СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЛАНЦЕВ Российский патент 2023 года по МПК C03B19/06 C03C10/04 

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

Известен 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 предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности», Патент РФ 2580855, включающий рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества. В качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь отходов горнодобывающей промышленности с жидким стеклом при массовом соотношении 3:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 10:1 соответственно с последующей термической обработкой при 795°С. Рассев отходов горнодобывающей промышленности осуществляется до 0,5-2,5 мм, а тарных стекол - до 2,0-5,0 мм.

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость за счет высокой температуры термической обработки и относительно низкое качество конечного продукта.

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

Технический результат достигается тем, что способ получения стеклокремнезита на основе кристаллических сланцев 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, содержащую тонкодисперсные кристаллические сланцы, колеманит, силикат натрия растворимый при массовом соотношении 5:1:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул цветного тарного стекла и силикат натрия растворимого при соотношении (11-12):1.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь, содержащую тонкодисперсные кристаллические сланцы, колеманит, силикат натрия растворимый при массовом соотношении 5:1:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул цветного тарного стекла и силикат натрия растворимого при соотношении (11-12):1.

В предлагаемом способе при оптимальном соотношении тонкодисперсных кристаллических сланцев, колеманита и силикат натрия растворимого по сравнению с прототипом существенно снижается температура спекания за счет образования при 500°С кальций-боратного стекла при дегидратации колеманита, что позволяет спекать стеклокремнезит при 710°С.

В процессе спекания оксиды железа и кремния, содержащиеся в кристаллических сланцах, образуют при спекании гиперстен состава FeSiO₃. Гиперстен обладает высокими прочностными характеристиками и существенно упрочняет структуру стеклокремензита, что повышает качество конечного продукта, в частности прочность при сжатии.

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

Таблица 1
Сопоставительный анализ технологических операций и свойств предлагаемого и известного способов Технологические операции и свойства Единица измерений Известный способ,
Патент РФ 2580855 Предлагаемый способ Прочность на сжатие МПа 65,5 97,0 Морозостойкость циклы 75 100 Температура спекания °С 795 710 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 тонкодисперсных кристаллических сланцев, колеманита и силиката натрия растворимого при соотношении 5:1:1

Укладка в формы нижнего слоя

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

Смешение гранул цветного тарного стекла с жидким стеклом

(11-12):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 кристаллических сланцев, колеманита и силикат натрия растворимого п/п Соотношение боя цветного тарного стекла и силиката натрия растворимого Температура обжига, С Морозостойкость 5:1:2 1 13:1 715 70 2 12:1 710 76 3 11:1 710 81 4 10:1 715 79 5 9:1 720 77 5:1:1* 6 13:1 715 89 7* 12:1* 710* 96* 8* 11:1* 710* 100* 9 10:1 715 93 10 9:1 720 86 5:2:1 11 13:1 715 84 12 12:1 710 87 13 11:1 710 90 14 10:1 715 87 15 9:1 720 80

Сопоставительный анализ технологических операций и показателей качества предлагаемого и известного способов показал, что в новом способе при оптимальном соотношении кристаллических сланцев, колеманита и силиката натрия растворимого при массовом соотношении 5:1:1 снижается температура спекания до 710°С, а прочность стеклокремнезита и морозостойкость возрастают соответственно до 95,6 МПа и 100 циклов замораживания - оттаивания. При этом оптимальное соотношение гранул цветного тарного стекла и силикат натрия растворимого (11-12):1 снижает температуру спекания верхнего слоя по сравнению с известным способом за счет замены жидкого стекла на силикат натрия растворимый на 85-90°С.

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

Пример

В качестве техногенных отходов промышленности применялись: колеманит (Анкара, 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»); кристаллические сланцы следующего химического состава (масс. % ): SiO₂-52,92; Al₂O₃ -9,02 ; TiO₂ -1,48 ;FeO -5,01 ;Fe₂O₃-4,99; CaO -6,08 ; MgO- 2,72 ; Na₂O - 0,28 ; K₂O 2,50 ;П.П.П.-15,00; тонкоизмельченные кристаллические сланцы смешивали с колеманитом и силикатом натрия растворимым ( ГОСТ Р 50418-92 Силикат натрия растворимый. Технические условия) при соотношении 5:1:1 соответственно. Смесь укладывали в формы.

В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой зеленого 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 силикатом натрия растворимым при соотношении 11:1 соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 10% объема нижнего слоя.

Спекание производили в муфельной печи при 710°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 на основе техногенных отходов промышленности для использования в строительстве. Способ получения стеклокремнезита на основе кристаллических сланцев включает рассев, смешение, укладку в формы материала нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества. Для материала нижнего слоя используют смесь, содержащую тонкодисперсные кристаллические сланцы, колеманит, силикат натрия растворимый при массовом соотношении 5:1:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул цветного тарного стекла и силиката натрия растворимого при массовом соотношении (11-12):1. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении энергоемкости производства и повышении свойств стеклокремнезита. 1 пр., 2 табл.

Способ получения стеклокремнезита на основе кристаллических сланцев, 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, содержащую тонкодисперсные кристаллические сланцы, колеманит, силикат натрия растворимый при массовом соотношении 5:1:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя – смесь гранул цветного тарного стекла и силиката натрия растворимого при соотношении (11-12):1.