СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Российский патент 2023 года по МПК C03B19/09 

Изобретение относится к стеклокремнезитам на основе техногенных отходов промышленности и может быть использовано в промышленности строительных материалов.

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

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. 7 с.], 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 прочности на сжатие и морозостойкости стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности.

Технический результат достигается тем, что стеклокремнезит на основе техногенных отходов промышленности включает нижний слой смеси и верхний слой смеси, причем в качестве материала нижнего слоя используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия, растворимого при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя используют смесь гранул цветного тарного стекла с колеманитом при массовом соотношении 8:1, который составляет 1/10 часть объёма нижнего слоя .

Отличительными признаками предлагаемого технического решения является:

- материал нижнего слоя состоит из смеси отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при массовом соотношении 3:1:1 соответственно;

- материал верхнего слоя состоит из смеси гранул цветного тарного стекла с колеманитом при массовом соотношении 8:1 и составляет 1/10 часть объёма нижнего слоя.

Характеристика компонентов

В качестве техногенных отходов промышленности были взяты:

- отходы обогащения железистых кварцитов КМА, химический состав (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;

- 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»);

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

- В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного стекла, химический состав (мас.%): 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 представляет сыпучий материал, не требующий дробления.

В предлагаемом изобретении при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита, боя тарного стекла и силиката натрия растворимого по сравнению с прототипом существенно повышается прочность на сжатие и морозостойкость стеклокремнезита.

Колеманит в своём составе имеет оксид бора, который образует боратное стекло уже при 500°С и интенсифицирует процесс уплотнения стеклокремнезита и повышает прочность конечного продукта и его морозостойкость.

Силикат натрия растворимый образует с компонентами отходов легкоплавкие эвтектики, что снижает температуру спекания.

Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого представлены в табл. №1.

Таблица 1

Качественные показатели полученного стеклокремнезита

Соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силикат натрия растворимого
(мас. частей) п/п Соотношение боя цветного тарного стекла и колеманита (мас. частей) Морозостойкость, циклы Прочность на сжатие 3:2:1 1 6:1 79 60,8 2 7:1 80 63,7 3 8:1 81 65,4 4 9:1 80 62,1 5 10:1 79 58,9 3:1:1* 6 6:1 89 82,6 7 7:1 90 87,3 8* 8:1 100 91,5 9 9:1 90 88,6 10 10:1 89 84,7 3:1:2 11 6:1 80 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

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

Проведенный сопоставительный анализ показателей качества оптимального состава, предлагаемого и известного стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, представлен в таблице 2.

Таблица 2

Сопоставительный показателей качества предлагаемого и известного составов стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности

Показатели качества стеклокремнезита. Единица измерений Известный состав
стеклокремнезита Предлагаемый состав
стеклокремнезита Прочность на сжатие МПа 65,5 91,5 Морозостойкость циклы 75 100

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

Пример (состав №8, табл.1)

Отходы обогащения железистых кварцитов КМА рассевали на виброситах (0,5-2,5 мм) и смешивали с колеманитом и силикатом натрия растворимым при соотношении 0,3 кг : 0,1 кг : 0,1 кг соответственно. Смесь укладывали вниз формы. В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного цветного стекла. После рассева на ситах гранулированное стекло (2,0-5,0 мм) смешивали в лопастном смесителе с силикатом натрия растворимым при соотношении 0,8 кг : 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 30×30×30 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.

Изобретение относится к стеклокремнезитам на основе техногенных отходов промышленности и может быть использовано в промышленности строительных материалов. Техническим результатом является повышение прочности на сжатие и морозостойкости стеклокремнезита. Заявлен стеклокремнезит на основе техногенных отходов промышленности, включающий нижний слой смеси, состоящий из смеси отходов и верхний слой из смеси стеклосодержащего материала. При этом в качестве нижнего слоя используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым при массовом соотношении 8:1. 2 табл.

Стеклокремнезит на основе техногенных отходов промышленности, включающий нижний слой смеси и верхний слой смеси, отличающийся тем, что в качестве нижнего слоя используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя используют смесь гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым при массовом соотношении 8:1, при этом верхний слой составляет 1/10 часть объема нижнего слоя.