Сырьевая смесь для изготовления термосиликатного материала

Изобретение относится к производству силикатных строительных материалов на основе известково-кремнеземистого вяжущего и может быть использовано при изготовлении термосиликатных изделий для футеровки изложниц для приема жидкого алюминия и других материалов. Технический результат - улучшение показателей эксплуатационных свойств термосиликатных материалов. Сырьевая смесь для изготовления термосиликатного материала содержит, мас.%: известь гашеную 25-30, диатомит 24-25, нефелиновый шлам 7-10, микрокремнезем 7-10, волластонит в виде волластонитового монофракционного концентрата, содержащего не менее 90% фракции с размером игл 80 мкм, 30-35, полуводный гипс 2-2,5. 2 табл.

 

Изобретение относится к производству силикатных строительных материалов на основе известково-кремнеземистого вяжущего и может быть использовало при изготовлении термосиликатных изделий для футеровки изложниц для приема жидкого алюминия и других материалов.

Известны составы сырьевой смеси и способы изготовления термостойких изделий типа «Асботермосиликат». Первый состав содержит в качестве вяжущего вещества известь в смеси с реакционным кремнеземистым компонентом и асбест в роли наполнителя [Патент СССР №291439, С04В 15/06, 1966], а способ изготовления предполагает смешение и совместный помол извести и кремнеземистого компонентов, последующее смешение известково-кремнеземистого вяжущего с асбестовым наполнителем и водой до состояния шлама, который затем подвергается автоклавной обработке, из полученной таким образом силикатной массы формуются изделия и подвергаются сушке. Недостатком данного состава и способа является использование волокнистого асбеста, отнесенного к повышенному классу опасности, и невысокие показатели технических свойств.

Известен состав силикатной массы, который включает известь (в пересчете на СаО 4-10 мас.%), кремнеземистый компонент (в пересчете на SiO₂ 6-12 мас.%) и наполнитель (остальное количество) - смесь волластонита кристаллической структуры и_; аморфной формы при их соотношении 50:50. Особенностью данного состава является повышенное содержание волластонита (более 70% и до 90%), что способствует увеличению температуростойкости изделий и снижению их усадки. Основным недостатком данного состава является высокое содержание волластонита, что неизбежно приводит к увеличению объемной массы изделий и снижению их теплоизоляционных свойств [Патент РФ №2057738, С04В 28/18, 14/38, 1996].

Состав сырьевой смеси, который близок к предлагаемому изобретению, состоит из сложного известково-кремнеземистого вяжущего, включающего известь гашеную, диатомит и нефелиновый шлам, и заполнитель в виде волластонитового концентрата, содержащего не менее 90 мас.% фракции с размером игл 80 мкм. Недостатком этого состава является пониженные прочностные характеристики [Патент №2258682 Россия, МКИ⁶ кл. С04В 28/18 //(С04В 28/18, 14:38), 111:20, 2005].

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение показателей эксплуатационных свойств термосиликатных материалов, полученных на основе известково-кремнеземистого вяжущего, модифицированного добавками нефелинового шлама и микрокремнезема, и заполнителя в виде волластонитового концентрата.

Поставленная задача достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления термосиликатного материала, включающая известь гашеную, диатомит, нефелиновый шлам, полуводный гипс и волластонит в виде волластонитового монофракционного концентрата, содержащего не менее 90 мас.% фракции с размером игл 80 мкм, отличается тем, что она дополнительно содержит микрокремнезем при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известь гашеная	25-30
диатомит	24-25
нефелиновый шлам	7-10
микрокремнезем	7-10
указанный волластонитовый концентрат	30-35
полуводный гипс	2-2,5

Известково-диатомитовое вяжущее является основой термосиликатной массы и в сочетании с заполнителем обеспечивает хорошие теплоизоляционное и термостойкие свойства изделиям, но невысокие показатели прочностных свойств. Введение в состав силикатной массы нефелинового шлама, представленного на 70-80 мас.% двухкальциевым силикатом - 2CaOSiO₂ (его β- и α-модификациями) и его гидратными формами, а в качестве примесей содержащего силикаты, алюминаты, ферриты, карбонаты кальция и другие соединения, позволяет усилить вяжущие свойства силикатной массы и увеличить прочностные характеристики изделий, так как в процессе автоклавной обработки термосиликатных изделий минералы нефелинового шлама как самостоятельно участвуют в процессе твердения, так и взаимодействуют с компонентами известково-диатомитового вяжущего с дополнительным образованием соединений группы гидроалюмосиликатов. Следует отметить высокую пористость частиц нефелинового шлама - 30-60% при наличии пор с размерами от 10 до 1000 мкм, что увеличивает общую пористость термосиликата.

Микрокремнезем - конденсированная силикатная пыль, состоящая на 96-98 мас.% из SiO₂, приводит к увеличению активности кремнеземистого компонента в составе известково-диатомитового вяжущего. Следует отметить, что микрокремнезем представлен агрегатами из очень мелких чешуек - пластинок и сферических частиц размерами от 0,01 до 0,7 мкм, что в 100-150 раз меньше размера частиц вяжущего, что обеспечивает высокую реактивную способность микрокремнезема.

Использование волластонитового концентрата в виде монофракции (с длиной игл 80 мкм) способствует формированию более пористых макроструктур термосиликатного материала.

Полуводный гипс вводится в состав силикатной массы для ускорения первоначального процесса схватывания поризованной силикатной массы и ее стабилизации, позволяющих снизить осадочные явления при формовании изделий.

Отличительной особенностью предлагаемого способа получения термосиликатных изделий является формирование пористой структуры изделий при использовании комплекса технологических приемов, таких как подбор зернового состава компонентов силикатной смеси с предельно низкими значениями рыхлонасыпанной и уплотненной масс; подбор оптимального сочетания сырьевых материалов и состава силикатных масс; регулирование водотвердого отношения; активного перемешивания масс с эффектом воздухововлечения до заданного объема; применение добавок, стабилизирующих поризованную массу и интенсифицирующих первоначальные процессы схватывания и твердения; формование изделий в металлические формы, предварительно подогретые до 35-45°С; подсушивание (выдержка) изделий в формах. Активная стадия поризации силикатной массы заключается в перемешивании компонентов в мешалке миксерного типа до заданного объема, соответствующего плотности свежесформованного изделия 950-1100 кг/м³.

В табл.1 представлен компонентный состав термосиликатных материалов, в табл.2 приведены физико-механические свойства изделий.

Подготовка сырьевых компонентов производится раздельным способом. Известь гасится до состояния известкового молока (на 1 кг извести требуется 10 л воды), непогасившиеся зерна извести удаляются с помощью сита №0,63. Диатомит высушивается и размалывается в шаровой мельнице до удельной поверхности не менее 3000 см²/г. Нефелиновый шлам поставляется в высушенном и тонкоизмельченном состоянии (например, Ачинским глиноземным комбинатом). Микрокремнезем является отходом производства Новокузнецкого завода ферросплавов. Волластонитовый концентрат используется в виде монофракции (Воксил 80), производится ГОК, базирующимся в республике Горный Алтай, Синюхинское месторождение волластонита.

Для приготовления поризованной силикатной массы смешиваются известь гашеная и диатомит, затем вводятся нефелиновый шлам, микрокремнезем, волластонитовый концентрат и гипс. Компоненты силикатной массы активно перемешиваются в высокоскоростной мешалке до заданного объема, соответствующего заданной плотности свежесформованного изделия. Поризованная масса выкладывается в разъемные, предварительно смазанные и подогретые металлические формы, изделия в формах подсушиваются. После набора необходимой распалубочной прочности изделия извлекаются из форм и направляются в автоклав для завершения процессов твердения по режиму 2-(6-8)-(2,5-3) часа при температуре 175°С и давлении 0,8 МПа. Затвердевшие после тепловлажностной обработки (автоклавирования) образцы-изделия прокаливаются при температуре 300-350°С для удаления избыточной влаги и снятия внутренних напряжений, образующихся в процессе тепловлажностной обработки. Прокаливание приводит к уплотнению силикатного геля и частичной кристаллизации гелеобразных новообразований, что способствует увеличению прочностных характеристик изделий.

Полученные по предлагаемым составам и способу термосиликатные изделия имеют объемную плотность от 950 до 1100 кг/м³, открытую пористость - 34-39%, предел прочности при сжатии от 10 до 16 МПа и термостойкость более 800°С и могут использоваться для теплоизоляционной оснастки оборудования при литье алюминия.

Сырьевая смесь для изготовления термосиликатного материала

Таблица 1
Состав смеси
Компонент	Содержание компонента, мас.%
1	2	3
Известь гашеная	25	26	30
Диатомит	24	25	24
Указанный концентрат	35	30	30
Нефелиновый шлам	7	7	7
Микрокремнезем	7	10	7
Полуводный гипс	2	2	2

Таблица 2
Физико-механические свойства изделий
Изделие из смеси состава, №	Объемная плотность, кг/м3	Прочность образцов при сжатии, МПа	Водопоглощение, %
1	950	12,0	40
2	1000	14,0	38
3	1100	16,0	35

Сырьевая смесь для изготовления термосиликатного материала, включающая известь гашеную, диатомит, нефелиновый шлам, полуводный гипс и волластонит в виде волластонитового монофракционного концентрата, содержащего не менее 90 мас.% фракции с размером игл 80 мкм, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит микрокремнезем при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известь гашеная	25-30
диатомит	24-25
нефелиновый шлам	7-10
микрокремнезем	7-10
указанный волластонитовый концентрат	30-35
полуводный гипс	2-2,5