Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности
Владельцы патента RU 2787669:
Автономная некоммерческая организация высшего образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права" (RU)
Изобретение относится к производству стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в строительстве. Технический результат заключается в повышении механических свойств конечного продукта и снижении энергозатрат за счет спекания при более низкой температуре. Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности включает рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, причем в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 8:1. 2 табл.
Изобретение относится к производству стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в строительстве.
Известно ряд способов получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, недостатками которых является высокая энергоемкость технологического процесса и относительно низкое качество конечного продукта.
Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности», Патент РФ 2580855, включающий рассев отходов горнодобывающей промышленности до 0,5-2,5 мм и тарных стекол до 2,0-5,0 мм, смешение и укладку в формы нижнего слоя из смеси отходов горнодобывающей промышленности с жидким стеклом при массовом соотношении 3:1 соответственно, помол, укладку в формы верхнего слоя из смеси гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 10:1 соответственно, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества.
Недостатком данного способа является высокая энергоемкость и относительно низкое качество конечного продукта.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается и снижении энергозатрат за счет спекания усредненной смеси исходных компонентов при более низкой температуре и в повышении качества конечного продукта.
Технический результат достигается тем, что способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, включающий рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, причем в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА) и отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 8:1.
Предложенный способ отличается от прототипа тем, что в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь из отходов обогащения железистых кварцитов КМА и отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 8:1.
Отходы обогащения железистых кварцитов КМА и ванадиевого производства представляют сыпучий материал, не требующий дробления.
В предлагаемом способе при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА и отходов ванадиевого производства по сравнению с прототипом существенно снижается температура спекания на 80оС за счет образования легкоплавких эвтиктин в системе Na2O – MnO2 – SiO2 до 710оС, что снижает энергозатраты на получение стеклокремнезита. В процессе спекания оксиды марганца и оксиды железа, содержащиеся в ванадиевых отходах и в отходах обогащения железистых кварцитов КМА соответственно образуют при спекании якобсит следующего состава MnFe2O4, который обладает высокими прочностными характеристиками и существенно упрочняет структуру стеклокремнезита, что повышает качество конечного продукта.
Проведенный сопоставительный анализ технологических операций и свойств предлагаемого и известного способов представлен в таблице 1.
Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов ванадиевого производства и жидкого стекла определяли с учетом температуры спекания и прочности стеклокремнезита на сжатие (таблица 2).
Таблица 1
Сопоставительный анализ технологических операций и свойств предлагаемого и известного способов
| Технологические операции и свойства | Единица измерения | Известный способ | Предлагаемый способ |
| Прочность на сжатие | МПа | 65,5 | 82,5 |
| Морозостойкость | Циклы | 75 | 100 |
| Технологические операции | Рассев отходов ОГП* (0,5-2,5 мм) Смешение ОГП с жидким стеклом (3:1) Укладка в форму нижнего слоя Помол тарных стекол Рассев тарных стекол (2,0-5,0 мм) Смешение гранул тарного стекла с жидким стеком (10:1) Укладка в формы верхнего слоя Спекание Отжиг Обрезка Контроль качества |
Рассев ТО** (05-2,5 м м) Смешение ТО с жидким стеклом (2:2:1) Укладка в форму нижнего слоя Помол тарных стекол Смешение гранул тарного стекла с жидким стеком (8:1) Укладка в формы верхнего слоя Спекание Отжиг Обрезка Контроль качества |
|
| Температура спекания | оС | 795 | 710 |
* ОГП – отходы горнодобывающей промышленности;
** ТО – техногенные отходы
Таблица 2
Оптимальное соотношение компонентов нижнего и верхнего слоя
| Соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов ванадиевого производства и жидкого стекла (части) | Соотношение боя цветного тарного стекла и жидкого стекла (части) | Температура спекания (части) | Прочность на сжатие, МПа |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 2:1:1 | 6:1 | 779 | 49,7 |
| 7:1 | 772 | 56,6 | |
| 8:1 | 765 | 62,7 | |
| 9:1 | 749 | 58,3 | |
| 10:1 | 742 | 53,1 | |
| 2:2:1* | 6:1 | 731 | 68,3 |
| 7:1 | 722 | 73,7 | |
| 8:1 | 710 | 82,5 | |
| 9:1 | 719 | 78,3 | |
| 10:1 | 725 | 71,4 | |
| 2:3:1 | 6:1 | 768 | 59,8 |
| 7:1 | 762 | 62,3 | |
| 8:1 | 756 | 64,7 | |
| 9:1 | 750 | 68,7 | |
| 10:1 | 742 | 63,2 |
* - оптимальный вариант
Сопоставительный анализ технологических операций и показателе качества предлагаемого и известного способов показал, что в предлагаемом способе при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 снижается температура спекания до 710оС, а прочность стеклокремнезита и морозостойкость возрастают соответственно до 82,5 МПа и 100 циклов замораживания – оттаивания. При этом оптимальное соотношение гранул цветного тарного стекла и жидкого стекла 8:1 снижает температуру спекания верхнего слоя по сравнению с известным способом (10:1) за счет увеличения жидкого стекла на 80-85оС.
Проведенный анализ известных способов получения стеклокремнезита позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
Пример
В качестве техногенных отходов промышленности были взяты отходы ванадиевого производства следующего химического состава (мас. %): SiO2 – 3,22; CaO – 36,93; MgO – 5,03; Al2O3 – 0,41; Mn2O3 – 17,39; V2O5 – 2,81; SO3 – 33,02; п.п.п. – 1,19 и отходы обогащения железистых кварцитов (КМА) (мас. %): SiO2 – 66,19; Al2O3 – 9,51; Fe2O3 – 9,06; FeO – 6,44; CaO – 3,70; MgO – 4,08; K2O – 0,69; Na2O – 0,51; SO3 – 0,16; P2O3 – 0,11; п.п.п. – 5,19.
Отходы КМА и ванадиевого производства рассеивали на виброситах и смешивали с жидким стеклом при соотношении 2:2:1 соответственно. Смесь укладывали в формы.
В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного стекла (мас. %): SiO2 – 69,7; Al2O3 – 3,4; CaO – 6,01; MgO – 3,93; Na2O – 14,59; SO3 – 0,37; Fe2O3 – 0,46.
После рассева на ситах гранулированное стекло смешивали в лопастном смесителе с жидким стеклом при соотношении 8:1 соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 10% объема нижнего слоя.
Спекание производили в муфельной печи при 710оС. Затем производили отжиг, обрезку кромок и контроль качества готовых изделий.
Пример контроля качества продукции
Для определения прочности на сжатие из блоков стеклокремнезита вырезали кубики алмазным кругом размером 30х30х30 мм. Перед установкой на лабораторный пресс, нижнюю и верхнюю грани кубиков обкладывали паронитовыми прокладками. Разрушение образцов происходило после нагружения пресса. Прочность на сжатие определяли как среднее арифметическое пяти измерений:
Морозостойкость определяли по ГОСТ 7025-91 в морозильной камере с принудительной вентиляцией с автоматическим регулированием температуры от 15оС до 20оС при объемном замораживании – 4 часа. Контроль морозостойкости осуществляли по степени повреждений и потере массы.
Морозостойкость стеклокремнезита определяли как среднее арифметическое пяти измерений:
Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, включающий рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, отличающийся тем, что в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 8:1.
