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 шлак от выплавки ферротитана с содержанием, мас.%: SiO₂ - 2,5; Al₂O₃ - 72,18; TiO₂ - 10,3; Fe₂O₃ - 0,34; CaO - 11,4; MgO - 3,5, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201	10-15
щебень	33-40
песок	10-13
ортофосфорная кислота (H 3PO4)	10-15
шлак от выплавки ферротитана с
содержанием, мас.% SiO 2 - 2,5; Al2O3 - 72,18;
TiO2 - 10,3; Fe2O3 - 0,34; CaO - 11,4; MgO - 3,5	24-30

Описание изобретения к патенту

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, 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 C04B 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя. / Абдрахимова B.C., 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/м ³); 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°C и низкая термостойкость.

Задача 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 шлаки от выплавки ферротитана с содержанием, мас. %: SiO₂ - 2,5; Аl₂O₃ - 72,18; TiO₂ - 10,3; Fe₂O₃ - 0,34; CaO - 11,4; MgO - 3,5 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

отработанный катализатор ИМ-2201	10-15
щебень	33-40
песок	10-13
H3PO4	10-15
шлаки от выплавки ферротитана с
содержанием, мас. %: SiO 2 - 2,5; Al2O3 - 72,18;
TiO2 - 10,2; Fe2O3 - 0,30; CaO - 11,4; MgO - 3,3	24-30

Шлаки от выплавки ферротитана имеют плотную структуру, прочность при сжатии более 100 МПа, огнеупорность выше 1770°C, температура под нагрузкой 0,2 МПа выше 1700°C.

Ферротитан - это ферросплав, содержащий до 35 или более 60% Ti, 1-7% Al, 1-4,5% Si, до 3% Сu (остальное Fe и примеси); получают внепечным алюминотермическим способом из ильменитового концентрата и титановых отходов (низкопроцентный ферротитан) или сплавлением в электрической печи железных и титановых отходов (высокопроцентный ферротитан). Ферротитан применяют для раскисления и легирования стали.

Химический оксидный состав шлаков представлен в таблице 1, а поэлементный в таблице 2.

Таблица 1
Химические составы алюмосодержащих отходов производств
Компонент	Содержание оксидов, мас., %
	SiO 2	Al2O3	Fe2O	CaO	MgO	Cr2O 3	R2O	П.п.п.
1. Шлаки от выплавки ферротитана	2,5	72,18	0,30	11,4	3,3	-	-	-
2. Отработанный катализатор ИМ-2201	7,90	74,5	0,15	-	0,10	14,8	1,57	-

Таблица 2
Поэлементный химический состав компонентов
Компонент	Концентрация, % масс.
	O	Аl	Mg	Na	Ca	Fe	Si	Cr
1. Шлаки от выплавки ферротитана	56,64	27,2	0,82	-	6,1	0,24	1,8	-
Катализатор ИМ-2201	60,74	26,58	-	2,81	-	-	2,82	8,1

Введение в составы жаростойких композитов шлака от выплавки ферротитана за счет повышенного содержания в нем Al₂O₃ позволит значительно повысить термостойкость и кислотостойкость кислотоупоров.

В качестве фосфатных связующих использовалась ортофосфорная кислота H₃PO₄ в чистом виде, но можно использовать однозамещенный фосфорнокислый алюминий Al(H₂PO ₄)₃, двухзамещенный фосфорнокислый алюминий Al₂(H₂PO₄)₃, хромалюминий фосфорнокислый или алюмохромофосфатное связующее (АХФС) с общей формулой Cr_nAl_4-n(H₂PO₄ )₂, где n=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 затвердевания 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°C - 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
H3PO4	10	12	15
Шлаки от выплавки ферротитана	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°C
Показатели	Составы			Прототип
	1	2	3
Термостойкость, °C	38	42	44	29
Механическая прочность на сжатие, МПа	52	55	57	46
Огнеупорность, °C	1580	1620	1650	-
Температура под нагрузкой 0,2 МПа, °C.	1420	1450	1480	-

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 шлаков от выплавки ферротитана 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.