Композиция для изготовления жаростойких композитов
Владельцы патента RU 2626488:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" (RU)
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов, которая достигается добавлением в композицию микрокремнезем от производства ферросилиция при следующем соотношении компонентов, мас. %: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15; щебень фракции 5-10 мм 33-40; Н3РО4 10-15; алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов 24-30; микрокремнезем от производства ферросилиция 10-13. Технический результат - повышение механической прочности и термостойкости жаростойкого композита (бетона), утилизация промышленных отходов, охрана окружающей среды, расширение сырьевой базы для строительных материалов. 3 табл.
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих, к химически связующим, применяемым в жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. К химическим связующим, применяемым в жаростойких бетонах, относятся жидкое стекло, силикат-глыба (прозрачный стекловидный сплав щелочных силикатов - полуфабрикат жидкого стекла) и фосфатные связующие.
Известны композиции для получения пористых заполнителей (для бетонов) на основе химических связующих следующего состава, мас. %: жидкое стекло - 45-65; хлорид натрия - 5-15; отход горно-обогатительной фабрики при обогащении угля - 15-20; межсланцевая глина, образующаяся при добыче горючих сланцев - 15-20 (патент Российской Федерации №2440312, МПК С04В 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя. / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Куликов В.А.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. - №2010122114. заявл. 31.05.2010; опубл. 20.01.2012. Бюл. №2 [1]).
Недостатком указанного состава композиции является относительно низкая прочность 2,65-2,75 МПа.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является композиция для получения жаростойких композитов, включающая следующие компоненты, мас. %: отработанный катализатор ИМ-2201 - 10-15; щебень - 33-40; песок - 10-13; H3PO4 - 10-15; алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов с содержанием, мас. %: SiO2 - 7,2; Al2O3 - 68,3; Fe2O3 - 1,4; MgO - 0,7; Cr2O3 - 10,2; R2O - 11,8-24-30 (патент Российской Федерации №2528643, МПК С04В 28/34. Композиция для изготовления жаростойких композитов / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Репин М.В.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. - №2013110158. заявл. 06.03.2013; опубл. 20.09.2014. Бюл. №26 [2]).
Недостатком указанного состава композиции является относительно низкий предел прочности при сжатии и термостойкость.
Сущность изобретения - повышение качества жаростойкого композита.
Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов.
Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень фракции 5-10 мм, Н3РО4 и алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов, дополнительно вводят микрокремнезем от производства ферросилиция со среднем размером частиц не более 0,25 мм и с содержанием оксидов, мас. %: SiO2 - 97,8; СаО - 1,3; MgO - 0,4; R2O - 0,5 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| отработанный катализатор ИМ-2201 | 10-15 |
| щебень фракции 5-10 мм 33-40 Н3РО4 | 10-15 |
| алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов | 24-30 |
| микрокремнезем от производства ферросилиция | 10-13 |
Микрокремнезем является техногенным сырьевым материалом от производства ферросилиция. Удельная поверхность микрокремнезема находится в пределах от 40000 до 60000 см2/г, средний размер частиц не более 0,25 мкм (25⋅10-8 м). Микрокремнезем имеет низкий ТКЛР (температурный коэффициент линейного расширения) - 0,5⋅10-6°С-1, что повысит термостойкость жаростойких композитов.
Микрокремнезем от производства ферросилиция представляет собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц сферической формы, получаемой в процессе газоочистки печей при производстве кремнийсодержащих сплавов. Основным компонентом материала является диоксид кремния аморфной модификации. Химический состав микрокремнезема от производства ферросилиция представлен в таблице 1.
Алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов образуются в процессе обработки алюминиевых сплавов металлургических заводов. Из отработанных травильных растворов осаждается осадок, который концентрируется на дне ванны и постепенно кристаллизуется. Шлам этой группы отличается высоким содержанием Al2O3 и может при определенных условиях стать заменителем природного пирофиллита, бокситов и других алюмосодержащих компонентов при производстве жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. Размер частиц алюмохромистых отходов травления алюминиевых сплавов от 0,1 до 5 мкм, химический состав представлен в таблице 1.
Для изготовления жаростойких композитов (бетонов) использовались щебень, ортофосфорная кислота (Н3РО4) и отработанный катализатор ИМ-2101 согласно требованиям ГОСТов и ТУ (таблица 2).
А) щебень, отвечающий требованиям ГОСТа 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия» М600, 800-1000, со средней плотностью зерен от 2,0 до 2,5 кг/м3 из карбонатных пород, добываемый в Самарской области, фракции 5-10 мм;
Б) в качестве связующей использовалась ортофосфорная кислота в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч) ОКП 261213002110. Массовая доля ортофосфорной кислоты (Н3РО4) не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см 3.
В) в заявке, как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-2201 (отходы производства) - ТУ 38.103544-89. Химический состав катализатора представлен в таблице 1. Согласно ТУ38. 103544-89 отработанный катализатор ИМ-2201 должен иметь следующие показатели: внешний вид порошка - серо-зеленого цвета, насыпная плотность 1,0-1,5 г/см3, массовая доля Al2O3 не менее 70%. Отработанный катализатор использовался как огнеупорный материал.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Технологический процесс производства бесцементных жаростойких композитов (бетонов) и изготовления изделий и конструкций из них включает в себя приготовление формовочной массы, формирование изделий и термообработку.
Следует отметить, что для своего затвердения и набора марочной прочности жаростойкие композиты (бетоны) требуют особую термообработку.
Для композитов (бетонов) на ортофосфорной кислоте с компонентами, представленными в таблице 2, - нагревание до 500°С с подъемом температуры до 200°С со скоростью 60°С/час и до 500°С - 150°С/час, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.
В таблице 3 представлены физико-механические показатели жаростойкого композита (бетона).
Как видно из таблицы 3, жаростойкий композит (бетон) из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.
Полученное техническое решение при использовании микрокремнезема от производства ферросилиция позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого композита (бетона).
Использование техногенного сырья при получении жаростойкого композита (бетона) способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для строительных материалов.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации №2440312, МПК С04В 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя. / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Куликов В.А.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. - №2010122114. заявл. 31.05.2010; опубл. 20.01.2012. Бюл. №2.
2. Патент Российской Федерации №2528643, МПК С04В 28/34. Композиция для изготовления жаростойких композитов / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Репин М.В.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. - №2013110158. заявл. 06.03.2013; опубл. 20.09.2014. Бюл. №26.
Композиция для изготовления жаростойких композитов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень фракции 5-10 мм, Н3РО4 и алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит микрокремнезем от производства ферросилиция со среднем размером частиц не более 0,25 мм и с содержанием оксидов, мас. %: SiO2 - 97,8; СаО - 1,3; MgO - 0,4; R2O - 0,5 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| отработанный катализатор ИМ-2201 | 10-15 |
| щебень фракции 5-10 мм | 33-40 |
| Н3РО4 | 10-15 |
| алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов | 24-30 |
| микрокремнезем от производства ферросилиция | 10-13 |
