Сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного бетона

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству легких огнеупорных бетонов. Техническим результатом является повышение прочности и снижение плотности свежеотформованных изделий при утилизации отходов и сохранении времени отверждения. Сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного бетона, включающая алюминиевую пудру, ортофосфорную кислоту 60% концентрации и глиноземистый шлак, дополнительно содержит сернокислый шлам и вермикулит при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминиевая пудра 3 - 4, указанная ортофосфорная кислота 22 - 25, глиноземистый шлак 40 - 42, сернокислый шлам 12 - 14, вермикулит 15 - 23. 2 табл.

 

Заявляемое изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству легких огнеупорных бетонов.

Наиболее близкой по достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является сырьевая смесь, состоящая из ортофосфорной кислоты 60% концентрации, алюминиевой пудры, глиноземистого шлака, керамзита и серной кислоты отработанной 72-74% концентрации при следующем соотношении компонентов (мас.%): указанная ортофосфорная кислота 12-14; алюминиевая пудра 2-3; глиноземистый шлак и керамзит мелкозернистый в соотношении 2:1; указанная серная кислота 6-7 [Патент РФ №2102357, 1998 г. - прототип].

Недостатком сырьевой смеси является невысокая прочность при больших значениях плотности при использовании в качестве наполнителя малопрочного и относительно тяжелого керамзита фракции 0-5 мм.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение прочности и снижение плотности свежеотформованных изделий при утилизации отходов и сохранении времени отверждения.

Технический результат, полученный в результате решения поставленной задачи, достигается тем, что сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного бетона, включающая алюминиевую пудру, ортофосфорную кислоту 60% концентрации, глиноземистый шлак, дополнительно содержит сернокислый шлам и вермикулит при следующем соотношении компонентов (мас.%):

алюминиевая пудра 3-4

указанная ортофосфорная кислота 22-25

глиноземистый шлак 40-42

сернокислый шлам 12-14

вермикулит 15-23

Сернокислый шлам представляет собой продукт, образующийся травлением окалины при производстве стальных труб серной кислотой с последующей нейтрализацией известняком. Полученный при этом отход в виде шлама не находил применения и в больших количествах вывозился в отвал, ухудшая экологическое состояние в регионе. Химический состав шлама включает: Fе₂О₃ - 10-15%; MgO - 3-5%; SiO₂ - 7,3%; CaSO₄ - 25-30%; Сr₂О₃ - 1%; СаF₂ - 25-30% и др. Содержание в шламе оксидов Si, Cr, Mg и Fe является положительным фактором для применения в огнеупорных смесях, так как фосфатные системы Н₃РO₄, содержащие эти катионы, обладают высокими прочностными и огнеупорными свойствами.

Содержащийся в сернокислом шламе сернокислый кальций (до 30%) взаимодействует с ортофосфорной кислотой по реакции:

В результате образовавшаяся серная кислота взаимодействует с находящейся в смеси алюминиевой пудрой по реакции:

Образовавшиеся соединения Al₂(SO₄)₃, Аl(ОН)₃, а также полученные в результате аналогичного взаимодействия алюминиевой пудры с ортофосфорной кислотой Аl(Н₂РO₄)₃ обеспечивают быстрый набор прочности.

Снижение плотности полученных изделий происходит за счет выделения водорода и применения вермикулита фракции 0-5 мм, который отличается по сравнению с керамзитом меньшей в 2-3 раза плотностью при сохранении высоких огнеупорных свойств.

Таким образом, введение в сырьевую смесь сернокислого шлама, содержащего оксиды Са, Fe, Cr, Mg и Si, активно взаимодействующих с ортофосфорной кислотой и повышающих прочность и огнеупорность, а также вермикулита в качестве наполнителя, имеющего плотность, меньшую плотности керамзита в 2-3 раза, обеспечивает получение быстротвердеющей смеси повышенной прочности и меньшей плотности по сравнению с прототипом, что является новым техническим свойством заявляемой сырьевой смеси для производства легкого огнеупорного бетона.

Сырьевую смесь готовят в следующей последовательности. К сернокислому шламу добавляют ортофосфорную кислоту 60-% концентрации в количестве 30% от общего объема и полученную смесь перемешивают в течение 1-2 минут. Алюминиевую пудру, глиноземистый шлак и вермикулит фракции 0-5 мм перемешивают до однородной массы. Подготовленные смеси сернокислого шлама и ортофосфорной кислоты, а также алюминиевой пудры, глиноземистого шлака и вермикулита соединяют и затворяют оставшимся количеством (70%) ортофосфорной кислоты. Полученную смесь перемешивают до начала тепловыделения и формуют в изделие.

Для экспериментальной проверки заявленного состава сырьевой смеси были подготовлены несколько составов с различным соотношением компонентов, три из которых показали оптимальные результаты.

Составы заявляемой сырьевой смеси представлены в таблице 1, а их физико-механические свойства в сопоставлении с известными свойствами по прототипу указаны в таблице 2.

Таблица 1
Состав сырьевой смеси	Содержание компонента в составе смеси, мас.%
	1	2	3
Алюминиевая пудра	3,0	3,5	4,0
Кислота ортофосфорная 60% концентрации	22,0	23,5	25.0
Глиноземистый шлак (отход)	40,0	41,0	42,0
Сернокислый шлам (отход)	12,0	13,0	14,0
Вермикулит фракции 0-5 мм	23,0	19,0	15,0

Таблица 2
Свойства	Прототип	Состав
		1	2	3
Время отверждения, мин	25-30	28	30	30
Прочность при сжатии, МПа	1,38-1,95	2,2	2,7	3,2
Средняя плотность, г/см3	0,61-0,68	0,53	0,58	0,64

Из анализа представленных в таблицах 1 и 2 данных видно, что заявленная сырьевая смесь при указанных соотношениях входящих в нее компонентов по сравнению с сырьевой смесью по прототипу при одинаковом времени отверждения для всех трех составов обеспечивает повышение прочности на 60-68.7% и уменьшение плотности на 6-13%.

Использование заявленной сырьевой смеси позволит повысить огнеупорные свойства при увеличении прочности и снижении плотности, улучшить экологическую обстановку и снизить стоимость за счет использования неутилизированных отходов производства, что является положительным эффектом предложенного технического решения.

Сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного бетона, включающая алюминиевую пудру, ортофосфорную кислоту 60%-ной концентрации и глиноземистый шлак, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сернокислый шлам и вермикулит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминиевая пудра 3 - 4

Указанная ортофосфорная кислота 22 - 25

Глиноземистый шлак 40 - 42

Сернокислый шлам 12 - 14

Вермикулит 15 - 23