×
01.03.2019
219.016.c9fb

СПОСОБ ПЛАВЛЕНИЯ БАЗАЛЬТОВОГО СЫРЬЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способам плавления базальтового сырья с одновременной оптимизацией его состава для целей получения базальтовых волокон или каменного литья - петрургии. Способ плавления базальтового сырья включает дробление исходной базальтовой породы, подогрев ее, загрузку в плавильную печь, плавление, частичный отбор придонного слоя расплава, стабилизацию оставшегося расплава и его подачу в сливное устройство. Плавление базальтового сырья проводят при температуре 1200-1300°C, выдерживают расплав в течение 1-2 часов при указанной температуре для протекания процесса гравитационной дифференциации расплава на легкую и тяжелую фракции. Затем частично отбирают поверхностный слой легкой, придонный слой тяжелой или обеих фракций в количествах, необходимых для создания в расплаве оптимальных соотношений компонентов. Стабилизацию оставшегося расплава осуществляют поднятием температуры плавления на 50-100°C и перемешиванием. Плавление базальтового сырья проводят в окислительной или в восстановительной среде. Предлагаемый способ плавления базальтового сырья позволяет провести комплексную многовариантную оптимизацию и получить состав с заданными физико-химическими свойствами, необходимыми для производства различных видов базальтовых волокон или изделий каменного литья. Создается возможность исключить дорогостоящий процесс подшихтовки, достичь оптимального соотношения FeO:FeO, снизить ресурсо- и энергозатраты и расширить область возможного применения базальтового сырья отдельно взятого месторождения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к способам плавления базальтового сырья с одновременной оптимизацией его состава для целей получения базальтовых волокон или каменного литья - петрургии.

Базальт - магматическая горная порода, основу которой, 50-70 масс.%, составляет плагиоклаз лабрадор - изоморфная смесь альбита NaAl[Si3O8] и анортита CaAl2[Si2O8]. Присутствуют также: пироксены, представленные в основном авгитом (изоморфная смесь диопсида CaMg[Si2O6] и геденбергита CaFe[Si2O6]); оливин - твердые растворы форстерита Mg2[SiO4] и фаялита Fe2[SiO4]; магнетит FeO·Fe2O3 и другие минералы.

Известен способ получения минерального волокна из природных материалов базальтовой группы RU 2118300, 1998, в котором расплавленную стекломассу выдерживают в стабилизирующей секции плавильной печи для удаления пузырьков газа и пены, а затем в фидере для усреднения состава стекломассы. Недостатком этого способа является то, что химический состав стекломассы определяется химическим составом исходного сырья, что не позволяет расширить области возможного применения базальта отдельно взятого месторождения.

Так как химический состав базальтов в зависимости от месторождения колеблется в широких пределах, мас.%: SiO2 - 43÷58; Al2О3 - 11÷20; СаО - 7÷14; MgO - 4÷14; FeO+Fe2О3 - 8÷16; Na2О - 1÷5, получить волокна или камнелитные изделия с заданными потребительскими свойствами не всегда представляется возможным.

Поэтому для производства базальтовых волокон либо камнелитных изделий, как правило, требуется оптимизация состава исходного сырья.

Известен способ оптимизации состава базальтового расплава путем создания определенной среды, окислительной или восстановительной, в плавильном агрегате (И.Е.Липовский, В.А.Дорофеев. Основы петрургии. М.: Металлургия, 1972 г, стр.24).

К недостатку относится то, что указанным способом возможно регулирование лишь соотношения оксидов двух- и трехвалентного железа.

Наиболее близким по технической сущности является способ плавления базальтового сырья, описанный в патенте RU 2149841, 2000, С 03 В 37/06 (прототип): "Способ получения минераловатных изделий из базальтосодержащих пород и технологическая линия для его осуществления". Согласно прототипу способ включает дробление исходной базальтовой породы известного химического состава, подогрев ее, загрузку в электродуговую печь с углеродными электродами, плавление с перегревом на 50-250°С выше температуры плавления, стабилизацию расплава до его усредненного состава, частичный отбор придонного слоя, а оставшийся расплав стекломассы сливают через фильеру для раздува на волокно. В случае необходимости в измельченную базальтовую породу вводят дополнительно различные добавки из доломита, извести, глины, суглинка, соды и других веществ.

Существенным недостатком этого способа является то, что при плавлении горных пород в электродуговых печах с углеродными электродами происходят побочные восстановительные процессы, приводящие к неконтролируемому смещению равновесия между Fe2O3 и FeO (И.Е.Липовский, В.А.Дорофеев. Основы петрургии. М.: Металлургия, 1972 г, стр.136). Таким образом, при частичном отборе придонного слоя осуществляется слив лишь восстановленного железа, т.е. указанный способ плавления не позволяет направленно оптимизировать соотношения других компонентов в оставшемся расплаве.

Оптимизацию состава расплава по прототипу проводят путем введения различных добавок - подшихтовки, что является вторым недостатком. Доломит и известь относятся к числу тугоплавких добавок, которые создают технологические трудности при плавлении, требуют выдержки расплава при повышенных температурах и непрерывного перемешивания. Глины и суглинки обладают непостоянством химического состава, многокомпонентностью и коротким литейным интервалом. Собственно подшихтовка является дополнительным ресурсо- и энергозатратным технологическим процессом.

Еще одним недостатком прототипа является перегрев расплава на 50-250°С выше температуры плавления, что требует дополнительных энергозатрат.

Изобретение направлено на изыскание способа плавления базальтового сырья с одновременной комплексной многовариантной оптимизацией его состава для целей производства базальтовых волокон или изделий каменного литья с заданными потребительскими свойствами, расширение области возможного применения базальта отдельно взятого месторождения, а также создание ресурсо- и энергосберегающей технологии оптимизации состава базальтового сырья.

Технический результат достигается тем, что предложен способ плавления базальтового сырья, включающий дробление исходной базальтовой породы известного химического состава, подогрев ее, загрузку в плавильную печь, плавление, частичный отбор придонного слоя расплава, стабилизацию оставшегося расплава и его подачу в сливное устройство, при этом согласно изобретению плавление базальтового сырья проводят при температуре 1200-1300°С, выдерживают расплав в течение 1-2 часов при указанной температуре для протекания процесса гравитационной дифференциации расплава на легкую и тяжелую фракции, частично отбирают поверхностный слой легкой, придонный слой тяжелой или обеих фракций в количествах, необходимых для создания в расплаве оптимальных соотношений компонентов, стабилизацию оставшегося расплава осуществляют поднятием температуры плавления на 50-100°С и перемешиванием.

Интервал температуры плавления базальтового сырья обусловлен тем, что до температуры 1200°С наблюдается лишь размягчение минеральных фаз базальта, а поднятие температуры выше 1300°С экономически нецелесообразно.

Продолжительность процесса гравитационной дифференциации определяется как минералогическим составом исходной базальтовой породы, так и температурным режимом плавления и составляет 1-2 часа. Отбор легкой и/или тяжелой фракций иногда проводят в условиях динамического неравновесия процесса гравитационной дифференциации расплава, в таком случае для уточнения количества отбораемых фракций, возможно, что на стадии гравитационной дифференциации расплава дополнительно проводят количественную оценку поверхностного слоя легкой фракции на содержание оксидов кремния, алюминия, кальция и натрия, а придонного слоя тяжелой фракции на содержание оксидов железа.

Температурный режим стабилизации оставшегося расплава обусловлен необходимостью снижения его вязкости при сохранении целостной структуры основных минералов базальта. Перемешивание ускоряет процесс получения расплава усредненного состава для подачи в сливное устройство.

Целесообразно, что плавление базальтового сырья проводят также в окислительной или в восстановительной среде.

Природные базальты характеризуются тем, что в процессе их генезиса отдельные оксиды SiO2; Al2О3; CaO; MgO и др. вошли в их составов в виде минералов: альбита, анортита, авгита, оливина, магнетита и др. При плавлении эти минералы переходят по отдельности из одной фазы в другую (Джигирис Д.Д., Махова М.Ф. Основы производства базальтовых волокон и изделий. М.: Теплоэнергетик, 2002 г., стр.91).

При температуре, близкой к температуре плавления, расплав базальта имеет много общего с кристаллическим веществом. Даже при перегреве на 200-250°С расплав не претерпевает радикальных изменений ни в типе структурных единиц, ни в характере их расположения, ни в природе сил межчастичного взаимодействия (Б.Х.Хан и др. Затвердевание и кристаллизация каменного литья. К.: Наукова думка, 1969, стр.5-6). Таким образом, при гравитационной дифференциации расплава состав легкой и тяжелой фракции представлен минералами, химический состав которых, в свою очередь, принято характеризовать содержанием элементов в оксидной форме.

Выполненные нами термодинамическое моделирование и экспериментальное исследование процессов плавления базальтов различных месторождений России показали, что в интервале температур 1200-1300°С расплав состоит в основном из альбита, анортита, авгита, оливина и магнетита. Среднее содержание этих минералов следующее, вес.%: альбит 30, анортит 30, авгит 26, оливин 2, магнетит 12. Плотность перечисленных минералов соответственно равна, г/см3: 2,38-2,62; 2,70-2,76; 3,23-3,52; 3,22-3,57 и 5,21-5,30. Исходя из значений плотностей основных составляющих расплав условно можно разделить на две фракции: легкую, поверхностный слой которой состоит из альбита и анортита, и тяжелую, придонный слой которой состоит из магнетита.

На чертеже представлено распределение минералов базальтового сырья по глубине расплава в процессе гравитационной дифференциации.

Как видно из чертежа, отбор поверхностного слоя легкой фракции позволяет оптимизировать состав расплава по оксидам кремния, алюминия, кальция и натрия, а отбор придонного слоя тяжелой фракции - по оксидам железа.

Для целей производства базальтовых волокон плавление целесообразно проводить в окислительной среде, увеличивая тем самым содержание Fe2О3, что позволяет снизить температуру верхнего предела кристаллизации и уменьшить вероятность взаимодействия расплава с материалом платинородиевых питателя и фильер (Джигирис Д.Д., Махова М.Ф. Основы производства базальтовых волокон и изделий. М.: Теплоэнергетик, 2002 г., стр.92-93).

Восстановительную среду, в которой железо представлено в основном в виде FeO, обычно используют в петрургии для получения лучших физико-механических свойств расплава (И.Е.Липовский, В.А.Дорофеев. Основы петрургии. М.: Металлургия, 1972 г., стр.24).

Данные по регулированию относительного содержания в расплаве оксидов двух- и трехвалентного железа приведены в Таблице.

Процесс плавления базальтового сырья предпочтительно проводят в наиболее эффективных ванных регенеративных печах непрерывного действия. В качестве топлива используют природный газ, мазут или их смесь. Воздух в печь подается принудительно и регулировкой его подачи возможно создание соответствующей окислительной среды. Контролируемую восстановительную среду создают добавлением коксового газа или водорода.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Исходное базальтовое сырье известного химического и минералогического составов подвергают дроблению в соответствии с требованиями плавильного агрегата, подогревают отходящими топочными газами, загружают в печь и на стадии плавления при температуре 1200-1300°С выдерживают в расплавленном состоянии в течение 1-2 часов для протекания процесса гравитационной дифференциации расплава на легкую и тяжелую фракции с последующим частичным отбором поверхностного слоя - легкой, придонного слоя - тяжелой или обеих фракций в предварительно рассчитанных количествах, необходимых для создания в расплаве оптимальных соотношений компонентов для получения волокон или изделий каменного литья. Оставшийся расплав стабилизируют поднятием температуры до 1250-1400°С и перемешиванием, после чего подают в выработочную часть при производстве волокон либо в копильник для разливки в формы в случае каменного литья.

С целью изменения относительного содержания Fe2+и Fe3+плавление проводят либо в окислительной, либо в восстановительной среде.

Технические средства, обеспечивающие возможность получения технического результата изобретения, следующие. Оптимизацию состава проводят в тех же плавильных печах, в которых впоследствии расплав из бассейна печи поступает в выработочную часть либо в копильник. Отбор поверхностного слоя легкой и придонного слоя тяжелой фракций производят из бассейна печи. Оптимизация является комплексной, т.к. в результате может изменяться содержание более чем одного компонента расплава. Многовариантность обеспечивается возможностью изменять взаимные соотношения компонентов базальтового сырья определенного месторождения для достижения различных качественных показателей.

Наиболее пригодны для производства каменного литья базальты с коэффициентом кислотности К в пределах 1,5-1,8 (Е.Н.Граменицкий и др. Экспериментальная и техническая петрология. М.: Научный мир, 2000, стр.129), а для базальтовых волокон в интервале 2,0-2,4.

Расчет коэффициента кислотности К проводят по содержанию оксидов методом А.Н.Заварицкого и А.С.Гинсберга, по которому К=SiO2+Al2О3/СаО+MgO+FeO+Fe2O3+Na2O.

Ниже приведены примеры осуществления способа плавления базальтового сырья месторождения "Булатовское", Архангельской области.

Пример 1. 100 кг базальтового сырья, содержащего, вес.%: SiO2 - 48,61; Al2О3 - 16,83; СаО - 12,69; MgO - 5,15; FeO - 4,89; Fe2O3 - 8,28; Na2O - 3,55 и имеющего коэффициент кислотности 1,89, плавят при температуре 1280°С, выдерживают расплав в течение 1-го часа для протекания процесса гравитационной дифференциации, затем отбирают поверхностный слой легкой фракции в количестве 12 кг, чем достигается получение расплава с коэффициентом кислотности 1,69, содержание в котором основных компонентов, вес.%: SiO2 - 47,60; Al2О3 - 15,29; СаО - 13,06; MgO - 5,85; FeO - 5,56; Fe2О3 - 9,41; Na2O - 3,23. Полученный оптимизированный по составу и стабилизированный расплав пригоден для производства изделий каменного литья, предназначенных для защиты оборудования от коррозионного износа.

Пример 2. 100 кг базальтового сырья, содержащего, вес.%: SiO2 - 48,61; Al2О3 - 16,83; СаО - 12,69; MgO - 5,15; FeO - 4,89; Fe2O3 - 8,28; Na2O - 3,55 и имеющего коэффициент кислотности 1,89, плавят при температуре 1300°С, выдерживают расплав в течение 1-го часа для протекания процесса гравитационной дифференциации, затем отбирают придонный слой тяжелой фракции в количестве 6 кг, чем достигается получение расплава с коэффициентом кислотности 2,29, имеющим содержание основных компонентов вес.%: SiO2 - 51,71; Al2О3 - 17,91; CaO - 13,50; MgO - 5,48; FeO - 3,22; Fe2О3 - 4,40; Na2O - 3,78. Полученный оптимизированный по составу и стабилизированный расплав пригоден для производства ультра- и супертонких волокон.

Пример 3. 100 кг базальтового сырья, содержащего, вес.%: SiO2 - 48,61; Al2О3 - 16,83; CaO - 12,69; MgO - 5,15; FeO - 4,89; Fe2О3 - 8,28; Na2O - 3,55 и имеющего коэффициент кислотности 1,89, плавят при температуре 1250°С, выдерживают расплав в течение 1,5 часов для протекания процесса гравитационной дифференциации, затем отбирают поверхностный слой легкой фракции в количестве 12 кг и придонный слой тяжелой фракции в количестве 8 кг, чем достигается получение расплава с коэффициентом кислотности 2,25, имеющим содержание основных компонентов, вес.%: SiO2 - 52,36; Al2О3 - 16,83; CaO - 14,36; MgO - 6,44; FeO - 3,01; Fe2О3 - 3,45; Na2O - 3,55. Полученный оптимизированный по составу и стабилизированный расплав пригоден для производства базальтовой ваты.

Пример 4. 100 кг базальтового сырья содержащего, вес.%: SiO2 - 48,61; Al2О3 - 16,83; CaO - 12,69; MgO - 5,15; FeO - 4,89; Fe2О3 - 8,28; Na2O - 3,55 и имеющего коэффициент кислотности 1,89, плавят при температуре 1200°С в окислительной среде, для создания которой на 1 кг базальтового сырья подают 1,41 вес.% кислорода воздуха, при этом FeO практически полностью переходит в Fe2О3. Расплав выдерживают в течение 2-х часов для протекания процесса гравитационной дифференциации, затем отбирают поверхностный слой легкой фракции в количестве 12 кг и придонный слой тяжелой фракции в количестве 10 кг, чем достигается получение расплава с коэффициентом кислотности 2,39, имеющим содержание основных компонентов, вес.%: SiO2 - 53,37; Al2О3 - 17,14; CaO - 14,64; MgO - 6,56; Fe2О3 - 4,67; Na2O - 3,62. Полученный оптимизированный по составу и стабилизированный расплав пригоден для производства непрерывных волокон.

Пример 5. 100 кг базальтового сырья, содержащего, вес.%: SiO2 - 48,61; Al2О3 - 16,83; CaO - 12,69; MgO - 5,15; FeO - 4,89; Fe2O3 - 8,28; Na2О - 3,55 и имеющего коэффициент кислотности 1,89, плавят при температуре 1220°С в восстановительной среде, для создания которой на 1 кг базальтового сырья подают 0,08 вес.% водорода, при этом Fe2O3 практически полностью переходит в FeO. Расплав выдерживают в течение 2-х часов для протекания процесса гравитационной дифференциации, затем отбирают поверхностный слой легкой фракции в количестве 12 кг, чем достигается получение расплава с коэффициентом кислотности 1,74, имеющим содержание основных компонентов, вес.%: SiO2 - 48,05; Al2О3 - 15,45; CaO - 13,19; MgO - 5,90; FeO - 14,15; Na2O - 3,26. Полученный оптимизированный по составу и стабилизированный расплав пригоден для производства изделий каменного литья, предназначенных для защиты оборудования от абразивного износа.

Предлагаемый способ плавления базальтового сырья позволяет провести комплексную многовариантную оптимизацию и получить состав с заданными физико-химическими свойствами, необходимыми для производства различных видов базальтовых волокон или изделий каменного литья. Создается возможность исключить дорогостоящий процесс подшихтовки, достичь оптимального соотношения FeO:Fe2O3, снизить ресурсо- и энергозатраты и расширить область возможного применения базальтового сырья отдельно взятого месторождения.

1.Способплавлениябазальтовогосырья,включающийдроблениеисходнойбазальтовойпородыизвестногохимическогосостава,подогревее,загрузкувплавильнуюпечь,плавление,частичныйотборпридонногослоярасплава,стабилизациюоставшегосярасплаваиегоподачувсливноеустройство,отличающийсятем,чтоплавлениебазальтовогосырьяпроводятпритемпературе1200-1300°C,выдерживаютрасплаввтечение1-2чприуказаннойтемпературедляпротеканияпроцессагравитационнойдифференциациирасплаваналегкуюитяжелуюфракции,частичноотбираютповерхностныйслойлегкой,придонныйслойтяжелойилиобеихфракцийвколичествах,необходимыхдлясозданияврасплавеоптимальныхсоотношенийкомпонентов,стабилизациюоставшегосярасплаваосуществляютподнятиемтемпературыплавленияна50-100°Cиперемешиванием.12.Способпоп.1,отличающийсятем,чтоплавлениепроводятвокислительнойсреде.23.Способпоп.1,отличающийсятем,чтоплавлениепроводятввосстановительнойсреде.3
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-1 of 1 item.
20.02.2019
№219.016.c02f

Способ получения высокодисперсного карбида кремния

Изобретение может быть использовано в химической промышленности для получения аморфного и поликристаллического карбида кремния. Высокодисперсный карбид кремния получают осаждением из газовой фазы путем термической деструкции карбосилана при температуре 600-800°С. В качестве карбосилана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002339574
Дата охранного документа: 27.11.2008
Showing 1-10 of 22 items.
27.05.2013
№216.012.4429

Способ получения безводного комплекса тиоцианата иттрия

Изобретение относится к области координационной химии, конкретно к приготовлению исходных реагентов для синтезов, исключающих присутствие молекул воды. Способ получения безводного комплекса тиоцианата иттрия, характеризующегося химической формулой [Y(18-crown-6)(NCS)], либо...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483026
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.07.2014
№216.012.da39

Способ получения наноструктурированных покрытий оксидов металлов

Изобретение относится к области синтеза оксидов металлов простого и сложного состава, обладающих диэлектрическими или полупроводниковыми свойствами, в виде тонких наноструктурированных покрытий на поверхности изделий различной формы. Способ заключается в том, что готовят спиртовой раствор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521643
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.01.2015
№216.013.1817

Полимерная композиция для получения карбидов ниобия, тантала и их твердых растворов

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Полимерная композиция включает соединение тугоплавкого металла и углеродоноситель в виде фенолоформальдегидного связующего, взятые в стехиометрическом отношении, и смазку. В качестве соединения тугоплавкого металла содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537595
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.02.2015
№216.013.2a42

Способ получения β-карбида кремния

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения β-карбида кремния стехиометрического состава в виде готовых пористых изделий включает нагревание заготовки изделий из полимерной композиции до 800°C в защитной от окисления среде со скоростью 400-600°C/ч при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542275
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.05.2015
№216.013.48d9

Борсодержащий нейтронозащитный материал

Изобретение относится к нейтронозащитным материалам и может быть использовано, в частности, при капсулировании радиоактивных отходов, при создании защитных щитов. Борсодержащий материал с деформационной устойчивостью ΔL/L=3,0÷7,5% при 600°С получают взаимодействием силиката натрия NaO(SiO) в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550156
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.07.2015
№216.013.61e1

Способ получения наноструктурированной карбидокремниевой керамики

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению карбидокремниевых материалов и изделий, и может быть применено в качестве теплозащитных, химически и эрозионностойких материалов, используемых при создании авиационной и ракетной техники, носителей с развитой поверхностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556599
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.01.2016
№216.013.9f9e

Оптически прозрачная гетероструктура

Изобретение относится к области наноматериалов для оптоэлектроники и магнитооптики и может использоваться при создании оптически прозрачных контактных слоев или защитных слоев от агрессивного воздействия внешней атмосферы на основе гетероструктур, содержащих наноразмерные пленки золота....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572499
Дата охранного документа: 10.01.2016
12.01.2017
№217.015.612a

Способ получения литированного двойного оксида лития и марганца со структурой шпинели

Изобретение относится к технологии получения материала на основе смешанного оксида лития и марганца со структурой шпинели для использования его во вторичных батареях. Предложен способ получения литированного двойного оксида лития и марганца состава LiMnO, где 0,20
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591154
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.8ef0

Полимерная композиция для получения карбида кремния

Изобретение относится к химической промышленности для получения термостойких высокопористых изделий из карбида кремния, которые используют в качестве фильтров, теплоизоляции, абсорбентов. Полимерная композиция для получения карбида кремния стехиометрического состава в виде готовых пористых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605257
Дата охранного документа: 20.12.2016
25.08.2017
№217.015.b17f

Фармацевтическая композиция на основе соединения палладия

Изобретение относится к фармацевтической композиции на основе соединения палладия. Указанная композиция содержит ацидокомплекс палладия формулы: (СНNO)[PdCI] в концентрации 0,2% в 0,9% водном растворе хлорида натрия. Изобретение обеспечивает выраженное противоопухолевое и антиметастатическое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613305
Дата охранного документа: 15.03.2017
+ добавить свой РИД