Способ получения стеклокристаллического материала на основе вермикулита

Авторы патента:

C03C10/06 - кристаллическая фаза, содержащая алюмосиликат оксида двухвалентного металла, например анортит, шлакокерамика

Владельцы патента RU 2250200:

Специальное конструкторско-технологическое бюро "Наука" Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук (СКТБ "Наука" КНЦ СО РАН) (RU)

Способ получения стеклокристаллического материала на основе вермикулита осуществляют путем смешивания его с известняком, восстановительного плавления, выделения силикатной части расплава, перевода ее в рентгеноаморфное состояние отливом в воду и одностадийной термообработки. Для уменьшения времени термообработка проводится в режиме самораспространяющейся кристаллизации, заключающейся в зарождении фронта волны повышенной температуры за счет энергии фазового перехода и ее распространения вдоль образца со скоростью 13 мм/мин. Техническая задача – снижение времени термообработки.

Изобретение относится к переработке нерудного сырья, в частности вермикулита, в стеклокристаллические материалы, которые могут быть использованы в стройиндустрии, а также в алюминиевой промышленности в качестве огнеупорных материалов для футеровки ванн электролизеров.

Существует способ получения стеклокристаллических материалов путем варки стекла, отливки его в формы и кристаллизации полученных заготовок в муфельных печах с целью выделения кристаллических фаз [1] (Д.У.Туляганов, Ш.Ю.Абдуллаев, М.Э.Махкамов, М.Х.Арипова. “Стекло для биосовместимого стеклокристаллического материала”. А.с. 1742239 SU. Бюл. №23 от 23.06.92 г.). В данном способе порошкообразную смесь, состоящую из оксидов SiO₂, Аl₂О₃, MgO, Fе₂O₃, Мn₂O₃, СаО, Р₂O₅, В₂O₃, варят в корундовых тиглях при температурах 1380-1450°С в течение 1 ч. Проваренное стекло отливают в формы и проводят кристаллизацию при температуре 850-1000°С в течение 1-2 ч. Наряду с кристаллизацией стекла в виде цельнолитых образцов возможна и термообработка стеклянных порошков.

Известен способ получения стеклокристаллического материала [2] (В.И.Бухмастов, В.М.Жестков, О.А.Пономарев. “Стекло для шлакоситалла”. А.с. 1123996 SU. Бюл. №42 от 15.11.84) путем варки стекла, включающего SiO₂, Аl₂О₃, СаО, MgO, Fе₂O₃, MnO, S^-2 в восстановительной среде при 1450±10°С в течение 2 ч. Термообработку проводят по двухступенчатому режиму путем выдержки в заданном интервале температур в течение 4 ч. Данный способ выбран в качестве прототипа по максимальному совпадению существенных признаков. К недостаткам способа следует отнести многоступенчатость и длительность процесса термообработки, что ограничивает возможность использования данного способа.

В основу заявляемого изобретения положена задача разработки способа получения стеклокристаллического материала с малым временем термообработки на основе вермикулита, стабилизированного по составу методом восстановительного плавления, чтобы расширить возможности их применения в качестве строительных и огнеупорных материалов в алюминиевой промышленности.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что вермикулит переводят в рентгеноаморфное, стабилизированное по составу состояние по способу [3] (RU 2132306, 6 С 03 С 11/00), путем предварительного доведения содержания оксида кремния и оксида кальция в исходной шихте до массового отношения SiO₂/СаО, равного интервалу 1-2, а содержание углерода - до 3 мас.%, плавления в восстановительной среде при температуре 1580-1610°С, отделения металлической части расплава, содержащей железо, последующего охлаждения силикатной части расплава в режиме термоудара отливом в воду и получения рентгеноаморфного, стабилизированного по химическому составу, обедненного железом материала (пеносиликата) следующего состава, мас.%: SiO₂37,58; Аl₂O₃11,34; Fе₂O₃ 0,05; SO₃0,3; СаО 33,29; MgO 17,2; Na₂O 0,16; K₂O 0,08.

Термографическое исследование пеносиликата, обладающего избыточным запасом энтальпии, показывает, что при переходе его из аморфного состояния в кристаллическое тепловыделение составляет более половины значения теплоты плавления. После нагрева одного из краев образца из пеносиликата до температуры начала кристаллизации в нем возникает локальная область закристаллизованной фазы, и вдоль образца распространяется фронт волны кристаллизации, т.е. самораспространяющаяся кристаллизация, поддерживаемая за счет выделяющейся в зоне кристаллизации тепловой энергии фазового перехода.

Пеносиликат измельчается до крупности 80 мкм; добавляется вода в количестве 10 мас.% свыше 100 мас.% порошка, формуются образцы и помещаются в печь, нагревание которой происходит до температуры 900°С со скоростью 20°С/мин с последующим охлаждением. При температуре 820°С происходит зарождение фронта волны кристаллизации и дальнейшее его распространение вдоль образца со скоростью 13 мм/мин. При этом температура образца во фронте волны увеличивается на 200°С по сравнению с температурой в печи. Скорость изменения температуры образца в процессе распространения фронта волны достигает 300°С/мин. При достижении 900°С скорость изменения температуры образца становится равной скорости изменения температуры в печи. Это свидетельствует об окончании процесса в режиме самораспространяющейся кристаллизации. Общее время термообработки составляет 45 минут. Предлагаемый способ получения стеклокристаллического материала на основе вермикулита поясняется конкретным примером.

Пример. В 400 г вермикулита вводят 15 г углерода, 167 г известняка, плавят в восстановительной среде при температуре 1580-1610°С. Происходит разделение расплава на металлическую часть, содержащую железо, опускающуюся на дно ванны печи, и силикатную часть, которую охлаждают в режиме термоудара отливом в воду с получением пеносиликата. Пеносиликат измельчают до крупности 80 мкм, добавляют 10 мас.% воды сверх 100 мас.% пеносиликата, формуют изделия, помещают его в печь, которую нагревают со скоростью 20°С/мин до температуры 900°С в течение 45 мин с последующим охлаждением. Полученный стеклокристаллический материал имеет следующие характеристики:

- плотность 2,3 г/см³;

- прочность на сжатие 135 МПа;

- температура использования 1200°С.

Способ получения стеклокристаллического материала на основе вермикулита путем смешивания его с известняком, восстановительного плавления, выделения силикатной части расплава, содержащей SiO₂, Аl₂О₃, Fе₂O₃, CaO, MgO, SO₃, Na₂O, К₂O, перевода ее в рентгеноаморфное состояние, измельчения до крупности 80 мкм, формования и термообработки, отличающийся тем, что для уменьшения времени термообработки она осуществляется в режиме самораспространяющейся кристаллизации, заключающейся в зарождении фронта волны повышенной температуры за счет энергии фазового перехода и ее распространения вдоль образца со скоростью 13 мм/мин при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ 37,58; Аl₂O₃ 11,34; Fе₂O₃ 0,05; СаО 33,29; MgO 17,2; SO₃ 0,3; Na₂O 0,16; K₂O 0,08.

Изобретение относится к области создания декоративных стеклокристаллических материалов на основе отходов металлургической промышленности. .

Способ получения пенокерамики из металлургических шлаков // 2203252

Изобретение относится к переработке промышленных отходов, в частности шлаков металлургического производства в пенокерамику со структурой волластонита для строительной индустрии при производстве фильтрующих материалов.

Стекло для стеклокристаллического цемента // 2188171

Изобретение относится к составам стекол для стеклокристаллического цемента (ситаллоцемент), предназначенного для спаев, пассивации и герметизации микросборок, узлов и корпусов приборов в радиоэлектронной промышленности и приборостроении.

Декоративное стекло // 2151751

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к составу декоративных многоцветных стекол, которые могут быть использованы для производства облицовочных и художественных изделий.

Шихтовой материал для изготовления стеклокерамики // 2142437

Изобретение относится к технологии керамических материалов, в частности к стеклокерамике на основе корунда, и может быть использовано при изготовлении экологически чистых конструкционных изделий, применяемых в машиностроительной, пищевой, строительной отраслях промышленности.

Способ получения стеклокристаллического материала // 2131853

Изобретение относится к области производства строительных материалов и товаров народного потребления, преимущественно стеклокристаллических, и может быть использовано для получения ситаллов и каменного литья с глянцевой огненно-полированной поверхностью и повышенной химической стойкостью.

Стекло для стеклокристаллического диэлектрика для структур кремний-на-изоляторе // 2083515

Изобретение относится к составам кристаллизующихся стекол, предназначенных для диэлектрической изоляции активных элементов кремниевых интегральных схем и создания структур типа кремний-на-изоляторе (КНИ) и кремниевых структур с диэлектрической изоляцией (КСДИ).

Стекло для ситаллоцемента // 2069199

Изобретение относится к составам стекол для ситаллоцементов, использующимся при изготовлении межслойной изоляции в толстопленочных многоуровневых МДМ-структурах, совместимых с прецизионными резисторами на основе соединений рутения.

Шихта для шлакоситалла // 2065842

Изобретение относится к составу шихты для получения шлакоситалла пироксенового состава, предназначенного для использования в химической, металлургической, горнорудной промышленности, строительстве.

Шлакоситалл // 2056384

Изобретение относится к технологии силикатов, а именно к составам шлакоситаллов, которые могут найти применение в качестве строительного материала. .

Цветной стеклокристаллический материал // 2276114

Изобретение относится к области создания цветных стеклокристаллических материалов на основе природного, технического сырья и шлакового отхода

Стекло для шлакоситалла // 2414437

Изобретение относится к области ресурсосберегающих технологий, а именно к технологии шлакоситаллов, используемых в строительной, химической промышленности

Способ получения стеклокристаллического материала // 2424201

Изобретение относится к способам получения стеклокристаллического материала, включающее просев золы, образующейся после сжигания твердых бытовых отходов, дозировку, смешение с щелоче- и кремнеземсодержащими компонентами, тепловую обработку до образования стекломассы, формование изделий и отжиг, отличающееся тем, что стекломассу получают из шихты, содержащей до 70% золы, кремнеземсодержащий компонент 20-40%, щелочесодержащий компонент до 20%

Цветное шлакокаменное литье и шихта для его получения // 2465237

Изобретение относится к производству стеклокристаллических материалов и каменного литья и может быть использовано в производстве декоративных, облицовочных материалов и художественных изделий

Цветное шлакокаменное литье и шихта для его получения // 2474541

Изобретение относится к производству художественных изделий и строительных материалов

Шихта для получения декоративно-облицовочного материала // 2505494

Изобретение относится к составам декоративно-облицовочных материалов, которые могут быть использованы в строительстве. Техническим результатом изобретения является повышение морозостойкости изделий. Шихта для получения декоративно-облицовочного материала включает измельченное стекло, молотый природный вулканический шлак, каолин и буру при следующем соотношении компонентов, мас. %: измельченное стекло - 56,0-69,0; молотый природный вулканический шлак - 25,0-35,0; каолин - 3,0-7,0; бура - 2,0-3,0. 1 табл.

Каменное литье // 2510374

Изобретение относится к искусственным плавленым силикатным керамическим материалам, в частности к составам каменного литья, и предназначено для изготовления пулезащитных броневых пластин (плит) бронежилетов. Кроме оборонной отрасли, изобретение может быть использовано в строительной, горно-обогатительной и других областях промышленности. Предлагаемое каменное литье содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: SiO2 43-45; Аl2О3 15-16; CaO 9-17; FeO 5-8; MgO 8-9; Fe2O3 3-5; TiO2 1-1,5; К2О и/или Na2O 2,5-4; Cr2O3 2-2,5 и СаF2 1,5-2. За счет использования недорогих технологии, исходного сырья и оптимального содержания добавок каменное литье обладает более низкой стоимостью. Наличие диссипативных свойств, соответствующих требованиям ГОСТ Р 50744-95 «Бронеодежда. Классификация и основные требования», свидетельствует о его пригодности для изготовления пулезащитных броневых пластин бронежилетов. Технический результат изобретения - получение материала, пригодного для изготовления пулезащитных броневых пластин бронежилетов, а также для элементов, сочетающих пулестойкость со способностью рассеивания и поглощения радиационного и инфракрасного излучения. 3 табл., 2 ил.

Декоративно-облицовочный материал // 2513811

Изобретение относится к составам материалов, которые могут быть использованы при изготовлении плитки для наружной облицовки зданий. Технический результат заключается в снижении температуры спекания декоративно-облицовочного материала. Декоративно-облицовочный материал содержит, мас.%: измельченное силикатное стекло 63,0-92,0; отвальный гранулированный шлак медно-никелевого производства 5,0-35,0; хлорид натрия 1,0-3,0. 1 табл.

Композит на основе алюмосиликатной стеклокерамики и способ его получения (варианты) // 2534229

Изобретение относится к области химической промышленности, теплоэнергетики, авиакосмической техники, в частности к композиту на основе алюмосиликатной стеклокерамики, армированной одной из наноформ углерода. Композит на основе стронцийалюмосиликатной стеклокерамики имеет следующий состав, мас.%: Аl2O3 - 30,0-32,0; SrO - 20,0-32,0; ТiO2 - 9,0-10,0; SiO2 - остальное, и в качестве углеродсодержащего нанонаполнителя - графен с удельной поверхностью не менее S=500 м2/г в количестве не более 1% (сверх 100%). Способ получения композитов включает синтез стронцийалюмосиликатной матрицы, ее измельчение до дисперсности 4-8 мкм, приготовление смеси порошка матрицы с графеном в среде спирта, УЗ-воздействие с частотой 18-20 кГц, механическое перемешивание и проведение обжига по определенным режимам. Заявленные составы композитов и способ их получения обеспечивают высокую плотность, высокие термические свойства и повышенные значения модуля Юнга и трещиностойкости при существенно меньшем количестве углеродного нанонаполнителя. 4 н.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл., 2 ил.

Стеклянный уплотнитель для батарей твердооксидных электролитических элементов (soec) // 2561097

Изобретение относится к батарее твердооксидных электролитических элементов (SOEC), изготовляемой способом, который включает следующие стадии: (a) формирование первого блока батареи элементов путем чередования по меньшей мере одной соединительной пластины и по меньшей мере одного узла элемента, причем каждый узел элемента содержит первый электрод, второй электрод и электролит, расположенный между этими электродами, а также обеспечение стеклянного уплотнителя между соединительной пластиной и каждым узлом элемента, причем стеклянный уплотнитель имеет следующий состав: от 50 до 70 мас.% SiO2, от 0 до 20 мас.% Аl2О3, от 10 до 50 мас.% СаО, от 0 до 10 мас.% МgО, от 0 до 2 мас.% (Na2O+K2O), от 0 до 10 мас.% В2O3 и от 0 до 5 мас.% функциональных элементов, выбранных из TiO2, ZrO2, F2, P2O5, МоО3, Fе2O3, MnO2, La-Sr-Mn-O перовскита (LSM) и их комбинаций; (b) превращение указанного первого блока батареи элементов во второй блок со стеклянным уплотнителем толщиной от 5 до 100 мкм путем нагревания указанного первого блока до температуры 500°C или выше и воздействия на батарею элементов давлением нагрузки от 2 до 20 кг/см2; (c) превращение указанного второго блока в конечный блок батареи твердооксидных электролитических элементов путем охлаждения второго блока батареи, полученного на стадии (b), до температуры ниже, чем на стадии (b), при этом стеклянный уплотнитель на стадии (a) представляет собой лист стекловолокон. Также изобретение относится к применению Е-стекла в качестве стеклянного уплотнителя в батареях твердооксидных электролитических элементов. Предлагаемые батареи демонстрируют малую степень ухудшения свойств в процессе эксплуатации. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.