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 безуглеродистого феррохрома с содержанием, мас.%: SiO₂ - 5,8; Al₂O₃ - 54,8; Fe ₂O₃ - 1,88; СаО - 13,2; MgO - 14,8; Cr₂ O₃ - 5,4; R₂O - 2,3 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 безуглеродистого феррохрома
с содержанием, мас.%: SiO 2 - 5,8; Al2O3 - 54,8;
Fe2O3 - 1,88; СаО - 13,2; MgO - 14,8;
Cr2O3 - 5,4; R2O - 2,3	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 /патент 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/м ³); щебень - 35,88-35,89 (750 кг/м³); песок - 30,62-30,63 (640 кг/м³); Н₃РO₄ - 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 Н₃РO₄, дополнительно вводят шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома с содержанием, мас.%: SiO₂ - 5,8; АlО₃ - 54,8; Fе₂ О₃ - 1,88; CaO - 13,82; MgO - 14,8; Сr₂ О₃ - 5,4; R₂O - 2,3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201	10-15
щебень	33-40
песок	10-13
Н3РO4	10-15
шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома
с содержанием, мас.%: SiO 2 - 5,8; Аl2О3 - 54,8;
Fe2O3 - 1,88; CaO - 13,82; MgO - 14,8;
Сr2О3 - 5,4; R2O - 2,3	24-30

Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома представляют собой материал плотной порфировидной структуры красно-бурого цвета с вкраплениями шпинели. Порфировидная структура (т.е. структура, похожая на порфировую) является разновидностью зернисто-кристаллической структуры. Порода с такой структурой содержит вкрапленники больших размеров и имеет окружающую их основную массу зернисто-кристаллическую. Это напоминает сильно увеличенную порфировую структуру с вкрапленниками. 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	Аl2O3	Fe2O	CaO	MgO	Сr2O 3	R2O	П.п.п.
1. Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома	5,8	54,8	1,88	13,82	14,8	5,4	2,3	-
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, мас.%
	O	Al	Mg	Na	Ca	Fe	Si	Cr
1. Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома	50,42	19,26	8,2	1,3	7,3	0,52	6,8	6,2
2. Катализатор ИМ-2201	60,74	26,58	-	2,81	-	-	2,82	8,1

Фазовый состав шлаков представлен алюминатами состава СаО·Аl ₂О₃ и алюмомагнезиальной хромосодержащей шпинелью. В системе CaO-Аl₂O₃ известны соединения 3СаО-Аl₂О₃, 12СаО·7Аl₂O ₃, СаО-Аl₂О₃, СаО-2Аl₂ O₃, СаО-6Аl₂O₃. Реакция образования алюминатов кальция в системе CaO-Аl₂O₃ протекает в основном в твердой фазе. При обжиге смеси CaO и Аl ₂O₃ состава 1:1 до температуры 900°С образуется СаО·Аl₂О₃ в результате диффузии ионов Са²⁺ в решетку кристаллов Аl₂O₃ . При 950°С наряду с увеличением количества СаО·Аl ₂О₃ наблюдается появление 12СаО·7Аl ₂O₃, что объясняется диффузией ионов Са ²⁺ через слой СаО-Аl₂О₃. В интервале температур 1000-1100°С вследствие диффузии ионов Аl ³⁺ через слой СаО-Аl₂O₃ появляется новое соединение СаО-2Аl₂О₃, а в интервале температур 1100-1200° СаО-3СаО-Аl₂О₃ , образующий на границе фаз СаО/12СаО·7Аl₂O ₃. Образование этой фазы вызывается диффузией ионов Са ²⁺ в решетку 12СаO·7Аl₂O₃.

Огнеупорность шлаков - 1580-1620°С, температура деформации под нагрузкой 0,2 МПа: начало размягчения - 1280-1300°С, разрушения 1500-1550°С.

В качестве фосфатных связующих использовалась ортофосфорная кислота Н₃РO ₄ в чистом виде, но можно использовать однозамещенный фосфорнокислый алюминий Аl(Н₂РO₄)₃, двухзамещенный фосфорнокислый алюминий Al₂(H₂PO₄ )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°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.

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
Н3РO4	10	12	15
Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома	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	30	32	38	29
Механическая прочность на сжатие, МПа	48	52	54	46

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 безуглеродистого феррохрома 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.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент 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. 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.