Результат интеллектуальной деятельности: Композиция для производства пористого заполнителя

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству пористых заполнителей на основе жидкого стекла, предназначенных для изготовления легких бетонов, а также теплоизоляционных засыпок.

Известна композиция для получения керамзита (пористого заполнителя) состава, мас.%: отходы флотации углеобогащения - 60, модифицированное жидкое стекло - 40 / Денисов Д.Ю. Использование отходов флотации углеобогащения в производстве керамзита / Д.Ю. Денисов, И.В. Ковков, В.З. Абдрахимов // Башкирский химический журнал. - 2008. - Том 15. - №2. - С. 107-109/.

Недостатком указанного состава керамической массы является относительно низкая прочность 1,7-1,9 МПа.

Известна композиция для получения водостойкого пористого заполнителя состава, мас.%: натриевое жидкое стекло - 50-70, хлорида натрия - 1-3, горелые породы с содержанием глинистой составляющей не менее 50% и потери при прокаливании не менее 16% - 22-49 / Патент №2481286 Российская Федерация, МПК C04B 14/24. Композиция для производства водостойкого пористого заполнителя / Абдрахимов В.З., Семенычев В.К., Абдрахимова Е.С., Вдовина Е.В.; заявитель и патентообладатель Самарская академия государственного и муниципального управления; заявлено 29.06.2011; опубл. 10.05.2013. Бюл. 13/.

Недостатком указанного состава является относительно низкие прочность при сжатии (2,0-2,12 МПа) и коэффициент размягчения (93-94).

Данное техническое решение принято за прототип.

Техническим результатом является повышение прочности при сжатии и коэффициента размягчения пористого заполнителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в композицию для получения водостойкого пористого заполнителя, включающую натриевое жидкое стекло плотностью 1,41 г/см³, хлористый натрий, размолотый до размера менее 0,3 мм, и горелые породы, размолотые до прохода через сито 0,14 мм, дополнительно вводят отходы обогащения хромитовых руд, размолотые до прохода через сито 0,14, с содержанием оксидов, мас.%: SiO₂ - 28,17; Al₂O₃ - 2,37; Fe₂O₃ - 8,64; СаО - 2,24; MgO - 32,8; Cr₂O₃ - 12,68; R₂O - 1,4; п.п.п. - 11,7 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Отходы обогащения хромитовых руд (кусковые) образуются как результат процесса обогащения в тяжелых средах, при котором выделяется хвостовой продукт, представленный в виде пустой породы, не пригодной для дальнейшей переработки. Частично эти отходы размещаются на специальных отвалах, частично - в выработанном пространстве карьера. Данные отходы образуются на Донском комбинате (г. Хромтау, Актюбинская область), который основан в 1938 году на базе Южно-Кемпирсайских месторождений хромитовых руд. Хромсодержащие отходы складируются в отвалах, образуя техногенные месторождения, и являются источником загрязнений бассейнов рек и водоемов, ухудшая экологическую обстановку регионов их местонахождения.

Кемпирсайские месторождения хромитовых руд по подтвержденным запасам занимают второе место в мире, а по высокому качеству руды не имеют аналогов в мире (2 место после ЮАР, однако в рудах Кемпирсайских месторождений более высокий процент хрома, нежели в месторождениях ЮАР).

Минералогический состав представлен следующими основными минералами: кварцем (SiO₂), пироксеном Ca(Mg, Fe)[Si₂O₆]; эпидотом Ca₂(Al, Fe)₃O(OH)[SiO₄][Si₂O₇]; цоизитом (Ca₂Al₃O)(OH)[SiO₄][Si₂O₇]; хромшпинелью (Mg, Fe)(Cr, Al, Fe)₂O₄ и др.

В составе отходов обогащения хромитовых руд обнаружены следующие основные соединения: Са₆Al₄Cr₂О₃; K(Cr, Ti, Fe, Mg)₁₂O₁₄; Ca₅(OH)(Cr₂O₄)₃; Na₂Ca₂Si₂(Cr₂O₃)₅; (Mg, Fe)(Cr, Al)₂O₄; MgO; CaCO₃; Mg₂CO₃; Ca₂MgAlFeO₆; K₂Ca(CO₃)₂.

Химический состав отходов обогащения представлен в таблице 1.

Горелые породы, образовавшиеся после самовозгорания горючих сланцев, использовались в качестве тонкомолотого наполнителя для получения водостойкого пористого заполнителя. Образуются горелые породы в местах добычи сланцев. Сланец, который не удалось в процессе добычи отделить от пустой породы, направляется в отвал. В терриконах при совместном хранении пустых пород и сланцев за счет повышенного количества в смешанных отвальных массах органических соединений происходит самовозгорание, которое приводит к образованию большого количество отхода - горелых пород. Горелые породы представляют собой продукт низкотемпературного обжига при самовозгорании породы (смесь глины и сланцев) в терриконах в окислительной среде. Количество горелых пород в терриконах составляет от 75 до 90% от объема отвала. Химический состав горелых пород Самарской области (г. Сызрань), образовавшихся после самовозгорания горючих сланцев, представлен в таблице 1.

Горелые породы, в отличие от глинистых компонентов, хотя и содержат более 50% глинистых минералов, но не обладают пластичностью и связующей способностью.

1. В качестве жидкого стекла (связующего) использовалось товарное натриевое жидкое стекло плотностью 1,41 г/см³ (см. ГОСТ 13075-81).

2. В качестве добавки-коагулятора использовался хлористый натрий (ГОСТ 13830-97, производства ОАО «Бассоль»), размолотый до размера менее 0,3 мм.

3. В качестве тонкомолотых компонентов - горелые породы и отходы обогащения хромитовых руд, размолотые до прохода через сито 0,14 мм.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Композиции (таблица 2) для производства пористого заполнителя готовили путем тщательного перемешивания всех компонентов, аналогично технологии, представленной в прототипе. Получение смеси производилось в мешалке принудительного действия в следующем порядке. Сначала в мешалку загружались тонкомолотые компоненты и хлорид натрия, которые тщательно перемешивались, затем в готовую сухую смесь при включенной мешалке заливалось натриевое стекло тонкой струйкой. Перемешивание производилось до получения однородной массы, но не менее 5 минут.

Полученная смесь системой ножей разрезалась на отдельные гранулы, которые термообрабатывались при 250-300°С в печном грануляторе, вспучиваясь при этом и образуя шарообразные высокопористые гранулы. Полученные гранулы помещались в электрическую печь, разогретую до температуры 790°С, и выдерживались там 10 минут. После изотермической выдержки гранулы охлаждались при скорости охлаждения 40°С/мин. Физико-механические показатели пористого заполнителя представлены в таблице 3.

Как видно из таблицы 3, пористые заполнители из предложенных составов имеют более высокие прочность на сжатие и коэффициент размягчения, чем прототип.

Техническое решение при использовании отходов обогащения хромитовых руд в предложенных составах позволяет повысить прочность на сжатие и коэффициент размягчения пористого заполнителя.

Использование техногенного сырья при получении пористого заполнителя способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для керамических материалов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Денисов Д.Ю. Использование отходов флотации углеобогащения в производстве керамзита / Д.Ю. Денисов, И.В. Ковков, В.З. Абдрахимов // Башкирский химический журнал. - 2008. - Том 15. - №2. - С. 107-109.

2. Патент №2481286 Российская Федерация, МПК С04В 14/24. Композиция для производства водостойкого пористого заполнителя / Абдрахимов В.З., Семенычев В.К., Абдрахимова Е.С., Вдовина Е.В.; заявитель и патентообладатель Самарская академия государственного и муниципального управления; заявлено 29.06.2011; опубл. 10.05.2013. Бюл. 13.