Способ получения кордиеритовой массы для технической керамики


 


Владельцы патента RU 2521873:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХТТМ СО РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГМ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к производству технической керамики кордиеритового состава, обладающей высокой термостойкостью, прочностью и хорошими диэлектрическими свойствами. Получаемую согласно способу кордиеритовую массу можно использовать для получения изоляторов, носителей катализаторов для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, в фильтрах для очистки воды, керамических изделий для обжиговых печей и др. В заявляемом способе в качестве минерала силлиманитовой группы используют обогащенный силлиманитовый концентрат, содержащий 10-15 мас.% кварца, который смешивают с тальком в соотношении 1:(0,7-0,9) мас.%. Измельчение и активацию полученной сырьевой смеси проводят в проточной центробежной дисковой мельнице, обеспечивающей механическое воздействие на смесь с центробежной силой, соответствующей ускорению 50-60 g, и времени пребывания смеси в зоне обработки 2-5 мин, обжиг сырьевой смеси, обработанной в мельнице, проводят при температуре 1200-1300°C в течение 1-2 часов. Техническим результатом заявляемого технического решения является получение кордиеритовой массы для изготовления керамики из более доступного исходного сырья и более экономичным, чем в прототипе, способом. 1 табл.

 

Изобретение относится к производству технической керамики кордиеритового состава, обладающей высокой термостойкостью, прочностью и хорошими диэлектрическими свойствами. Получаемую согласно способу кордиеритовую массу можно использовать для получения изоляторов, носителей катализаторов для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, в фильтрах для очистки воды, керамических изделий для обжиговых печей и др.

В промышленности кордиерит, обычно, получают обжигом смесей, состоящих из талька (3MgO·4SiO2·H2O), каолина (Al2O3·2SiO2·2H2O) и глинозема Al2O3, при температурах 1400-1500°C в течение 20-60 ч. Данный способ обладает существенным недостатками прежде всего из-за высокой температуры обжига синтеза и большой длительности обжига, что ведет к высоким энергетическим затратам. Кроме того, сырьевая смесь состоит из достаточно дефицитных природных материалов талька, высококачественного каолина и третьего наиболее дорогого и дефицитного компонента технического глинозема или электроплавленного корунда. В процессе нагрева быстро нарастает масса жидкой стекловидной фазы кордиерита и резко снижается термостойкость керамики. Синтезированные таким способом продукты содержат кордиерит и до 20% других фаз, включающих шпинель, муллит, клиноэнстатит, которые ухудшают эксплуатационные свойства керамики [1. Балкевич В.Л. Техническая керамика. М.: Стройиздат, 1984, с.177-178].

По этой причине разрабатываются и совершенствуются методы, обеспечивающие снижение энергозатрат и улучшающие качество конечных продуктов. В качестве исходных продуктов иногда используются дорогие реактивы, такие как глинозем, периклаз (2. Патент РФ №2359943, кл. C04B 35/195, опубл. 27.06.09 г.), синтетический цеолит (3. Патент США N 4814303, кл. C04B 35/18, 1989 г.) и другие.

С целью снижения себестоимости производства кордиерита идет поиск более доступных природных соединений. Известен способ его получения путем обжига сырьевой смеси, состоящей из каолина (Al2O3·2SiO2·2H2O) и серпентина Mg3Si2O5(OH)4 или хризотила [4. Amer. Ceram. Soc. Bull, v.55, N 7, 1976, p.671, 672.J. Недостатком этого способа является отсутствие технического решения по достижению достаточно широкого интервала спекания при обжиге изделий и использование очень узкого соотношения серпентина и каолина, равного 1:(2,5-2,8).

Известен способ получения кордиеритовой керамики, включающий измельчение, смешивание компонентов сырьевой смеси, формование и обжиг изделий, сырьевую смесь готовят из каолина и серпентина при их соотношении (1:1,5)-(1:5), обжиг проводят при температуре 1250-1400°C. В качестве серпентина используют отходы обогащения асбестовых руд при их соотношении с каолином (1:1,5)-(1:5) [5. Патент РФ №2016878, кл. C04B 35/18, 1994 г.]. Использование в составе сырьевой смеси природных материалов каолина и серпентина улучшает процесс твердофазного спекания керамической массы, что обеспечивает расширение температурного интервала обжига керамики до 70-100°C и повышает ее термостойкость с сохранением необходимых значений пористости и прочности изделий, без введения дополнительных специальных добавок. Недостатком способа является достаточно узкий интерал обжига керамической массы и использование дефицитного каолина.

Известен способ получения кордиеритовой массы, отличающийся тем, что шихта, состоящая из тугоплавкой глины, периклаза и оксида алюминия подвергается совместной механоактивации в планетарной мельнице периодического действия в течение 90 с при соотношении масс активируемого материала и мелющих тел 1:15 [6. Патент РФ №2359943, кл. C04B 35/195, 2009]. Недостатком способа является необходимость предварительной активации периклаза до удельной поверхноси 18,2 м/г, неполная степень взаимодействия компонентов, использование дефицитных материалов и отсутствие возможности организовать промышленный процесс в проточном режиме.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ получения кордиеритовой массы, в котором с целью расширения сырьевой базы в качестве исходных используются концентрат кианита (Al2SiO5), содержащий 15% кварца, и магнийсодержащие минералы: магнезита, талька, форстерита, серпентина и др. Для достижения полного превращения их в кордиерит процесс проводят при температуре 1350°C в течение 4 часов (7. Лебедева Г.А., Инина И.С. Огнеупоры и техническая керамика, 2005, №9, с.40-42). В соответствии с уравнением реакции получения кордиерита из кианита и талька

6 ( A l 2 O 3 S i O 2 ) + S i O 2 + 2 ( 3 M g O 4 S i O 2 H 2 O ) = 3 ( 2 M g O 2 A l 2 O 3 5 S i O 2 ) + 2 H 2 O .

кварц является необходимым компонентом, поэтому не требуется глубокого обогащения кианитовых руд. Недостатками метода являются высокая температура синтеза и его длительность.

Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в расширении сырьевой базы для получения кордиеритовой массы и уменьшении материальных и энергетических затрат и возможности выпуска кордиеритовой массы для получения технической керамики в промышленном масштабе за счет использования в качестве исходного компонента не кианита, а силлиманита.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения кордиеритовой массы для технической керамики, включающем измельчение, смешивание компонентов сырьевой смеси, состоящей из минерала силлиманитовой группы и магнийсодержащего минерала, в качестве минерала силлиманитовой группы используют обогащенный силлиманитовый концентрат, содержащий 10-15 масс.% кварца, в качестве магнийсодержащего минерала используют тальк, смешивают обогащенный кварцем силлиманитовый концентрат и тальк в соотношении 1: (0,7-0,9) масс.%, соответственно, измельчение и активацию полученной сырьевой смеси проводят в проточной центробежной дисковой мельнице, обеспечивающей механическое воздействие на смесь с центробежной силой, соответствующей ускорению 50-60 g, и времени пребывания смеси в зоне обработки 2-5 мин, обжиг обработанной в мельнице сырьевой смеси проводят при температуре 1200-1300°C в течение 1-2 часов.

Предпочтительно, измельчение и активацию сырьевой смеси проводят в центробежной дисковой проточной мельнице по патенту на полезную модель РФ №55644 со скоростью пропускания 95-100 кг/час.

Проведенный патентный поиск показал, что совокупность существенных отличительных признаков, позволяющая решить поставленную задачу, не известна из существующего уровня техники. Следовательно, данное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Месторождения силлиманита, которые могут быть использованы в заявляемом способе, находятся преимущественно в Сибири: Кяхтинское (республика Бурятия), Китайское (Иркутская область), Тымбинское (Читинская область) и другие. Из них наиболее предпочтительное положение занимает Кяхтинское, которое находится в 15 км от железной дороги. Руды имеют предельно простой минералогический состав, кварц с силлиманитом составляют 90-95%. Технология обогащения руд разработана. Поскольку одним из исходных компонентов в смеси должен быть кварц, то для синтеза кордиерита пригоден силлиманитовый концентрат третьего-второго сорта. Данный фактор может существенно повлиять в лучшую сторону на себестоимость получения кордиеритовой керамики.

Изобретение является промышленно применимым и может быть использовано в производстве технической керамики.

Использование механической активации исходной смеси на основе силлиманита по изобретению обеспечивает снижение температуры синтеза на 100-150°C и ускорение процесса практически в 1,5-3 раза по сравнению с синтезом из смеси с кианитом.

Примеры реализации изобретения представлены в таблице 1.

Таблица №1
Состав, обработанный в проточной мельнице Температура, °C Время отжига, часы Выход кордиерита, % Фазовый состав
Кианит+кварц+тальк (прототип) (соответствует уравнению реакции)
Силлиманит+
кварц+тальк (по уравнению
реакции)
«
«
«
Силлиманитовый концентрат, содержащий кварц(10%): тальк (1:0,7)
Силлиманитовый
концентрат,
содержащий
кварц(15%): тальк
(1:0,9)
1100
1300
1300
1300
1100
1200
1300
1300
1300
1300
1300
5,0
1,0
3.0
5.0
5,0
5,0
1,0
2.0
3.0
2.0
2.0
0
32;
57
82
65;
80
94
96
99
95
93
Кианит, тальк, кварц
Кордиерит, кианит, муллит, тальк,
«
«
Кордиерит, силлиманит,
тальк
Кордиерит
«
«
«
«
«

Измельчение и активацию полученной сырьевой смеси проводят в проточной центробежной дисковой мельнице, обеспечивающей механическое воздействие на смесь с центробежной силой, соответствующей ускорению 50-60 g, и времени пребывания смеси в зоне обработки 2-5 мин. При ускорениях ниже 50 g и времени пребывания смеси в рабочей зоне мельницы ниже 2 мин результаты не достигают желаемых величин, а при ускорении выше 60 g и времени пребывания выше 5 мин возрастают затраты энергии, а система охлаждения не обеспечивает усиленного теплоотвода тепла.

Техническим результатом заявляемого технического решения является получение кордиеритовой массы для изготовления керамики из более доступного исходного сырья и более экономичным, чем в прототипе, способом.

Способ получения кордиеритовой массы для технической керамики, включающий измельчение, смешивание и обжиг сырьевой смеси, состоящей из минерала силлиманитовой группы и магнийсодержащего минерала, отличающийся тем, что в качестве минерала силлиманитовой группы используют обогащенный силлиманитовый концентрат, содержащий 10-15 мас.% кварца, который смешивают с тальком в соотношении 1:(0,7-0,9) мас.%, измельчение и активацию полученной сырьевой смеси проводят в проточной центробежной дисковой мельнице, обеспечивающей механическое воздействие на смесь с центробежной силой, соответствующей ускорению 50-60 g, и времени пребывания смеси в зоне обработки 2-5 мин, обжиг сырьевой смеси, обработанной в мельнице, проводят при температуре 1200-1300°C в течение 1-2 часов.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта.
Изобретение относится к области технической керамики на основе диоксида циркония с трансформируемой тетрагональной (t') кристаллической фазой и может быть использовано для изготовления износостойких деталей в соединительных изделиях для волоконно-оптических линий связи, пар трения в насосах для перекачки абразивосодержащих и агрессивных жидкостей, деталей в условиях повышенных механических нагрузок.
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам получения тонкодисперсных порошков на основе оксида циркония, который может быть использован для производства плотной износостойкой керамики, материалов для имплантологии, твердых электролитов.

Изобретение относится к области получения материалов на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и может быть использовано для изготовления композиционных керамических изделий, применяемых в электротехнике, машиностроении, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к оборудованию для производства твердофазных композиционных материалов на основе сложных оксидов, и может быть использовано, в частности, при получении современных электродных материалов для вторичных литий-ионных источников тока.

Изобретение относится к технологии высокотемпературных керамических материалов конструкционного назначения с повышенными термомеханическими свойствами (футеровка тепловых агрегатов, термостойкий огнеприпас, элементы ударопрочной защиты).

Изобретение относится к способам получения порошков фаз кислородно-октаэдрического типа, у которых подрешетка В представляет собой совокупность октаэдров ЭО6 (Э - катионы р- и d-элементов), соединенных между собой вершинами, а катионы подрешетки А заполняют различные по геометрии пустоты подрешетки В (например, фазы со структурой типа перовскита), и может быть использовано для изготовления функциональных пьезоэлектрических, диэлектрических и ферримагнитных и смешанных материалов, применяемых в полупроводниковой, пьезоэлектрической и радиоэлектронной технике.

Изобретение относится к технологии получения порошка цирконата лития моноклинной модификации, который может быть использован для изготовления топливных элементов и в качестве конструктивных элементов ядерных реакторов.

Изобретение относится к области материалов для костных имплантантов и может быть использовано для изготовления биокерамики для лечения костных дефектов. .

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов и может быть использовано для изготовления шпинельсодержащих огнеупоров для футеровки тепловых агрегатов.
Изобретение относится к огнеупорным конструкционным материалам для изготовления термостойких керамических изделий на основе кордиерита, которые могут найти широкое применение в металлургии, машиностроении и химической промышленности в качестве огнеупоров, фильтров и носителей катализаторов.
Изобретение относится к производству технической керамики, а именно к составам шихт для получения кордиеритовой керамики. .

Изобретение относится к жаростойким волокнам, полученным золь-гельным методом, которые могут быть использованы в качестве термоизолирующих материалов, например, в опорных конструкциях тел катализаторов для борьбы с загрязнением окружающей среды в автомобильной системе каталитического дожигания выхлопных газов и фильтров для твердых частиц в отработанных газах двигателя.
Изобретение относится к производству огнеупоров и может использоваться в промышленности огнеупорных материалов и в металлургии. .

Изобретение относится к области технологий неорганических веществ и касается процессов получения кордиеритовых огнеупоров из смеси глины, периклаза и оксида алюминия.

Изобретение относится к керамическим массам для изготовления кордиеритовых изделий, применяемых в качестве каталитических носителей. .

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано в технологии изготовления огнеупорных керамических материалов, в частности плит для вагонов бескапсельного обжига фаянсовых и майоликовых изделий.

Изобретение относится к огнеупорным конструкционным материалам и способам его получения. .

Изобретение относится к производству специальной технической керамики и огнеупоров и может быть использовано для изготовления термостойких и химически стойких электроизоляционных материалов, используемых в машиностроении, химической, электротехнической и огнеупорной промышленностях.

Изобретение относится к производству стеклокристаллического материала радиотехнического назначения и может быть использовано в керамической и авиационной промышленности. Способ изготовления стеклокерамического материала кордиеритового состава включает измельчение аморфного стекла магнийалюмосиликатного состава мокрым способом до получения водного шликера с плотностью 2,00-2,02 г/см3, pH=2-4, тониной с остатком на сите 0,063 мм 7-9%, с содержанием частиц до 5 мкм - 30-38%, формование заготовок в пористые формы и их термообработку. Первую стадию термообработки проводят при 850°C с выдержкой в течение 3 часов, а вторую - при 1350-1360°C с выдержкой в течение 2-3 часов. Скорость подъема и снижения температуры не выше 500°C/ч. Технический результат изобретения - увеличение плотности спеченного материала до 96% от теоретической и снижение энергозатрат при его получении. 3 пр., 1 табл.
Наверх