СОСТАВ ШИХТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА Российский патент 2023 года по МПК C03B19/09 

Изобретение относится к области разработки составов стеклокремнезита, используемого в производстве строительных материалов и в строительстве.

Известен ряд составов стеклокремнезита [Будов В.М., Саркисов П.Д. Производство строительного и технического стекла. М.: Высш. школа, 1991. 319с.].

Недостатками данных составов является относительно низкое качество конечного продукта.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является состав стеклокремнезита, описанный в патенте «Способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности» [Патент RU 2580855, опубл. 10.04.2016, Бюл. № 10.], включающий нижний слой смеси отходов горнорудной промышленности с жидким стеклом и верхний слой, состоящий из смеси гранул тарного стекла при массовом соотношении 10:1.

Недостатком прототипа является относительно низкое качество конечного продукта.

Изобретение направлено на повышение качества готового продукта , повышение прочности на сжатие и морозостойкости стеклокремнезита .

Технический результат достигается тем, что состав шихты для производства стеклокремнезита включает нижний слой смеси и верхний слой смеси, причем в качестве материала нижнего слоя используется смесь отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита в соотношении 9:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя используется смесь гранул цветного тарного стекла с колеманитом при массовом соотношении 10:0,5 , при этом верхний слой составляет 1/10 часть объёма нижнего слоя.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются:

- материал нижнего слоя состоит из смеси отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита при массовом соотношении 9:1 соответственно

- материал верхнего слоя состоит из смеси гранул цветного тарного стекла с колеманитом 10:0,5 и составляет 1/10 часть объёма нижнего слоя.

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

Характеристики исходных компонентов:

1) колеманит, в промышленных масштабах поставляемый из Турции следующего химического состава (масс. %): B₂O₃ – 36,5; CaO – 23,5; SiO₂ – 5,7; Al₂O₃ – 0,35; MgO – 2,6; Na₂O – 0,3; Fe₂O₃ – 0,05; П.П.П. – 31,0.

2) отходы обогащения железистых кварцитов КМА (масс. %): 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.

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

В предлагаемом изобретении при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита по сравнению с прототипом существенно повышается качество готового продукта за счет разработанного состава шихты. За счет образования при 500ºС кальций-боратного стекла, обеспечивается жидкофазное спекание смеси при 680ºС, при этом значительно повышаются прочностные характеристики и морозостойкость стеклокремнезита.

Колеманит производства Турции, в промышленных масштабах поставляемый в РФ в своем составе содержит оксид бора (B₂O₃). В составе сырьевой смеси при нагреве происходит полная дегидратация колеманита с образованием расплава кальций боратного стекла. Расплав обволакивает зерна отходов обогащения железистых кварцитов КМА, образуя прочный пространственный каркас. Полное уплотнение структуры стеклокремнезита наблюдается при 680ºС.

Таблица 1

Соотношение компонентов нижнего и верхнего слоев

Соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита Соотношение боя цветного тарного стекла и колеманита Морозостойкость , циклы Прочность на сжатие, МПа 1 2 3 4 9:0,5 9:0,5 85 64,7 10:0,5 82 62,3 11:0,5 81 58,4 9:1* 8:0,5 90 85,3 9:0,5 90 88,3 10:0,5* 100 90,5 11:0,5 89 91,8 12:0,5 90 92,3 * – оптимальный вариант

Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита выбирали с учетом температуры спекания и получаемой прочности образцов стеклокремнезита на сжатие (таблица 1).

Оптимальным соотношением отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита является 9:1 весовых частей соответственно. При соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита 9:0,5 снижаются показатели прочности на сжатие и показатели морозостойкости за счет недостаточного количества расплава кальций-боратного стекла. При соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита 9:2 происходит деформация материала за счет образования избыточного количества расплава кальций-боратного стекла в стеклокремнезите, что также снижает качество конечного продукта.

Сопоставительный анализ показателей качества предлагаемого и известного изобретения показал, что в предлагаемом изобретении при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых отходов КМА и колеманита при массовом соотношении 9:1, и при оптимальном соотношении гранул цветного тарного стекла и колеманита 10:0,5 прочность и морозостойкость стеклокремнезита возрастают соответственно до 90,5 МПа и 100 циклов замораживания – оттаивания.

Проведенный анализ известных составов шихты для производства стеклокремнезита , позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».

В качестве исходных данных были взяты: колеманит, в промышленных масштабах поставляемый из Турции следующего химического состава (масс. %): B₂O₃ – 36,5; CaO – 23,5; SiO₂ – 5,7; Al₂O₃ – 0,35; MgO – 2,6; Na₂O – 0,3; Fe₂O₃ – 0,05; П.П.П. – 31,0., отходы обогащения железистых кварцитов КМА (масс. %): 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 рассевали на виброситах и смешивали с колеманитом при соотношении 9 :1 соответственно. Смесь укладывали в формы.

В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного стекла (масс. %): 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 колеманитом при соотношении 10:0,5 соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 10% объема нижнего слоя. Спекание производили в печи при 680ºС. Затем производили отжиг, обрезку кромок и контроль качества готовых изделий.

Результаты исследований представлены в табл. №1.

Пример (табл.1 , оптимальный вариант)

Отходы КМА рассевали на виброситах (0,5-2,5 мм) и смешивали с колеманитом при соотношении 0,9кг :0,1кг соответственно. Смесь укладывали в формы.

После рассева на ситах гранулированное стекло (2,0-5,0 мм) смешивали в лопастном смесителе с колеманитом при соотношении 0,1кг :0,05кг соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 10% объема нижнего слоя. Спекание производили в печи при 680ºС. 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 –15ºС до –20ºС 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 разработке состава шихты для производства стеклокремнезита. Технический результат изобретения заключается в повышении качества конечного продукта, повышении прочности на сжатие и повышении морозостойкости.

Изобретение относится к области разработки составов стеклокремнезита, используемого в производстве строительных материалов и в строительстве. Состав шихты для производства стеклокремнезита включает нижний слой смеси и верхний слой смеси. При этом в качестве материала нижнего слоя используется смесь отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА) и колеманита в соотношении 9:1 соответственно. В качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя используется смесь гранул цветного тарного стекла с колеманитом при массовом соотношении 10:0,5. При этом верхний слой составляет 1/10 часть объёма нижнего слоя. Техническим результатом является повышение качества готового продукта, повышение прочности на сжатие и морозостойкости стеклокремнезита. 2 пр., 1 табл.

Состав шихты для производства стеклокремнезита, включающий нижний слой смеси и верхний слой смеси, отличающийся тем, что в качестве материала нижнего слоя используется смесь отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА) и колеманита в соотношении 9:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя используется смесь гранул цветного тарного стекла с колеманитом при массовом соотношении 10:0,5, при этом верхний слой составляет 1/10 часть объёма нижнего слоя.