Способ получения активного глинозема -al2o3 и жаростойкое вяжущее на его основе

 

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при изготовлении жаростойких вяжущих веществ. Технический результат - ускорение твердения вяжущего, повышение прочности. В способе получения активного глинозема η-Al₂O₃ путем обжига гидроокиси алюминия - Al(OH)₃ - при температуре частичной дегидратации обжиг ведут при температуре 600-800°С при регламентированной скорости нагрева 200-250°С/час, а обжигаемое вещество охлаждают сразу после достижения максимальной температуры. Жаростойкое вяжущее содержит частично дегидратированную гидроокись алюминия и алюминаты кальция, причем указанная гидроокись алюминия содержит η-Al₂O₃, а в качестве алюминатов кальция взят высокоглиноземистый цемент в следующих соотношениях, мас.%: указанная частично дегидратированная гидроокись алюминия 40-80; высокоглиноземистый цемент 20-60. Содержание η-Al₂O₃ в указанной гидроокиси алюминия составляет 30-50% по массе. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при изготовлении жаростойких вяжущих веществ.

Известна окись алюминия Аl₂O₃, называемая глиноземом, а также известен гидрат глинозема или гидрат окиси алюминия, называемый еще гидроокисью алюминия Аl(ОН)₃ [1]. Известно использование этих веществ в натуральном или модифицированном виде в качестве компонентов жаростойкого вяжущего [2-4].

Известен способ получения активного глинозема η-Al₂O₃ путем сушки гидроокиси алюминия - Al(OH)₃ - до температуры 60-162°С при скорости нагрева 300-3000°С/час, выдержки при этой температуре в течение 0,05-2,0 ч и обжига при температуре частичной дегидратации (350-750°С) в течение 2-10 ч. Этот способ раскрыт в источнике [2] и он может быть принят в качестве наиболее близкого аналога - прототипа - предлагаемого способа.

Недостаток прототипа в следующем: он предусматривает двухстадийную термическую обработку при разных диапазонах температур, ускоренный нагрев (300-3000°С/час) и длительную выдержку при максимальной температуре (до 10 ч); все это не только усложняет процесс, но и усиливает дегидратацию, что негативно отражается на качестве получаемого продукта, в котором образуется не только глинозем η-Аl₂О₃, но и другие его модификации.

Известно жаростойкое вяжущее, содержащее алюминаты кальция в виде глиноземистого цемента и безводный, полностью дегидратированный ("намертво обожженный"), глинозем (Аl₂О₃) [3].

Недостаток этого вяжущего - низкая прочность, что даже вынуждает в жаростойкое вяжущее вводить дополнительно такой заведомый плавень, снижающий огнеупорность бетона, как фосфорнокислый кальций.

Известно жаростойкое вяжущее, также содержащее алюминаты кальция в виде глиноземистого цемента и необожженную гидроокись алюминия - Аl(ОН)₃ [4].

Недостаток этого аналога - медленное твердение вяжущего (отпускную прочность оно набирает только к 28-суточному возрасту).

Известно жаростойкое вяжущее (прототип), содержащее алюминаты кальция (глиноземистый цемент) и частично дегидратированную гидроокись алюминия (активный γ-глинозем) [3]. Это вяжущее характеризуется более быстрым твердением (30 МПа в 7-суточном возрасте и 42 МПа после 8 часов автоклавирования); однако, его недостатком является сравнительно низкая прочность.

Сущность изобретения.

Задачей предложенного способа является гарантированное получение активного η-глинозема (η-Al₂O₃), обеспечивающего повышение прочности жаростойкого вяжущего.

В способе получения активного глинозема η-Al₂O₃ путем обжига гидроокиси алюминия - Al(OH)₃ - при температуре частичной дегидратации обжиг ведут при температуре 600-800°С при регламентированной скорости нагрева 200-250°С/час, а обжигаемое вещество охлаждают сразу после достижения максимальной температуры (без изтермической выдержки).

При более быстром подъеме температуры количество образующегося активного η-глинозема уменьшается из-за недожога, т.е. неполного разложения гидроокиси алюминия, что приводит к снижению прочности отвердевшего вяжущего.

При более медленном подъеме температуры количество образующегося активного η-глинозема также уменьшается, но уже из-за пережога, т.е. из-за превращения гидроокиси в менее активный γ-глинозем, а при некоторых условиях в еще менее активный α-глинозем.

Технический результат способа: образование более активного η-глинозема, обеспечивающего повышение прочности вяжущего.

Задачей данного изобретения в отношении вяжущего является устранение недостатков аналогов и прототипа: ускорение твердения и повышение прочности.

Жаростойкое вяжущее содержит частично дегидратированную гидроокись алюминия и алюминаты кальция, причем указанная гидроокись алюминия содержит η-Al₂O₃, а в качестве алюминатов кальция взят высокоглиноземистый цемент в следующих соотношениях, мас.%: указанная частично дегидратированная гидроокись алюминия 40-80; высокоглиноземистый цемент 20-60.

Факультативным признаком предложенного вяжущего является то, что содержание η-Al₂O₃ в указанной гидроокиси алюминия составляет 30-50% по массе.

Технический результат: ускорение твердения вяжущего, повышение прочности.

Характеристики указанных модификаций глинозема:

- глинозем γ-Аl₂О₃ имеет тетрагональную сингонию. Кристаллическая система псевдокубическая, а_o = 7,96 А, с_o = 7,92 А, плотность 3,29-3,42 г/см³, N_g=1,695. Эта модификация глинозема обладает дефектной шпинелевидной структурой, в которой атомы алюминия заполняют не все положения катионов шпинели. Сложение γ-Аl₂О₃ микропористое, при нагревании он, через промежуточную модификацию, переходит в α-Аl₂O₃ (корунд).

- глинозем η-Аl₂O₃ имеет кубическую сингонию, отличается от γ-Аl₂О₃ различной степенью упорядоченности структуры. Образуется в результате нагревания байерита (диморфной модификации гиббсита). Рентгенограммы γ и η-Al₂O₃ сходны между собой, но для модификации η-Аl₂О₃ характерна линия d₄₀₀=1,980 [5].

Результаты экспериментальной проверки вяжущего для жаростойкого бетона представлены в табл.1-3, в которых приведены свойства предложенного сочетания компонентов, при разном их количественном соотношении, а также свойства аналогов и прототипа.

Из таблицы 1 видно, что предложенное вещество характеризуется высокой прочностью и быстрым ее набором (42-84 МПа через 7 суток воздушного твердения); таблица 2 показывает влияние содержания η-Al₂O₃, а таблица 3 свидетельствует, что аналоги и прототип характеризуются меньшей прочностью и медленным твердением.

Источники информации

1. Глинка Н.Л. Общая химия. М.-Л.: Химия, 1964, с.605.

2. Авт. свид. СССР №1077209, кл. С 01 F 7/02, 1999 (прототип по п.1 формулы изобретения).

3. Авт.свид. СССР №315697, кл. С 04 В 7/32, 1971 (прототип по п.2 формулы изобретения).

4. Авт.свид. СССР №6477957, кл. С 04 В 7/32, 1976.

5. Авт.свид. СССР №482411, кл. С 04 В 7/32, 1975.

6. Карклит А.К., Тихонова Л.А. Огнеупоры из высокоглиноземистого сырья.

Формула изобретения

1. Способ получения активного глинозема η-Al₂O₃ путем обжига гидроокиси алюминия - Al(OH)₃ - при температуре частичной дегидратации, отличающийся тем, что обжиг ведут при температуре 600-800°С при регламентированной скорости нагрева 200-250°С/ч, причем обжигаемое вещество охлаждают сразу после достижения максимальной температуры.

2. Жаростойкое вяжущее, содержащее частично дегидратированную гидроокись алюминия и алюминаты кальция, отличающееся тем, что частично дегидратированная гидроокись алюминия содержит η-Al₂O₃, а в качестве алюминатов кальция взят высокоглиноземистый цемент, причем указанные компоненты взяты в следующих соотношениях, мас.%:

Указанная частично дегидратированная

гидроокись алюминия 40-80

Высокоглиноземистый цемент 20-60

3. Жаростойкое вяжущее по п.2, отличающееся тем, что содержание η-Al₂O₃ в частично дегидратированной гидроокиси алюминия составляет 30-50% по массе.