СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА Российский патент 2023 года по МПК C03B19/09 

Изобретение относится к области производства стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в производстве строительных материалов и в строительстве.

Известен ряд способов получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности [Будов В.М., Саркисов П.Д. Производство строительного и технического стекла. М.: Высш. школа, 1991. 319с.].

Недостатками данных способов является высокая энергоемкость технологического процесса и относительно низкое качество конечного продукта.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является «Способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности», патент РФ 2580855, заключающийся в рассеве, смешении, укладки в формы нижнего слоя смеси отходов горнорудной промышленности с жидким стеклом и верхнего слоя из смеси гранул тарного стекла при массовом соотношении 10:1 с последующей термической обработкой при 795°С [патент РФ 2580855, опубл.  10.04.2016 , Бюл. № 10].

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

Изобретение направлено на снижение энергоемкости и повышение качества конечного продукта.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении качества конечного продукта и снижении энергозатрат за счет спекания при более низкой температуре.

Это 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 материала нижнего слоя используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита 9:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя смесь гранул цветного тарного стекла с колеманитом при массовом соотношении 10:0,5.

Отличительным признаком предлагаемого способа является:

- смешение отходов отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита при массовом соотношении 9:1 соответственно;

- смешение гранул гранул цветного тарного стекла с колеманитом 10:0,5.

- укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части объема нижнего слоя;

- спекание при температуре 680°С.

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

В предлагаемом способе при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита по сравнению с прототипом существенно снижается температура спекания за счет образования при 500°С кальций-боратного стекла, обеспечивающего жидкофазное спекание при 680°С.

Колеманит производства Турции, в промышленных масштабах поставляемый в РФ в своем составе содержит оксид бора (B₂O₃). В составе сырьевой смеси при нагреве до 500°С 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 680°С, что существенно ниже, чем у прототипа.

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

Таблица 1

Сопоставительный анализ технологических операций и свойств предлагаемого и известного способов

Технологические операции и свойства Единица измерений Известный способ Предлагаемый способ Прочность на сжатие МПа 65,5 90,5 Морозостойкость циклы 75 100 Температура спекания °С 795 680 Технологические операции Рассев отходов ОГП* (0,5-2,5 мм)

Смешение ОГП с жидким стеклом в соотношении 3:1
Укладка в формы нижнего слоя
Помол тарных стекол

Рассев тарных стекол (2,0-5,0 мм)

Смешение гранул тарных стекол с жидким стеклом (10:1)

Укладка в формы верхнего слоя

Спекание, отжиг, обрезка

Контроль качества Рассев техногенных отходов (0,5-2,5 мм)
Смешение отходов КМА и колеманита при соотношении 9:1

Укладка в формы нижнего слоя

Помол тарных стекол (2,0-5,0 мм)

Смешение гранул тарного стекла с колеманитом 10:0,5

Укладка в формы верхнего слоя

Спекание, отжиг, обрезка

Контроль качества *ОГП – отходы горнодобывающей промышленности

Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита определяли с учетом температуры спекания и прочности стеклокремнезита на сжатие (таблица 2).

Таблица 2

Оптимальное соотношение компонентов нижнего и верхнего слоев

Соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита Соотношение боя цветного тарного стекла и колеманита Температура спекания, °С Прочность на сжатие, МПа 1 2 3 4 9:0,5 9:0,5 710 64,7 10:0,5 720 62,3 11:0,5 735 58,4 9:1* 8:0,5 670 85,3 9:0,5 675 88,3 10:0,5* 680* 90,5 11:0,5 695 91,8 12:0,5 710 92,3 * – оптимальный вариант

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 повышается температура термообработки 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.

Сопоставительный анализ технологических операций и показателей качества предлагаемого и известного способов показал, что в предлагаемом способе при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых отходов КМА и колеманита при массовом соотношении 9:1 снижается температура спекания до 680°С, а прочность стеклокремнезита и морозостойкость возрастают соответственно до 90,5 МПа и 100 циклов замораживания - оттаивания. При этом оптимальное соотношение гранул цветного тарного стекла и колеманита 10:0,5 снижает температуру спекания верхнего слоя по сравнению с известным способом за счет разработанного способа получения стеклокремнезита на 95-100°С.

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

Пример.

В качестве исходных данных были взяты:

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.

Отходы КМА рассевали на виброситах и смешивали с колеманитом при соотношении 0,9:0,1 кг 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 0,1:0,05кг соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 10% объема нижнего слоя.

Спекание производили в муфельной печи при 680°С. 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°С до –20°С 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. Технический результат изобретения заключается в повышении качества конечного продукта и снижении энергозатрат за счет спекания при более низкой температуре. Способ получения стеклокремнезита включает рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, в качестве которого используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита при соотношения 9:1 соответственно. Проводят помол, укладку в формы верхнего слоя, в качестве которого используют смесь гранул цветного тарного стекла с колеманитом 10:0,5. Затем осуществляется спекание, отжиг, обрезку контроль качества.

Изобретение относится к области производства стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в производстве строительных материалов и в строительстве. Способ включает рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества. При этом в качестве материала нижнего слоя используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА) и колеманита при массовом соотношении 9:1 соответственно. В качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя используют смесь гранул цветного тарного стекла и колеманита при соотношении 10:0,5. Укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части от объема нижнего слоя. Спекание производят при температуре 680°С. Техническим результатом является снижение энергоемкости и повышение качества конечного продукта. 2 табл., 1 пр.

Способ получения стеклокремнезита, 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 материала нижнего слоя используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА) и колеманита при массовом соотношении 9:1 соответственно, в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул цветного тарного стекла и колеманита при соотношении 10:0,5, укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части от объема нижнего слоя, а спекание производят при температуре 680°С.