СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Название	СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Разработчик (Авторы)	Бессмертный Василий Степанович, Здоренко Наталья Михайловна, Платов Юрий Тихонович, Платова Раиса Абдулгафаровна, Андросова Марта Александровна
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2787669
Дата регистрации	11.01.2023
Правообладатель	Автономная некоммерческая организация высшего образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права"
Область применения (класс МПК)	C03B 19/09 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к производству стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в строительстве.

Известно ряд способов получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, недостатками которых является высокая энергоемкость технологического процесса и относительно низкое качество конечного продукта.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности», Патент РФ 2580855, включающий рассев отходов горнодобывающей промышленности до 0,5-2,5 мм и тарных стекол до 2,0-5,0 мм, смешение и укладку в формы нижнего слоя из смеси отходов горнодобывающей промышленности с жидким стеклом при массовом соотношении 3:1 соответственно, помол, укладку в формы верхнего слоя из смеси гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 10:1 соответственно, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества.

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость и относительно низкое качество конечного продукта.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается и снижении энергозатрат за счет спекания усредненной смеси исходных компонентов при более низкой температуре и в повышении качества конечного продукта.

Технический результат достигается тем, что способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, включающий рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, причем в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА) и отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 8:1.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь из отходов обогащения железистых кварцитов КМА и отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 8:1.

Отходы обогащения железистых кварцитов КМА и ванадиевого производства представляют сыпучий материал, не требующий дробления.

В предлагаемом способе при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА и отходов ванадиевого производства по сравнению с прототипом существенно снижается температура спекания на 80^оС за счет образования легкоплавких эвтиктин в системе Na₂O – MnO₂ – SiO₂ до 710^оС, что снижает энергозатраты на получение стеклокремнезита. В процессе спекания оксиды марганца и оксиды железа, содержащиеся в ванадиевых отходах и в отходах обогащения железистых кварцитов КМА соответственно образуют при спекании якобсит следующего состава MnFe₂O₄, который обладает высокими прочностными характеристиками и существенно упрочняет структуру стеклокремнезита, что повышает качество конечного продукта.

Проведенный сопоставительный анализ технологических операций и свойств предлагаемого и известного способов представлен в таблице 1.

Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов ванадиевого производства и жидкого стекла определяли с учетом температуры спекания и прочности стеклокремнезита на сжатие (таблица 2).

Таблица 1

Сопоставительный анализ технологических операций и свойств предлагаемого и известного способов

^{* ОГП – отходы горнодобывающей промышленности;}

^{** ТО – техногенные отходы}

Таблица 2

Оптимальное соотношение компонентов нижнего и верхнего слоя

* - оптимальный вариант

Сопоставительный анализ технологических операций и показателе качества предлагаемого и известного способов показал, что в предлагаемом способе при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 снижается температура спекания до 710^оС, а прочность стеклокремнезита и морозостойкость возрастают соответственно до 82,5 МПа и 100 циклов замораживания – оттаивания. При этом оптимальное соотношение гранул цветного тарного стекла и жидкого стекла 8:1 снижает температуру спекания верхнего слоя по сравнению с известным способом (10:1) за счет увеличения жидкого стекла на 80-85^оС.

Проведенный анализ известных способов получения стеклокремнезита позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».

Пример

В качестве техногенных отходов промышленности были взяты отходы ванадиевого производства следующего химического состава (мас. %): SiO₂ – 3,22; CaO – 36,93; MgO – 5,03; Al₂O₃ – 0,41; Mn₂O₃ – 17,39; V₂O₅ – 2,81; SO₃ – 33,02; п.п.п. – 1,19 и отходы обогащения железистых кварцитов (КМА) (мас. %): SiO₂ – 66,19; Al₂O₃ – 9,51; Fe₂O₃ – 9,06; FeO – 6,44; CaO – 3,70; MgO – 4,08; K₂O – 0,69; Na₂O – 0,51; SO₃ – 0,16; P₂O₃ – 0,11; п.п.п. – 5,19.

Отходы КМА и ванадиевого производства рассеивали на виброситах и смешивали с жидким стеклом при соотношении 2:2:1 соответственно. Смесь укладывали в формы.

В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного стекла (мас. %): SiO₂ – 69,7; Al₂O₃ – 3,4; CaO – 6,01; MgO – 3,93; Na₂O – 14,59; SO₃ – 0,37; Fe₂O₃ – 0,46.

После рассева на ситах гранулированное стекло смешивали в лопастном смесителе с жидким стеклом при соотношении 8:1 соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 10% объема нижнего слоя.

Спекание производили в муфельной печи при 710^оС. Затем производили отжиг, обрезку кромок и контроль качества готовых изделий.

Пример контроля качества продукции

Для определения прочности на сжатие из блоков стеклокремнезита вырезали кубики алмазным кругом размером 30х30х30 мм. Перед установкой на лабораторный пресс, нижнюю и верхнюю грани кубиков обкладывали паронитовыми прокладками. Разрушение образцов происходило после нагружения пресса. Прочность на сжатие определяли как среднее арифметическое пяти измерений:

Морозостойкость определяли по ГОСТ 7025-91 в морозильной камере с принудительной вентиляцией с автоматическим регулированием температуры от 15^оС до 20^оС при объемном замораживании – 4 часа. Контроль морозостойкости осуществляли по степени повреждений и потере массы.

Морозостойкость стеклокремнезита определяли как среднее арифметическое пяти измерений:

Формула изобретения

Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, включающий рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, отличающийся тем, что в качестве стеклосодержащего материала нижнего слоя используют смесь из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии и отходов ванадиевого производства и жидкого стекла при массовом соотношении 2:2:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 8:1.

Изобретение "СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ" (Бессмертный Василий Степанович, Здоренко Наталья Михайловна, Платов Юрий Тихонович, Платова Раиса Абдулгафаровна, Андросова Марта Александровна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога