Цветное шлакокаменное литье и шихта для его получения

Авторы патента:

Игнатов Михаил Николаевич (RU)

Игнатова Анна Михайловна (RU)

Черных Михаил Михайлович (RU)

Чикулаева Евгения Владимировна (RU)

Попов Владимир Леонидович (RU)

C03C10/06 - кристаллическая фаза, содержащая алюмосиликат оксида двухвалентного металла, например анортит, шлакокерамика

Владельцы патента RU 2474541:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к производству художественных изделий и строительных материалов. Технический результат изобретения заключается в расширении сырьевой базы для декоративного каменного литья с использованием дешевых и распространенных трудноутилизируемых отходов производств. Цветное шлакокаменное литье содержит следующие компоненты, мас.%: SiO₂ - 9,7-20,0; CaO - 6,7-22,9; MgO - 3,0-9,3; Al₂O₃ - 3,3-11,4; FeO - 0,1-1,2; TiO₂ - 0,9-6,3; MnO - 0,1-0,3; V₂O₅ - 0,02-0,1; Na₂O+K₂O 0,3-0,9; CaF₂ - 19,8-59,4; прочие примеси - остальное. Шихта для получения цветного шлакокаменного литья включает техногенные отходы - доменный шлак и фторсодержащий шлам эмалевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: доменный шлак - 10-70; фторсодержащий шлам эмалевого производства - 30-90. 2 н.п. ф-лы, 4 пр., 2 табл.

Изобретения относятся к производству художественных изделий и строительных материалов, преимущественно к производству стеклокристаллических материалов и каменного литья, и могут быть использованы в производстве декоративных, облицовочных материалов и художественных изделий.

Известно декоративное каменное литье, содержащее следующие компоненты, мас.%: SiO₂ 40,77-47,24, Al₂O₃ 6,26-9,11, FeO 0,48-1,72, Fe₂O₃ 0,20-4,95, CaO 27,35-29,58, MgO 2,42-5,77, Na₂O 2,07-3,71, K₂O 4,24-6,41, B₂O₃ 0,20-4,15, P₂O₅ 0,73-2,06.

Шихта для его получения содержит следующие компоненты, мас.%: маложелезистые полевошпатовые породы 27,2-51,0, бура 0,5-10,0, карбонатиты 16,9-43,6, мелилититы 1,8-49,8 (см. патент РФ №2033398 от 20.04.1995 г., C03C 10/06, C04B 30/00).

Недостатком известного каменного литья является необходимость использования в составе шихты компонентов редких горных пород, в частности маложелезистых полевошпатовых пород и мелилититов.

Наиболее близким к заявляемому шлакокаменному литью по технической сущности является декоративный стеклокристаллический материал, содержащий, мас.%: SiO₂ - 46,11-51,93, TiO₂ - 6,81-8,77, Al₂O₃ - 5,82-8,36, Fe₂O₃ - 2,56-5,93, CaO - 18,57-19,96, MgO - 2,49-3,26, Na₂O - 5,50-5,9, K₂O - 0,86-1,20, B₂O₃ - 1,44-2,03, P₂O₅ - 0,81-1,61 (см. патент РФ №2101240 от 10.01.1998 г., кл. C03C 10/10). Данное литье принято в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого литья, - SiO₂, CaO, MgO, Al₂O₃, TiO₂, Na₂O и K₂O.

Шихта для производства этого декоративного стеклокристаллического материала имеет следующий состав, мас.%: нефелиновый концентрат 8,27-9,69, кварц - 16,79-19,70, сфеновый концентрат 27,09-34,32, апатит 1,48-1,96, карбонатит 11,29-13,24, доломит 3,76-4,41, бура 4,00-4,69, стеклобой 19,61-19,70. В качестве сырья используют техногенные отходы и побочные продукты горнодобывающей промышленности. Данная шихта принята в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемой шихты, - техногенные отходы.

Недостатком известного материала является необходимость использования в составе шихты компонентов редких горных пород, в частности нефелинового концентрата, и синтетического компонента бура.

Задачей изобретений является получение цветного шлакокаменного литья с оттенками серо-зеленого, голубого, темно- и черно-синего цветов с использованием распространенных трудноутилизируемых техногенных отходов металлургического и эмалевого производств, расширение сырьевой базы для декоративного каменного литья.

Поставленная задача достигается за счет того, что известное цветное шлакокаменное литье, включающее SiO₂, CaO, MgO, Al₂O₃, TiO₂, Na₂O и K₂O, дополнительно содержит FeO, MnO, V₂O₅, CaF₂ и прочие нестабильные по составу примеси при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

SiO₂	9,7-20,0
CaO	6,7-22,9
MgO	3,0-9,3
Al₂O₃	3,3-11,4
FeO	0,1-1,2
TiO₂	0,9-6,3
MnO	0,1-0,3
V₂O₅	0,02-0,1
Na₂O+K₂O	0,3-0,9
CaF₂	19,8-59,4
Прочие примеси	остальное

Поставленная задача также достигается за счет того, что известная шихта для получения цветного шлакокаменного литья, включающая техногенные отходы, в качестве техногенных отходов содержит доменный шлак и фторсодержащий шлам эмалевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

доменный шлак	10-70
фторсодержащий шлам
эмалевого производства	30-90

Отличительными признаками заявляемого литья от литья по прототипу являются введение в него FeO, MnO, V₂O₅, CaF₂ и прочих нестабильных по составу примесей, а также иное количественное соотношение используемых ингредиентов, мас.%: SiO₂- 9,7-20,0; CaO - 6,7-22,9; MgO - 3,0-9,3; Al₂O₃ - 3,3-11,4; FeO - 0,1-1,2; TiO₂ - 0,9-6,3; MnO - 0,1-0,3; V₂O₅ - 0,02-0,1; Na₂O+K₂O - 0,3-0,9; CaF₂ - 19,8-59,4; прочие примеси - остальное.

Отличительными признаками заявляемой шихты от шихты по прототипу являются использование в качестве техногенных отходов доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: доменный шлак - 10-70; фторсодержащий шлам эмалевого производства - 30-90.

За счет использования в качестве сырья техногенных отходов - доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства, содержащих в своей структуре светлоокрашенные минеральные соединения и соединения-хромофоры, получают цветное шлакокаменное литье с оттенками серо-зеленого, голубого, темно- и черно-синего цветов.

Доменный шлак - побочный продукт, образованный при производстве чугуна. При образовании представляет собой расплав, а после удаления его из доменной печи переходит в твердое состояние, в котором он и используется в шихте.

Фторсодержащий шлам эмалевого производства представляет собой мелкодисперсный порошок осушенных отходов отработанных шликеров.

Химический состав компонентов шихты приведен в таблице 1.

Таблица 1
Компонент шихты	Массовая доля, %
SiO₂	Al₂O₃	CaO	FeO	MgO	MnO	K₂O+Na₂O	TiO₂	V₂O₅	S	CaF₂	п.п.п.
Доменный шлак (ДШ)	25,0	15,5	31,0	2,0	12,5	0,5	-	9,0	0,2	4,3	-	-
Фторсодержащий шлам (ФШ)	10,0	3,5	3,6	-	2,8	-	1,8	-	-	-	69,0	9,3

Окрашивание достигается за счет того, что оксид кальция (CaO), двуокись титана (TiO₂), оксид ванадия (V₂O₅) и фторид кальция (CaF₂) образуют светлоокрашенные минералы, обладающие синими и зелеными оттенками. Оксид железа (FeO) образует темноокрашенные минералы, но поскольку его содержание в цветном стеклокристаллическом декоративном литье не превышает 1,2%, их влияние на цветность материала является незначительным.

Химический состав, соотношение компонентов шихты и цвет полученного стеклокристаллического декоративного шлакокаменного литья представлены в таблице 2.

Таблица 2
Состав шихты, мас.%	Химический состав, мас.%
ДШ	ФШ	SiO₂	CaO	MgO	Al₂O₃	FeO	TiO₂	MnO	V₂O₅	Na₂O+K₂O	CaF₂	Прочее	Цвет
70	30	20,0	22,9	9,3	11,4	1,2	6,3	0,3	0,1	0,3	19,8	8,4	Серо-зеленый
50	50	16,5	17,5	7,2	8,7	0,1	4,5	0,2	0,1	0,5	33,0	11,7	Голубой
30	70	13,1	12,0	5,1	6,0	0,6	2,7	0,1	0,06	0,7	46,2	13,44	Темно-синий
10	90	9,7	6,7	3,0	3,3	0,2	0,9	0,1	0,02	0,9	59,4	15,78	Черно-синий

Цветное шлакокаменное литье изготавливают электродуговым переплавом двухкомпонентной шихты, состоящей из доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства, при температуре 1350°C с изотермической выдержкой в течение 4 с. Разливку расплава из тигля осуществляют при температуре 1200°C. Отжиг ведут при температуре 600°C с последующим снижением до 20°C в течение 12 ч.

Гарантированное наличие цветности возможно при заявляемом количественном соотношении используемых компонентов шихты.

Пример 1.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 70, фторсодержащий шлам - 30.

По вышеописанному способу было получено цветное с оттенком серо-зеленого цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO₂ 20,0, CaO 22,9, MgO 9,3, Al₂O₃ 11,4, FeO 1,2, TiO₂ 6,3, MnO 0,3, V₂O₅ 0,1, Na₂O+K₂O 0,3, CaF₂ 19,8, прочие примеси 8,4. В качестве прочих нестабильных по составу примесей могут быть соединения фосфора, серы, комплексные соединения кальция, фториды.

Пример 2.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 50, фторсодержащий шлам - 50.

По описанному способу было получено цветное с оттенком голубого цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO₂ 16,5, CaO 17,5, MgO 7,2, Al₂O₃ 8,7, FeO 0,1, TiO₂ 4,5, MnO 0,2, V₂O₅ 0,1, Na₂O+K₂O 0,5, CaF₂ 33,0, прочие примеси 11,6.

Пример 3.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 30, фторcодержащий шлам - 70.

По описанному способу было получено цветное с оттенком темно-синего цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO₂ 13,1, CaO 12,0, MgO 5,1, Al₂O₃ 6,0, FeO 0,6, TiO₂ 2,7, MnO 0,1, V₂0₅ 0,06, Na₂O+K₂O 0,7, CaF₂ 46,2, прочие примеси 13,44.

Пример 4.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 10, фторсодержащий шлам - 90.

По описанному способу было получено цветное с оттенком черно-синего цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO₂ 9,7, СаО 6,7, MgO 3,0, Al₂O₃ 3,3, FeO 0,2, TiO₂ 0,9, MnO 0,1, V₂O₅ 0,02, Na₂O+K₂O 0,9, CaF₂ 59,4, прочие примеси 15,78.

Использование других составов шихт при содержании доменного шлака менее 10% или более 70% и фторсодержащего шлама менее 30% или более 90% не гарантирует обеспечение цветности с оттенками серо-зеленого, голубого, темно- и черно-синего цветов.

Представленные примеры доказывают, что предлагаемое цветное шлакокаменное литье окрашено в серо-зеленый, голубой, темно- и черно-синий цвета, которые получены благодаря использованию в качестве компонентов шихты доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства.

Преимущество предлагаемых технических решений состоит в том, что они позволяют:

- получить цветное шлакокаменное литье из более дешевого и распространенного сырья;

- расширить сырьевую базу для декоративного каменного литья;

- утилизировать отходы промышленности.

1. Цветное шлакокаменное литье, включающее SiO₂, CaO, MgO, Al₂O₃, TiO₂, Na₂O и K₂O, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит FeO, MnO, V₂O₅, CaF₂ и прочие нестабильные по составу примеси при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

SiO₂	9,7-20,0
CaO	6,7-22,9
MgO	3,0-9,3
Al₂O₃	3,3-11,4
FeO	0,1-1,2
TiO₂	0,9-6,3
MnO	0,1-0,3
V₂O₅	0,02-0,1
Na₂O+K₂O	0,3-0,9
CaF₂	19,8-59,4
Прочие примеси	Остальное

2. Шихта для получения цветного шлакокаменного литья, включающая техногенные отходы, отличающаяся тем, что в качестве техногенных отходов она содержит доменный шлак и фторсодержащий шлам эмалевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

доменный шлак	10-70
фторсодержащий шлам
эмалевого производства	30-90

Изобретение относится к производству стеклокристаллических материалов и каменного литья и может быть использовано в производстве декоративных, облицовочных материалов и художественных изделий.

Способ получения стеклокристаллического материала // 2424201

Изобретение относится к способам получения стеклокристаллического материала, включающее просев золы, образующейся после сжигания твердых бытовых отходов, дозировку, смешение с щелоче- и кремнеземсодержащими компонентами, тепловую обработку до образования стекломассы, формование изделий и отжиг, отличающееся тем, что стекломассу получают из шихты, содержащей до 70% золы, кремнеземсодержащий компонент 20-40%, щелочесодержащий компонент до 20%.

Стекло для шлакоситалла // 2414437

Изобретение относится к области ресурсосберегающих технологий, а именно к технологии шлакоситаллов, используемых в строительной, химической промышленности. .

Цветной стеклокристаллический материал // 2276114

Изобретение относится к области создания цветных стеклокристаллических материалов на основе природного, технического сырья и шлакового отхода. .

Способ получения стеклокристаллического материала на основе вермикулита // 2250200

Изобретение относится к переработке нерудного сырья, в частности вермикулита, в стеклокристаллические материалы, которые могут быть использованы в стройиндустрии, а также в алюминиевой промышленности в качестве огнеупорных материалов для футеровки ванн электролизеров.

Декоративный стеклокристаллический материал // 2235073

Изобретение относится к области создания декоративных стеклокристаллических материалов на основе отходов металлургической промышленности. .

Способ получения пенокерамики из металлургических шлаков // 2203252

Изобретение относится к переработке промышленных отходов, в частности шлаков металлургического производства в пенокерамику со структурой волластонита для строительной индустрии при производстве фильтрующих материалов.

Стекло для стеклокристаллического цемента // 2188171

Изобретение относится к составам стекол для стеклокристаллического цемента (ситаллоцемент), предназначенного для спаев, пассивации и герметизации микросборок, узлов и корпусов приборов в радиоэлектронной промышленности и приборостроении.

Декоративное стекло // 2151751

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к составу декоративных многоцветных стекол, которые могут быть использованы для производства облицовочных и художественных изделий.

Шихтовой материал для изготовления стеклокерамики // 2142437

Изобретение относится к технологии керамических материалов, в частности к стеклокерамике на основе корунда, и может быть использовано при изготовлении экологически чистых конструкционных изделий, применяемых в машиностроительной, пищевой, строительной отраслях промышленности.

Шихта для получения декоративно-облицовочного материала // 2505494

Изобретение относится к составам декоративно-облицовочных материалов, которые могут быть использованы в строительстве. Техническим результатом изобретения является повышение морозостойкости изделий. Шихта для получения декоративно-облицовочного материала включает измельченное стекло, молотый природный вулканический шлак, каолин и буру при следующем соотношении компонентов, мас. %: измельченное стекло - 56,0-69,0; молотый природный вулканический шлак - 25,0-35,0; каолин - 3,0-7,0; бура - 2,0-3,0. 1 табл.

Каменное литье // 2510374

Изобретение относится к искусственным плавленым силикатным керамическим материалам, в частности к составам каменного литья, и предназначено для изготовления пулезащитных броневых пластин (плит) бронежилетов. Кроме оборонной отрасли, изобретение может быть использовано в строительной, горно-обогатительной и других областях промышленности. Предлагаемое каменное литье содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: SiO2 43-45; Аl2О3 15-16; CaO 9-17; FeO 5-8; MgO 8-9; Fe2O3 3-5; TiO2 1-1,5; К2О и/или Na2O 2,5-4; Cr2O3 2-2,5 и СаF2 1,5-2. За счет использования недорогих технологии, исходного сырья и оптимального содержания добавок каменное литье обладает более низкой стоимостью. Наличие диссипативных свойств, соответствующих требованиям ГОСТ Р 50744-95 «Бронеодежда. Классификация и основные требования», свидетельствует о его пригодности для изготовления пулезащитных броневых пластин бронежилетов. Технический результат изобретения - получение материала, пригодного для изготовления пулезащитных броневых пластин бронежилетов, а также для элементов, сочетающих пулестойкость со способностью рассеивания и поглощения радиационного и инфракрасного излучения. 3 табл., 2 ил.

Декоративно-облицовочный материал // 2513811

Изобретение относится к составам материалов, которые могут быть использованы при изготовлении плитки для наружной облицовки зданий. Технический результат заключается в снижении температуры спекания декоративно-облицовочного материала. Декоративно-облицовочный материал содержит, мас.%: измельченное силикатное стекло 63,0-92,0; отвальный гранулированный шлак медно-никелевого производства 5,0-35,0; хлорид натрия 1,0-3,0. 1 табл.

Композит на основе алюмосиликатной стеклокерамики и способ его получения (варианты) // 2534229

Изобретение относится к области химической промышленности, теплоэнергетики, авиакосмической техники, в частности к композиту на основе алюмосиликатной стеклокерамики, армированной одной из наноформ углерода. Композит на основе стронцийалюмосиликатной стеклокерамики имеет следующий состав, мас.%: Аl2O3 - 30,0-32,0; SrO - 20,0-32,0; ТiO2 - 9,0-10,0; SiO2 - остальное, и в качестве углеродсодержащего нанонаполнителя - графен с удельной поверхностью не менее S=500 м2/г в количестве не более 1% (сверх 100%). Способ получения композитов включает синтез стронцийалюмосиликатной матрицы, ее измельчение до дисперсности 4-8 мкм, приготовление смеси порошка матрицы с графеном в среде спирта, УЗ-воздействие с частотой 18-20 кГц, механическое перемешивание и проведение обжига по определенным режимам. Заявленные составы композитов и способ их получения обеспечивают высокую плотность, высокие термические свойства и повышенные значения модуля Юнга и трещиностойкости при существенно меньшем количестве углеродного нанонаполнителя. 4 н.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл., 2 ил.

Стеклянный уплотнитель для батарей твердооксидных электролитических элементов (soec) // 2561097

Изобретение относится к батарее твердооксидных электролитических элементов (SOEC), изготовляемой способом, который включает следующие стадии: (a) формирование первого блока батареи элементов путем чередования по меньшей мере одной соединительной пластины и по меньшей мере одного узла элемента, причем каждый узел элемента содержит первый электрод, второй электрод и электролит, расположенный между этими электродами, а также обеспечение стеклянного уплотнителя между соединительной пластиной и каждым узлом элемента, причем стеклянный уплотнитель имеет следующий состав: от 50 до 70 мас.% SiO2, от 0 до 20 мас.% Аl2О3, от 10 до 50 мас.% СаО, от 0 до 10 мас.% МgО, от 0 до 2 мас.% (Na2O+K2O), от 0 до 10 мас.% В2O3 и от 0 до 5 мас.% функциональных элементов, выбранных из TiO2, ZrO2, F2, P2O5, МоО3, Fе2O3, MnO2, La-Sr-Mn-O перовскита (LSM) и их комбинаций; (b) превращение указанного первого блока батареи элементов во второй блок со стеклянным уплотнителем толщиной от 5 до 100 мкм путем нагревания указанного первого блока до температуры 500°C или выше и воздействия на батарею элементов давлением нагрузки от 2 до 20 кг/см2; (c) превращение указанного второго блока в конечный блок батареи твердооксидных электролитических элементов путем охлаждения второго блока батареи, полученного на стадии (b), до температуры ниже, чем на стадии (b), при этом стеклянный уплотнитель на стадии (a) представляет собой лист стекловолокон. Также изобретение относится к применению Е-стекла в качестве стеклянного уплотнителя в батареях твердооксидных электролитических элементов. Предлагаемые батареи демонстрируют малую степень ухудшения свойств в процессе эксплуатации. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Шлакоситалл // 2595276

Изобретение относится к шлакоситаллам. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности шлакоситалла. Шлакоситалл содержит, мас. %: SiO2 48,0-50,0; Al2O3 1,0-3,0; СаО 15,0-20,0; MgO 10,0-15,0; Fe2O3 2,0-6,0; Na2O 1,0-3,0; Cr2O3 3,0-4,0; CuO 3,0-4,0; NiO 5,0-7,0. 1 табл.