Стеклокристаллический материал для напольной и облицовочной плитки

Изобретение относится к стеклокристаллическому материалу для напольной и облицовочной плитки. Технический результат изобретения заключается в ускорении процесса плавления, повышении прочности на сжатие, улучшении термостойкости и химической стойкости. Стеклокристаллический материал получен из расплавленной с помощью воздушной плазмы шихты. В состав материала плитки входят следующие компоненты, мас.%: SiO2 - 57,6-62,71; Al2O3 - 20,3-28,3; Fe2O3 - 4,9-5,32; CaO - 4,8-12,8; MgO - 1,7-1,89; Li2O - 0,56-0,7; TiO2 - 2. 2 табл.

 

Изобретение относится к области производства строительных материалов и изделий, применяемых для наружной и внутренней облицовки стен и полов зданий.

Известен шлакоситал для облицовочных строительных изделий, включающий SiO2 54,0-55,0%; Al2O3 8,3-9,00%; CaO 17,0-17,7%; Fe2O3 10,2-11%; MgO 1,0-2,1%; Na2O 1,6-3%; Cr2O3 0,4-0,8%; FeO 1,0-3,0%; K2O 1,6-3,0% (Патент RU №2015124, МПК С03С 10/06, опубл. 30.06.1994 г.).

Изделия из этого известного состава шлакоситалла имеют высокую водоустойчивость 99,5-99,7%, температуру размягчения 900-1000°С. Недостатком является длительный процесс плавления, высокая энергоемкость процесса.

Известен шлакоситал, включающий SiO2 57,0-66,0%; Al2O3 10-18,00%; CaO 10,0-13,6%; Fe2O3 4-6%; K2О 2-3,0%; ZnO 6-10%; TiO2 0,4-1%, который используется как материал для строительных изделий (Патент RU №2056384, МПК С03С 10/06, опубл. 23.03.1996 г.) Известный шлакоситал и изделия из него имеют высокую водостойкость 99,7-99,9%. Недостатками являются длительный процесс плавления, высокая энергоемкость процесса.

Наиболее близким к изобретению является стекло для стеклокристаллического материала, используемое для внутренней и наружной отделки, устройства покрытий полов зданий и содержащее в своем составе: SiO2 47,9-64,7%; Al2O3 4,1-11,2; Fe2O3 0,2-0,9%; CaO 20,9-32,2%; MgO 2,9-6,2%; Na2O 2,9-6,5%; P2O5 0,1-1%; F 0,1-1,2%; K2O 0,1-1,3%; TiO2 0,1-0,3%, SO3 0,2-0,5%; MnO 0,1-0,3% (Патент RU №2026836, МПК С03С 10/06, опубл. 20.01.1995 г. - прототип).

Для получения материала по прототипу используется шлак металлургического и фосфорного заводов, отходы производства капролактама, сода, сульфат натрия, гранитный отсев, кварцитная мелочь, местный кварцевый песок. Повышенное содержание MgO и пониженное содержание Na2O и K2O в прототипе обеспечивают появление кристаллических фаз, а TiO2 способствует их формированию. Высокая степень кристаллизации, более 60%, приводит не только к увеличению физико-механических характеристик, но и к получению изделий светлых тонов, что позволяет получать изделия различной цветовой гаммы путем использования красителей. Изделия из стекла по прототипу имеют высокие показатели сопротивления удару (120-128 Нсм). Процесс производства строительных изделий по прототипу включает варку стекла при температуре 1400-1450°С, получение стеклогранулянта, формование изделия в керамических формах и термообработку сформованных плит в газовых печах при температуре, согласно режиму, 400-450°С с выдержкой 15-20 мин и далее по режиму при температуре 950-970°С с выдержкой 30 мин. Недостатком прототипа является многокомпонентность шихты, многостадийность процесса получения конечного продукта.

Задачей изобретения является получение материала более простого состава, чем состав материала по прототипу, используя золошлаковые отходы теплоэлектростанций (ТЭС), при сохранении показателя сопротивления удару, как в прототипе, и улучшении иных физико-механических свойств материала, а также снижения экономических затрат по сравнению с прототипом.

Технический результат заключается в интенсификации процесса плавления шихты и повышении физико-механических свойств материала.

Поставленная задача решается тем, что, как и прототип, заявляемый стеклокристаллический материал включает SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3 и TiO2. В отличие от прототипа он получен из шихты, расплавленной с помощью воздушной плазмы, и дополнительно содержит Li2O при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO2 - 57,6-62,71;

Al2O3 - 20,3-28,3;

Fe2O3 - 4,9-5,32;

CaO - 4,8-12,8;

MgO - 1,7-1,89;

Li2O - 0,56-0,7;

TiO2 - 2.

Предложенный состав материала для напольной и облицовочной плитки был установлен в процессе экспериментов. Опытным путем было доказано, что за пределами этих составов качество получаемого впоследствии изделия является неудовлетворительным. К тому же для получения высоких физико-механических свойств изделия необходимо получить 100% расплав шихты. Традиционными способами для заявленной шихты этого достичь невозможно по причине высокой температуры плавления (1600-1700°С). Установлено, что качественный однородный 100% расплав получается при воздействии на шихту воздушной плазмой. Температура плазменного потока составляет 3000-4000°С, что обеспечивает высокую скорость нагрева (10-15°С/сек). Традиционные плавильные печи обеспечивают температуру нагрева 1200-1400°С при скорости нагрева 2-4 часа.

Снижение экономических затрат достигается за счет простоты состава сырьевой смеси, необходимой для получения стеклокристаллического материала, и уменьшения времени на получение расплава сырьевой смеси за счет интенсификации процесса плавления.

Предложенный качественный и количественный состав стеклокристаллического материала среди известных технических решениях не обнаружен, что подтверждает новизну изобретения и его соответствие изобретательскому уровню.

Изобретение промышленно применимо. Его можно многократно реализовывать с достижением указанного технического результата.

Технологический процесс получения стеклокристаллического материала включает предварительную сушку и помол золошлаковых отходов, дозировку подшихтовочных компонентов, плазменный способ получения расплава, формование изделия методом свободного литья в форму, термообработку изделия в муфельной печи. Измельченные компоненты шихты подают в смеситель и направляют в плавильную печь, где нагревают шихту воздушной плазмой с t=3000-4000°С при скорости нагрева 10-15°С/сек до 1600-1700°С, стекловидный материал разливают в формы, осуществляют кристаллизацию и отжиг. Энергозатраты в среднем составляют не более 5 кВч/кг.

За счет применения окрашивающих добавок, таких как соль кобальта CoSO4, соль хрома Cr2(SO4)3, соль никеля NiSO4, возможно получение материала разных цветов. Были изготовлены напольные плитки из пяти составов, которые приведены в таблице 1. В качестве сырьевого материала применялись золошлаковые отходы ТЭС г.Северска Томской области следующего химического состава, вес.% SiO2 - 62,71; Al2O3 - 22,2; СаО - 8,4; MgO - 1,89; Fe2O3 - 5,32; Li2O - 0,6%. Шихту составляет низкокальциевая зола ТЭС (70-85%), глинозем и оксид титана, применяемый в качестве инициатора кристаллизации. Физико-механические свойства плиток указанных составов приведены в таблице 2.

Таблица 1
Компонент Состав шихты, мас.%
1 2 3 4 5
SiO2 62,71 58,9 58,9 57,6 57,6
Al2O3 22,15 26,8 20,8 28,3 20,34
Fe2O3 5,3 4,99 5,02 4,94 4,9
CaO 5,25 4,94 10,94 4,8 12,8
MgO 1,89 1,8 1,77 1,7 18
TiO2 2 2 2 2 2
Li2O 0,7 0357 0,57 0,66 0,56
100 100 100 100 100
Таблица 2
Компонент Состав шихты, мас.%
1 2 3 4 5
Температура плавления сырьевой смеси, t° 1600-1700 1600-1700 1600-1700 1600-1700 1600-1700
Плотность кг/м3 1900 1920 1970 2100 2200
Предел прочности, МПа
при изгибе 18,5 21,4 21,5 21,5 22,5
при сжатии 450 450 500 530 390
ТКЛР×107 1/град 6,12 4,8 9,3 3,76 15,5
вязкость, ДПА·с
при 800° 106,1 106,5 106,2 106,1 106,2
при 900° 105,1 104,9 105,0 104,8 104,9
Кислотостойкость (%) в 98%-ной H2SO4 96,3 98,5 96,6 99,7 96,5
Химическая устойчивость к воде, % 99,8 99,9 99,9 99,9 99,9
Термостойкость, °С 190 200 180 170
Сопротивление удару, Н·см 125 128 120 W 127

Как видно из таблиц 1 и 2, напольная и облицовочная плитка из заявляемого в качестве изобретения стеклокристаллического материала, более простого в сравнении с прототипом состава, имеет высокие физико-механические характеристики. Прочность при сжатии изделий выше, чем по прототипу (в прототипе 114-135 МПа). Улучшены и такие показатели, как ТКЛР (в прототипе 78-84 1/град) и термостойкость (в прототипе 120-130°С). Наиболее высокими техническими характеристиками обладают изделия, полученные на основе шихты состава 4. Этот состав может стать основой для получения ресурсосберегающего высокотехнологичного стеклокристаллического материала различного практического назначения, обладающего повышенными, в сравнении с прототипом, эксплуатационными свойствами.

Стеклокристаллический материал для напольной и облицовочной плитки, включающий SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, TiO2, отличающийся тем, что он получен из шихты, расплавленной с помощью воздушной плазмы, и дополнительно содержит Li2O при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO2 57,6-62,71
Al2O3 20,3-28,3
Fe2O3 4,9-5,32
CaO 4,8-12,8
MgO 1,7-1,89
Li2O 0,56-0,7
TiO2 2


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области стеклокерамики, в частности к высокотемпературным радиопрозрачным стеклокристаллическим материалам, предназначенным для изготовления изделий авиационно-космической и ракетной техники.

Изобретение относится к области изготовления пироэлектрических материалов, широко используемых в современной технике. .
Изобретение относится к составам декоративно-облицовочных материалов, которые могут быть использованы в строительстве. .
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%.

Изобретение относится к области получения стеклокерамических материалов и может быть использовано для создания рабочих тел в пьезоэлектрических электромеханических устройствах низкочастотного диапазона для преобразования электрической энергии в вибрационное или возвратно-поступательное движение в пьезоэлектрических двигателях и насосах.
Изобретение относится к технологии силикатов, в частности к составам каменного литья, изделия из которого могут использоваться в строительстве. .
Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения типа стеклокерамической оболочки головного антенного обтекателя скоростных зенитных и авиационных ракет.
Изобретение относится к области ресурсосберегающих технологий, а именно к технологии шлакоситаллов, используемых в строительной, химической промышленности. .
Изобретение относится к производству слюды

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 области ресурсосберегающих технологий и касается стеклокристаллического материала на основе шлаковых отходов ТЭС
Изобретение относится к составам силикатных стекол, содержащих наночастицы (нанокристаллы, квантовые точки) сульфида свинца, и предназначено для использования в качестве просветляющихся сред, а именно пассивных затворов твердотельных лазеров ближнего ИК-диапазона, используемых в таких областях как офтальмология, волоконно-оптические системы связи, оптическая локация и дальнометрия
Изобретение относится к способу получения керамического стеклянного материала в форме листов больших размеров, пригодных для использования в строительстве для обшивки панелями и для изготовления настилов
Изобретение относится к области стеклокерамики, в частности к высокотемпературным радиопрозрачным стеклокристаллическим материалам (ситаллам) для СВЧ-техники, предназначенным для изготовления средств радиосопровождения в авиационно-космической и ракетной технике. Техническим результатом изобретения является снижение термического коэффициента линейного расширения, стабилизация диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, повышение предела прочности при центрально-симметричном изгибе. Стеклокристаллический материал для СВЧ-техники включает SiO2, Al2O3, TiO2, MgO и SiO2 в виде плакированного TiO2 аэросила, при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO2 - 35,5-38,3; SiO2 в виде плакированного TiO2 аэросила - 0,1; Al2O3 - 22,8-25,5; TiO2 - 16,1-18,8; MgO - 20,0-22,8. 2 табл.

Изобретение относится к усовершенствованным диэлектрическим изоляторам и может быть использовано в свечах зажигания в камерах сгорания автомобилей. Предложенный изолятор имеет следующий керамический состав, мас.%: SiO2 25-60; R2О3 15-35, причем R2О3 представляет собой В2О3 3-15% и Аl2О3 5-25%; MgO 4-25% + Li2O 0-7%, причем общее количество MgO+Li2O составляет примерно 6-25%; R2О в количестве 2-20% (причем R2O представляет собой Na2O 0-15%, K2О 0-15%, Rb2O 0-15%) Rb2O 0-15%; Cs2O 0-20% и F 4-20% и содержит кристаллические зерна, ориентированные проходящими в первом (круговом) направлении и в направлении (радиальном), перпендикулярном первому направлению, а также первую область, где действует сжимающее напряжение, и вторую область, где действует растягивающее напряжение. Технический результат изобретения - повышение механической и электрической прочности изолятора. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил., 2 табл.
Изобретение относится к материалам для светотехники. Технический результат изобретения заключается в повышении термомеханической устойчивости и устойчивости окраски к термическим ударам ИК-прозрачной стеклокерамики для светофильтра, обладающей поглощением в видимой области спектра и пропусканием в ближней ИК области спектра. Прозрачная стеклокерамика содержит следующие компоненты, мол.%: SiO2 - 55-65; Al2O3 - 15-25; MgO - 15-25; Na2O - 0-1; К2О - 0-1; Li2O - 0-2,0; TiO2 - 8-12; CoO - 1,5-4,0; СеО2 - 2,0-6,0. Стеклокерамика содержит кристаллические фазы: кобальтсодержащую алюмомагниевую шпинель, титанаты и силикаты церия. 2 табл.
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 стеклокристаллическому материалу для напольной и облицовочной плитки

Наверх