Сировинна суміш для виготовлення пористих склокристалічних матеріалів

Реферат: Винахід належить до будівельної галузі, зокрема до сировинної суміші для виготовлення пористих склокристалічних матеріалів, яка може бути використана для одержання конструкційно-теплоізоляційного та звукоізоляційного матеріалу. Сировинна суміш місить, мас.%: розмелений склобій 80-90, гранульований доменний шлак 10-20. Технічний результат: висока міцність, рівномірна дрібнопориста структура. UA 103429 C2 (12) UA 103429 C2 UA 103429 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до будівельної галузі, зокрема, до сировинної суміші для виготовлення пористих склокристалічних матеріалів, яка може бути використана для отримання конструкційно-теплоізоляційного та звукоізоляційного матеріалу. Відома сировинна суміш для отримання піношлакостекол на основі звареного при температурах 1450-1550 °C склогранулята з використанням доменних шлаків Нижньотагільського і Новотульского металургійних заводів [Сентюрин Г.Г., Егорова Л.Г., Ришина В.А. К вопросу получения пеностекол с малым объемным весом // Всесоюз. совещ. "Использование недефицитных материалов в стекольном производстве": Сборник материалов М., 1971. - С. 98-103]. Недоліком відомої суміші є висока температура варки стекол з наступною грануляцією та 2 низька міцність отриманих піношлакостекол на стиск (15-40 кгс/см ). Відома також сировинна суміш, яка включає гранульований доменний шлак 5-30 %, шлак ТЕС 52-89 %, глину (з числом пластичності 17) 5-15 % та кокс 1-3 % [А.с. 1625846. МПК С04В18/04. Сырьевая смесь для получения легкого заполнителя / Пыльник Э.В., Оруджев Ф.М., Мамедов Г.Н. - № 4604417; заявл. 09.11. 88 опубл. 07.02.91]. Отриманий легкий заповнювач характеризується відносно великою міцністю на стиск (56-72 2 кгс/см ), проте його отримання передбачає використання високих температур (1080-1120 °C). Найбільш близьким до запропонованого винаходу за технічною сутністю та результату, що досягається, є склад сировинної суміші, що містить розмелене скло, карбонатний піноутворювач та висококремнеземисту глину із вмістом оксиду силіцію 72-82 % при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: карбонатний піноутворювач - 1,5-2,0; висококремнеземиста глина 4,5-6,0; мелене скло - залишок. [Пат. Российской Федерации 2149146, МПК С03С11/00. Шихта для получения пеностекла / В.И. Наумов, Е.С. Ахлестин, В.В. Гимик, Е.П. Головин, В.П. Сучков - № 98123286/03; заявл. 21.12.98; опубл. 20.05.00.] (прототип). Недоліками прототипу є: - використання як піноутворювача карбонату кальцію з високою температурою декарбонізації (850 °C), що сприяє утворенню залишкових включень крейди (вапняку) в матеріалі, призводе до нерівномірної пористості виробів та знижує їх міцність; - низька міцність на стиск. Задачею винаходу є розробка складів сировинної суміші з використанням дешевої та недефіцитної сировини для виготовлення склокристалічних матеріалів з високими фізикомеханічними показниками, зокрема, високою міцністю, що досягається шляхом одержання рівномірної дрібнопористої структури та утворення у випаленому матеріалі кристалічних фаз (воластаніту, ранкініту та двокальцієвого дисилікату натрію). Поставлена задача вирішується тим, що відома сировинна суміш, що включає розмелений бій скла та пороутворювач, відповідно до винаходу, як пороутворювач вона містить гранульований доменний шлак, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: розмелений склобій 80,0-90,0; доменний шлак 10,0-20,0. Як сировинні матеріали використовуються склобій та гранульований доменний шлак, що є відходом металургійної галузі (склад якого наведено в таблиці 1) розмелені до повного проходу крізь сито № 01. Присутність в суміші доменного шлаку сприяє спіненню матеріалу при температурах до 825-900 °C за рахунок проходження процесів дегідратації і декарбонізації сполук, які утворюються під час взаємодії залишкового вільного вапна з водою в момент мокрої грануляції розплаву шлаку, а також з атмосферним повітрям в період перебування вже твердих шлакових відходів у відвалах [Вивчення металургійного шлаку з метою застосування у виробництві керамічних пігментів О.В. Зайчук, Я.І. Білий, О.В. Шовкопляс, В.С. Мамешин, Теория и практика металлургии. - 2011, № 5-6, с. 55-58]. До того ж наявність доменного шлаку призводить до об'ємної кристалізації матеріалу з утворенням таких кристалічних фаз як воластаніт, ранкініт та двокальцієвий дисилікат натрію, що підвищує його міцність на стиск. 50 Таблиця 1 Хімічний склад доменного шлаку, мас. % SiO2 37,20 Аl2О3 6,92 СаО 44,52 MgO 4,75 Найменування компонентів FeO Fe2O3 Na2O+K2O ТiО2 0,47 0,27 0,80 0,21 SO3 1,56 В.п.п. 3,30 Сума 100 У запропонованому винаході цілеспрямовано вирішується питання синтезу кристалічних фаз на основі системи Al2O3-SiO2-Na2O (СаО), що сприяє підвищенню міцності пористого 1 UA 103429 C2 5 10 15 20 25 30 матеріалу. При цьому наявність у шихті різних додаткових оксидів, крім СаО, Na 2O, Al2O3 і SiO2, що вносяться із доменним шлаком та боєм скла, збільшує вірогідність одночасної кристалізації двох і більше кристалічних фаз в системі, що розглядається. А це призводить до гальмування зростання розмірів кристалів кожного із з'єднань і внаслідок цього - до формування дрібнокристалічної структури в матеріалі [Физическая химия силикатов. Под ред. А.А. Пащенко. - М.: Высшая школа, 1986, с. 285]. Такий підхід до отримання складів піноскла дозволив підвищити показники його міцності. Піностекла, які не піддаються спрямованій кристалізації, характеризуються скловидною структурою міжпорових перегородок [Демидович, Б.К. Пеностекло [Текст]/ Б.К. Демидович. - Минск, 1975. - 248 с]. Скловидний стан, як відомо, є метастабільним та за відповідних термодинамічних умов може привести до нерегульованої спонтанної кристалізації і зародження великих за розміром кристалів [Павлушкин Н.М., Основы технологии ситаллов [Текст]/ Н.М. Павлушкин. М, 1979. - 360 с]. Такі кристали здатні зруйнувати цілісність міжпорових перегородок піноскла, внаслідок чого воно може втратити свої первинні властивості (міцність на стиск, водопоглинення та теплопровідність). Розроблену суміш готують змішуванням до однорідного стану розмелених до проходу крізь сито № 01 бою віконного скла з пороутворювачем. Після чого її завантажують у металеві форми і нагрівають у печі до температури початку процесу газоутворення (825-900 °C) та витримують до закінчення утворення пор. Отриманий таким чином пористий матеріал направляють на відпал. Оптимальна температура спінювання залежить від бажаних параметрів пористого склокристалічного матеріалу та кількості доменного шлаку у суміші. При температурах, нижче 825 °C, в'язкість розплаву є досить високою, внаслідок чого гази, що утворюються, не здатні інтенсивно спінити скломасу, а при температурах вище 900 °C в'язкість розплаву знижується, внаслідок чого відбувається коалесценція газових бульбашок за рахунок з'єднання між собою і безперешкодного їх видалення із скломаси. Властивості отриманих матеріалів визначають за відомими методиками [Демидович, Б.К. Пеностекло [Текст]/ Б.К. Демидович. - Минск, 1975. - 248 с; Производство теплоизоляционных материалов/ М.Ф. Сухарев, И.Л. Майзель, В.Г. Сандлер. - Москва: Высшая школа, 1981. - 231 с]. Для проведення випробувань були виготовлені зразки-кубики, визначена їх об'ємна вага, водопоглинення, міцність на стиск. Склади дослідних сумішей та результати випробувань наведені в таблиці 2. Слід зазначити, що при зростанні кількості доменного шлаку до 25 % спостерігається зниження ступеня спінення матеріалу та підвищення температури випалу до 900 °C. Таблиця 2 Склади сумішей та властивості отриманих пористих матеріалів Компоненти Розмелений склобій Доменний гранульований шлак Карбонатний піноутворювач (вапняк) Глина висококремнеземиста Властивості 3 Об'ємна вага кг/м Міцність на стиск, 2 кгс/см 1 90,0 Відношення компонентів, в мас.% 2 3 85,0 80,0 Прототип 93,5 10 15 20 2,0 4,5 Показники властивостей 320 300 350 60 48 45 210 25 35 40 За результатами аналізу властивостей отриманих пористих матеріалів встановлено, що 2 2 вони на відміну від прототипу (25 кгс/см ) мають більшу міцність на стиск (60 кгс/см ) за рахунок одержання рівномірної дрібнопористої (діаметр пор 0,2-2 мм) структури та утворення кристалічних фаз (воластаніту, ранкініту та двокальцієвого дисилікату натрію) у випаленому матеріалі. Таким чином, запропоновані склади сумішей забезпечують можливість отримання із недефіцитної дешевої сировини міцних та легких матеріалів для виготовлення закладних теплота звукоізоляційних виробів для будівельної та інших галузей. 2 UA 103429 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 Сировинна суміш для виготовлення пористих склокристалічних матеріалів, що включає розмелене скло та пороутворювач, яка відрізняється тим, що як пороутворювач вона містить гранульований доменний шлак при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: розмелений склобій 80-90 гранульований доменний шлак 10-20. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3