Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности
Владельцы патента RU 2789529:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (RU)
Изобретение относится к производству стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в промышленности строительных материалов и строительстве. Изобретение направлено на снижение энергоемкости, снижение температуры термической обработки (спекания) и повышение качества конечного продукта. Заявленный способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности включает рассев, смешение компонентов нижнего слоя, смешение компонентов верхнего слоя, укладку в формы, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества. При этом смешение компонентов нижнего слоя, состоящих из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого производят при массовом соотношении 3:1:1 соответственно. Смешение компонентов верхнего слоя, состоящих из гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым производят при массовом соотношении 8:1. Укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части от объема нижнего слоя. Спекание производят при температуре 690°С. 3 табл.
Изобретение относится к производству стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в промышленности строительных материалов и строительстве.
Известен ряд способов получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности [Будов В.М., Саркисов П.Д. Производство строительного и технического стекла. М.: Высш. школа, 1991. 319с.].
Недостатками данных способов является высокая энергоемкость технологического процесса и относительно низкое качество конечного продукта.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является «Способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности», [патент РФ 2580855, опубл. 10.04.2016 Бюл. №10], заключающийся в рассеве, смешении, укладки в формы нижнего слоя смеси отходов горнорудной промышленности с жидким стеклом и верхнего слоя из смеси гранул тарного стекла при массовом соотношении 10:1 с последующей термической обработкой при 795°С.
Недостатком данного способа является высокая энергоемкость, высокая температура термической обработки (спекания) и относительно низкое качество конечного продукта.
Изобретение направлено на снижение энергоемкости, снижение температуры термической обработки (спекания) и повышение качества конечного продукта.
Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности включает рассев, смешение компонентов нижнего слоя, смешение компонентов верхнего слоя, укладку в формы, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, при этом смешение компонентов нижнего слоя, состоящих из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого производят при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, смешение компонентов верхнего слоя, состоящих из гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым производят при массовом соотношении 8:1 соответственно, укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части объема нижнего слоя, а спекание производят при температуре 690°С.
Отличительными признаками предлагаемого способа являются:
- смешение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при массовом соотношении 3:1:1;
- смешение гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым при массовом соотношении 8:1;
- укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части от объема нижнего слоя;
- спекание при температуре 690°С.
В предлагаемом способе получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, компоненты смеси, силикат натрия растворимый, образуют с компонентами отходов легкоплавкие эвтектики, что позволяет использовать более низкую температуру спекания.
Проведенный сопоставительный анализ технологических операций предлагаемого и известного способов в таблице 1.
Таблица 1
Сопоставительный анализ технологических операций предлагаемого и известного способов
| Технологические операции и свойства | Единица измерений | Известный способ | Предлагаемый способ |
| Технологические операции | Рассев отходов ОГП* (0,5-2,5 мм) Смешение ОГП с жидким стеклом в соотношении 3:1 Укладка в формы нижнего слоя Помол тарных стекол Рассев тарных стекол (2,0-5,0 мм) Смешение гранул тарных стекол с жидким стеклом (10:1) Укладка в формы верхнего слоя Спекание, отжиг, обрезка Контроль качества |
Рассев техногенных отходов (0,5-2,5 мм) Смешение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при соотношении 3:1:1 Укладка в формы нижнего слоя Помол цветных тарных стекол (2,0-5,0 мм) Смешение гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым 8:1 Укладка в формы верхнего слоя Спекание, отжиг, обрезка Контроль качества |
|
| *ОГП – отходы горнодобывающей промышленности |
Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов ванадиевого производства и силиката натрия растворимого определяли с учетом температуры спекания и прочности стеклокремнезита на сжатие (таблица 2).
Таблица 2
Оптимальное соотношение компонентов нижнего и верхнего слоев
| Соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силикат натрия растворимого (мас. частей) |
п/п | Соотношение боя цветного тарного стекла и колеманита (мас. частей) | Температура спекания, °С | Прочность на сжатие |
| 3:2:1 | 1 | 6:1 | 708 | 60,8 |
| 2 | 7:1 | 716 | 63,7 | |
| 3 | 8:1 | 720 | 65,4 | |
| 4 | 9:1 | 726 | 62,1 | |
| 5 | 10:1 | 731 | 58,9 | |
| 3:1:1* | 6 | 6:1 | 711 | 82,6 |
| 7 | 7:1 | 705 | 87,3 | |
| 8* | 8:1 | 690 | 91,5 | |
| 9 | 9:1 | 708 | 88,6 | |
| 10 | 10:1 | 716 | 84,7 | |
| 3:1:2 | 11 | 6:1 | 719 | 63,9 |
| 12 | 7:1 | 722 | 66,1 | |
| 13 | 8:1 | 728 | 68,4 | |
| 14 | 9:1 | 732 | 65,7 | |
| 15 | 10:1 | 735 | 62,4 | |
| * – оптимальный вариант |
Таблица 3
Физико-механические показатели стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности
| Показатели | Размерность | Прототип | Предлагаемый способ (оптимальный вариант) |
| Прочность на сжатие | МПа | 65,5 | 91,5 |
| Морозостойкость | циклы | 75 | 100 |
| Температура спекания | °С | 795 | 690 |
Сопоставительный анализ показателей качества предлагаемого и известных способов получения стеклокремнезита показал, что в предлагаемом способе прочность стеклокремнезита и морозостойкость возрастают соответственно до 91,5 МПа и 100 циклов замораживания - оттаивания. При этом оптимальное соотношение отходов обогащения железистых отходов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого составляет 3:1:1, оптимальное соотношение гранул цветного тарного стекла и силикат натрия растворимого составляет 8:1.
Проведенный анализ известных способов получения стеклокремнезита позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
В качестве техногенных отходов промышленности были взяты:
1) отходы обогащения железистых кварцитов КМА, химический состав (масс. %): 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.
2) Колеманит (colemanite standard; borocalcite colemanite, производства «Эти Маден Ишлетмелери Г.М.», Анкара, Джихан сок., 2, Сыххиею, Турция) следующего химического состава, мас. %: B2O3 – 40,0±1; CaO – 27,0±1; SiO2 – 4,0–6,0; Fe2O3(max) – 0,08; Al2O3(max) – 0,4; MgO(max) – 3,0; Na2O(max) – 0,35. Сертификат безопасности на продукцию № 77.99.26.8.У.4851.6.10 (ГОСТ 12.1.007-76 «ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности»).
3) Силиат натрия растворимый (по ГОСТ Р 50418-92 Силикат натрия растворимый. Технические условия)
4) В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного стекла, химический состав (масс. %): SiO2 – 69,7; Al2O3 – 3,4; CaO – 6,01; MgO – 3,93; Na2O – 14,59; SO3 – 0,37; Fe2O3 – 0,46.
Отходы обогащения железистых кварцитов КМА рассевали на виброситах и смешивали с колеманитом и силикатом натрия растворимым при соотношении 0,3:0,1:0,1 кг соответственно. Смесь укладывали вниз формы. В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного цветного стекла. После рассева на ситах гранулированное стекло смешивали в лопастном смесителе с силикатом натрия растворимым при соотношении 0,8:0,1 кг соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 1/10 объема нижнего слоя.
Затем производили спекание в муфельной печи при 690°С в течение 2 часов. 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 по ГОСТР 57349-2016, и она составила Rсж.=91,5 МПа
Морозостойкость определяли по ГОСТ 7025-91 в морозильной камере с принудительной вентиляцией с автоматическим регулированием температуры от –15°С до –20°С при объемном замораживании – 4 часа. Контроль морозостойкости осуществляли по степени повреждений и потере массы.
Морозостойкость стеклокремнезита составила Мсред.=100 циклов
Способ получения стеклокремнезита включает рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, в качестве которого используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при соотношении 3:1:1 соответственно. Проводят помол, укладку в формы верхнего слоя, в качестве которого используют смесь гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым при массовом соотношении 8:1. Затем осуществляется спекание при 690°С, отжиг, обрезку контроль качества.
Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, включающий рассев, смешение компонентов нижнего слоя, смешение компонентов верхнего слоя, укладку в формы, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, отличающийся тем, что смешение компонентов нижнего слоя, состоящих из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого производят при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, смешение компонентов верхнего слоя, состоящих из гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым производят при массовом соотношении 8:1 соответственно, укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части от объема нижнего слоя, а спекание производят при температуре 690°С.
