Результат интеллектуальной деятельности: 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.

Известны композиции для получения пористых заполнителей (для бетонов) на основе химических связующих следующего состава, масс. %: жидкое стекло - 45-65; хлорид натрия - 5-15; отход горно-обогатительной фабрики при обогащении 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. 31.05.2010; 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. %: отработанный катализатор ИМ-2201 - 10-15; щебень - 33-40; песок - 10-13; Н₃РО₄ - 10-15; алюмохромистый отходы травления алюминиевых сплавов с содержанием, мас. %: SiO₂ - 7,2; Al₂O₃ - 68,3; Fe₂O₃ - 0,94; MgO - 0,7; Cr₂O₃ - 10,2; СаО - 0,91; R₂O - 11,8 - 24-30 /пат. Российской Федерации №2528643, МПК С04В 28/34. Композиция для изготовления жаростойких композитов / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Репин М.В.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университете имени С.П. Королева. - №2013110158. Заявлено 06.03.2013; опубл. 20.09.2014. Бюл. 26 [2]. Недостатками указанного состава композиции являются относительно низкий предел прочности при сжатии и термостойкость.

Сущность изобретения - повышение качества жаростойкого композита.

Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкость жаростойких композитов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень из карбонатных пород со средней плотностью зерен 2-2,5 кг/м³, фракции 5-10 мм, Н₃РО₄ - плотностью не менее 1,69 г/см³ и алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов с размером частиц от 0,1 до 5 мкм, дополнительно вводят шлак от производства ферросилиция, размолотого до прохода через сито 0,14 мм и с содержанием оксидов, мас. %: SiO₂ - 49,4; Al₂O₃ - 6,8; Fe₂O₃ - 4,4; CaO - 24,5; MgO - 15,1 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Шлак от производства ферросилиция образуется при производстве ферросилиция на Актюбинском заводе ферросплавов филиала АО «ТНК Казхром».

Гранулометрический состав шлака представлен следующими фракциями, %: размером менее 5 мм - 12; 5-20 мм - 28; 20-40 мм - 60.

Минералогический состав шлака представлен следующими основными минералами: аморфной стеклофазой, кварцем (SiO₂), пироксеном - Ca(Mg,Fe)[Si₂O₆]; корундом (Al₂O₃); эпидотом Са(Al,Fe)₃O(OH)[SiO₄][Si₂O₇]; цоизитом (Ca₂Al₃O)(OH)[SiO₄][Si₂O₇]. Химический состав шлака представлен в таблице 1.

Алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов образуются в процессе обработки алюминиевых сплавов металлургических заводов. Из отработанных травильных растворов осаждается осадок, который концентрируется на дне ванны и постепенно кристаллизуется. Шлам этой группы отличается высоким содержанием Al₂O₃ и может при определенных условиях стать заменителем природного пирофиллита, бокситов и других алюмосодержащих компонентов при производстве жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих размер частиц алюмохромистых отходов травления алюминиевых сплавов от 0,1 до 5 мкм, химический состав представлен в таблице 1.

Для изготовления жаростойких композитов (бетонов) использовались щебень, ортофосфорная кислота (H₃PO₄) и отработанный катализатор ИМ-2201 согласно требований ГОСТов и ТУ (таблица 2).

А) щебень, отвечающий требованиям ГОСТа Г 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, фракции 5-10 мм.

Б) в качестве связующей использовалась ортофосфорная кислота H₃PO₄ в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч.) ОКП 261213002110. Массовая доля ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄), не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см³.

В) в заявке, как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-2201 (отходы производства) - ТУ 38.103544-89. Химический состав катализатора представлен в таблице 1.

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%. Отработанный катализатор использовался как огнеупорный материал.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Технологический процесс производства бесцементных жаростойких композитов (бетонов) и изготовления изделий и конструкций из них включает в себя: измельчение шлака от производства ферросилиция до прохода через сито 0,14 мм, приготовление формовочной массы, формование изделий и термообработку.

Следует отметить, что для своего затвердения и набора марочной прочности жаростойкие бетоны требуют особую термообработку.

Для композитов (бетонов) на ортофосфорной кислоте с компонентами, представленными в таблице 2 - нагревание до 500°С с подъемом температуры до 200°С со скоростью 60°С/час и до 500°С - 150°С/час, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.

В таблице 3 представлены физико-механические показатели жаростойкого композита (бетона).

Как видно из таблицы 3, жаростойкий композит (бетон) из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.

Полученное техническое решение при использовании шлака от производства ферросилиция позволяет 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 и расширению сырьевой базы для строительных материалов.