композиция для изготовления жаростойких композитов

Формула изобретения

Композиция для изготовления жаростойких композитов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и H₃ PO₄, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шлам никель-скелетного катализатора с содержанием, мас.%: SiO ₂ - 5,3; Al₂O₃ - 26,8; Fe₂ O₃ - 0,8; CaO - 2,9; MgO - 1,3; R₂O - 24,74; п.п.п. - 37,1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201	10-15
щебень	33-40
песок	10-13
ортофосфорная кислота (H 3PO4)	10-15
шлам никель-скелетного катализатора с содержанием, мас.%: SiO2 - 5,3; Al2O3 - 26,8; Fe2O3 - 0,8; CaO - 2,9; MgO - 1,3; R 2O - 24,74; п.п.п. - 37,1	24-30

Описание изобретения к патенту

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-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, 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 С.П. 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.%: глиноземсодержащий шлам - 10,5-10,53 (220 кг/м³); отработанный катализатор ИМ-2201 - 10,5-10,53 (220 кг/м³ ); щебень - 35,88-35,89 (750 кг/м³); песок - 30,62-30,63 (640 кг/м³); H₃PO₄ - 12,44-12,45 (260 кг/м³) /Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих / А.И. Хлыстов, С.В. Соколова, А.В. Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2012. - № 9. - С.38-42/ [2].

Недостатком указанного состава керамической массы является относительно низкий предел прочности при сжатии после твердения и нагревания до температуры 1200°С и низкая 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, песок и H₃PO₄, дополнительно вводят шламы никель-скелетного катализатора с содержанием, мас.%: SiO ₂ - 5,3; Al₂O₃ - 26,8; Fe₂ O₃ - 0,8; CaO - 2,9; MgO - 1,3; R₂O - 24,7; п.п.п.- 37,1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201	10-15
щебень	33-40
песок	10-13
H3PO4	10-15
шламы никель-скелетного катализатора с содержанием, мас.%: SiO 2 - 5,3; Al2O3 - 26,8; Fe2 O3 - 0,8; CaO - 2,9; MgO - 1,3; R2O - 24,7; п.п.п. - 37,1	10-15

Шламы никель-скелетного катализатора образуются в процессе обработки алюминиевых сплавов на металлообрабатывающих и металлургических заводах. Скелетный никелевый катализатор

NiAl₂+6NaOH--->Ni+2Na₃AlO ₃+3H₂

Никель Ренея, иначе «скелетный никель» - твердый микрокристаллический пористый никелевый катализатор, используемый во многих химико-технологических процессах; способ его приготовления предложил в 1926 г. американский инженер Мюррей Реней. Скелетный никелевый катализатор представляет собой серый высокодисперсный порошок (размер частиц обычно 400 - 800 нм), содержащий, помимо никеля, некоторое количество алюминия (до 15 мас.%) и насыщенный водородом (до 33%). Частицы порошка имеют большое количество пор, вследствие чего удельная поверхность составляет около 100 м/г. Никель Ренея пирофорен, т.е. самовоспламеняется на воздухе при комнатной температуре, поэтому его хранят под слоем воды, спирта либо бензина. Химический оксидный состав шламов никель-скелетного катализатора шлаков представлен в таблице 1, а поэлементный - в таблице 2.

Таблица 1
Химические составы алюмосодержащих отходов
Компонент	Содержание оксидов, мас.%
	SiO2	Аl2O3	Fe2 O	CaO	MgO	Cr2O3	R2 O	П.п.п.
Шламы никель-скелетного катализатора	5,2	26,7	0,8	2,9	1,3	-	24,7	37,1
Отработанный катализатор ИМ-2201	7,90	74,5	0,15	-	0,10	14,8	1,57	---

Таблица 2
Поэлементный химический состав компонентов
Компонент	Концентрация, мас.%
	O	Al	Mg	Na	Ca	Fe	Si	Cr
Шламы никель-скелетного катализатора	78,42	9,52	0,3	9,08	0,6	0,18	1,9	-
Катализатор ИМ-2201	60,74	26,58	-	2,81	-	-	2,82	8,1

Никель Ренея широко применяется как катализатор разнообразных процессов гидрирования или восстановления водородом органических соединений (например, гидрирования аренов, алкенов, растительных масел и т.п.). Ускоряет также и некоторые процессы окисления кислородом воздуха. Структурная и тепловая стабильность никеля Ренея позволяет использовать его в широком диапазоне условий проведения реакции; в лабораторной практике, возможно, его многократное использование. Никель Ренея каталитически значительно менее активен, чем металлы платиновой группы, но значительно дешевле последних.

Получают никель Ренея сплавления при 1200°С никеля с алюминием (20-50% Ni; иногда в сплав добавляются незначительные количества цинка или хрома), после чего размолотый сплав для удаления алюминия обрабатывают горячим раствором гидрооксида натрия с концентрацией 10-35%; остаток промывают водой в атмосфере водорода. Лежащий в основе приготовления никеля Ренея принцип используется и для получения каталитически активных форм других металлов - кобальта, меди, железа и т.д.

Минералогический состав шлама никель-скелетного катализатора в основном состоит из гидрооксида алюминия, примесей гидроалюминатов и гидрокарбонатов натрия.

В качестве фосфатных связующих использовалась ортофосфорная кислота H ₃PO₄ в чистом виде, но можно использовать однозамещенный фосфорнокислый алюминий Al(H₂PO₄)₃ , двухзамещенный фосфорнокислый алюминий Al₂(H ₂PO₄)₃, хромалюминий фосфорнокислый или алюмохромофосфатное связующее (АХФС) с общей формулой Cr _nAl_4-n(H₂PO₄)₂ , где=1, 2, 3.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Технологический процесс производства бесцементных жаростойких бетонов и изготовления изделий и конструкций из них включает в себя приготовление формовочной массы, формование изделий и термообработку.

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

Для бетонов на ортофосфорной кислоте с компонентами, представленными в таблице 3, - нагревание до 500°C с подъемом температуры до 200°C со скоростью 60°C/час и до 500-150°C/час, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.

Таблица 3
Составы для получения жаростойких бетонов
Компоненты	Содержание компонентов, мас.%
	1	2	3
Отработанный катализатор ИМ-2201	10	12	15
Щебень	40	38	33
Песок	10	11	13
Н3РО4	10	12	15
Шламы никель-скелетного катализатора	30	27	24

В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.

Таблица 4
Физико-механические показатели жаростойкого бетона после твердения и нагревания до температуры 1200°С
Показатели	Составы			Прототип
	1	2	3
Термостойкость,°С	29,3	30,1	30	29
Механическая прочность на сжатие, МПа	46,4	47,1	46,7	46
Огнеупорность,°С	1340	11350	1130	-
Температура под нагрузкой 0,2 МПа, °С	1290	1300	1280	-

Как видно из таблицы 4, жаростойкий бетон из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.

Полученное техническое решение при использовании шламов никель-скелетного катализатора позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого бетона.

Использование техногенного сырья при получении жаростойкого бетона способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для строительных материалов.