Спосіб одержання пористих скломатеріалів

1. Спосіб одержання пористих скломатеріалів, що включає плавлення у відновному середовищі шихти, що містить сировину, яка включає SiO 2 , Fe 2 O3, АІ 2 Оз, CaO, MgO, і в яку перед плавленням уведений вуглець, а співвідношення SiO 2 /CaO доведено до визначеного значення, наступний відлив металевої частини розплаву у виливниці та охолодження силікатної частини розплаву в режимі термоудару шляхом відливу у воду, який відрізняється тим, що як сировину використовують відходи видобутку і переробки рудної марганцевої сировини з наступним вмістом компонентів, мас.%: МпО 26-45 SiO 2 11-25 Г-Є2О3 1,3-2,7 АІ2О3 1,5-4,1 CaO 3,8-14,0 MgO 1,2-3,5 Р 0,16-0,25 Корисна модель відноситься до виробництва пористих скломатеріалів, використовуваних у будіндустрії. Пористі скломатеріали звичайно одержують з мартенівських, доменних або сталеплавильних шлаків, а також шлаків цинкового виробництва. З [патенту РФ № 2114797] відомий спосіб одержання пористих скломатеріалів з насипною щільністю 100-300кг/м 3 зі шлаків металургійного виробництва шляхом плавлення у відновному середовищі шихти, що включає МпО, SiO 2 , Г-егОз, АІ 2 Оз, CaO, MgO, SO 3 , Na 2 O, K 2 O, TiO 2 , у якій перед плавленням вміст вуглецю доведений до 38мас.%. Силікатну частину розплаву охолоджують у режимі термоудару у водному розчині солей цинку з концентрацією 0,2-0,5г/л. У [патенті РФ №2192397] описаний спосіб S 0,04-0,2 впп (втрати при прожарюванні) решта при цьому вуглець вводять у шихту в кількості 1015мас.%, а співвідношення SiO 2 /CaO у шихті доводять до 1,1-1,6. 2. Спосіб за п . 1 , який відрізняється тим, що як сировину використовують відходи видобутку і переробки марганцевих оксидно-карбонатних і карбонатних промислових руд фракцій 0-10мм. 3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що розігрів шихтових матеріалів здійснюють зі швидкістю 15°С/хв до досягнення температури розплаву 1590-1630°С із здійсненням у процесі плавлення методів твердофазного (МеО)- С - [Ма]- СО і непрямого (МеО) + С -> [Ma] + СО 2 відновлення. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що силікатну частину розплаву відливають у воду з концентрацією мідного купоросу (CuSO4nH 2 O) 0,2-0,5г/літр для зв'язування сірководню (H 2 S) у нерозчинні хімічні сполуки і усунення т и м самим неприємного запаху. 5. Спосіб за будь-яким з пп.1-4, який відрізняється тим, що після охолодження в режимі термоудару із силікатної частини розплаву одержують матеріал з коефіцієнтом теплопровідності 0,03-0, ОбВт/мК і насипною щільністю 50150кг/м 3 . 00 одержання пористих скломатеріалів зі шлаків цинкового виробництва шляхом плавлення у відновному середовищі шихти, що включає МпО, SiO 2 , Fe 2 O 3 , AI2O3, CaO, MgO, ZnO, SO 3 , Na 2 O, K 2 O, TiO 2 , у якій перед плавленням вміст вуглецю доведений до Змас.%, а співвідношення SiO 2 /CaO - до 0,9. Силікатну частину розплаву охолоджують у режимі термоудару відливом у воду. У [патенті РФ №2211811] розкритий спосіб одержання пористих скломатеріалів з насипною щільністю 30-100кг/м 3 з нерудної сировини, який включає плавлення у відновному середовищі шихти, що включає SiO 2 , Fe 2 O 3 , АІ 2 Оз, CaO, MgO, SO 3 , Na 2 O, K 2 O, у якій перед плавленням вміст вуглецю доведений до 1 мас.%, а співвідношення SiO 2 /CaO - до 0,7-1,0, і наступний відлив металевої частини розплаву у виливниці та охолодження силікатної О) о> 9481 частини розплаву в режимі термоудару шляхом відливу у воду. У [патенті РФ №2132306] описаний спосіб одержання пористих скломатеріалів з насипною щільністю 45-100кг/м3. Як сировину використовують мартенівські шлаки, що мають наступний склад, мас.%: МпО 5-Ю, SiO2 20-25, Fe 2 O 3 3-5, АІ2О3 2-8, CaO 25-40, MgO 5-Ю, SO 3 0,05-0,09, Na2O 0,3-0,5, K2O 0,15-0,5, ТЮ 2 0,2-0,5, FeO 12-18, P2O5 0,3-0,7. Перед плавленням вміст вуглецю в шихті доводять до Змас.%, а співвідношення SiO2/CaO - до 1-2. Плавлення здійснюють у відновному середовищі. Металеву частину розплаву відливають у виливниці, а силікатну частину охолоджують у режимі термоудару відливом у воДУДо недоліків цього способу, як і інших описаних вище способів, варто віднести зв'язану з великими енерговитратами двоступінчасту переробку сировини: спочатку енергія витрачається на одержання з руди металу і шлаку, що йде у відходи, а потім енергія витрачається на одержання зі шлаку скломатеріалу і попутного металу. Крім того, при одержанні попутного металу зі шлаку важко скоригувати хімічний склад металу. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб одержання пористих скломатеріалів не зі шлаків, а з рудних промислових матеріалів або відходів видобутку і переробки рудних матеріалів з метою розширення сировинної бази будівельної індустрії. Ще однією задачею є розробка способу, що забезпечує коректування одержуваного попутного металу за хімічним складом. У способі одержання пористих скломатеріалів, який включає плавлення у відновному середовищі шихти, що містить сировину, яка включає SiO2, Fe2O3, АІ2Оз, CaO, MgO, і в яку перед плавленням уведений вуглець, а співвідношення SiO2/CaO доведено до визначеного значення, і наступний відлив металевої частини розплаву у виливниці та охолодження силікатної частини розплаву в режимі термоудару шляхом відливу у воду, відповідно до корисної моделі поставлену задачу вирішують тим, що як сировину використовують відходи видобутку і переробки рудної марганцевої сировини з наступним вмістом компонентів, мас.% МпО 26-45 11-25 SiO2 1,3-2,7 Fe 2 O 3 1,5-4,1 АІ 2 О 3 CaO 3,8-14,0 MgO 1,2-3,5 Р 0,16-0,25 0,04-0,2, S впп (втрати при прожарюванні) решта при цьому вуглець вводять у шихту в кількості 10-15мас.%, а масове співвідношення SiO2/CaO у шихті доводять до 1,1-1,6. Вміст вуглецю менше 10мас.% не забезпечує достатнього коефіцієнта видобування металу. Вуглець у кількості більш ніж 15мас.% вже не впливає на відновлення металу, є зайвим і забруднює пористий скломатеріал. Якщо співвідношення SiO2/CaO у шихті менше 1,1 і більше 1,6, в'язкість силікатного розплаву є висо кою, що утруднює його видобування з плавильного агрегату без додаткових енерговитрат. Як сировину краще використовувати відходи видобутку і переробки марганцевих оксиднокарбонатних і карбонатних промислових руд фракцій 0-10мм. Як правило, ці руди не знаходять іншого застосування і лежать у відвалах. Розігрів шихтових матеріалів краще здійснювати зі швидкістю 15°С/хв до досягнення температури розплаву 1590-1630°С. Така швидкість розігріву шихтових матеріалів обумовлена оптимальною швидкістю процесу твердофазного відновлення оксидів Fe і Мп до утворення їх у губчатій формі за реакцією (МеО)- С - [Ма]- СО та їхнього плавлення, а в інтервалі температур 15901630°С відбувається хороший поділ металевої і силікатної частин розплаву, забезпечується утворення необхідної кількості карбідів кремнію і кальцію, які забезпечують спінення силікатної частини розплаву при його контакті з водою. При наявності надлишкового вмісту газу СО у робочому об'ємі плавильного агрегату і при спіненні силікатної частини розплаву цей газ забезпечує більш глибоке відновлення (непряме) оксидів перехідних металів, а спінення - розвинуту поверхню контакту розплаву з газовою фазою (МеО) + С -> [Ма] + СО2 . У процесі відновного плавлення відбувається відновлення сірки (S), а при її контакті з водою утворюється сірководень (H2S), що має неприємний запах. Тому бажано силікатну частину розплаву відливати у воду з концентрацією мідного купоросу (C11SO4 n Н2О) 0,2-0,5 г/літр для зв'язування сірководню в нерозчинні хімічні сполуки і видалення таким чином неприємного запаху з пористого скломатеріалу. Карбіди кремнію і кальцію, що утворилися в процесі відновного плавлення, при взаємодії з водою утворюють велику кількість газів, які і формують пористість скломатеріалу, що забезпечує його одержання з коефіцієнтом теплопровідності 0,03-0,06Вт/мК і насипною щільністю 50-150кг/м3. Приклади здійснення корисної моделі. У таблиці наведені три склади сировини, у ролі якої використовували відходи видобутку і переробки марганцевих оксидно-карбонатних і карбонатних промислових руд фракцій 0-10мм. Таблиця МпО SiO2 Fe 2 O 3 А12Оз CaO MqO Р s *ВПП Склад 1 38,7 11,0 2,0 2,5 8,5 2,5 0,16 0,04 34,6 Склад 2 30,0 24,0 1,7 2,0 14,0 3,5 0,25 0,08 24,47 Склад 3 40,0 21,0 2,0 2,5 12,0 3,0 0,2 0,1 21,7 *впп - втрати при прожарюванні (речовини, що звітрюються при нагріванні - EfeO, CO, COr, органічні й інші легколеткі речовини) 9481 Приклад 1 У шихті, яка включає сировину, що має склад 1, вміст вуглецю довели до 12мас.% додаванням відповідної кількості коксу, а співвідношення SiO2./CaO - до 1,1 додаванням піску і вапна. Шихту нагрівали в плавильному агрегаті з вуглецевою футеровкою зі швидкістю 15°С/хв до досягнення температури розплаву 1610°С. Через три години після початку розігріву силікатну частину розплаву відлили у воду з концентрацією мідного купоросу 0,Зг/літр. При цьому відбулося миттєве спінення маси. Металеву частину розплаву вилили в чавунні виливниці. Отриманий пористий скломатеріал мав усереднений коефіцієнт теплопровідності 0,04Вт/мК і насипну щільність 70кг/м3. Металева частина відповідала ДСТУ 3547-97 Феромарганець високовуглецевий (ФМп78). Приклад 2 Відрізняється від прикладу 1 тим, що використовували сировину зі складом 2, вміст вуглецю довели до 10мас.% додаванням відповідної кількості коксу, а співвідношення SiOi/CaO - до 1,2 додаванням піску і вапна, температура розплаву була 1600°С. Отриманий пористий скломатеріал мав усереднений коефіцієнт теплопровідності 0,046Вт/мК і насипну щільність 50кг/м3. Металева частина відповідала ДСТУ 3547-97 Феромарганець високовуглецевий (ФМп78). Приклад З Відрізняється від прикладу 1 тим, що використовували сировину зі складом 3, вміст вуглецю довели до 15мас.% додаванням відповідної кількості коксового дрібняку, а співвідношення ЭЮг/СаО - до 1,3 додаванням піску і вапна, температура розплаву була 1630°. Отриманий пористий скломатеріал мав коефіцієнт теплопровідності 0,055Вт/мК і насипну щільність 75кг/м3. Металева частина відповідала ДСТУ 3547-97 Феромарганець високовуглецевий (ФМп78). Приклад 4 У шихті, що включала сировину зі складом 1, вміст вуглецю довели до 15мас.% додаванням відповідної кількості коксу, а співвідношення Комп'ютерна верстка Н. Лисенко БіОг/СаО - до 1,5 додаванням піску і вапна. Шихту нагрівали в плавильному агрегаті з вуглецевою футеровкою зі швидкістю 15°С/хв до досягнення температури розплаву 1620°С. Через три години після початку розігріву силікатну частину розплаву відлили у воду з концентрацією мідного купоросу 0,Зг/літр. При цьому відбулося миттєве спінення маси. Металеву частину розплаву вилили у чавунні виливниці. Отриманий пористий скломатеріал мав коефіцієнт теплопровідності 0,037Вт/мК і насипну щільність 80кг/м3. Металева частина відповідала ДСТУ 3547-97 Феросилікомарганець (МпС17Р35). Приклад 5 Відрізняється від прикладу 4 тим, що використовували сировину зі складом 3, вміст вуглецю довели до 10мас.% додаванням відповідної кількості антрациту, а співвідношення віОг/СаО - до 1,6 додаванням піску і вапна, температура розплаву була 1590°С. Отриманий пористий скломатеріал мав коефіцієнт теплопровідності 0,06Вт/мК і насипну щільність 150кг/м3. Металева частина відповідала ДСТУ 3547-97 Феросилікомарганець (МпС17Р35). Приклад 6 Відрізняється від прикладу 4 тим, що використовували сировину зі складом 3, вміст вуглецю довели до 15мас.%, а співвідношення SiO2/CaO до 1,6 додаванням піску і вапна, температура розплаву була 1630°С. Отриманий пористий скломатеріал мав коефіцієнт теплопровідності 0,03Вт/мК і насипну щільність 50кг/м3. Металева частина відповідала ДСТУ 3547-97 Феросилікомарганець (МпС17Р35). Корисну модель можна ефективно використовувати для одержання будівельних матеріалів різного призначення (цегли, блоків, піногазобетонів, теплозвукоізоляційних матеріалів, керамік), фільтрувальних і хімічно стійких матеріалів. Одержуваний попутний метал з регульованим складом може знайти застосування для розкислення сталі в металургії. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової' власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601