

Проведенный анализ известных способов получения стеклокремнезита позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».

Пример

В качестве техногенных отходов промышленности были взяты отходы ванадиевого производства следующего химического состава (мас. %): SiO₂ – 3,22; CaO – 36,93; MgO – 5,03; Al₂O₃ – 0,41; Mn₂O₃ – 17,39; V₂O₅ – 2,81; SO₃ – 33,02; п.п.п. – 1,19 и отходы обогащения железистых кварцитов (КМА) (мас. %): SiO₂ – 66,19; Al₂O₃ – 9,51; Fe₂O₃ – 9,06; FeO – 6,44; CaO – 3,70; MgO – 4,08; K₂O – 0,69; Na₂O – 0,51; SO₃ – 0,16; P₂O₃ – 0,11; п.п.п. – 5,19.

Отходы КМА и ванадиевого производства рассеивали на виброситах и смешивали с жидким стеклом при соотношении 2:2:1 соответственно. Смесь укладывали в формы.

В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного стекла (мас. %): SiO₂ – 69,7; Al₂O₃ – 3,4; CaO – 6,01; MgO – 3,93; Na₂O – 14,59; SO₃ – 0,37; Fe₂O₃ – 0,46.

После рассева на ситах гранулированное стекло смешивали в лопастном смесителе с жидким стеклом при соотношении 8:1 соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 10% объема нижнего слоя.

Спекание производили в муфельной печи при 710^оС. Затем производили отжиг, обрезку кромок и контроль качества готовых изделий.

Пример контроля качества продукции

Для определения прочности на сжатие из блоков стеклокремнезита вырезали кубики алмазным кругом размером 30х30х30 мм. Перед установкой на лабораторный пресс, нижнюю и верхнюю грани кубиков обкладывали паронитовыми прокладками. Разрушение образцов происходило после нагружения пресса. Прочность на сжатие определяли как среднее арифметическое пяти измерений:

Морозостойкость определяли по ГОСТ 7025-91 в морозильной камере с принудительной вентиляцией с автоматическим регулированием температуры от 15^оС до 20^оС при объемном замораживании – 4 часа. Контроль морозостойкости осуществляли по степени повреждений и потере массы.

Морозостойкость стеклокремнезита определяли как среднее арифметическое пяти измерений:

Изобретение относится к производству стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в строительстве. Технический результат заключается в повышении механических свойств конечного продукта и снижении энергозатрат за счет спекания при более низкой температуре. Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности включает рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, причем в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 8:1. 2 табл.

Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, включающий рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, отличающийся тем, что в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 8:1.