Способ получения силикатного связующего

 

1.СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО, включакяций растворе вне кристаллической едкой щелочи в воде, загрузку в автоклав аморфного кремнеземау нагрев и выдержку при нагреве и избыточном давлении, о тличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса приготовления связующего путем сокращения времени его приготовления и экономии электроэнергии, а также повьидения прочности и улучшения выбиваемости смесей, растворение кристаллической едкой щелочи в воде производят после загрузки ее в автоклав одновременно с аморфным кремнеземом. 2. Способ по п..1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что в качестве аморфного кремнезема применяют кремнистЕле осадочные породы - диатомит, о трепел, спонголит, опоки. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

gag В 22 С 1/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHQIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М i 1+3 Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3419398/22-02 (22) 07.04.82 (46) 15.02.84. Бюл. 9 6 (72) И.Н.Евстафьев, В.В.Овчинников, О.В.Чигогидзе и T.Ã.×èõðàäçe (71) Всесоюзный проектно-технологический институт литейного производства (53) 621.742.486(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 801956,:кл. В 22 С 9/12, 1981 °

2. Заявка ФРГ М 2826432, кл. В 22 С 1/18, опублик. 1979. (54)(57) 1 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ CHJIHKATHOI О СВЯЗу10@ЕГО, включающий растворе.. ние кристаллической едкой щелочи в воде, загрузку в автоклав аморфного

„„SU I 072980 А кремнезема нагрев и выдержку при нагреве и избыточном давлении, о т.— л и ч а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса приготовления связующего путем сокращения времени его приготовления и экономии электроэнергии, а также повьыения прочности и улучшения выбиваемости смесей, растворение кристаллической едкой щелочи в воде производят после загрузки ее в автоклав одновременно с аморфным кремнеземом.

2. Способ по п.. 1, о т л и ч аю шийся тем, что в качестве аморфного кремнезема применяют кремнистые осадочные породы - диатомит, с трепел, спонголит, опоки.

1072980

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам получения силикатных связующих .

Известны мокрые способы получения растворимых силикатов щелочных металлов, связанные с гидротермальной 5 и гидробаротермальной обработкой . предварительно подготовленной композиции, состоящей нз щелочного водного раствора и кремнезема «1 .

Однако известные способы продол-. 10 жительны по времени, требует значительного расхода. тепловой энергии и не позволяют получать из-эа неполного растворения кремнезема при сокращении времени растворения высокие 15 свяэукщие свойства силикатных связующих. Применение в известных способах искодного аморфногО кремнЕэема в виде пйлей - отходов промышленного производства .увеличивает время их растворения и сообщает формовочным смесям, приготовленным на связующих из этих материалов, высокую остаточную прочность (прочность стержней или форм после заливки).

Иаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения силикатного связующего, заключающийся во взаимодействии летучих пылей, содержащих кремнезем, и водных растворов едких щелочей при повыиенных температурах и избыточном давлении. Согласно спосо-,: бу связующее приготавливают в сле-, дующей последовательности операций: 35 предэарительно приготавливают водный раствор едкой щелочи концентрации 6-153, загружают автоклав или реактор кремнеземом в виде промыш-, ленных отходов, затем загружают ав- 40 токлав заранее подготовленным б-15Вным раствором едкой щелочи, варка связующего производится с подогревом до 120-190©C при давлении 2,918,6 бар, далее .выгрузка и охлажде- 45 ние С23.

Однако дапиый способ не предусматривает использования тепловой энергии, выдеяякщвйся при растворении щжсталлической щелочи В sage из за 5g чего значительно замедляется процесс ( приготовления раствориваях силикатов, снижаются их связующие свойства.

Цель изобретения - интенсификахцФя щ оцесса приготовления связую 55 щего аутем сокращения времени его щжгоаовяеиия и экономии электроэнергии, а также повиаение црочности а уаучаюние выбиэаемости свесей.

Иоставленная цель достигается тем, что согласно способу получения

;силииажйого связующего, включающему растворение кристаллической едкой щвлеви в воде, загрузку в автоклав

5349p oro кремнезема нагрев держку при нагреве и избыточном давлении, растворение кристаллической едкой щелочи в воде производят после загрузки ее в автоклав едно временно с аморфным кремнеземом.

При этом в качестве аморфного; кремнезема применяют кремнистые осадочные породы - днатолит, трепел, спонголит, опокн.

Кремнистые осадочные породы (КОП1 представляют собой высокодисперсный, пористый материал с сильно развитой поверхностью. Химический состав КОП, мас.Ъ:

Аморфный кремнезем (Б10 ) 74-96

Оксиды (А1зО, РеяО 1

CaO MgOj 3-25

Потери после прокаливания ППП) Остальное

Удельная поверхность кремнеэемистых осадочных пород составляет 2590 м /г, . Ускорение процесса приготовления связующего происходит за счет двух факторович более высокой температуры в автоклаве или реакторе эа счет тепла, выделяеомго при растворении кристаллической щелочи в воде, и использования в качестве аморфного кремнезема кремнистых осадочных пород, имекщих более тонкодисперсную структуру. Скорость растворения кремнезема в воде, при прочих равных условиях, увеличивается с повышением температуры. В то же время прн растворении кристаллической щелочи, например едкого натра, выделяется

9940 ккал/кг на 200 молекул воды.

Это тепло повышает температуру композиции и ускоряет процесс растворения кремнезема, если вода, едкий натр и кремнезем одновременно помещены в какую«либо емкость.

Повышение связующих свойств силикатного связующего, приготавливаемого по предлагаемому способу, объяс-. няется следующими причинами. В щелочной среде растворимость кремнезема сильно возрастает с повышением температуры и с уменьшением .размеров зерен S10< за счет интенсивной деполимеризации кремнезема с образованием силикатных ионов. С увеличением количества растворенного кремнезема связующая способность силикатного связующего увеличивается. По предлагаемому сносс бу, .в отличие от известного, температура среды выше и размер зерен меньйе-, т.е. большая часть аморфного кремнезема за равный промежуток времени перейдет в раствор.

Пример. Исходные материалы одновременно загружают в автоклавы, представляющие собой герметически закрываемые емкости из нержавекщей, 1072980

Т а б л и ц а 1 в еФ ею ему ю ююв а е юююФю ай»

Составы связуюцего, мас.% !

" 1

Г 1 1 Т)Ч

Кремнеземистая пьшь37,5

НаОН (кристадличес, кий) 20 12,5 10 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5

50 50 50 50 50 50 50 50 50 стали и помещают в термостат пред-. о варительно нагретый до 95 С. В течение часа производят термальную обработку их, затем автоклавы охлаждают и из них извлекают полученное связующее. Количественное соотношение кремнистых осадочных пород к кристаллической едкой щелочи, например едкому натру составляет (1,5-10)г1, преимущественно (2-3): 1 мас.Ъ, при содержании во- ды 30-70%, смесь обрабатывают при

85-250 С и давлении 1-30 10 Па, продолжительность варки - 0,5-1 ч.

Для получения сравнительных данных параллельно получают силикатные связующие но известному способу (прототипу) и прЕдлагаемому. В качестве аморфного кремнезема искусственного происхождения для известного способа используют крмнеэемистую

l пыяь (КП), являющуюся побочным продуктом производства кристаллического кремния и представляющую собой тонкую, ненористую, высококремнеземистую пыль следуюцего общего химического состава, мас.Ф:

Общий углерод 3-10 А1 0у 1-4

Fe O> 1,5-1,6

Са0 0 i3-1,7

8102 Остальное

Удельная поверхность KII составляет около 20 м /г.

В качестве аморфного кремнезема по предлагаемому способу используют диатомит Сингилеевского месторождения, средний химический состав которого, мас.Ъ!

310у, 79,78

A1 0Ç 6,27

Ре Оз 4,01

Сао 1,18

Мк 0 . 1, 19 во 0,84

ППП Остальное

Удельная поверхность диатомита

Сенгилеевского месторождения состав. ляет около 60 м /г, Предлагаемый способ обеспечивает получение силикатного связующего с модулем 1,5-4,0. Регулировка значения модуля осуществляется измеиением соотношения — — -при загрузке

КОП

NaOH - в автоклав или реактор, где КОПкремнистые осадочные породы, NaOHедкий натр, взятый в обезвоженном

5 сОстОяниие

Плотность силикатных свяэукщих, получаемых по предлагаемому способу, может колебаться в пределах 1 11,7 г/см . Плотность силикатного ð связующего регулируется либо изменением концентрации силикатных образований (Na>0 и SiO> ), либо изменением модуля (основнйе окислы NayO, К о и т.д. повышают плотность несколько больше, чем кремнезем), либо изменением термодинамических параметров варки связующего.

Приготавливают формовочные смеси с одинаковым количественным содержанием силикатных связующих. Для проверки прочности при сжатии испытывают образцы по ГОСТ 2189-78. Выбиваемость смесей определяют по показателям прочности стандартных образ» цов при сжатии после нагрева до

1000 С в печи в течение 30 мин и охлаждения вместе с печью. .В табл. 1 представлены различные составы связукицих: составы 1-3 охватывают граничные и среднее значения соотношений компонентов,мас.Ф

Аморфный кремнезем (кремнистые осадочные породы, КОП) 30-40

35 NaOH (кристаллический 10-20

Вода Остальное

Составы 2,4 и 5 в качестве KOQ используют диатомит, причем разной

4Q дисперсности - 25-90 м /г.

Составы 6-8 содержат в качестве КОП соответственно трепел, спонголит и опоки. Состав 9 получен по известному способу изготовления

45 связуюцего.

Приготавливали смесь, состоящую иэ 95 мас.% кварцевого песка и

5 мас.,В связукщего.

Физико-механические и технологические свойства смесей согласно табл. 1 приведены в табл. 2.

1072980

Продолжение табл. 1

Составы связующего, мас. Ъ

11 t I ) Т 11 компоненты

1 2

3 4 5 б 7 8 9

Диатомит с дисперсностью, м®/ч

37,5

40 37,5

90

37,5

37,5

37,5

37,5

Таблица 2

3 I II (r, Физико-механические и технологические свой ства смесей 1, !

Прочность при сжатии после продувки СО в течение 45 с, Па,10 10,8

12,2 16,4 15,4

18уб 17 1 15 8 16,7,г 5,6

0,16 0,16 0 ю14 0,17

0,15 0,10 0,12

Осыпаемость, В

Остаточная прочность после нагррва до

1000 С Па,10

63,7 65,4 69,7 82,4

57,1

Практически неограничена

Живучесть, ч

3 ч

15 8 14,7 15,2 5,8

24 ч

0,10 0,08 0 07 0,05

0,10

84 87 87 79

Газопроницаемость до продувки, ед.

180 165 175 148

160

Разопроницаемость после продувки СО>, ед.

235 230 210 205 220

Дрилипаемость к оснастке после продувки, Ф

Нет Нет Нет 0,04

Нет

Газотворность при заливке металлом, см- /ч

Термостойкость,бС

3,7 3,2 3,2 4,1

560 580 595 530

3,9

545

Трепел

Спонголит

Опока

Прочность при сжатии после продувки CO „

Па,.10, через

1 ч

Прочность при сжатии до продувки СО, Па 10 (в сыром состоянии)

Текучесть до продувки

17,4

17, 3

15,2

17,9 16,3 17ф2 бт1

18 3 16,(17,5 6,3

1072980 &

:связующего, полученного по предлагаемому и известному спосо бам.

В табл, 3 в зависимости от порядка аагрузки компонентов приведены свойства смесей с использованием

Т а б л и х а 3

«««««««««««««!

Режим обработки

Состав исходных материалов, мас.ч.

Температура в термостате, С

«« «

«««««««

Известный (ao.ýàÿâêå

Ю 2826432 ФРГ) кпа 3 io

NsOH 1,0 (кри ст алли« ческий1

КН+водный 95 раствор

ИаОН

1,0

0i5 вода

Диатомит 3,0 Диатомнт, 95

NsOH 1,0 кристал(кристалли- лический ческий) ; NsOH

Вода 4,0 воду за гружают одновременно

Предлагаемый

° « «« ° «««««

Ъ«««««« ЕП - кремнеземистая пыль.

Способ приготовления силикатного связукицего

Порядок загрузки исходных матерна лов в автоклаве

Продолжительность термальной об-. работки, ч

Время пригатовления раствора едкой щелочи, ч

1072980

Продолжение табл. 3

l» »

Физико-механические свойства формовочных смесей

Состав испытуемой формвочной смеси, мас.ч.

Общее время приготов» ления, ч

Темпер атура связующего после окончания термальной обработки, С

Способ приготовления силикатного связующего

Остаточная прочность образцов после нагрева до 1000 С

Па,10

Осыпаемость, Ъ

Прочностьь образцов при сжатии после продув ки СО в тече ние

45 мин

Па.10

1,5 95

Известный (по заявке

М 2826432 ФРГ) 0,17. 82,4

Формо- 5, 6 вочный песок

2КО2Б95,: связующее - 5

То же 16,4 О, 15

57 1

1,0

Предлагаемый

BHHHIIH Заказ 256/8 Тираж 775 Подписное.Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Как следует из табл, 2, свойства смесей на связукицих, полученных по предлагаемому способу, выше свойств смесей на связующих, полученных по 4п известному способу, связующая способность выше, так как прочность образцов при сжатии после продувки СО> в течение 45 с увеличилась с 5,5 до

17.10 Па, выбиваемость улучшилась, так как остаточная прочность после нагрева до 1000 С уменьшилась с

82,4 до 57,1.10 Па, текучесть повысилась с 79 до 87%, полностью исчезла прилипаемоать.

Данные табл. 3 подтверждают преимущество предлагаемого способа перед известным по режимам приготов» ления связующего общее время приготовления свяэукщего по предлагаемому способу в 1,5 раза меньше, чем 55 по известному способу.

Использование изобретенного способа получения силикатного связующего из аморфного кремнезема обеспечивает по сравнению с известным способом 60 следующие преимущества: возможность упрощения технологии приготовления. силикатного связующего, благодаря чему исключается иэ технологической цепочки оборудования установка приготовления растоворов щелочи, ее дозировки и.транспортировки в автоклав (реактор ) снижение себестоимости свяэукицего за счет сокращения времени варки, расходуемой энергии и умнеьшения стоимости применяемых исходных материалов - КОП; снижение себестоимости отливок за счет меньшего раскода связующего благода« ря его высоким снязукнцим свойствам и уменьшению трудоемкости выбивки стержней из отливок благодаря лучшей выбиваемости смесей, приготовленных на связующих из предлагаемых K0D

Ожидаемый экономический эффект от максимального рбъема использования предлагаемого способа составит около 6 клн,.руб.