Цветное шлаковое стекло

Изобретение относится к области создания цветных шлаковых стекол на основе отходов металлургической промышленности. Технический результат - получение сравнительно дешевого цветного шлакового стекла с высокой степенью утилизации промышленных отходов, а также снижение температуры варки стекла, расширение интервала выработки. Цветное шлаковое стекло включает доменный шлак металлургической промышленности следующего состава, мас.%: SiO₂ - 16,5; Al₂O₃ - 6,21; MgO - 9,57; CaO - 44,85; MnO - 7,33; FeO - 14,67; SO₃ - 0,37; P₂O₅ - 0,5. Стекло дополнительно содержит стеклобой, буру, сырьевые материалы Li₂CO₃, K₂CO₃, ZnO при следующем соотношении компонентов, мас.%: стеклобой - 44,5-65,0; доменный шлак - 0,5-40,0; бура - 10,0-20,0; Li₂CO₃ - 2,0-5,0; K₂CO₃ - 3,0-6,0; ZnO - 0,5-3,5. Температура варки стекла 1250-1300°С.

 

Изобретение относится к области создания цветного шлакового стекла на основе отходов металлургической промышленности.

Известен цветной стеклокристаллический материал, включающий, мас.%: шлаковый отход - 5-25; Na₂O₃ - 10-50; буру - Na₂B₄O₇·10H₂O - 20-60 и жидкое стекло - 5-10 (патент №2276114, опубл. 10.05.2006 г.). Однако из-за показателей физико-механических характеристик и декоративных свойств этот материал имеет узкую область применения.

В качестве прототипа может служить декоративное стекло, полученное из зол и шлаков теплоэнергетики, содержащее, мас.%: SiO₂ - 28,67; Al₂O₃ - 3,08; Fe₂O₃ - 6,5-6,96; FeO - 8,12; CaO - 20,87; MgO - 2,09-2,97; K₂O - 0,25; Na₂O₃ - 64-3,91; MnO - 0,25; Cr₂O₃ - 1,46; Cu₂O - 3,0 (патент №2098364, опубл. 10.12.1997 г.), которое может быть использовано в промышленности и гражданском строительстве в качестве облицовочного материала. Полученный материал имеет следующие характеристики: температура варки 1300-1340°С, интервал выработки 1000-1200°С. Недостатком прототипа являются низкая прочность на сжатие и отсутствие насыщенного цвета из-за малого количества окрашивающих оксидов.

Задачей данного изобретения является синтез недорогого цветного шлакового стекла, имеющего различные насыщенные оттенки коричневого цвета и обладающего высокой прочностью на сжатие с использованием доменного шлака (ДШ), который значительно удешевляет технологию цветных стекол, применяемых в промышленности строительных материалов, а также расширяется сырьевая база строительных материалов.

Цветное шлаковое стекло включает шлаковый отход, в качестве которого используют доменный шлак металлургической промышленности, имеющий следующий состав, мас.%: SiO₂ - 16,5; Al₂O₃ - 6,21; MgO - 9,57; CaO - 44,85; MnO - 7,33; FeO - 14,67; SO₃ - 0,37; P₂O₅ - 0,5, стеклобой, буру - Na₂B₄O₇·10H₂O и дополнительно вводят сырьевые материалы - Li₂CO₃, K₂CO₃, ZnO, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Стеклобой - 44,5-65,0

ДШ - 0,5-40,0

Бура - 10,0-20,0

Li₂CO₃ - 2,0-5,0

K₂CO₃ - 3,0-6,0

ZnO - 0,5-3,5

Для достижения указанной задачи в состав сырьевой смеси вводится доменный шлак, являющийся отходом металлургической промышленности, имеющий следующий состав, мас.%: SiO₂ - 16,5; Al₂O₃ - 6,21; MgO - 9,57; CaO - 44,85; MnO - 7,33; FeO - 14,67; SO₃ - 0,37; P₂O₅ - 0,5. Стеклообразование происходит в интервале температур 1250-1300°С. Оксиды MnO, FeO выполняют функции красителей в процессе цветообразования при синтезе стеклокристаллических материалов указанных составов. При введении доменного шлака решается важнейшая экологическая проблема - утилизация твердых отходов промышленности. Кроме того, использование доменного шлака значительно удешевляет технологию цветных стекол, применяемых в промышленности строительных материалов, а также расширяется сырьевая база для промышленности строительных материалов.

Для снижения температуры синтеза цветного шлакового стекла вводятся оксиды щелочных и щелочноземельных металлов посредством сырьевых материалов Li₂CO₃, K₂CO₃, ZnO.

Пример 1

Цветное шлаковое стекло может быть получено тщательным приготовлением смеси сырьевых компонентов - шихты, ее варки в алундовых тиглях в электрической печи с силитовыми нагревателями при температуре 1250-1300°С в течение 2 часов. Отформованные способом отливки изделия проходят термическую, механическую и химическую обработку с целью улучшения характеристик функциональных и эстетико-потребительских свойств.

Для испытания выбрано цветное шлаковое стекло, включающее шлаковый отход и дополнительные сырьевые материалы Li₂CO₃, K₂CO₃, ZnO при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Стеклобой - 44,5

ДШ - 40

Бура - 10,0

Li₂CO₃ - 2,0

K₂CO₃ - 3,0

ZnO - 0,5

Полученное стекло имеет насыщенный кирпичный цвет. Термостойкость стекла составляет 80°С. Температурный коэффициент линейного расширения 115,2·10^-7 К^-1. Прочность на удар 70 МПа, прочность на сжатие 250 МПа.

Пример 2

Стеклобой - 50

ДШ - 25

Бура - 15

Li₂CO₃ - 3

K₂CO₃ - 5

ZnO - 2

Полученное стекло имеет темно-коричневый цвет. Термостойкость стекла составляет 82°С. Температурный коэффициент линейного расширения 120·10^-7 К^-1. Прочность на удар 80 МПа, прочность на сжатие 280 МПа.

Пример 3

Стеклобой - 65

ДШ - 0,5

Бура - 20,0

Li₂CO₃ - 5,0

K₂CO₃ - 6,0

ZnO - 3,5

Полученное стекло имеет светло-коричневый цвет. Термостойкость стекла составляет 85°С. Температурный коэффициент линейного расширения 110·10^-7 К^-1. Прочность на удар 85 МПа, прочность на сжатие 300 МПа.

Из описанных примеров видно, что все стекла хорошего качества и обладают хорошими физико-химическими и эстетико-потребительскими свойствами.

Цветное шлаковое стекло, включающее шлаковый отход, отличающееся тем, что в качестве шлакового отхода используют доменный шлак металлургической промышленности, имеющий следующий состав, мас.%: SiO₂ - 16,5; Al₂O₃ - 6,21; MgO - 9,57; CaO - 44,85; MnO - 7,33; FeO - 14,67; SO₃ - 0,37; P₂O₅ - 0,5, стеклобой, буру - Na₂B₄O₇·10H₂O, и дополнительно вводят сырьевые материалы - LiCO₃, K₂CO₃, ZnO, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Стеклобой	44,5-65,0
Доменный шлак	0,5-40,0
Бура	10,0-20,0
Li2CO3	2,0-5,0
K2CO3	3,0-6,0
ZnO	0,5-3,5