Способ получения стеклокристаллического материала


 


Владельцы патента RU 2424201:

Шалуненко Надежда Ивановна (RU)
Королюк Татьяна Александровна (RU)
Ланцев Александр Сергеевич (RU)
Малько Александр Андреевич (RU)

Способ относится к области производства строительных материалов, в частности к области использования золы мусоросжигательных заводов по переработке твердых бытовых отходов, с последующей их утилизацией в технологии изготовления высокоэффективных и экологически безопасных строительных изделий. Способ характеризуется тем, что стекломассу получают из шихты, содержащую до 70% золы, кремнеземсодержащий компонент 20-40%, щелочесодержащий компонент до 20%. Полученные изделия подвергают кристаллизации в одну стадию при температуре 900-1100°С с выдержкой 60-120 минут или в две стадии при температуре 700-850°С с выдержкой 30-60 минут и при температуре 900-1100°С в течение 60-120 минут. Техническим результатом изобретения является повышение химической стойкости, износостойкости, отсутствия водопоглощения и экологической безопасности получаемого стеклокристаллического материала. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

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%. Полученные изделия подвергают кристаллизации в одну стадию при температуре 900-1100°С с выдержкой 60-120 минут или в две стадии при температуре 700-850°С с выдержкой 30-60 минут и 900-1100°С в течение 60-120 минут.

Известен способ утилизации золы, включающий смешивание 40-60% масс. золы, 10-20% масс. компонента на основе диоксида Si, формировании гранул на основе полученной смеси, опудривании их дисперсным огнеупорным материалом, термообработку гранул в две стадии: на первой стадии в течение 10-30 минут при Т=400-600°С, на второй в течение 1-20 минут при Т=870-950°С [1]. Недостатком служит, ограничение содержания золы в сырьевой смеси, введение в шихту 5 дополнительных компонентов, отсутствие данных об экологической чистоте полученного материала и его свойствах.

Известен также наиболее близкий к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату способ получения стеклокристаллического материала путем подготовки шихты, нагрева стекломассы с использованием плазменного теплоносителя, формования, кристаллизации и отжига, отличающийся тем, что с целью интенсификации процесса и расширении сырьевой базы нагрев до 1600-2000°С ведут со скоростью 103-104 град/час [2].

Недостатком является высокое водопоглощение полученного материала, что в дальнейшем приводит к ухудшению эксплуатационных свойств и отсутствие данных о его экологической чистоте. Техническим результатом изобретения является получение стеклокристаллического материала, обладающего высокой химической устойчивостью, износостойкостью, отсутствием водопоглощения и экологической безопасностью.

Поставленный результат достигается тем, что стеклокристаллический материал получают из золы, образующейся после сжигания твердых бытовых отходов с последующей просевом, дозировкой, смешением со щелоче- и кремнеземсодержащими компонентами. Экологическая чистота обеспечивается высокой химической устойчивостью и отсутствием водопоглощения полученного материала.

Формование изделий осуществляют прессованием, непрерывным прокатом или центробежным литьем. Кристаллизацию осуществляют в одну стадию при температуре 900-1100°С в течение 60-120 минут или в две стадии при температуре 700-850°С с выдержкой 30-60 минут и 900-1100°С в течение 60-120 минут. При необходимости в шихту вводят добавки-катализаторы в количестве 0,5-10,0 мас.%.

При выработке изделий методом проката стекломассу формуют на прокатных машинах в непрерывную ленту шириной 1200-1300 мм, толщиной 8-20 мм. Ленту подают в газовую или электрическую туннельную печь, где происходит кристаллизация. Затем лента подвергается отжигу, охлаждению и резке на листы заданных размеров.

Методом прессования на автоматических прессах изготавливают плитки размером 125×300×15 мм, которые затем подвергаются кристаллизации, отжигу и охлаждению.

При центробежном литье во вращающуюся форму заливают стекломассу, которая под действием центробежных сил прижимается к стенкам и, застывая, принимает желаемую форму.

Ситаллизация заключается в дополнительной тепловой обработке, в результате которой происходит переход стеклообразного состояния в стеклокристаллическое. По завершению процесса материал, состоящий из 60-70% кристаллической с размером кристаллов 0,1-1,5 мкм и 30-40 стекловидной.

Размеры выделяющихся кристаллов их состав и количество регулируются режимом термообработки и определяют основные свойства материала. Выбор режима кристаллизации осуществляется путем анализа ДТА исходных стекол. Наличие в составе золы нескольких катализаторов кристаллизации (сульфидов, оксидов хрома и фосфора) могут не только ускорить процесс разделения на фазы, но и менять очередность их выделения, качественного и количественного соотношения. Присутствие в золе от мусоросжигания оксидов Cr2O3 сульфидов, фосфатов, являющихся эффективными катализаторами процесса ситаллизации не требует в большинстве случаев введения каталитических добавок в состав шихт на основе золы мусоросжигания. Значительные колебания состава золы требует корректировки количества добавляемых в шихту кремнеземсодержащих и щелочесодержащих компонентов. Полученные в результате ситаллизации новые стеклокристаллические материалы - это монолитные композиты, состоящие из мелкозернистых кристаллов и равномерно распределенной между ними стеклофазы. Отличительная особенность стеклокристаллических материалов - мелкозернистая малодефектная структура, что предопределяет существенное улучшение их эксплуатационных свойств.

Термостойкость, износостойкость, кислото- и щелочестойкость, отсутствие водопоглощения, все эти показатели обеспечивают высокую устойчивость стеклокристаллического материала в условиях эксплуатации, предотвращая попадание продуктов токсичных соединений в окружающую среду. Изделия нетоксичны и не подвержены разрушению под воздействием атмосферы.

Повышенная экологическая чистота стеклокристаллических материалов на основе золы МСЗ обеспечивается высокими координационными числами ионов тяжелых металлов, определяющими их расположение в трехмерной тетраэдной кремнекислородной сетке.

При проведении испытаний использовали сульфат натрия, песок кварцевый с содержанием SiO2 до 99% масс. и золу МСЗ трех составов, представленных в таблице.

Ниже приведены конкретные примеры стеклокристаллического материала, полученные предложенным способом.

Пример 1.

Золу состава 1 (см. таблицу) просеивают через сито 0,7, дозируют по массе в количестве 55% шихты, смешивают с кремнеземсоставляющей и щелочесоставляющей в количестве 40 и 5% соответственно, уплотняют и нагревают до температуры 1550°С, выдерживают 1,5-2 часа до получения однородной стекломассы охлаждают до 1000°С. Формуют прессованием и подвергают кристаллизации по одностадийному режиму с выдержкой при температуре 900°С в течение 120 минут и отжигают. Полученные изделия характеризуются следующими показателями:

- прочность на растяжения - 85 МПа;

- термостойкость - 180°С;

- КТЛР, α·107 град-7 - 90;

- Тн. разм - 850°С;

- истираемость г/см2 - 0,025;

- кислотостойкость (H2SO4)% - 95;

- щелочесткойкость NaOH % - 80;

- водопоглощение - 0.

Пример 2.

Золу состава 2 просеивают через сито 0,7, дозируют по массе в количестве 65% шихты, смешивают с кремнеземсоставляющей в количестве 30% и щелочесоставляющей в количестве 5%, уплотняют в виде брикетов и нагревают до температуры 1560°С, выдерживают 1,5 часа до получения однородной стекломассы, охлаждают до температуры 1050°С и формуют в виде непрерывной ленты и подвергают ситаллизации в печи-кристаллизаторе по двухстадийному режиму с выдержкой 60 минут при 800°С и при температуре 920°С в течение 90 минут, затем отжигают. Полученные изделия характеризуются следующими показателями:

- прочность на растяжение - 95 МПа;

- термостойкость - 25°С;

- КТЛР, α·10-7град-7 - 80;

- Тн.разм - 800°С;

- истираемость г/см2 - 0,020;

- кислотостойкость % (H2SO4) - 98;

- щелочестойкость % (NaOH) - 85;

- водопоглощение - 0.

Пример 3.

Золу состава 3 просеивают через сито размером 0,7, дозируют по массе в количестве 72% шихты, смешивают с кремнеземсоставляющей в количестве 24% и щелочесоставляющей в количестве 4%, уплотняют в виде брикетов, нагревают до Т=1560°C, выдерживают 90-120 минут, охлаждают до температуры 1000°С и формуют в виде непрерывной ленты, затем подвергают термообработке в печи - кристаллизаторе по двухступенчатому режиму с выдержкой при Т=820°С в течение 60 минут и при Т=900°С в течение 60-90 минут. После отжига полученные изделия обладают следующими свойствами:

- прочность на растяжение - 87 МПа;

- термостойкость - 250°С;

- КТЛР, α·град-1 - 85;

- Тн.раз - 900°С;

- истираемость г/см2 - 0,022;

- кислотостойкость % (H2SO4) - 96;

- щелочестойкость % (NaOH) - 87;

- водопоглощение - 0.

Состав золы МСЗ
содержание оксидов, % по массе
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O К2О P2O5 SO2 MnO TiO2 C1- Σ проч.
1 35,65 10,80 6,20 20,65 3,16 8,27 2,46 2,58 2,84 0,75 1,61 4,03
2 37,65 11,68 7,20 22,24 3,22 10,46 1,70 3,8 3,75 0,8 2,4 3,41
3 41,31 7,30 5,42 17,96 2,8 9,2 2,9 2,7 3,91 1,2 0,8 4,5

Список литературы

1. Патент России №2123989. Способ утилизации золы.

2. Патент России №2026834. Способ получения стеклокристаллического материала.

1. Способ получения стеклокристаллического материала, включающий просев золы, образующейся после сжигания твердых бытовых отходов, дозировку, смешение со щелоче- и кремнеземсодержащими компонентами, уплотнение в виде брикетов, тепловую обработку до образования стекломассы, формование изделий, кристаллизацию и отжиг, отличающийся тем, что стекломассу получают из шихты, содержащей до 70% золы, кремнеземсодержащего компонента 20-40%, щелочесодержащего компонента до 20%, кристаллизацию осуществляют в одну стадию при температуре 900-1100°С с выдержкой 60-120 мин или в две стадии при температуре 700-850°С с выдержкой 30-60 мин и 900-1100°С в течение 60-120 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изделия формуют прессованием.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что изделия формуют непрерывным прокатом.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что изделия формуют центробежным литьем.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области ресурсосберегающих технологий, а именно к технологии шлакоситаллов, используемых в строительной, химической промышленности. .
Изобретение относится к области создания цветных стеклокристаллических материалов на основе природного, технического сырья и шлакового отхода. .
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.
Изобретение относится к области создания декоративных стеклокристаллических материалов на основе отходов металлургической промышленности. .
Изобретение относится к переработке промышленных отходов, в частности шлаков металлургического производства в пенокерамику со структурой волластонита для строительной индустрии при производстве фильтрующих материалов.

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.

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

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.

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.

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).

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

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.
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.

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.

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.
Наверх