Композиция для изготовления жаростойких композитов

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-глыбу (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 СП. 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.%: отработанный катализатор ИМ-2201 - 10-15; щебень - 33-40; песок - 10-13; Н₃РО₄ - 10-15; алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов с содержанием, мас. %: SiO₂ - 7,2; Аl₂O₃ - 68,3; Fe₂O₃ - 1,4; MgO - 0,7; Cr₂O₃ - 10,2; 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 университет имени СП. Королева. - №2013110158. Заяв. 06.03.2013; опубл. 20.09.2014. Бюл. 26 [2].

Недостатком 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 термостойкости жаростойких композитов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень из карбонатных пород 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 глиежи, размолотые до прохода через сито 0,14 мм и с содержанием оксидов, мас.%: SiO₂ - 61,5; Аl₂О₃ -19,8; Fe₂O₃ - 7,4; СаО - 6,7; MgO - 2,2; R₂O - 1,1; п.п.п. - 1,3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Глиежи – обожженные породы, которые образуются вследствие природного выгорания угольных пластов или горения породных отвалов (террикоников). Состав и свойства горелых пород весьма изменчивы и зависят от состава исходных пород и степени их обжига. В зависимости от температуры обжига изменение пород проявляется в покраснении, ошлаковании и полном переплавлении. Площади развития зон иногда достигают десятков км². Например, объем горелых пород на Абанском месторождении Канско-Ачинского бассейна 1,6 млрд. м³, а площади отдельных участков выгорания 20 км².

В настоящей работе использовались глиежи шахты «Зиминка». Химический состав глиежей представлен в таблице 1.

Шахта «Зиминка» расположена в западной части Прокопьевско-Киселевского месторождения каменноугольного бассейна Кузбасса. Угленосные отложения имеют 21 угольный пласт, из них 12 рабочих пластов с углом падения от 55 до 90° и мощностью от 1,2 до 16 м. При глубине залегания пластов более 250 м пласты относятся к угрожаемым по горным ударам. Пласты угля мощностью более 3,5 м склонны к самовозгоранию. Глубина зон выгорания не превышает обычно 50 м, максимальная – 200 м.

Основные минералы глиежей представлены кварцем, гематитом, волластонитом, муллитом и кордиеритом. Оксиды железа восстанавливаются до магнитного железняка, а иногда до природного чугуна.

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 Аl₂O₃ 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 (Н₃РО₄) и отработанный катализатор ИМ-21 согласно требованиям ГОСТов и ТУ (таблица 2).

A) 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, фракции 5-10 мм;

Б) в качестве связующей использовалась ортофосфорная кислота Н₃РО₄ в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч) ОКП 26 1213 0021 10. Массовая доля ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄), не менее 85%, плотность не менее 1,69;

B) в заявке, как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-21 (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 Аl₂О₃ 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 глиежий 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 композиты (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/ч и до 500-150°С/ч, 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 глиежий 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, 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. 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 университет имени С.П. Королева. - №2013110158. заявл. 06.03.2013; опубл. - 20.09.2014. Бюл. 26.