Масса для производства теплоизоляционного материала

 

Использование: при изготовлении теплоизоляции для защиты тепловых агрегатов и аппаратов, работающих при температуре до 900 ^oС в среде агрессивных газов. Сущность: масса для производства теплоизоляционного материала содержит, мас.%: хвосты обогащения медно-никелевых руд 71-75; водорастворимые фосфаты алюминия 25-29, причем хвосты обогащения медно-никелевых руд имеют следующий минеральный состав, мас.% : серпентиновые минералы 70,0-90,0; тальк 0,3-20,0; кальций, доломит 0,1-5,0; оловины, пироксены, амфиболы 0,2-20,0; магнетит 5,0-15,0; пирротип, пирит, пентландит, халькопирит 1,0-3,0. При приготовлении массы сухие хвосты обогащения медно-никелевых руд затворяют раствором кислого алюмофосфата и перемешивают 3-5 мин. Отформованные изделия после выдержки 14-16 ч при нормальной температуре и 4-6 ч при 100 ^oС характеризуются прочностью 4-5 МПа. После нагревания до 600 ^oС прочность возрастает до 6-10 МПа, при нагревании до 900 ^oС - до 9-12 МПа; кажущаяся плотность материала не превышает 1,4 г/см³. Щелочестойкость материала по ГОСТ 27180-86 не ниже 98%. 1 табл.

Изобретение относится к технологии керамики и может быть использовано при изготовлении теплоизоляции для защиты тепловых агрегатов и аппаратов, работающих при температуре до 900^оС в среде агрессивных газов, например аммиака.

Известна масса для производства керамических теплоизоляционных материалов, состоящая из наполнителя, в качестве которого используется тальк, и вяжущего раствора асбеста в оpтофосфоpной кислоте при соотношении по массе вяжущее: наполнитель 1:1,5-2,0 [1] Однако изделия из указанной массы обладают невысокими прочностью и химической стойкостью и, кроме того, требуют большого расхода оpтофосфоpной кислоты.

Известна теплоизоляционная масса включающая тальк, магнезит и фосфатное связующее при следующем соотношении компонентов, мас. Тальк 46-86 Магнезит 4-36 Фосфатное связующее 8-25 В качестве фосфатного связующего в данной массе используют водные растворы кислых фосфатов алюминия, хрома и магния и их смеси. Изготавливаемые пористые материалы могут достаточно долго работать в среде агрессивных газов аммиака и оксидов азота при повышенной температуре [2] Данная теплоизоляционная масса имеет ряд недостатков. Это прежде всего то, что в ней используется первичное сырье тальк и магнезит. Применение хромсодержащей фосфатной связки ограничивает возможности использования получаемого материала из-за опасности загрязнения окружающей среды при производстве и эксплуатации материала. Кроме того, теплоизоляционная масса имеет малое время схватывания, что создает определенные трудности при проведении работ по теплоизоляции.

Известна также масса для производства теплоизоляционных материалов, включающая магнезиальный наполнитель и фосфатное связующее, причем в качестве магнезиального наполнителя используют пустые породы после обогащения хризотил-асбеста, а в качестве фосфатного связующего оpтофосфоpную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. Пустые породы после обогащения хризотиласбеста 82-90 Ортофосфорная кислота 10-18, причем пустые породы после обогащения хризотил-асбеста имеют следующий минеральный состав, мас. Серпентиновые минералы 80 Пироксены 8-9 Карбонаты 3-5 Рудные минералы 3-5 обломки дунита, карбонатно-тальковых пород, хлорита, кварца Единицы Такая шихта позволяет получать материал с достаточно высокой прочностью, водостойкостью и морозостойкостью, что позволяет использовать его при изготовлении строительного кирпича, блоков, панелей и т.п. [3] Однако известная шихта не лишена недостатков. Это прежде всего то, что вследствие малых расходов жидкой фазы сырьевая смесь получается жесткой, что требует для ее формовки применения прессования и затрудняет процессы поро- и газообразования при взаимодействии связки и карбонатных минералов заполнителя. Получаемые изделия имеют повышенную плотность 1,8 г/см³. Кроме того, в состав шихты входит высококонцентрированная ортофосфорная кислота (концентрация до 85% ), что создает повышенную опасность для персонала при производстве материала. И, наконец, пустые породы после обогащения хризотил-асбеста представляют собою специфический продукт, имеющий ограниченное распространение.

Изобретение направлено на снижение жесткости сырьевой смеси и увеличение времени ее схватывания, получение материала с меньшей кажущейся плотностью, повышение безопасности труда и расширение минерально-сырьевой базы за счет вовлечения в переработку отходов горнопромышленного комплекса хвостов обогащения медно-никелевых руд.

Это достигается тем, что в качестве серпентинсодержащих отходов используют хвосты обогащения медно-никелевых руд, а в качестве фосфатного связующего водорастворимые фосфаты алюминия при следующем соотношении компонентов, мас. Хвосты обогащения медно-никелевых руд 71-75 Водорастворимые фосфаты алюминия 25-29, а хвосты обогащения медно-никелевых руд имеют следующий минеральный состав, мас.

Серпентиновые минералы 70,0-90,0 Тальк 0,3-20,0 Карбонаты-кальцит, доломит 0,1-5,0 оливины, пироксены, амфиболы 0,2-20,0 магнетит 5,0-15,0 Сульфиды-пирротин, пирит, пентландит, халькопирит 1,0-3,0 Введение в состав теплоизоляционной массы хвостов обогащения медно-никелевых руд позволяет использовать вторичное сырье, что существенно расширяет минерально-сырьевую базу для производства таких материалов. Содержащиеся в составе сырья сульфиды и карбонаты активно взаимодействуют с фосфатной связкой с образованием газовой фазы, необходимой для формирования мелкой пористости. Серпентины основной компонент хвостов обогащения медно-никелевых руд медленнее взаимодействуют с фосфатной связкой (начало схватывания смеси не ранее 15-20 мин, конец схватывания 1,5-2,0 ч), что обеспечивает возможность ее поризации и получение материала с меньшей кажущейся плотностью.

Использование в качестве фосфатного связующего водорастворимых фосфатов алюминия, получаемых при взаимодействии ортофосфорной кислоты и нефелина, позволяет повысить безопасность труда при производстве материала. Кроме того, в производстве фосфатного связующего используют побочный продукт производства апатитового концентрата. Используемая фосфатная связка менее концентрированная, что позволяет получать более подвижную массу, способную к поризации и пригодную для формования без прессования.

Количественные соотношения компонентов выбирают исходя из следующего. В связи с тем, что в качестве наполнителя используют вторичное сырье, дисперсность которого определяется технологией предшествующего производства (получением медно-никелевого концентрата) и составляет 80% класса меньше 0,073 мм, для получения жидкотекучей массы необходимо вводить 25-30% по массе фосфатного связующего. При меньшем, чем 25% содержании фосфатного связующего в составе теплоизоляционной массы существенно ухудшается удобоукладываемость смеси и ее формуемость, уменьшается поризация, возрастает кажущаяся плотность готового продукта и его теплопроводность. При расходах вяжущего более 30% снижается вязкость смеси, что приводит к укрупнению пор, прорыву газовой фазы, что отрицательно сказывается на качестве конечной продукции. Одновременно увеличиваются сроки сушки и возрастает стоимость готовой продукции.

Теплоизоляционную массу приготавливают следующим образом.

Сухие хвосты обогащения медно-никелевых руд затворяют раствором кислого алюмофосфата и тщательно перемешивают в течение 3-5 мин. Подготовленную таким образом массу формуют любым известным способом. Отформованные изделия выдерживают в форме в течение 14-16 ч при нормальной температуре, а затем в течение 4-6 ч при температуре 100^оС. После охлаждения изделие распалубливают. Прочность такого изделия составляет 4-5 МПа, и достаточна для использования в теплоизоляции. В процессе эксплуатации после нагревания до 600^оС прочность возрастает до 6-10 МПа, а при нагревании до 900^оС до 9-12 МПа. При этом кажущаяся плотность материала не превышает 1,4 г/см³. Щелочестойкость материала по ГОСТ 27180-86 не ниже 98% В примерах приведены примеры конкретных составов теплоизоляционных масс и свойства изделий, изготовленных из них.

П р и м е р 1. Смесь, содержащую 2500 г сухих хвостов обогащения медно-никелевых руд и 825 г раствора алюмофосфатной связки плотностью 1,41 г/см³, перемешивают в лабораторной мешалке в течение 3 мин, формуют заливкой в 6 форм размером 7х7х7 см и выдерживают 14 ч. Затем формы помещают в сушильный шкаф и выдерживают еще 4 ч. После распалубки три образца подвергают испытаниям, а три остальных помещают для дальнейшей термообработки в муфельную печь, где выдерживают при 600^оС в течение 3 ч, после чего охлаждают и испытывают. Свойства материала приведены в таблице.

П р и м е р 2. Смесь, содержащую 2360 г сухих хвостов обогащения медно-никелевых руд и 964 г раствора алюмофосфатной связки плотностью 1,41 г/см³, перемешивают в лабоpатоpной мешалке в течение 5 мин. Дальнейшие операции выполняют так же, как и в примере 1. Свойства полученного материала приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемая масса для производства теплоизоляционного материала более подвижна по сравнению с прототипом и имеет большее время схватывания, что позволяет формовать ее литьем. Она не содержит вредных компонентов, позволяет эффективно перерабатывать горнопромышленные отходы и обеспечивает получение готовых изделий требуемого качества.

Формула изобретения

МАССА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, включающая серпентинсодержащие отходы обогащения и фосфатное связующее, отличающаяся тем, что она содержит в качестве серпентинсодержащих отходов обогащения хвосты обогащения медно-никелевых руд, а в качестве фосфатного связующего - водорастворимый фосфат алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.

Хвосты обогащения медно-никелевых руд 71 75
Водорастворимый фосфат алюминия 25 29
причем хвосты обогащения медно-никелевых руд имеют следующий минеральный состав, мас.

Серпентиновые минералы 70,0 90,0
Тальк 0,3 20,0
Карбонаты кальцит, доломит 0,1 5,0
Оливины, пироксены, амфиболы 0,2 20,0
Магнетит 5,0 15,0
Сульфиды пирротин, пирит, пентландит, халькопирит 1,0 3,0

РИСУНКИ

Рисунок 1