Композиция для изготовления жаростойких композитов

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. К химическим связующим, применяемым в жаростойких бетонах, относятся жидкое стекло, силикат-глыба (прозрачный стекловидный сплав щелочных силикатов - полуфабрикат жидкого стекла) и фосфатные связки. Техническим результатом изобретения являются повышения предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов, которые достигаются добавлением в композицию кремнийсодержащей формовочной земли с содержанием оксидов, мас.%: SiO₂ - 95,8; Al₂О₃ - 3,01; Fe₂O₃ - 0,88; СаО - 0,31 при следующем соотношении компонентов, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 15-20, щебень 30-45, Н₃РО₄ 12-17, кремнийсодержащая формовочная земля с содержанием оксидов, мас.%: SiO₂ - 95,8, Al₂O₃ - 3,01, Fe₂O₃ - 0,88, СаО - 0,21 28-33. Полученное техническое решение при использовании кремнийсодержащей формовочной земли позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого бетона. Использование техногенного сырья при получении жаростойкого композита (бетона) способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для строительных материалов. 4 ил.

 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. К химически связующим, применяемым в жаростойких бетонах, относятся жидкое стекло, силикат-глыба (прозрачный стекловидный сплав щелочных силикатов - полуфабрикат жидкого стекла) и фосфатные связки.

Известны композиции для получения пористых заполнителей (для бетонов) на основе химических связующих следующего состава, мас. %: жидкое стекло - 45-65; хлорид натрия - 5-15; отход горно-обогатительной фабрики при обогащения угля - 15-20; межсланцевая глина, образующаяся при добыче горючих сланцев - 15-20 /пат. Российской Федерации №2440312, МПК С04В 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя. / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Куликов В.А.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. - №2010122114. заявл. 31.05.20910; опубл. 20.01.2012. Бюл. №2/ [1].

Недостатком указанного состава композиции является относительно низкая прочность 2,65-2,75 МПа.

Наиболее близкой к изобретению является композиция для получения жаростойких композитов, включающая следующие компоненты, мас. %: глиноземсодержащий шлам - 10,5-10,53 (220 кг/м³); отработанный катализатор ИМ-2201 - 10,5-10,53 (220 кг/м³); щебень - 35,88-35,89 (750 кг/м³); песок - 30,62-30,63 (640 кг/м³); H₃PO₄ - 12,44-12,45 (260 кг/м³) /Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих / А.И. Хлыстов, С.В. Соколова, А.В. Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2012. - №9. - С. 38-42./ [2].

Недостатком указанного состава жаростойкого композита является относительно низкий предел прочности при сжатии после твердения и нагревания до температуры 1200°C и низкая термостойкость.

Сущность изобретения - повышение качества жаростойкого композита (бетона).

Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойкого композита (бетона).

Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор, карбонатный щебень фракции 5-10 мм и H₃PO₄, дополнительно вводят кремнийсодержащую формовочную землю, измельченную до размера частиц не более 1 мм, с содержанием, мас.%: SiO₂ - 94,8; Al₂O₃ - 4,01; Fe₂O₃ - 0,98; СаО - 0,21 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201	15-20
карбонатный щебень фракции 5-10 мм	30-45
H3PO4	12-17
кремнийсодержащая формовочная земля
с содержанием, мас.%:
SiO2 - 94,8; Al2O3 - 4,01;
Fe2O3 - 0,98; СаО - 0,21	28-33

Сибирский завод тяжелого машиностроения (Сибтяжмаш) находится в городе Красноярске. ОАО «Сибтяжмаш» занимает ведущую позицию в России в области создания и изготовления сложных машин.

В землеприготовительных отделениях сталелитейного и чугунного цехов готовят формовочные материалы: сушат и просеивают формовочные пески, размалывают на мельницах глину, очищают горелую землю, приготавливают формовочные стержневые смеси, которые затем подаются в чугунолитейный и сталелитейный цеха на формовочные участки, где по моделям и шаблонам из этих смесей готовят литейные формы.

Расплавленный чугун собирается в копильнике и через желоб выпускается в ковш. Готовый чугун заливают в земляные литейные формы и получают отливки. Кремнийсодержащие формовочные земли являются отходом сталелитейного производства и чугуна. Кремнийсодержащие земли измельчают до прохождения сквозь сито №1 (не более 1 мм) и применяют вместо кварцевого песка.

Для изготовления жаростойкого композита (бетона) использовался щебень, отвечающий требованиям ГОСТа 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия» М 600, 800-1000, со средней плотностью зерен от 2,0 до 2,5 кг/м³ из карбонатных пород, добываемый в Самарской области, фракций 5-10 мм.

Для изготовления жаростойкого композита (бетона) использовалась в качестве связующего, ортофосфорная кислота H₃PO₄ в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч.) ОКП 261213002110. Массовая доля ортофосфорной кислоты (H₃PO₄) не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см³.

В предложенных составах, как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-2201 (отходы производства), отвечающий требованиям - ТУ 38.103544-89. Химические составы катализатора представлены в таблицах 1-2.

Согласно ТУ 38.103544-89 отработанный катализатор ИМ-2201 должен иметь следующие показатели: внешний вид порошка - серо-зеленого цвета, насыпная плотность 1,0-1,5 г/см³, массовая доля Al₂O₃ не менее 70%.

В районах Самарской области, где развито нефтехимическое производство (г. Новокуйбышевск - нефтехимкомбинат и г. Тольятти - завод синтетического каучука), имеется довольно значительное количество высокоглиноземистых отходов, например, в процессе синтезирования бутадиен-стирольных каучуков образуется отработанный катализатор ИМ-2201, представляющий собой тонкодисперсный в естественном состоянии порошок с удельной поверхностью до 800 см²/г и огнеупорностью 2000°C. Высокая огнеупорность обусловлена повышенным содержанием в отходах оксида алюминия (Al₂O₃ - 74-75%) и оксида хрома (Cr₂O₃ - 14-15%). Составы для получения жаростойкого композита (бетона) представлены в таблице 3.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Технологический процесс производства бесцементного жаростойкого композита (бетона) и изготовления изделий и конструкций из него включает в себя приготовление формовочной массы, формование изделий и термообработку.

Следует отметить, что для своего затвердевания и набора марочной прочности жаростойкие композиты (бетоны) требуют особую термообработку.

Для композитов (бетонов) на ортофосфорной кислоте с компонентами, представленными в таблице 3, - нагревание до 500°C с подъемом температуры до 200°C со скоростью 60°C/час и до 500°C - 150°C/час, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.

В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого композита (бетона).

Как видно из таблицы 4, жаростойкий композит (бетон) из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.

Полученное техническое решение при использовании кремнийсодержащей формовочной земли позволяет значительно повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого композита (бетона).

Использование техногенного сырья при получении жаростойкого композита (бетона) способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для строительных материалов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Пат. Российской Федерации №2440312, МПК С04В 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя. / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Куликов В.А.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. - №2010122114. заявл. 31.05.20910; опубл. 20.01.2012. Бюл. №2.

2. Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих / А.И. Хлыстов, С.В. Соколова, А.В. Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. . - №9. - С. 38-42.

Композиция для изготовления жаростойких композитов - бетонов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, карбонатный щебень фракции 5-10 мм и H₃PO₄, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кремнийсодержащую формовочную землю, измельченную до размера частиц не более 1 мм, с содержанием, мас.%: SiO₂ - 94,8; Al₂O₃ - 4,01; Fe₂O₃ - 0,98; СаО - 0,21 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201	15-20
карбонатный щебень фракции 5-10 мм	30-45
H3PO4	12-17
кремнийсодержащая формовочная земля
с содержанием, мас.%: SiO2 - 94,8;
Al2O3 - 4,01; Fe2O3 - 0,98; СаО - 0,21	28-33