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 промышленности строительных материалов и 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, опубл. 10.04.2016 Бюл. №10], 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.

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость, высокая температура термической обработки (спекания) и относительно низкое качество конечного продукта.

Изобретение направлено на снижение энергоемкости, снижение температуры термической обработки (спекания) и повышение качества конечного продукта.

Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности включает рассев, смешение компонентов нижнего слоя, смешение компонентов верхнего слоя, укладку в формы, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, при этом смешение компонентов нижнего слоя, состоящих из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого производят при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, смешение компонентов верхнего слоя, состоящих из гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым производят при массовом соотношении 8:1 соответственно, укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части объема нижнего слоя, а спекание производят при температуре 690°С.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются:

- смешение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при массовом соотношении 3:1:1;

- смешение гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым при массовом соотношении 8:1;

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

- спекание при температуре 690°С.

В предлагаемом способе получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, компоненты смеси, силикат натрия растворимый, образуют с компонентами отходов легкоплавкие эвтектики, что позволяет использовать более низкую температуру спекания.

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

Таблица 1

Сопоставительный анализ технологических операций предлагаемого и известного способов

Технологические операции и свойства Единица измерений Известный способ Предлагаемый способ 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 обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при соотношении 3:1:1

Укладка в формы нижнего слоя

Помол цветных тарных стекол (2,0-5,0 мм)

Смешение гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым 8:1

Укладка в формы верхнего слоя

Спекание, отжиг, обрезка

Контроль качества *ОГП – отходы горнодобывающей промышленности

Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов ванадиевого производства и силиката натрия растворимого 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, колеманита и силикат натрия растворимого
(мас. частей) п/п Соотношение боя цветного тарного стекла и колеманита (мас. частей) Температура спекания, °С Прочность на сжатие 3:2:1 1 6:1 708 60,8 2 7:1 716 63,7 3 8:1 720 65,4 4 9:1 726 62,1 5 10:1 731 58,9 3:1:1* 6 6:1 711 82,6 7 7:1 705 87,3 8* 8:1 690 91,5 9 9:1 708 88,6 10 10:1 716 84,7 3:1:2 11 6:1 719 63,9 12 7:1 722 66,1 13 8:1 728 68,4 14 9:1 732 65,7 15 10:1 735 62,4 * – оптимальный вариант

Таблица 3

Физико-механические показатели стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности

Показатели Размерность Прототип Предлагаемый способ
(оптимальный вариант) Прочность на сжатие МПа 65,5 91,5 Морозостойкость циклы 75 100 Температура спекания °С 795 690

Сопоставительный анализ показателей качества предлагаемого и известных способов получения стеклокремнезита показал, что в предлагаемом способе прочность стеклокремнезита и морозостойкость возрастают соответственно до 91,5 МПа и 100 циклов замораживания - оттаивания. При этом оптимальное соотношение отходов обогащения железистых отходов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого составляет 3:1:1, оптимальное соотношение гранул цветного тарного стекла и силикат натрия растворимого составляет 8:1.

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

В качестве техногенных отходов промышленности были взяты:

1) отходы обогащения железистых кварцитов КМА, химический состав (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.

2) Колеманит (colemanite standard; borocalcite colemanite, производства «Эти Маден Ишлетмелери Г.М.», Анкара, Джихан сок., 2, Сыххиею, Турция) следующего химического состава, мас. %: B₂O₃ – 40,0±1; CaO – 27,0±1; SiO₂ – 4,0–6,0; Fe₂O₃(max) – 0,08; Al₂O₃(max) – 0,4; MgO(max) – 3,0; Na₂O(max) – 0,35. Сертификат безопасности на продукцию № 77.99.26.8.У.4851.6.10 (ГОСТ 12.1.007-76 «ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности»).

3) Силиат натрия растворимый (по ГОСТ Р 50418-92 Силикат натрия растворимый. Технические условия)

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

Отходы обогащения железистых кварцитов КМА рассевали на виброситах и смешивали с колеманитом и силикатом натрия растворимым при соотношении 0,3:0,1:0,1 кг соответственно. Смесь укладывали вниз формы. В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного цветного стекла. После рассева на ситах гранулированное стекло смешивали в лопастном смесителе с силикатом натрия растворимым при соотношении 0,8:0,1 кг соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 1/10 объема нижнего слоя.

Затем производили спекание в муфельной печи при 690°С в течение 2 часов. 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 по ГОСТР 57349-2016, и она составила R_сж.=91,5 МПа

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 составила М_сред.=100 циклов

Способ получения стеклокремнезита включает рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, в качестве которого используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при соотношении 3:1:1 соответственно. Проводят помол, укладку в формы верхнего слоя, в качестве которого используют смесь гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым при массовом соотношении 8:1. Затем осуществляется спекание при 690°С, отжиг, обрезку контроль качества.

Изобретение относится к производству стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в промышленности строительных материалов и строительстве. Изобретение направлено на снижение энергоемкости, снижение температуры термической обработки (спекания) и повышение качества конечного продукта. Заявленный способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности включает рассев, смешение компонентов нижнего слоя, смешение компонентов верхнего слоя, укладку в формы, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества. При этом смешение компонентов нижнего слоя, состоящих из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого производят при массовом соотношении 3:1:1 соответственно. Смешение компонентов верхнего слоя, состоящих из гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым производят при массовом соотношении 8:1. 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 690°С. 3 табл.

Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, включающий рассев, смешение компонентов нижнего слоя, смешение компонентов верхнего слоя, укладку в формы, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, отличающийся тем, что смешение компонентов нижнего слоя, состоящих из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого производят при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, смешение компонентов верхнего слоя, состоящих из гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым производят при массовом соотношении 8:1 соответственно, 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 690°С.