Декоративное каменное литье и шихта для получения декоративного каменного литья

 

Использование: производство изделий декоративно - художественного назначения из силикатных расплавов из горно-промышленных отходов. Сущность изобретения: декоративное каменное литье содержит следующие компоненты, мас.%: SiO₂ 40,77-47,24, Al₂O₃ 6,26-9,11, FeO 0,48-1,72, Fe₂O₃ 0,20-4,95, CaO 27,35-29,58, MgO 2,42-5,77, Na₂O 2,07-3,71, K₂O 4,24-6,41, B₂O₃ 0,20-4,15, P₂O₅ 0,73-2,06. Шихта для получения декоративного каменного литья содержит следующие компоненты, мас.%: маложелезистые полевошпатовые породы 27,2-51,0, буру 0,5-10,0, карбонатиты 16,9-43,6, мелилититы 1,8-49,8. 2 табл.

Изобретение относится к новым видам материалов из силикатных расплавов из горно-промышленных отходов и может быть использовано при производстве изделий декоративно-художественного назначения.

Известно декоративное глушеное стекло, содержащее SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, Na₂O, P₂O₅, TiO₂ при следующих соотношениях компонентов, мас. SiO₂ 46,0-53,4 Al₂O₃ 5,0-9,4 B₂O₃ 18,5-28,2 Na₂O 8,5-10,0 P₂O₅ 1,8-4,0 TiO₂ 5,5-9,0 Это синее с голубыми разводами стекло характеризуется высокой декоративностью, однако для его производства требуются дефицитные и дорогостоящие материалы, в частности чистые оксиды и соли.

Наиболее близким из известных технических решений к предложенному является декоративное каменное литье, включающее SiO₂, Al₂O₃, FeO, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, TiO₂, B₂O₃.

Такое декоративное каменное литье обладает высоким декоративным качеством, позволяет получать широкую цветовую гамму материалов: желто-зеленых, светло-серых, бежевых, коричневых, белых, светло-голубых, розовых и лиловых оттенков. Кроме того, часть компонентов сырьевой смеси пользуется достаточным распространением и имеет невысокую стоимость. В частности, в качестве полевошпатового компонента могут быть использованы кварцевые порфиры, геллефлинты, анортовиты, нефелиновый, нефелин-полевошпатовый и кварц-полевошпатовый концентраты. Эгириновый концентрат, хотя и менее распространен, может быть также отнесен к недорогим компонентам. Однако и это является основным недостатком прототипа, декоративное каменное литье характеризуется высокими содержаниями двуокиси титана (TiO₂ 9,5-25,0%). В связи с этим обязательным компонентом сырья является минерал, содержащий титан в анионной группе: сфен или перовскит. Оба эти минерала малораспространены, концентраты их дороги, а перовскит, кроме того, иногда имеет повышенную радиоактивность.

Целью изобретения является получение стеклокристаллических материалов с высокими декоративными качествами без малораспространенных и дорогостоящих компонентов сырьевой смеси, расширение минерально-сырьевой базы для декоративного каменного литья и утилизация горно-промышленных отходов.

Это достигается тем, что декоративное каменное литье, включающее SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, B₂O₃, содержит дополнительно Р₂О₅ при следующих соотношениях компонентов, мас. SiO₂ 40,77-47,24 Al₂O₃ 6,26-9,11 FeO 0,48-1,72 Fe₂O₃ 0,20-4,95 CaO 27,35-29,58 MgO 2,42-5,77 Na₂O 2,07-3,71 K₂O 4,24-6,41 B₂O₃ 0,20-4,15 P₂O₅ 0,73-2,06 В качестве сырья для получения декоративного каменного литья используют маложелезистые кварц-полевошпатовые породы, карбонатиты, мелилититы и буру при следующем соотношении компонентов, мас.

Маложелезистые полевошпатовые породы 27,2-51,0 Карбонатиты 16,9-43,6 Мелилититы 1,8-49,8 Бура 0,5-10,0 В качестве маложелезистых кварц-полевошпатовых пород используют керамические пегматиты, плагиопегматиты (отходы при добыче керамических пегматитов).

Карбонатиты и мелилититы представляют собою вскрышные породы и в настоящее время направляются в отвал.

Химический состав сырьевых материалов приведен в таблице 1.

По сравнению с прототипом (и с аналогом) в предложенном составе полностью исключен титансодержащий компонент как наиболее дефицитный и дорогостоящий. Содержания титана в готовом стекле отвечают фоновым содержаниям этого компонента в силикатных породах. В прототипе же этот компонент играет решающую роль, так как именно он обеспечивает процесс ликвации, ответственный за возникновение декоративного эффекта. При снижении TiO₂ ниже нижнего предела по прототипу ликвация не происходит и декоративный эффект не возникает.

В предложенном составе аналогичную роль играет Р₂О₅. Однако процессы ликвации в фосфорсодержащих системах протекают при строго ограниченных содержаниях алюминия и щелочей. Эти системы нетехнологичны, так как расплавы образуются при высоких температурах (выше 1500^оС) и характеризуются высокой вязкостью. Частично этот недостаток устраняется применением буры. Однако при высоких ее содержаниях ухудшается процесс частичной кристаллизации, что отрицательно сказывается на физических и декоративных свойствах материала. Для полного устранения указанного недостатка приходится увеличивать по сравнению с известными составами содержания СаО и MgO, а при более высоких, чем верхний заявляемый предел содержания этих компонентов, ликвация не происходит и декоративный эффект исчезает. Декоративный эффект исчезает и при увеличении отношения MgO/CaO.

Содержания других компонентов не оказывают большого влияния на декоративные свойства каменного литья. Их соотношения определяются содержанием в сырье.

Примеры конкретного выполнения изобретения, приведенные в таблице 2, соответствуют технологическому процессу, включающему плавление шихты, уложенной в два слоя, при температуре 1400-1450^оС в течение 1 ч, формование расплава при одновременном его охлаждении до 600^оС и последующую кристаллизацию при температуре 700-800^оС. Охлаждение образцов самопроизвольное от температуры кристаллизации до комнатной в течение 14-16 ч. В зависимости от выбранной температуры кристаллизация протекает более или менее полно. При низкой температуре (700^оС) материал окрашен в темные синие тона разной интенсивности. При наиболее высокой температуре преобладают светлые, почти белые и голубые тона.

При использовании карбонатных продуктов с меньшим содержанием Р₂О₅, а следовательно, более низком (менее 0,7%) содержании последнего в литье, ликвация не происходит и материал получается однотонным черного цвета. При использовании более богатых фосфором апатит-карбонатных руд декоративный эффект обнаруживается, однако в литье наблюдаются включения непроплавившегося апатита, что приводит к возникновению локальных напряжений и микротрещин. Кроме того, увеличивается вязкость расплава.

Таким образом, предлагаемый состав позволяет достичь необходимого технического результата: при его плавлении происходит ликвация, расплав имеет низкую вязкость, а при отжиге происходит частичная кристаллизация, что обеспечивает возникновение декоративного эффекта. Следовательно, предлагаемое техническое решение дает возможность получить каменное литье из более дешевого и распространенного сырья, не ухудшая декоративные качества материала.

Формула изобретения

1. Декоративное каменное литье, включающее SiO₂, Al₂O₃, FeO, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, B₂O₃, отличающееся тем, что оно содержит дополнительно P₂O₅ при следующих соотношениях компонентов, мас.

SiO₂ 40,77 47,24 Al₂O₃ 6,26 9,11 FeO 0,48 1,72 Fe₂O₃ 0,20 4,95 CaO 27,35 29,58
MgO 2,42 5,77
Na₂O 2,07 3,71
K₂O 4,24 6,41
B₂O₃ 0,20 4,15
P₂O₅ 0,73 2,06
2. Шихта для получения декоративного каменного литья, включающая маложелезистые полевошпатовые породы и буру, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит карбонатиты и мелилититы при следующем соотношении компонентов, мас.

Маложелезистые полевошпатовые породы 27,2 51,0
Бура 0,5 10,0
Карбонатиты 16,9 43,6
Мелилититы 1,8 49,8

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2