цветное шлакокаменное литье и шихта для его получения

Формула изобретения

1. Цветное шлакокаменное литье, включающее SiO₂ , CaO, MgO, Al₂O₃, TiO₂, Na ₂O и K₂O, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит FeO, MnO, V₂O₅, CaF₂ и прочие нестабильные по составу примеси при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

SiO2	9,7-20,0
CaO	6,7-22,9
MgO	3,0-9,3
Al2O 3	3,3-11,4
FeO	0,1-1,2
TiO 2	0,9-6,3
MnO	0,1-0,3
V 2O5	0,02-0,1
Na2O+K2O	0,3-0,9
CaF 2	19,8-59,4
Прочие примеси	Остальное

2. Шихта для получения цветного шлакокаменного литья, включающая техногенные отходы, отличающаяся тем, что в качестве техногенных отходов она содержит доменный шлак и фторсодержащий шлам эмалевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

доменный шлак	10-70
фторсодержащий шлам
эмалевого производства	30-90

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к производству художественных изделий и строительных материалов, преимущественно к производству стеклокристаллических материалов и каменного литья, и могут быть использованы в производстве декоративных, облицовочных материалов и художественных изделий.

Известно декоративное каменное литье, содержащее следующие компоненты, мас.%: SiO ₂ 40,77-47,24, Al₂O₃ 6,26-9,11, FeO 0,48-1,72, Fe₂O₃ 0,20-4,95, CaO 27,35-29,58, MgO 2,42-5,77, Na₂O 2,07-3,71, K₂O 4,24-6,41, B₂O₃ 0,20-4,15, P₂O₅ 0,73-2,06.

Шихта для его получения содержит следующие компоненты, мас.%: маложелезистые полевошпатовые породы 27,2-51,0, бура 0,5-10,0, карбонатиты 16,9-43,6, мелилититы 1,8-49,8 (см. патент РФ № 2033398 от 20.04.1995 г., C03C 10/06, C04B 30/00).

Недостатком известного каменного литья является необходимость использования в составе шихты компонентов редких горных пород, в частности маложелезистых полевошпатовых пород и мелилититов.

Наиболее близким к заявляемому шлакокаменному литью по технической сущности является декоративный стеклокристаллический материал, содержащий, мас.%: SiO₂ - 46,11-51,93, TiO ₂ - 6,81-8,77, Al₂O₃ - 5,82-8,36, Fe₂O₃ - 2,56-5,93, CaO - 18,57-19,96, MgO - 2,49-3,26, Na₂O - 5,50-5,9, K₂O - 0,86-1,20, B₂O₃ - 1,44-2,03, P₂O₅ - 0,81-1,61 (см. патент РФ № 2101240 от 10.01.1998 г., кл. C03C 10/10). Данное литье принято в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого литья, - SiO₂ , CaO, MgO, Al₂O₃, TiO₂, Na ₂O и K₂O.

Шихта для производства этого декоративного стеклокристаллического материала имеет следующий состав, мас.%: нефелиновый концентрат 8,27-9,69, кварц - 16,79-19,70, сфеновый концентрат 27,09-34,32, апатит 1,48-1,96, карбонатит 11,29-13,24, доломит 3,76-4,41, бура 4,00-4,69, стеклобой 19,61-19,70. В качестве сырья используют техногенные отходы и побочные продукты горнодобывающей промышленности. Данная шихта принята в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемой шихты, - техногенные отходы.

Недостатком известного материала является необходимость использования в составе шихты компонентов редких горных пород, в частности нефелинового концентрата, и синтетического компонента бура.

Задачей изобретений является получение цветного шлакокаменного литья с оттенками серо-зеленого, голубого, темно- и черно-синего цветов с использованием распространенных трудноутилизируемых техногенных отходов металлургического и эмалевого производств, расширение сырьевой базы для декоративного каменного литья.

Поставленная задача достигается за счет того, что известное цветное шлакокаменное литье, включающее SiO₂ , CaO, MgO, Al₂O₃, TiO₂, Na ₂O и K₂O, дополнительно содержит FeO, MnO, V ₂O₅, CaF₂ и прочие нестабильные по составу примеси при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

SiO2	9,7-20,0
CaO	6,7-22,9
MgO	3,0-9,3
Al2O 3	3,3-11,4
FeO	0,1-1,2
TiO 2	0,9-6,3
MnO	0,1-0,3
V 2O5	0,02-0,1
Na2O+K2O	0,3-0,9
CaF 2	19,8-59,4
Прочие примеси	остальное

Поставленная задача также достигается за счет того, что известная шихта для получения цветного шлакокаменного литья, включающая техногенные отходы, в качестве техногенных отходов содержит доменный шлак и фторсодержащий шлам эмалевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

доменный шлак	10-70
фторсодержащий шлам
эмалевого производства	30-90

Отличительными признаками заявляемого литья от литья по прототипу являются введение в него FeO, MnO, V₂O₅, CaF₂ и прочих нестабильных по составу примесей, а также иное количественное соотношение используемых ингредиентов, мас.%: SiO₂ - 9,7-20,0; CaO - 6,7-22,9; MgO - 3,0-9,3; Al₂O ₃ - 3,3-11,4; FeO - 0,1-1,2; TiO₂ - 0,9-6,3; MnO - 0,1-0,3; V₂O₅ - 0,02-0,1; Na ₂O+K₂O - 0,3-0,9; CaF₂ - 19,8-59,4; прочие примеси - остальное.

Отличительными признаками заявляемой шихты от шихты по прототипу являются использование в качестве техногенных отходов доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: доменный шлак - 10-70; фторсодержащий шлам эмалевого производства - 30-90.

За счет использования в качестве сырья техногенных отходов - доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства, содержащих в своей структуре светлоокрашенные минеральные соединения и соединения-хромофоры, получают цветное шлакокаменное литье с оттенками серо-зеленого, голубого, темно- и черно-синего цветов.

Доменный шлак - побочный продукт, образованный при производстве чугуна. При образовании представляет собой расплав, а после удаления его из доменной печи переходит в твердое состояние, в котором он и используется в шихте.

Фторсодержащий шлам эмалевого производства представляет собой мелкодисперсный порошок осушенных отходов отработанных шликеров.

Химический состав компонентов шихты приведен в таблице 1.

Таблица 1
Компонент шихты	Массовая доля, %
SiO2	Al2O3	CaO	FeO	MgO	MnO	K2O+Na2O	TiO2	V2O5	S	CaF2	п.п.п.
Доменный шлак (ДШ)	25,0	15,5	31,0	2,0	12,5	0,5	-	9,0	0,2	4,3	-	-
Фторсодержащий шлам (ФШ)	10,0	3,5	3,6	-	2,8	-	1,8	-	-	-	69,0	9,3

Окрашивание достигается за счет того, что оксид кальция (CaO), двуокись титана (TiO ₂), оксид ванадия (V₂O₅) и фторид кальция (CaF₂) образуют светлоокрашенные минералы, обладающие синими и зелеными оттенками. Оксид железа (FeO) образует темноокрашенные минералы, но поскольку его содержание в цветном стеклокристаллическом декоративном литье не превышает 1,2%, их влияние на цветность материала является незначительным.

Химический состав, соотношение компонентов шихты и цвет полученного стеклокристаллического декоративного шлакокаменного литья представлены в таблице 2.

Таблица 2
Состав шихты, мас.%	Химический состав, мас.%
ДШ	ФШ	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	FeO	TiO2	MnO	V2O5	Na2O+K2O	CaF2	Прочее	Цвет
70	30	20,0	22,9	9,3	11,4	1,2	6,3	0,3	0,1	0,3	19,8	8,4	Серо-зеленый
50	50	16,5	17,5	7,2	8,7	0,1	4,5	0,2	0,1	0,5	33,0	11,7	Голубой
30	70	13,1	12,0	5,1	6,0	0,6	2,7	0,1	0,06	0,7	46,2	13,44	Темно-синий
10	90	9,7	6,7	3,0	3,3	0,2	0,9	0,1	0,02	0,9	59,4	15,78	Черно-синий

Цветное шлакокаменное литье изготавливают электродуговым переплавом двухкомпонентной шихты, состоящей из доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства, при температуре 1350°C с изотермической выдержкой в течение 4 с. Разливку расплава из тигля осуществляют при температуре 1200°C. Отжиг ведут при температуре 600°C с последующим снижением до 20°C в течение 12 ч.

Гарантированное наличие цветности возможно при заявляемом количественном соотношении используемых компонентов шихты.

Пример 1.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 70, фторсодержащий шлам - 30.

По вышеописанному способу было получено цветное с оттенком серо-зеленого цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO ₂ 20,0, CaO 22,9, MgO 9,3, Al₂O₃ 11,4, FeO 1,2, TiO₂ 6,3, MnO 0,3, V₂O ₅ 0,1, Na₂O+K₂O 0,3, CaF₂ 19,8, прочие примеси 8,4. В качестве прочих нестабильных по составу примесей могут быть соединения фосфора, серы, комплексные соединения кальция, фториды.

Пример 2.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 50, фторсодержащий шлам - 50.

По описанному способу было получено цветное с оттенком голубого цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO₂ 16,5, CaO 17,5, MgO 7,2, Al₂O₃ 8,7, FeO 0,1, TiO₂ 4,5, MnO 0,2, V₂O₅ 0,1, Na₂O+K₂O 0,5, CaF₂ 33,0, прочие примеси 11,6.

Пример 3.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 30, фторcодержащий шлам - 70.

По описанному способу было получено цветное с оттенком темно-синего цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO₂ 13,1, CaO 12,0, MgO 5,1, Al₂O₃ 6,0, FeO 0,6, TiO₂ 2,7, MnO 0,1, V₂0₅ 0,06, Na₂ O+K₂O 0,7, CaF₂ 46,2, прочие примеси 13,44.

Пример 4.

Для испытания взята шихта следующего состава, мас.%: доменный шлак - 10, фторсодержащий шлам - 90.

По описанному способу было получено цветное с оттенком черно-синего цвета шлакокаменное литье, имеющее следующий состав, мас.%: SiO₂ 9,7, СаО 6,7, MgO 3,0, Al₂O₃ 3,3, FeO 0,2, TiO₂ 0,9, MnO 0,1, V₂O₅ 0,02, Na₂O+K ₂O 0,9, CaF₂ 59,4, прочие примеси 15,78.

Использование других составов шихт при содержании доменного шлака менее 10% или более 70% и фторсодержащего шлама менее 30% или более 90% не гарантирует обеспечение цветности с оттенками серо-зеленого, голубого, темно- и черно-синего цветов.

Представленные примеры доказывают, что предлагаемое цветное шлакокаменное литье окрашено в серо-зеленый, голубой, темно- и черно-синий цвета, которые получены благодаря использованию в качестве компонентов шихты доменного шлака и фторсодержащего шлама эмалевого производства.

Преимущество предлагаемых технических решений состоит в том, что они позволяют:

- получить цветное шлакокаменное литье из более дешевого и распространенного сырья;

- расширить сырьевую базу для декоративного каменного литья;

- утилизировать отходы промышленности.