Стеклокремнезит на основе техногенных отходов промышленности
Владельцы патента RU 2789530:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (RU)
Изобретение относится к стеклокремнезитам на основе техногенных отходов промышленности и может быть использовано в промышленности строительных материалов. Техническим результатом является повышение прочности на сжатие и морозостойкости стеклокремнезита. Заявлен стеклокремнезит на основе техногенных отходов промышленности, включающий нижний слой смеси, состоящий из смеси отходов и верхний слой из смеси стеклосодержащего материала. При этом в качестве нижнего слоя используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым при массовом соотношении 8:1. 2 табл.
Изобретение относится к стеклокремнезитам на основе техногенных отходов промышленности и может быть использовано в промышленности строительных материалов.
Известен ряд составов стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности [Будов В.М., Саркисов П.Д. Производство строительного и технического стекла. М.: Высш. школа, 1991. 319 с.].
Недостатками данных составов является относительно низкое качество конечного продукта.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является состав стеклокремнезита, описанный в патенте «Способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности» [Патент RU 2580855, опубл. 10.04.2016 Бюл. № 10. 7 с.], включающий нижний слой смеси отходов горнорудной промышленности с жидким стеклом и верхний слой, состоящий из смеси гранул тарного стекла при массовом соотношении 10:1.
Недостатком прототипа является относительно низкое качество конечного продукта.
Изобретение направлено на повышение прочности на сжатие и морозостойкости стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности.
Технический результат достигается тем, что стеклокремнезит на основе техногенных отходов промышленности включает нижний слой смеси и верхний слой смеси, причем в качестве материала нижнего слоя используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия, растворимого при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя используют смесь гранул цветного тарного стекла с колеманитом при массовом соотношении 8:1, который составляет 1/10 часть объёма нижнего слоя .
Отличительными признаками предлагаемого технического решения является:
- материал нижнего слоя состоит из смеси отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при массовом соотношении 3:1:1 соответственно;
- материал верхнего слоя состоит из смеси гранул цветного тарного стекла с колеманитом при массовом соотношении 8:1 и составляет 1/10 часть объёма нижнего слоя.
Характеристика компонентов
В качестве техногенных отходов промышленности были взяты:
- отходы обогащения железистых кварцитов КМА, химический состав (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;
- 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»);
- Силиат натрия растворимый (по ГОСТ Р 50418-92 Силикат натрия растворимый. Технические условия);
- В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного стекла, химический состав (мас.%): 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 представляет сыпучий материал, не требующий дробления.
В предлагаемом изобретении при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита, боя тарного стекла и силиката натрия растворимого по сравнению с прототипом существенно повышается прочность на сжатие и морозостойкость стеклокремнезита.
Колеманит в своём составе имеет оксид бора, который образует боратное стекло уже при 500°С и интенсифицирует процесс уплотнения стеклокремнезита и повышает прочность конечного продукта и его морозостойкость.
Силикат натрия растворимый образует с компонентами отходов легкоплавкие эвтектики, что снижает температуру спекания.
Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого представлены в табл. №1.
Таблица 1
Качественные показатели полученного стеклокремнезита
| Соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силикат натрия растворимого (мас. частей) |
п/п | Соотношение боя цветного тарного стекла и колеманита (мас. частей) | Морозостойкость, циклы | Прочность на сжатие |
| 3:2:1 | 1 | 6:1 | 79 | 60,8 |
| 2 | 7:1 | 80 | 63,7 | |
| 3 | 8:1 | 81 | 65,4 | |
| 4 | 9:1 | 80 | 62,1 | |
| 5 | 10:1 | 79 | 58,9 | |
| 3:1:1* | 6 | 6:1 | 89 | 82,6 |
| 7 | 7:1 | 90 | 87,3 | |
| 8* | 8:1 | 100 | 91,5 | |
| 9 | 9:1 | 90 | 88,6 | |
| 10 | 10:1 | 89 | 84,7 | |
| 3:1:2 | 11 | 6:1 | 80 | 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 |
Сопоставительный анализ показателей качества предлагаемого и известных составов стеклокремнезита показал, что в предлагаемом составе при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых отходов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при массовом соотношении 3:1:1 прочность стеклокремнезита и морозостойкость возрастают соответственно до 91,5 МПа и 100 циклов замораживания - оттаивания. При этом оптимальное соотношение гранул цветного тарного стекла и силикат натрия растворимого составляет 8:1.
Проведенный сопоставительный анализ показателей качества оптимального состава, предлагаемого и известного стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, представлен в таблице 2.
Таблица 2
Сопоставительный показателей качества предлагаемого и известного составов стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности
| Показатели качества стеклокремнезита. | Единица измерений | Известный состав стеклокремнезита |
Предлагаемый состав стеклокремнезита |
| Прочность на сжатие | МПа | 65,5 | 91,5 |
| Морозостойкость | циклы | 75 | 100 |
Проведенный анализ известных составов стеклокремнезита позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
Пример (состав №8, табл.1)
Отходы обогащения железистых кварцитов КМА рассевали на виброситах (0,5-2,5 мм) и смешивали с колеманитом и силикатом натрия растворимым при соотношении 0,3 кг : 0,1 кг : 0,1 кг соответственно. Смесь укладывали вниз формы. В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного цветного стекла. После рассева на ситах гранулированное стекло (2,0-5,0 мм) смешивали в лопастном смесителе с силикатом натрия растворимым при соотношении 0,8 кг : 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 30×30×30 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.
Стеклокремнезит на основе техногенных отходов промышленности, включающий нижний слой смеси и верхний слой смеси, отличающийся тем, что в качестве нижнего слоя используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя используют смесь гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым при массовом соотношении 8:1, при этом верхний слой составляет 1/10 часть объема нижнего слоя.
