Шихта для стеклокристаллического материала и стеклокристаллический материал

Авторы патента:

C03C10/06 - кристаллическая фаза, содержащая алюмосиликат оксида двухвалентного металла, например анортит, шлакокерамика

C03C10/0063 - Сырье для производства стекла, глазурей или эмалей

Владельцы патента RU 2740956:

Исакова Лариса Аркадьевна (RU)
Федоровская Валентина Григорьевна (RU)

Группа изобретений относится к производству стеклокристаллических материалов и может быть использована в химической промышленности, производстве композитов, строительной индустрии, в нефтегазовой и других отраслях. Шихта для стеклокристаллического материала, содержит, мас.%: золошлак ТЭС или доменный шлак состава, мас.%: SiO₂26,43–45,30; Al₂O₃6,37–14,93; СаО 30,29–43,90; MgO 4,87–9,64; MnO 0,053–2,00; FeO или Fe₂O₃0,10–4,17; S^2-или SO₃0,10–6,31; TiO₂, Na₂O, K₂O, P₂O₅ до 14,00, 50,90–59,60, песок кварцевый 33,34–42,04, кремнефтористый натрий 2,73–5,24, поташ 3,00–6,968, жженую магнезию 0,00–0,945, глинозем 0,00–8,70, соду кальцинированную 1,33–4,10. Стеклокристаллический материал – стекло, полученное из указанной выше шихты, включает, мас.%: SiO₂57,80–58,80; Al₂O₃5,50–6,65; CaO 23,20–24,50; MgO 2,49–3,30; MnO 0,30–0,69; TiO₂0,10–0,19; S^2-0,25–0,40; FeO 0,15–0,20; Na₂O 1,80–4,90; K₂O 0,20–5,28; F^-1,70–2,00. Технический результат – повышение физико-химических характеристик стеклокристаллического материала – стекла. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к производству стеклокристаллических материалов. Может быть использовано в химической промышленности, производстве композитов, строительной индустрии, в нефтегазовой и других отраслях.

Известна шихта для изготовления стекол и стеклокристаллических материалов, содержащая, мас.%: песок 16 - 30; соду 5 - 15 и шлам производства обогащенного глинозема - остальное. Характеристики: водостойкость 99,7 - 99,85%, прочность при сжатии 470 - 495 МПа, микротвердость 7,22 - 8,03 ГПа (патент RU 2008284 C1).

Известна шихта для изготовления каменных и стеклокристаллических материалов и изделий черного цвета литьем или формованием из расплавов с последующей кристаллизацией, включающая доломит, карбонат кальция, например, мел, известняк или мрамор, кварцевый песок, отходы обогащения природных фосфатов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

доломит	10,0 – 40,0
карбонат кальция, например, мел, известняк или мрамор	28,0 – 60,0
кварцевый песок	0,01 – 20,0
отходы обогащения природных фосфатов	25,0-60,0

(патент RU 2130434).

Известен состав стекла для стеклокристаллического материала (авторское свидетельство SU 695156), содержащий следующие компоненты, мас.%:

SiO₂	Al₂O₃	P₂O₅	Li₂O	TiO₂	As₂O₃	CaO
46-57	24-30	4-16	3,5-5	3,5-6	0,5-1	1,5-3,5

Известен состав стекла для стеклокристаллического материала (авторское свидетельство SU 925031), содержащий следующие компоненты, мас.%:

SiO₂	Al₂O	Li₂O	ZnO	K₂O	P₂O₅	F	Cs₂O	ZrO₂	Yb₂O₃	Nd₂O₃	Gd₂O₃
55-65	10-15	10-15	1-10	1-5	2-3	0,5-2	0,5-4	0,2-1	0,01-0,1	0,01-0,1	0,01-0,1

Наиболее близким по составу к заявляемому изобретению является стеклокристаллический материал на основе шлаковых отходов ТЭС, включающий SiO₂; Al₂O₃; Fe₂O₃; CaO; MgO; Na₂O; K₂O; TiO₂; S^-; P₂O₅; MnO (патент RU 2477712 C2, 20.03.2013) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂	Al₂O	Fe₂O₃	CaO	K₂O	P₂O₅	MgO	S^-	TiO₂	Na₂O	MnO
53-55	11-13	6,5-8	9-11	3-5	0,1-0,15	1-2,5	0,05-0,15	4,5-6	4-5,5	0,05-0,15

Недостатком данных составов шихты и стекла, являются низкие технические характеристики получаемого стеклокристаллического материала.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение физико-химических характеристик стеклокристаллического материала – стекла.

Указанный технический результат достигается тем, что шихта для стеклокристаллического материала, состоящая из золошлака ТЭС или доменного шлака, и корректирующих добавок, содержит золошлак ТЭС или доменный шлак состава, мас.%:

SiO₂	26,43 – 45,30
Al₂O₃	6,37 – 14,93
СаО	30,29 – 43,90
MgO	4,87 – 9,64
MnO	0,053 – 2,00
FeO или Fe₂O₃	0,10 – 4,17
S^2-или SO₃	0,10 – 6,31
оксиды из ряда: TiO₂, Na₂O, K₂O, P₂O₅	до 14,00,

а в качестве корректирующих добавок используют песок кварцевый, кремнефтористый натрий, поташ, жженую магнезию, глинозем, соду кальцинированную при следующем соотношении компонентов, мас.%:

золошлак ТЭС или доменный шлак	50,90 – 59,60
песок кварцевый	33,34 – 42,04
кремнефтористый натрий	2,73 – 5,24
поташ	3,00 – 6,968
жженая магнезия	0,00 – 0,945
глинозем	0,00 – 8,70
сода кальцинированная	1,33 – 4,10

Также указанный технический результат достигается тем, что стеклокристаллический материал – стекло, полученное из указанной выше шихты на основе золошлака ТЭС или доменного шлака, имеет следующий состав, мас.%:

SiO₂	57,80 – 58,80
Al₂O₃	5,50 – 6,65
CaO	23,20 – 24,50
MgO	2,49 – 3,30
MnO	0,30 – 0,69
TiO₂	0,10 – 0,19
S^2-	0,25 – 0,40
FeO	0,15 – 0,20
Na₂O	1,80 – 4,90
K₂O	0,20 – 5,28
F^-	1,70 – 2,00

Технический результат обеспечивается за счет использования для приготовления шихты металлургических шлаков или золошлаков ТЭС. Данные шлаки содержат готовые продукты реакций силикатообразования, которые плавятся при нагреве гораздо быстрее, чем другие компоненты, использующиеся при традиционной варке стекол. За счет этого увеличивается скорость стеклообразования и повышается однородность расплава. Стекло для производства стеклокристаллического материала получают из расплава синтезированной стекольной шихты. Добавление в шихту катализаторов объемной кристаллизации, таких как оксиды металлов, фтор и др., растворяющихся в стекломассе и способствующих образованию в стекломассе центров кристаллизации. Расплавы застывают в стекловидной форме и способны при повторном нагревании выделять определенные кристаллические фазы. Дополнительный нагрев и выдержка в муфельной печи стекла, полученного из расплава, обеспечивает образование максимального числа центров кристаллизации, необходимую степень закристаллизованности и заданный фазовый состав. При применяемом температурно-временном режиме достигаются оптимальные свойства стеклокристаллического материала, такие как прочность, термостойкость, кислотостойкость и другие важные характеристики.

При производстве стеклокристаллического материала для получения шихты в качестве сырьевых материалов использовались шлаковые отходы, кварцевый песок, глинозем, кальцинированная сода, поташ, жженая магнезия, кремнефтористый натрий и другие сырьевые материалы. В качестве катализатора объемной кристаллизации использовался фтор, который вводился в состав шихты через кремнефтористый натрий. Были синтезированы следующие составы стекол:

№ сос-тава	Содержание, мас.%
SiO₂	Al₂O₃	FeO	TiO₂	MnO	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	S^2-	F^-
1	58,26	6,01	0,15	0,15	0,69	23,25	2,49	3,10	3,80	0,40	1,70
2	58,68	6,65	0,15	0,15	0,69	23,43	2,49	3,71	1,95	0,40	1,70
3	57,80	5,70	0,20	0,10	0,30	23,80	3,30	4,90	1,95	0,25	1,70
4	58,80	5,50	0,20	0,10	0,40	24,50	3,10	0,20	4,90	0,30	2,00
5	57,92	6,00	0,18	0,19	0,30	23,30	2,50	5,28	2,13	0,30	1,90
6	58,47	5,60	0,18	0,19	0,30	23,20	3,30	4,80	1,80	0,30	1,86

Компоненты шихты, взятые в необходимых количествах, тщательно перемешивались и сплавлялись при температуре 1450-1550^оС с последующей выработкой при температуре 1400-1450^оС. Из стекла формовались изделия различных форм и размеров. В дальнейшем стекло подвергалось кристаллизации. После охлаждения образцы стеклокристаллического материала сохранили геометрическую форму, кристаллическая фаза составила 57-78%. Составы золошлаков ТЭС и доменных шлаков для получения шихты, состав корректирующих добавок для производства стекломассы и физико-химические свойства стеклокристаллического материала были следующие:

Составы золошлаков ТЭС и доменных шлаков, мас.%:

	доменный шлак ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК», г. Новокузнецк	золошлак ТЭС Auvere EF1, Эстония	золошлак Эстонской ТЭС, г. Нарва	доменный шлак ОАО «Арселор Миталл Темиртау», Казахстан	доменный шлак ПАО «Тулачер-мет», г. Тула	доменный шлак ПАО «Косогорс-кий мет. завод», г. Тула
SiO₂	34,89	26,43	35,45	40,70	45,30	39,00
Al₂O₃	14,93	6,37	14,189	8,00	6,37	7,00
Fe₂O₃	2,27	3,30	4,17
CaO	34,40	43,90	30,29	43,80	41,31	41,90
FeO				1,00	0,10	0,45
MnO	0,70	2,00	0,053	0,20	0,73	1,90
MgO	9,64	8,489	4,87	5,20	5,90	8,30
Na₂O	0,69	0,16	0,107
K₂O	0,64	3,07	3,93
SO₃		5,54	6,31
TiO₂	1,00	0,59	0,48	0,45	0,19	0,25
P₂O₅		0,151	0,151
S^2-	0,84			0,65	0,10	1,20

Корректирующие добавки к используемым шлакам, мас.%:

	доменный шлак ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК», г. Новокуз-нецк	золошлак ТЭС Auvere EF1, Эстония	Золошлак Эстонской ТЭС, г. Нарва	доменный шлак ОАО «Арселор Миталл Темиртау», Казахстан	доменный шлак ПАО «Тулачер-мет», г. Тула	доменный шлак ПАО «Косогор-ский мет. завод», г. Тула
59,60	50,90	50,90	52,00	50,90	51,50
Песок кварцевый	33,34	42,04	33,815	33,375	33,34	37,50
Сода кальцини-рованная	1,33	1,33	4,10	1,40	1,33	2,30
Глинозем	0	0	0	1,50	8,70	0,70
Поташ	3,00	3,00	5,00	6,968	3,00	4,10
Жженая магнезия	0	0	0,945	0,847	0	0,90
Кремне-фтористый натрий	2,73	2,73	5,24	3,91	2,73	3,00

Физико-химические свойства стеклокристаллического материала:

Усредненные показатели
Плотность реальная, кг/м³	2930
Предел прочности при сжатии, МПа	931
Предел прочности при изгибе, МПа	294
Модуль упругости, х 10¹⁰ Па	14
Коэффициент Пуассона	0,31
Микротвердость, МПа	9512
Удельная ударная вязкость, КДж/м²	5,0
Термостойкость, ^оК	473,15
Температура размягчения, ^оК	1425
Коэффициент линейного термического расширения, 10^-71/град	81
Теплопроводность при 293^оК, Вт/ м К	1,485
Потери массы при истирании, г/см²	0,0009
Кислотостойкость в минеральной кислоте, % (H₂SO₄)	99,25
Щелочестойкость в 35% NaOH, %	91,40
Пористость, %	0
Водопоглощение, %	0

Таким образом, полученный на основе предлагаемой шихты стеклокристаллический материал – стекло с физико-механическими характеристиками, приведенными в вышеуказанной таблице, обладает высокими эксплуатационными свойствами и по большинству показателей превосходит другие стеклокристаллические материалы.

1. Шихта для стеклокристаллического материала, состоящая из золошлака ТЭС или доменного шлака и корректирующих добавок, отличающаяся тем, что содержит золошлак ТЭС или доменный шлак состава, мас.%:

SiO₂	26,43–45,30
Al₂O₃	6,37–14,93
СаО	30,29–43,90
MgO	4,87–9,64
MnO	0,053–2,00
FeO или Fe₂O₃	0,10–4,17
S^2-или SO₃	0,10–6,31
оксиды из ряда: TiO₂, Na₂O, K₂O, P₂O₅	до 14,00,

золошлак ТЭС или доменный шлак	50,90–59,60
песок кварцевый	33,34–42,04
кремнефтористый натрий	2,73–5,24
поташ	3,00–6,968
жженая магнезия	0,00–0,945
глинозем	0,00–8,70
сода кальцинированная	1,33–4,10

2. Стеклокристаллический материал – стекло, полученное из шихты по п.1 на основе золошлака ТЭС или доменного шлака, включающее SiO₂, Al₂O₃, FeO, TiO₂, MnO, CaO, MgO, K₂O, Na₂O, S^2-, F^-, отличающееся следующим соотношением компонентов, мас.%:

SiO₂	57,80–58,80
Al₂O₃	5,50–6,65
CaO	23,20–24,50
MgO	2,49–3,30
MnO	0,30–0,69
TiO₂	0,10–0,19
S^2-	0,25–0,40
FeO	0,15–0,20
Na₂O	1,80–4,90
K₂O	0,20–5,28
F^-	1,70–2,00

Изобретение относится к составам декоративно-облицовочных материалов, которые могут быть использованы в строительстве. Шихта для получения декоративно-облицовочного материала включает измельченные до прохождения через сито 008 компоненты, мас.

Шлакоситалл // 2595276

Изобретение относится к шлакоситаллам. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности шлакоситалла.

Стеклянный уплотнитель для батарей твердооксидных электролитических элементов (soec) // 2561097

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.

Композит на основе алюмосиликатной стеклокерамики и способ его получения (варианты) // 2534229

Изобретение относится к области химической промышленности, теплоэнергетики, авиакосмической техники, в частности к композиту на основе алюмосиликатной стеклокерамики, армированной одной из наноформ углерода.

Декоративно-облицовочный материал // 2513811

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.

Каменное литье // 2510374

Изобретение относится к искусственным плавленым силикатным керамическим материалам, в частности к составам каменного литья, и предназначено для изготовления пулезащитных броневых пластин (плит) бронежилетов.

Шихта для получения декоративно-облицовочного материала // 2505494

Изобретение относится к составам декоративно-облицовочных материалов, которые могут быть использованы в строительстве. Техническим результатом изобретения является повышение морозостойкости изделий.

Цветное шлакокаменное литье и шихта для его получения // 2474541

Изобретение относится к производству художественных изделий и строительных материалов. .

Цветное шлакокаменное литье и шихта для его получения // 2465237

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

Способ получения стеклокристаллического материала // 2424201

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%.

Способ получения литого стеклокристаллического материала // 2732369

Изобретение относится к химической промышленности и ресурсосберегающим технологиям, может быть использовано для получения литых стеклокристаллических материалов, в частности материалов с повышенной износостойкостью и поглощающей способностью кинетической энергии удара.