состав для изготовления легковесного безобжигового огнеупора. Цемент глиноземистый патент


Высокоглиноземистое вяжущее

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству жаростойкого вяжущего, и может быть использовано для приготовления жаростойких бетонов и изделий на их основе, изготовления монолитных элементов футеровок тепловых агрегатов, а также для приготовления огнеупорных растворов, клеев и других смесей. Высокоглиноземистое вяжущее, включающее глиноземистый цемент и тонкомолотую добавку на основе оксида алюминия, в качестве тонкомолотой добавки содержит кислородсодержащее соединение алюминия общей формулы Al2O3·nh3O, где n=0,03-2,0, полученное быстрой частичной дегидратацией гидроксида алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глиноземистый цемент 55-90, указанное кислородсодержащее соединение алюминия 10-45. Технический результат - повышение огнеупорности, температуры деформации под нагрузкой, сохранение высокой активности набора марочной прочности в течение трех суток, способность набора марочной прочности как в нормальных условиях, так и при пропарке, а также удешевление вяжущего, расширение сырьевой базы при использовании отходов промышленности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству жаростойкого вяжущего, и может быть использовано для приготовления жаростойких бетонов и изделий на их основе, изготовления монолитных элементов футеровок тепловых агрегатов, а также для приготовления огнеупорных растворов, клеев и других смесей.

Известно жаростойкое вяжущее: глиноземистый цемент по ГОСТ 969-91. Глиноземистый цемент широко применяется в тяжелых и легких жаростойких бетонах на различных заполнителях с температурой применения 1100-1400°С (См., например, СниП 2.03.04-84. "Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур", табл.9, составы: 19-21; 33-37).

К достоинству глиноземистого цемента относится то, что бетоны на его основе быстро набирают марочную прочность (в течение трех суток) в естественных условиях без применения пропарки. Недостатками жаростойких бетонов на глиноземистом цементе являются следующие:

1. Значительный сброс прочности при первом нагреве в интервале температур 100-1100°С.

2. Относительно низкая огнеупорность затвердевшего цемента и низкая температура деформации под нагрузкой при высоких температурах не позволяют получать бетоны с температурой службы выше 1400°С даже на таких высокоогнеупорных заполнителях, как муллитокорундовые.

Известно жаростойкое вяжущее (А.с. СССР №365336, кл. С 04 В 7/14, 1973), включающее глиноземистый цемент и тонкомолотую добавку отработанного синтетического шлака электросталеплавильного производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глиноземистый цемент95-40
Отработанный синтетический шлак
электросталеплавильного производства5-60.

Данное вяжущее позволяет получать бетоны, имеющие меньший сброс прочности при первом нагревании в интервале температур 600-1000°С. Однако температура службы жаростойких бетонов на данном вяжущем не превышает 1300°С из-за невысокой температуры деформации под нагрузкой.

Наиболее близким техническим решением является вяжущее (А.с. СССР №482411, кл. С 04 В 7/32, 1975), включающее глиноземистый цемент и гидрат окиси алюминия.

Недостатком вяжущего является применение в качестве добавки дорогостоящего гидрата окиси алюминия, а также низкая прочность при высоких температурах.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является удешевление вяжущего, расширение сырьевой базы за счет использования отходов промышленности. При этом сохраняются высокие технические характеристики:

- высокая активность при наборе марочной прочности в течение трех суток;

- способность набора марочной прочности, как при нормальных условиях, так и при пропарке;

- низкий сброс прочности при нагревании до 1100°С;

- высокая огнеупорность.

Поставленная задача решается за счет высокоглиноземистого вяжущего, включающего глиноземистый цемент и тонкомолотую добавку на основе оксида алюминия. В качестве тонкомолотой добавки оно содержит кислородсодержащее соединение алюминия общей формулы Al2О3·nh3О, где n=0,03-2,0, полученное быстрой частичной дегидратацией гидроксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глиноземистый цемент55-90
Al2O3·nh3О, где n=0,03-2,010-45.

В качестве кислородсодержащего соединения алюминия общей формулы Al2O3·nh3О, где n=0,03-2,0, высокоглиноземистое вяжущее предпочтительно содержит отход производства носителя катализатора дегидрирования углеводородов.

Для приготовления высокоглиноземистого вяжущего используется химически активный гидроксид алюминия формулы Al2O3·nh3О, где n=0,03-2,0, получение которого описано в патенте РФ №2064435 (кл. C 01 F 7/44, 1996) и в патенте РФ №2148017 (кл. C 01 F 7/44, 2000), а использование его для получения катализаторов дегидрирования описано в патенте РФ №2148430 (кл. B 01 J 23/26, 2000).

Химически активный гидр оксид алюминия получают путем быстрого нагрева гидрата окиси алюминия в потоке горячего газа с температурой 500-1200°С и быстрым охлаждением до температуры ниже 60°С. Этот продукт определенной фракции используется как носитель для приготовления катализаторов дегидрирования (см. патент РФ №2148430, кл. B 01 J 23/26, 2000).

В качестве кислородсодержащего соединения алюминия в предлагаемом решении используется соединение общей формулы Al2O3·nh3О, где n=0,03-2,0, которое значительно дешевле, чем переосажденный гидроксид алюминия, кроме этого, отходы производства носителя катализатора дегидрирования имеют значительный объем, и имеется проблема их использования.

В предлагаемом изобретении найдено решение проблемы утилизации отходов и при этом решена поставленная задача изобретения.

Высокоглиноземистое вяжущее включает в себя глиноземистый цемент по ГОСТ 969-91 и тонкомолотую добавку - Al2O3·nh3О, где n=0,03-2,0, количество которых находится в соотношении, мас.%: глиноземистый цемент - 55-90, Al2O3·nh3О, где n=0,03-2,0 - 10-45. А тонкомолотая добавка имеет удельную поверхность более 2500 см2/г. Требуемое количество добавки вводится в глиноземистый цемент, и смесь домалывается до удельной поверхности 3500-4000 см2/г. Время домола смеси составляет 30-60 мин.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:

- удешевление вяжущего;

- расширение сырьевой базы за счет использования отходов промышленности;

- повышение огнеупорности, температуры деформации под нагрузкой;

- сохранение высокой активности набора марочной прочности в течение трех суток;

- способность набора марочной прочности как в нормальных условиях, так и при пропарке.

Вяжущее готовят следующим образом.

Количество глиноземистого цемента и соединения алюминия общей формулы Al2O3·nh3О, где n=0,03-2,0 зависит от химсостава и марки глиноземистого цемента, требуемых показателей прочности, огнеупорности и температуры деформации под нагрузкой вяжущего и находится в следующем соотношении: глиноземистый цемент 55-90%; Al2O2·nh3О, где n=0,03-2,0 - 10-45%. Требуемое количество добавки вводится в глиноземистый цемент и смесь домалывается до удельной поверхности 3500-4000 см2/г. Время домола смеси составляет 30-60 мин. Возможен вариант предварительного домола добавки с последующим введением в глиноземистый цемент.

При оптимальном соотношении ингредиентов получается вяжущее со следующими свойствами:

Марка по прочности при сжатии в
возрасте 3 суток25-40 МПа
Остаточная прочность после
нагревания до 1000°С60-80%
Огнеупорность1500-1680°С.

В таблице 1 показана зависимость свойств вяжущего от состава.

На предлагаемом вяжущем подобраны составы жаростойких бетонов на шамотных заполнителях с температурой применения 1400-1500°С, на корундовых заполнителях - 1550-1680°С.

Таблица 1
№ п/пСостав вяжущего, мас.%Удельная поверхность, см2/гПредел прочности при сжатии (МПа) в возрасте, суткиОстаточная прочность после нагрева доОгнеупорность, °С
Al2O3·nh3О, где n=0,03-2,0Глиноземистый цементAl2O3·nh3О, где n=0,03-2,0Вяжущее137281000°С, МПа
1.10 отход902500350030,437,241,161,249,21500
2.15852700360029,836,740,558,448,61580
3.20 отход802500350028,135,238,054,347,41610
4.30702600350026,331,536,852,445,21660
5.40 отход602500400025,630,835,450,1441690
6.45552500350021,22527,145,241,61800
7. (Прототип)30 (гидрат окиси алюминия)7049,9351620
В примерах 1, 2, 3 n-0,03
В примерах 4, 5, 6 n-2,0

1. Высокоглиноземистое вяжущее, включающее глиноземистый цемент и тонкомолотую добавку на основе оксида алюминия, отличающееся тем, что в качестве тонкомолотой добавки оно содержит кислородсодержащее соединение алюминия общей формулы AL2O3·nh3O, где n=0,03-2,0, полученное быстрой частичной дегидратацией гидроксида алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глиноземистый цемент55-90
AL2O3·nh3O, где n=0,03-2,010-45

2. Высокоглиноземистое вяжущее по п.1, отличающееся тем, что оно в качестве кислородсодержащего соединения алюминия общей формулы

Al2О3·nh3О, где n=0,03-2,0, содержит отход производства носителя катализатора дегидрирования углеводородов.

www.findpatent.ru

сырьевая смесь для получения глиноземистого цемента и способ получения глиноземистого цемента - патент РФ 2255916

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может найти применение при производстве глиноземистого цемента. Технический результат изобретения - снижение температуры клинкерообразования, повышение ранней прочности и стабильности при длительных сроках твердения цементного камня. Сырьевая смесь для получения глиноземистого цемента, включающая глиноземсодержащий шлам и карбонатный шлам, в качестве глиноземсодержащего шлама содержит алюминатный шлам-отход от очистки природной воды, хлорированный и нейтрализованный до рН 8,5-9, а в качестве карбонатного шлама - шлам-отход водоумягчения ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный глиноземсодержащий шлам - 50-56, указанный карбонатный шлам - 44-50. В способе получения глиноземистого цемента, включающем смешение глиноземсодержащего шлама и карбонатного шлама с последующим обжигом полученной смеси, охлаждением и измельчением продукта обжига, в качестве глиноземсодержащего шлама используют алюминатный шлам-отход от очистки природной воды, хлорированный и нейтрализованный до рН 8,5-9, а в качестве карбонатного шлама - шлам-отход от водоумягчения ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный глиноземсодержащий шлам - 50-56, указанный карбонатный шлам - 44-50, а обжиг полученной смеси осуществляют при температуре 1300-1350°С. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Настоящее изобретение относится к промышленности строительных материалов и может найти применение при производстве глиноземистого цемента.

Известна сырьевая смесь для производства глиноземистого цемента, включающая, мас.%: известняк - 20-30; глиноземсодержащий компонент - флюоритно-топазовая руда - 70-80 (см., например, SU № 503828, опубл. 16.03.1976, МПК 7 С 04 В 7/32).

Известен способ получения глиноземистого цемента, включающий обжиг сырьевой смеси, полученной из боксита и известкового компонента (ВОЛЖЕНСКИЙ А.В., Минеральные вяжущие вещества, Стройиздат, Москва, 1968, с.421-424).

Недостатками известной сырьевой смеси и способа получения глиноземистого цемента являются отсутствие ранней прочности и стабильности при длительном твердении цементного камня, а также повышенная температура клинкерообразования.

Ближайшим из аналогов предложенного изобретения является сырьевая смесь для получения глиноземистого цемента, включающая, мас.%: глиноземсодержащий шлам - вторичный продукт очистки сточных вод обработки алюминиевых сплавов - 52-95, карбонатный шлам - вторичный продукт водоочистки алюминиевой ленты - 5-48, а также способ получения глиноземистого цемента путем обжига указанной сырьевой смеси при температуре 1400-1500°С, с последующим измельчением продукта обжига (см. SU № 1604772, опубл. 07.11.1990, МПК 7 С 04 В 7/32).

Недостатками известной сырьевой смеси и способа получения глиноземистого цемента также являются отсутствие ранней прочности, отсутствие стабильности при длительном твердении, повышенная температура клинкерообразования.

Целью настоящего изобретения является снижение температуры клинкерообразования, повышение ранней прочности и стабильности при длительных сроках твердения цементного камня.

Поставленная цель достигается за счет того, что сырьевая смесь для получения глиноземистого цемента, включающая глиноземсодержащий шлам и карбонатный шлам, в качестве глиноземсодержащего шлама содержит алюминатный шлам - отход от очистки природной воды, хлорированный и нейтрализованный до рН 8,5-9, а в качестве карбонатного шлама - шлам-отход водоумягчения ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный глиноземсодержащий шлам 50-56

указанный карбонатный шлам 44-50.

В способе получения глиноземистого цемента, включающем смешение глиноземсодержащего шлама и карбонатного шлама с последующим обжигом полученной смеси и измельчением продукта обжига, в качестве глиноземсодержащего шлама используют алюминатный шлам, хлорированный и нейтрализованный до рН 8,5-9, - отход от очистки природной воды, а в качестве карбонатного шлама - шлам-отход от водоумягчения ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный глиноземсодержащий шлам - 50-56, указанный карбонатный шлам - 44-50, а обжиг полученной смеси осуществляют при температуре 1300-1350°С.

Для приготовления сырьевой смеси используют алюминатный шлам-отход от очистки природной воды, хлорированный и нейтрализованный до рН 8,5-9, имеющий состав, мас.%: (на прокаленное вещество) Аl 2O3 - 86,4, СаО - 1,5, SiO2 - 6, MgO - 2,6, F2O3 - 0,6, R2 O - 1,0, SO3 - 1,4, Cl- - 0,5; шлам - отход водоумягчения ТЭЦ, имеющий состав, мас.%:

СаО - 92, SiO 2 - 2,5, F2O3 - 1,5, MgO - 3, R2O - 1,0.

Вышеприведенные химические составы являются предпочтительными, но допустимы колебания в составах до 10% как в сторону уменьшения, так и увеличения, в зависимости от исходного сырья, используемого на конкретном предприятии.

Указанные компоненты перемешивают в шлам-бассейне и полученную смесь подвергают обжигу во вращающейся печи при температуре 1300-1350°С, продукт обжига охлаждают и размалывают в шаровой мельнице до остатка на сите №008 не более 10%.

Испытания полученного глиноземистого цемента проводят по действующему ГОСТу №969-91 на образцах - балочках 4×4×16 см.

Составы сырьевых смесей и свойства полученного глиноземистого цемента приведены в таблицах 1 и 2.

таблица 1Составы сырьевых смесей
№п/пхлорированный алюминатный шлам шлам водоумягчения
15050
256 44
354 46

Состав 1 - хлорированный алюминатный шлам нейтрализован до рН 8,5,

Состав 2 - хлорированный алюминатный шлам нейтрализован до рН 8,7,

Состав 3 - хлорированный алюминатный шлам нейтрализован до рН 9.

таблица 2Свойства полученного глиноземистого цемента
№ п/пПрочность при сжатии в возрасте 6 часов, МПаПрочность при сжатии в возрасте 3 суток, МПаПрочность при сжатии в возрасте 28 суток, МПаПрочность при сжатии в возрасте 6 месяцев, МПа
1250405 500510
2 200380 550580
3 230400 570600
прототип -300 450400

Состав 1 обжиг сырьевой смеси осуществляют при 1300°С,

Состав 2 обжиг сырьевой смеси осуществляют при 1320°С,

Состав 3 обжиг сырьевой смеси осуществляют при 1350°С,

Прототип - обжиг сырьевой смеси осуществляют при 1450°С.

Вышеприведенные результаты испытаний свидетельствуют о том, что глиноземистый цемент, полученный из вышеприведенной сырьевой смеси, имеет пониженную температуру клинкерообразования, обладает повышенной ранней прочностью и стабильной прочностью при длительном твердении цементного камня.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Сырьевая смесь для получения глиноземистого цемента, включающая глиноземсодержащий шлам и карбонатный шлам, отличающаяся тем, что в качестве глиноземсодержащего шлама она содержит алюминатный шлам-отход от очистки природной воды, хлорированный и нейтрализованный до рН 8,5-9, а в качестве карбонатного шлама - шлам-отход водоумягчения ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Указанный глиноземсодержащий шлам 50-56

Указанный карбонатный шлам 44-50

2. Способ получения глиноземистого цемента, включающий смешение глиноземсодержащего шлама и карбонатного шлама с последующим обжигом полученной смеси, охлаждением и измельчением продукта обжига, отличающийся тем, что в качестве глиноземсодержащего шлама используют алюминатный шлам-отход от очистки природной воды, хлорированный и нейтрализованный до рН 8,5-9, а в качестве карбонатного шлама - шлам-отход водоумягчения ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный глиноземсодержащий шлам - 50-56, указанный карбонатный шлам - 44-50, а обжиг полученной смеси осуществляют при температуре 1300-1350°С.

www.freepatent.ru

марганецсодержащий клинкер глиноземистого цемента - патент РФ 2473479

Изобретение относится к области производства глиноземистого цемента. Технический результат - повышение размалываемости клинкера и снижение расхода электроэнергии на помол. Молотый клинкер - глиноземистый цемент содержит, мас.%: моноалюминат кальция - 57-77, маенит - 1-15, геленит - 1-30, алюмоманганат кальция - 1-8, 1 пр., 2 табл.

Изобретение относится к области производства и применения глиноземистого цемента.

Известен глиноземистый цемент, содержащий моноалюминат кальция CaOAl2O 3(CA), маенит 12CaO7Al2O3(C12 A7) и примеси, получаемый спеканием клинкера во вращающейся печи (Авт. св. № 512189, опубл. 21.06.76).

Известно вяжущее, содержащее однокальциевый диалюминат СА2 и хромсодержащий гексаалюминат кальция (Авт. св. № 563378, опубл. 20.07.77), получаемый алюминотермическим способом.

Известен глиноземистый цемент, получаемый путем доменной плавки шихты, обеспечивающей получение в составе глиноземистого цемента моноалюмината кальция, геленита, двенадцатикальциевого семиалюмината кальция и оксида бора (Авт. св. 498339, опуб. 1976 г.).

Наиболее близким аналогом является глиноземистый цемент, содержащий СА, С12A7 и геленит C2AS, получаемый плавкой в доменной печи шихты из известняка, боксита и кокса (Кузнецова Т.В., Талабер Й. Глиноземистый цемент. М., 1989, с.84-96).

Недостатком известных глиноземистых цементов является высокая твердость клинкера, низкая его размалываемость, что сопровождается большим расходом электроэнергии для получения требуемой прочности цемента.

Задачей заявленного изобретения является повышение размолоспособности клинкера, снижение энергозатрат на его помол и достижение высокой прочности во все сроки твердения.

Поставленная цель достигается тем, что глиноземистый цемент содержит моноалюминат кальция - СА, маенит - C12A7, геленит - C2AS и дополнительно алюмоманганат кальция 4CaОAl 2O3Mn2O3 при следующем соотношении минералов (%):

Моноалюминат кальция - 57-77

Маенит - 1-15

Геленит - 1-30

Алюмоманганат - 1-8

Для получения марганецсодержащего глиноземистого цемента готовят шихту, состоящую из боксита, железосодержащей металлической стружки, кокса и марганцовистого известняка с содержанием 6-15% марганца. В процессе плавления указанной шихты наличие в известняке марганца способствует снижению температуры плавления, вязкости расплава и формированию наряду с алюминатами кальция тройного соединения CaОAl2O 3Mn2O3.

Анализ свойств расплава и процесса образования минералов в системе CaO-Al 2O3-Mn2O3 позволил установить высокую каталитическую способность ионов марганца, обусловленную их кислотно-основными свойствами. В присутствии ионов марганца снижается вязкость расплава, что обусловливает ускорение процессов растворения ионов кальция и алюминия и образование алюминатов кальция, а также кальциевого алюмомарганцевого соединения CaОAl 2O3Mn2O3.

Наличие небольшого количества ионов марганца (1%) способствуют образованию твердых растворов с алюминатами кальция, а свыше этого количества образуется самостоятельное соединение CaОAl 2O3Mn2O3.

Клинкер, содержащий марганецсодержащий минерал при указанном соотношении его минералов, отличается от обычного клинкера для глиноземистого цемента микрохрупкостью, что соответственно оказывает влияние на его размалываемость.

Ниже приведены примеры исполнения изобретения.

Пример

Шихту, состоящую из боксита, известняка с содержанием 6-15% марганца, кокса и металлической стружки, содержащих в том числе железо и медь, расплавляли при температуре 1500°С и сливали первоначально расплав чугуна, а затем - клинкерный (шлаковый) расплав. После охлаждения клинкерного расплава клинкер содержал, мас.%: моноалюминат кальция - СА 60, маенит - C12A7 10, геленит - C2AS 23 и алюмоманганат кальция - CaОAl2 O3Mn2O3 7. Помол цемента осуществляли в лабораторной мельнице, например, до удельной поверхности 3500 см2/г. Размалываемость клинкера определяли по методике Гипроцемента.

Согласно этой методике размалываемость материала характеризуется функциональной зависимостью тонкости измельчения от величины удельного расхода энергии, затрачиваемой на процесс помола. Степень измельчения оценивается либо процентным содержанием остатка на сите № 008, либо величиной удельной поверхности. Измельчение производили в лабораторной мельнице, загруженной мелющими телами общей массой 55 кг. Количество загружаемого материала составляло 10 кг. После определенного времени помола (10, 30, 60 и 120 минут) отбирали пробу, определяли остаток на сите № 008 и величину удельной поверхности. Производительность мельницы вычисляли по зависимости от удельного расхода энергии.

Для сравнения использовали обычный глиноземистый клинкер. Результаты определения размалываемости клинкера по заявленному изобретению и известного приведены в табл.1. Для получения обычного глиноземистого цемента с удельной поверхностью 3500 см2 /г требуется расход электроэнергии в количестве 56 кВт·ч/т, в то время как для заявленного марганецсодержащего глиноземистого цемента той же удельной поверхности затрата электроэнергии составляет 45 кВт·ч/т.

Как видно из табл.1, размалываемость марганецсодержащего глиноземистого цемента значительно выше размалываемости известного глиноземистого цемента.

Одновременно повышается прочность цементного камня. В табл.2 приведены результаты испытаний заявленного глиноземистого цемента в сравнении с обычным глиноземистым цементом.

Таблица 2
Прочность цементного камня при сжатии, МПа
Наименование цемента Удельная поверхность, см2/г Время твердения в сутках
13 7
Глиноземистый цемент2500 2532 45
то же 3500 2735 48
марганецсодержащий цемент2600 3240 52
то же 3500 3647 57

Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает повышение размалываемости клинкера глиноземистого цемента на 19,6-38,0%, снижению расхода электроэнергии с 56 до 45 кДж·ч/т и повышение прочности цемента на 15-34%.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Глиноземистый цемент, включающий моноалюминат кальция СA, маенит C12A7, геленит C2AS, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюмоманганат кальция 4СаОАl2О3Мn2Oз при следующем соотношении минералов, мас. (%):

Моноалюминат кальция 57-77
Маенит 1-15
Геленит1-30
Алюмоманганат кальция1-8

www.freepatent.ru

Способ обработки глиноземистого цемента

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к получению строительного раствора из глиноземистого цемента, исходным сырьем которого является высокоглиноземистый шлак, выплавляемый из боксита в доменных печах. Технический результат - снижение температуры обжига при высоком значении степени окисления серы. В способе обработки глиноземистого цемента, предназначенного для получения строительного раствора при затворении водой, путем его окислительного обжига, указанному обжигу подвергают глиноземистый цемент с размером частиц 0,04-0,08 мм при температуре 800-890°С. Окислительный обжиг проводят во вращающейся трубчатой печи с внешним или внутренним обогревом. 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

 

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к получению строительного раствора (бетона) из глиноземистого цемента, исходным сырьем которого является высокоглиноземистый шлак, выплавляемый из боксита в доменных печах.

Исследования по влиянию химического состава и структуры шлака на вяжущие свойства цемента позволили разработать технические условия на высокоглиноземистый доменный шлак, состав которого обеспечивает получение цемента с высокими прочностными свойствами. В соответствии с ГОСТ 969-91 выпускается глиноземистый цемент с высокими прочностными свойствами трех марок: ГЦ-40, ГЦ-50, ГЦ-60. Глиноземистый цемент предназначен для изготовления быстротвердеющих строительных растворов и бетонов путем его затворения водой.

В таблице 1 приведен химический состав глиноземистого цемента, соответствующий маркам ГЦ-40, ГЦ-50, ГЦ-60.

Таблица 1
Химический состав глиноземистого цемента марок ГЦ-40, ГЦ-50, ГЦ-60, мольная доля, %
SiO27-12
СаО38-42
Al2О338-43
MgO1-1,5
TiO20,3-0,8
FeO0,5-1
S1,3-1,6

Для обеспечения физико-механических показателей цемента указанных марок тонкость помола составляет 0,08 мм, т.е. остаток на сите с сеткой № 008 по ГОСТ 6613 составляет не более 10%.

Известен способ обработки глиноземистого цемента, заключающийся в предварительном измельчении глиноземистого шлака до крупности частиц менее 0,08 мм, отвечающей заданным физико-механическим свойствам цемента по ГОСТ 969-91. (Информационный материал «Цемент глиноземистый ГЦ 40, ГЦ 50, ГЦ 60 ГОСТ 969-91», обнаруженный на сайте http://www.speccement.ru).

При затворении глиноземистого цемента водой выделяется сероводород с неприятным запахом. Причиной данного эффекта является наличие серы в химическом составе глиноземистого цемента (см. табл.1).

При существующей технологии производства глиноземистого цемента сера в виде сульфатов и сульфидов железа поступает в доменную печь в основном рудой и коксом. В печи при высоких температурах сульфиды разлагаются, и незначительная доля серы в виде оксидов удаляется с газами, а большая часть серы соединяется с оксидом кальция, образуя сульфат (CaSO4). При доменной плавке в восстановительной атмосфере сульфат восстанавливается до сульфида кальция (CaS). Система: сернистый газ - шлак в горне печи находится в состоянии равновесия, а сера в расплаве - в виде сульфида кальция, который переходит в глиноземистый цемент.

Таким образом, при затворении глиноземистого цемента водой выделяется сероводород с неприятным запахом по реакции:

Известен способ обработки глиноземистого цемента, предотвращающий появление неприятного запаха при затворении водой (SU 50012). Согласно этому способу раздробленный клинкер (крупность частиц -1,2+0,5 мм) нагревают в окислительной атмосфере при температуре 900-1200°. Цемент, получаемый таким способом, при затворении его водой не имеет запаха сероводорода. Исчезновение запаха сероводорода является следствием окисления при термической обработке карбида кальция и сульфидов, присутствующих в глиноземистых шлаках.

Однако способ-прототип характеризуется высокой температурой процесса окислительного обжига, указанное обстоятельство приводит к увеличению расхода топлива и повышению капитальных затрат из-за применения дорогостоящих огнеупоров.

Таким образом, при расширенной сфере применения глиноземистого цемента из-за отсутствия запаха, существенные затраты характеризуют способ с отрицательной стороны.

Задача, на решение которой направлен заявляемый способ, заключается в снижении затрат на его осуществление за счет снижения температуры окислительного обжига при высоком значении степени окисления серы.

Поставленная задача решается тем, способ обработки глиноземистого цемента, предназначенного для получения строительных растворов путем затворения водой, заключающийся в том, что окислительный обжиг частиц глиноземистого цемента крупностью частиц 0,08-0,04 мм ведут при температуре 800-890°С.

В заявляемом способе возможно окислительный обжиг проводить во вращающейся трубчатой печи с внешним обогревом.

В заявляемом способе возможно также окислительный обжиг проводить во вращающейся трубчатой печи с внутренним обогревом.

Для устранения запаха сероводорода при затворении глиноземистого цемента водой производят окислительный обжиг глиноземистого цемента. При этом происходит переход серы из сульфидной в сульфатную. Химическая реакция такого перехода осуществляется по реакции:

Таким образом, при оптимальной крупности частиц исходного глиноземистого продукта и оптимальной температуре окислительного обжига происходит переход серы из сульфидной формы в сульфатную и, таким образом, исключается реакция (1), в результате которой происходит выделение сероводорода.

На основе нижеприведенных экспериментальных данных установлена оптимальная крупность частиц исходного глиноземистого продукта и температура окислительного обжига.

Известны опыты по удалению серы из глиноземистого материала в виде высокоосновых глиноземистых шлаков с крупностью частиц 0,5-1, 2 мм (см. Сборник трудов Уральского НИИ черных металлов «Шлаки черной металлургии», т.20, Свердловск. 1974 г., стр.103-109, статья авторов В.Н.Потанина, С.А.Бондаренко и др. «Десульфурация высокоосновного глиноземистого шлака»).

В описываемом опыте удаление серы проводили путем обработки продуктами сгорания топливной смеси при высоких температурах 800-1200°С в полупромышленном конвертере. При этом степень окисления серы в зависимости от температуры и времени выдержки не превышала 30%. Низкая степень окисления серы определяется крупностью частиц глиноземистого шлака (0,5-1,2 мм) в силу того, что процесс лимитируется подводом кислорода к зерну сульфида кальция. При температурах свыше 1100°С происходит частичное оплавление поверхности частиц, что еще более затрудняет доступ кислорода.

В предлагаемом способе окислительному обжигу подвергается глиноземистый цемент с крупностью частиц не менее 0,08 мм. Такая крупность позволяет увеличить удельную поверхность частиц шлака, улучшить доступ к ней кислорода и, в конечном счете, увеличить степень окисления серы.

При крупности частиц, например, 0,04 мм наблюдается повторное слипание частиц цемента, что приводит к уменьшению величины удельной поверхности частиц цемента и к снижению степени окисления серы.

Проведение процесса при температуре ниже 800°С приводит к возникновению кинетических затруднений в процессе окисления серы, что снижает степень ее окисления. При проведении процесса при температуре выше 890°С частицы цемента начинают спекаться, при этом снижается величина удельной реакционной поверхности и, таким образом, снижается степень окисления серы.

Для обоснования технического результата заявляемого способа приведены данные по влиянию крупности частиц глиноземистого цемента и температуры на степень окисления серы на примере, осуществляемом в заводских условиях.

Для воспроизведения условий способа использовали измельченный до крупности частиц более 20 мм, 1,2+0,5 мм, -0,8+0,04 мм и -0,04+0,01 мм. Химический состав глиноземистого цемента следующий: SiO2 12,75; СаО 38,32; Al2O3 40,29; FeO 0,90; Sобщ 1,60 и прочие 4,14. Процесс проводили в лабораторной трубчатой печи СУОЛ 0,25. Изменение температуры в рабочем пространстве печи регистрировали с помощью вторичного прибора - потенциометра КСП-4. В алундовую лодочку загружали 10 г цемента слоем около 10 мм. Затем лодочку помещали в рабочее пространство печи, включали электрический нагрев печи и доводили температуру в печи до рабочей. Каждые 15 мин навеску цемента перемешивали. Воздух для окисления серы вводили в рабочее пространство печи с помощью лабораторной воздуходувки через алундовую трубку. Процесс проводили в течение 1 ч при рабочих температурах 800; 890; 1000; 1100 и 1200°С. Результаты экспериментов представлены в таблицах 2 и 3.

1. Влияние крупности измельчения частиц.

Табл.2
№ опытаКрупность измельчения частиц, ммСодержание, %Степень окисления серы, %
SобщSсульфатнаяSсульфидная
1более 201,600,041,562,50
2-1,2+0,51,600,411,1925,63
30,08-9,041,601,080,5267,50
4-0,08+0,011,600,780,8248,75

Из данных таблицы следует, что оптимальная степень измельчения частиц шлака составляет -0,08+0,04 мм.

2. Влияние температуры на степень окисления.

Табл.3
№ опытаТемпература, °ССодержание, %Степень окисления серы, %
SобщSсульфатнаяSсульфидная
17001,600,670,9341,88
28001,600,970,6360,63
38901,601,080,5267,50
410001,600,810,7950,63
511001,600,690,9141,13
612001,600.571,0335,63

Из данных таблицы 3 следует, что оптимальная температура процесса лежит в диапазоне 800-890°С.

Для сравнения приведем данные степени окисления серы по способу-прототипу.

Процесс проводили на цементе того же химического состава и на той же экспериментальной установке, что и в заявляемом способе. Процесс проводили в течение 1 ч при рабочих температурах 900; 1000; 1100 и 1200°С.

Табл.4
№ опытаТемпература, °СПродолжительность, чСодержание, %Степень окисления серы, %
SобщSсульфатнаяSсульфидная
19001,01,600,411,1925,63
210001,01,600,341,2621,25
311001,01,600,261,3416,25
412001,01,600,191,4111,88

Из данных таблицы 4 следует, что степень окисления серы низка и составляет всего 11,88-25,63%. Низкие показатели объясняются высокой крупностью частиц глиноземистого цемента.

Таким образом, при высокой степени окисления серы, обеспечивающей потребительские свойства глиноземистого цемента, способ обработки глиноземистого цемента становится возможно осуществлять при более низкой температуре и иной крупности по сравнению с прототипом, что влияет на уменьшение расхода топлива и позволяет снизить затраты, связанные с применением огнеупоров для футеровки печи.

1. Способ обработки глиноземистого цемента, предназначенного для получения строительного раствора при затворении водой, путем его окислительного обжига, отличающийся тем, что указанному обжигу подвергают глиноземистый цемент с размером частиц 0,04-0,08 мм при температуре 800-890°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окислительный обжиг проводят во вращающейся трубчатой печи с внешним обогревом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что окислительный обжиг проводят во вращающейся трубчатой печи с внутренним обогревом.

www.findpatent.ru

нанокомпозитный материал на основе минеральных вяжущих - патент РФ 2538410

Изобретение относится к области композиционных материалов на основе минеральных вяжущих, таких как портландцемент, глиноземистый цемент, магнезиальные и фосфатные вяжущие, известь, гипс или их смеси, наполненных минеральными наполнителями, включающими фракции углеродных наночастиц. Оно может быть использовано в системах нейтронной защиты ядерных установок. Технический результат заключается в улучшении характеристик материала, обеспечивающих защиту от потоков нейтронного излучения, обеспечении сверхвысокой технологической подвижности рабочей смеси при заливке элементов конструкции. Нанокомпозиционный материал содержит, мас.%: минеральное вяжущее 83,7-83,9, минеральный наполнитель 2,1-2,3, фракция углеродных наночастиц 0,00002, дистиллированная вода 13,79998-14,19998. 4 табл.

Изобретение относится к области композиционных материалов на основе минеральных вяжущих, таких как портландцемент, глиноземистый цемент, магнезиальные и фосфатные вяжущие, известь, гипс, или их смеси, наполненных минеральными наполнителями, включающими фракции наночастиц. Оно может быть использовано в системах нейтронной защиты.

Композитные материалы на основе минеральных вяжущих обычно состоят из гидратированных цементов, извести, шлакоцементных вяжущих или гипса, смешанных с минеральными наполнителями различных составов и фракций по крупности.

Стандартные тяжелые бетоны являются одним из основных материалов, обеспечивающих защиту от потоков ионизирующего излучения, которые применяют, в частности, при создании защитных слоев в составе контейнеров для отработанного ядерного топлива. Но при этом функцию защиты от нейтронов играют полимерные материалы, входящие в состав конструкции контейнеров, такие как полиэтилен, полисилоксаны, химически связанная вода или другие водородосодержащие полимерные материалы.

Исходя из имеющегося опыта, в том числе мировой практики в этой области, ни один из существующих традиционных материалов, предназначенных для защиты от потоков нейтронов (полиэтилен, полисилоксаны, стандартные тяжелые бетоны), полностью не соответствует предъявляемому набору требований к материалам нейтронной защиты, например в составе транспортных контейнеров повышенной емкости для отработанного ядерного топлива.

Таким образом, все еще существует проблема создания защитных слоев для защиты внешней среды от гамма-нейтронного излучения, например отработанных тепловыделяющих элементов, собираемых в контейнер укрупненной группой. Эти слои должны максимально стабильно удерживать водород, входящий в их состав во всем диапазоне изменения параметров внешней среды в условиях повышенных температур, создаваемых группой отработанных тепловыделяющих элементов, собранных компактно.

Главными препятствиями для использования традиционных материалов служат низкие значения предельных температур длительной эксплуатации, что характерно для большинства полимерных материалов. При этом кратковременное воздействие повышенных температур (до 600°С), возможное при чрезвычайных ситуациях, еще более опасно для случая использования полимерной защиты, поскольку это однозначно приводит если не к возгоранию, то к разложению и к полной потере водорода в защитных элементах конструкции.

Композиции на минеральных вяжущих (бетоны) являются негорючими и более устойчивыми к нагреву, в том числе к кратковременным высоким температурам, но содержание водорода в них обычно недостаточно. Причем тяжелые бетоны, к тому же, не обладают необходимой подвижностью, чем затрудняют возможность изготовления защитных элементов сложной и протяженной конфигурации.

Таким образом, в конструкциях мощных радиационных установок условия эксплуатации нейтронной защиты могут быть неприемлемыми для использования полиэтилена (максимальное количество водорода именно в нем - 13,28%, поэтому обычно это штатный нейтронно-защитный материал), поскольку температура эксплуатации может быть выше 200, 300 и даже 400 градусов. Кроме того, полиэтилен создает трудности при заполнении защитных полостей сложной формы, у него низкая текучесть, даже в расплавленном виде.

Альтернативой является применение композитов на основе минеральных вяжущих, содержащих большое количество химически связанного водорода. Но вяжущее в виде обычного портландцемента при высоких температурах дегидратирует, поэтому применяют глиноземистый, или высокоглиноземистый цемент, в котором химически связанного водорода, к сожалению, меньше. Поэтому целесообразен поиск композитов на минеральных вяжущих, сохраняющих химически связанную и кристаллизационную воду (в которой содержание водорода составляет до 11,1%) при высоких температурах и обладающих высокой технологической подвижностью.

Из уровня техники известна композиция для получения строительных материалов на основе минерального вяжущего [RU 2233254, С2, С04В 28/02, С04В 111:20, 27.07.2004], включающая минеральное вяжущее, выбранное из группы, включающей цемент, известь, гипс или их смеси, и воду, причем она дополнительно содержит углеродные кластеры фуллероидного типа с числом атомов углерода 36 и более при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.%: минеральное вяжущее 33-77, углеродные кластеры фуллероидного типа 0,0001-2,0, вода - остальное.

Недостатком композиции является относительно низкие характеристики материала, обеспечивающие защиту от потоков ионизирующего излучения.

Известна также порошковая смесь [RU 2465094, C1, B22F 3/14, С22С 1/05, B22F 3/18, 27.10.2012], которую готовят из наноразмерного порошка карбида бора, высокодисперсного порошка алюминия и гранулированного порошка алюминия, причем содержание карбида бора в порошковой смеси составляет не более 25%, а по отношению к высокодисперсной фракции алюминиевого порошка составляет не более чем 2:1, при этом горячую прокатку порошковой смеси в оболочке осуществляют с обжатием не менее 50% в первом проходе и 30-40% во втором.

Недостатками этого технического решения являются относительно низкие характеристики материала, обеспечивающие защиту от потоков нейтронного излучения, и неудобные технологические свойства, отличающиеся невозможностью заполнения полостей сложной конфигурации.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является нанокомпозитный материал на основе минеральных вяжущих [RU 2436749, С2, С04В 28/00, В82В 1/00, В82В 3/00, С04В 111/20, 20.12.2011], содержащий минеральное вяжущее, минеральный наполнитель и фракцию наночастиц, при этом фракция наночастиц включает многослойные углеродные частицы тороподобной формы размером от 15 до 150 нм, в которых соотношение внешнего диаметра к толщине тела тора находится в пределах (10-3):1.

Недостаток наиболее близкого технического решения - относительно низкие характеристики материала, обеспечивающие защиту от потоков нейтронного излучения. Одним из основных недостатков является относительно низкое содержание в композиции атомов водорода, которые обеспечивают защиту от нейтронов. Кроме того, наиболее близкое техническое решение обладает относительно низкой пластичностью, что затрудняет осуществление нейтронной защиты в сложных по конфигурации конструкциях.

Задача, которая решается в предложенном изобретении, заключается в улучшении характеристик материала, обеспечивающих защиту от потоков ионизирующего излучения, в частности разработка композитного материала, способного удерживать химически связанный водород в количестве на уровне не менее 0,051 г/см 3 при температуре длительной эксплуатации до 200°С. Этот материал должен обеспечивать сверхвысокую технологическую подвижность рабочей смеси при заливке элементов конструкции, позволяющую за счет повышенной текучести однородно заполнять узкие зазоры.

Требуемый технический результат заключается в улучшении характеристик материала, обеспечивающих защиту от потоков нейтронного излучения

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в композитном материале, содержащем минеральное вяжущее, минеральный наполнитель и фракцию наночастиц, согласно предложенному изобретению в качестве минерального вяжущего применяют высокодисперсную безводную окись магния с добавлением алюминатного цемента, а в качестве минерального наполнителя применяют высокодисперсный гидроксид магния с максимальным количеством кристаллизационной воды с добавлением порошкового карбида бора.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве высокодисперсного гидроксида магния используют обожженный брусит.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве фракции наночастиц используют многослойные углеродные частицы тороподобной формы размером от 15 до 150 нм, в которых соотношение внешнего диаметра к толщине тела тора находится в пределах (10-3):1.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что фракция наночастиц, включающая многослойные углеродные частицы тороподобной формы, дополнительно содержит углеродные нанотрубки и микротрубки.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что фракция наночастиц дополнительно содержит фуллерены.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что фракция наночастиц дополнительно содержит водорастворимые продукты сульфирования каменноугольного пека.

Предложенный нанокомпозитный материал на основе минеральных вяжущих, который обладает повышенными качественными характеристиками при защите от ионизирующего излучения, изготавливается следующим образом.

Заявителем обнаружено, что именно многослойные наночастицы тороподобной формы (МНТФ), а также продукты сульфирования каменноугольного пека обладают способностью повышать среднюю плотность материала, что, вероятно, достигается за счет их аномально сильного дисперсионного взаимодействия с поверхностью наполнителя (в частности, брусита молотого) и ближайших фрагментов цементного камня.

Тем самым достигается повышение таких важных качественных характеристик, как уплотнение композитного материала вблизи межфазных границ, как следствие, в повышении его прочности и в снижении порога минимально допустимого содержания вяжущего в таком материале.

Введение тороподобных наночастиц в композитный материал может быть осуществлено в дополнение к известной модификации нанокомпозитных материалов углеродными нанотрубками и микротрубками, полиэдральными углеродными наноструктурами фуллероидного типа и фуллеренами.

Введение углеродных нанотрубок и микротрубок обеспечивает повышение прочности гидратированного минерального вяжущего, а одновременная дополнительная модификация нанокомпозитного материала многослойными углеродными наночастицами тороподобной формы и углеродными микротрубками обеспечивает дополнительное структурирование гидратированного минерального вяжущего с неожиданным повышением его прочности, которое ранее не удавалось достичь.

Углеродные нанотрубки и микротрубки являются хорошим материалом для упрочнения, поскольку обладают высокой прочностью на разрыв и большим отношением длины к диаметру. Однако для углеродных нанотрубок наблюдается проскальзывание стенок одна относительно другой, что снижает реально достижимые значения прочности нанокомпозитного материала, а атомно-гладкие внешние поверхности нанотрубок приводят к их слабому сцеплению с упрочняемым материалом. Введение в состав нанокомпозитного материала многослойных углеродных наночастиц тороподобной формы приводит к повышению силы сцепления углеродных нанотрубок и микротрубок с упрочняемым материалом за счет их аномально сильного дисперсионного воздействия с тороподобными наночастицами.

Введение фуллеренов обеспечивает улучшение поверхностных свойств компонентов нанокомпозитного материала, что, в сочетании с введением указанных многослойных углеродных наночастиц тороподобной формы, приводит к синергическому улучшению межфазного взаимодействия в нанокомпозитном материале.

Многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа тороподобной формы получают из корки катодного депозита, полученного термическим или плазменным распылением графитового анода в условиях протекания постоянного тока в промежутке между анодом и катодом в атмосфере инертного газа и выделяют из общей массы получаемых таким образом углеродных наночастиц, в частности методом последовательного окисления и последующего разделения при силовом взаимодействии электродов, например, в процессе автоэмиссии из углеродосодержащих катодов.

Катодный депозит может быть получен электродуговой эрозией анодного графитового стержня сечением 30-160 мм2 при плотности тока 80-200 А/см2 и падении напряжения на дуге 20-28 В в гелиевой атмосфере при давлении 40-100 Торр.

Для дальнейшей обработки отбирают плотную корку катодного осадка, отделяя ее от рыхлой середины, и измельчают. Окисление проводят в СВЧ-поле, например поле с частотой 2,5 ГГц и мощностью 500-1500 Вт. Перед помещением в СВЧ-поле измельченный катодный осадок помещают во вращающуюся кварцевую трубу. Такое газофазное окисление проводят в течение 100-150 мин. После газофазного окисления полученный продукт может быть дополнительно подвергнут электрохимическому окислению. Также после газофазного и/или электрохимического окисления полученный продукт можно поместить в среду жидкого газа (азота, гелия). По окончании разделения при силовом взаимодействии электродов полученный на различных электродах продукт собирают в органический растворитель.

Для определения основных физических параметров продукт можно отделить от растворителя и исследовать с помощью электронного просвечивающего микроскопа, например, JEM-100C и стандартных образцов латексных шариков с целью определения размеров, форму и соотношений внешних диаметров тороподобных наночастиц и толщины их многослойного тела и рентгенографически с целью определения межслоевого расстояния в многослойных углеродных наночастицах (расстояние 0,34-0,36 нм характерно для соединений углерода фуллероидного типа).

Фуллерены и нанотрубки можно получить известными способами [RU 2234457, 2001], они распространяются под товарными знаками «Фуллерены» и «Таунит». Углеродные микротрубки можно получить механическим измельчение хорошо известных углеродных волокон с последующим удалением аморфной углеродной фазы жидкостным либо газофазным травлением. Функционализация фуллеренов, необходимая для достижения их водорастворимости, может быть произведена, например, обработкой исходных фуллеренов в гидроокиси калия либо кипячением в растворах серной кислоты.

В качестве минерального вяжущего используют, в первую очередь, оксид магния, который при гидратации превращается в гидроксид магния, содержащий водород, с возможностью присоединения еще и кристаллизационной воды. В качестве дополнительного минерального вяжущего используют глиноземистый цемент (например, Secar 38), который повышает температуростойкость композиции и при гидратации содержит дополнительное количество химически связанной и кристаллизационный воды. В качестве наполнителя используют молотый минерал брусит, представляющий собой тот же гидроксид магния с определенным количеством кристаллизационной воды и порошковый карбид бора.

Композитный материал согласно изобретению и его компоненты могут быть получены следующим образом.

Пример 1. Получение углеродных наночастиц тороподобной формы

Электродуговой эрозией анодного графитового стержня сечением 100 мм2 при плотности тока 200 А/см2 и падении напряжения на дуге 24В в гелиевой атмосфере при давлении 70 Торр получают катодный осадок. Плотную корку катодного осадка отделяют от рыхлой середины, измельчают до порошка со средней дисперсностью 200-800 нм и помещают во вращающуюся кварцевую трубу, находящуюся в СВЧ-поле с частотой 2,5 ГГц и мощностью 1000 Вт. После 100 мин газофазного окисления в указанных условиях полученный порошок охлаждают и помещают в вакуумный объем на отрицательный электрод в межэлектродное пространство между катодом и анодом. Затем повышают разность потенциалов между катодом и анодом до появления тока автоэмиссии. При повышении автоэмиссионного тока часть многослойных углеродных наночастиц перемещается на положительный электрод. После окончания процесса их собирают с поверхности анода и переводят в дисперсию, например, в диметилформамиде.

Пример 2. Получение углеродных наночастиц тороподобной формы

Продукт получают, как в примере 1, но газофазное окисление проводят в среде, содержащей повышенное количество кислорода, например от 20% до 60%.

Пример 3. Получение углеродных наночастиц тороподобной формы

Продукт получают, как в примере 1, но после газофазного окисления многослойные углеродные наночастицы дополнительно окисляют электрохимически в водном электролите, содержащим растворы соединений хлора.

Пример 4. Получение углеродных наночастиц тороподобной формы

Продукт получают, как в примере 1, но выделение тороподобных многослойных углеродных наночастиц производят в электрическом поле в диэлектрической среде с высоким значением диэлектрической проницаемости (например в уайт-спирите).

Пример 5. Получение углеродных наночастиц тороподобной формы

Продукт получают, как в примере 1, но после газофазного окисления многослойные углеродные наночастицы дополнительно помещают в среду жидкого азота, барботируют и разделяют осадок с жидкой фазой в электрическом поле с последующим испарением жидкого газа и получением двух видов углеродного порошка, который далее обрабатывают так, как это показано в примере 1.

Пример 6. Получение водорастворимого продукта сульфирования каменноугольного пека.

Использовали пек типа ВТП нижнетагильского производства, или пек типа ВТП череповецкого производства, или пек типа СТП череповецкого производства.

Пек размалывают на ударной мельнице до достижения размера частиц от 0,5 до 1,5 мм. Чем больше размер частиц, тем больше требуется времени для последующей обработки серной кислотой.

Для обработки может быть использована серная кислота с концентрацией по меньшей мере 60%. Нагревание размолотого пека с серной кислотой осуществляют при температуре 60-90°С, например при температуре 80°С, при интенсивном перемешивании под вытяжкой. При этом на поверхности частиц идет реакция, которая приводит к получению субмикронного порошка.

Реакцию заканчивают, когда активность водородных ионов (рН) достигает значения 4-5 ед. Остатки серной кислоты удаляют путем отмывания водой.

После высушивания получают дисперсный порошок.

Как обнаружено авторами, полученный порошок содержит фракцию, растворимую в полярных растворителях. Она может быть отделена, например, в аппарате Сокслетта.

Полученная растворимая в полярных растворителях фракция может быть дополнительно обогащена компонентами, имеющими большую молекулярную массу.

Это может быть сделано, например, центрифугированием раствора указанной фракции с последующим отделением более тяжелых компонентов.

Следует отметить, что изобретением предусмотрена единственная стадия химической обработки, заключающаяся лишь в обработке серной кислотой, причем кислота удаляется без применения реагентов, а в процессе отмывания водой.

Отвешивают пек нижнетагильского производства в количестве 500 грамм и помещают в рабочий объем ударной мельницы. Затем приводят мельницу в действие и производят помол партии пека до получения дисперсной массы с размерами частиц 0,15-1,5 мм, которую помещают в кварцевый стакан и заливают избытком серной кислоты таким образом, чтобы дисперсная масса на поверхности заполненного объема не выступала. Затем помещают кварцевый стакан в термостат и нагревают под вытяжкой до температуры 80°С при постоянном перемешивании. Процесс окисления партии пека проводят в течение 2 часов. По окончании процесса сульфирования полученную массу декантируют и освобождают от остатков кислоты, затем промывают небольшим избытком дистиллированной воды до достижения уровня активности водородных ионов (рН) 4-5. Полученную таким образом массу помещают в аппарат Сокслетта и методом последовательной промывки дистиллированной водой отделяют водорастворимую часть, которую затем разбавляют до исчезновения твердой фазы и помещают на центрифугу, в которой при частоте вращения до 12 тыс. оборотов в минуту обогащают более тяжелую фракцию в течение не менее 30 минут. Полученный обогащенный раствор выпаривают на ротационном испарителе до получения сухой гиперароматической фракции сульфоаддукта нанокластеров углерода.

Полученная фракция сохраняет свойство растворимости в полярных растворителях (вода, спирты) при нагревании до 160-200°С. При нагревании до температуры выше 200°С эта фракция десульфируется и свойство растворимости теряется. Таким образом, достигается возможность низкотемпературной карбонизации при заполнении пористых тел и модификации ("залечивания") поверхности углеродных волокон и тканей и введение в композитные смеси наноразмерных углеродных компонентов с целью повышения их физико-механических характеристик и технологической подвижности таких смесей.

Пример 7. Получение композитного материала по заявляемому техническому решению

Сначала готовится специально обработанный брусит. Его максимально тонко измельчают до 2 мкм, затем гидратируют с одновременным мокрым домолом при температуре 30-70 градусов Цельсия. После этого высушивают при температуре 103-105 градусов Цельсия до постоянного веса.

Затем готовят смесь на основе магнезиального вяжущего (обожженный брусит), глиноземистого цемента (Secar 38), состоящую из вяжущего - 18-30 мас.%, наполнителя - молотого гидратированного брусита - 60-85 мас.%, пластифицирующей добавки - олигокарбоксилата - 0,05-1 мас.% и добавки углеродных модификаторов - нанотрубок, микротрубок и, фуллеренов и наноторов в количестве от 10 -6 до 10-4 мас., а также растворимых продуктов сульфирования пека в количестве от 10-5 до 10 -3 мас. Может быть добавлен также активный мирокремнезем и порошковый карбид бора в количестве 2-6 мас.%

После этого добавляют воду в количестве 20-30 мас.% и тщательно перемешивают. Возможно добавление сульфата магния или хлорида магния в количестве 2-20 мас.% для повышения степени гидратации вяжущего.

Готовую жидкую смесь подают насосом через трубу в заливаемую полость, при этом в трубе устанавливают конструкционный элемент, обеспечивающий мокрый домол частиц вяжущего и наполнителя в процессе подачи смеси в заливаемую полость.

Пример 1. Рецептура 1 нанокомпозитного материала по заявляемому изобретению

Таблица 1
№ п/пНаименование компонента ДокументКоличество, кГ
1. Глиноземистый цемент Secar 38ГОСТ 969-91 50
2. Брусит обожженный БМО-3 СТО 59074732-01-200940
3.Магний сернокислый 7-водный ГОСТ 4523-7710
4.Натрий тетраборнокислый 10- водный ГОСТ 4100-765
5.Брусит молотый ТУ 1517-001-59074732-05 1550
6. Микрокремнезем активный аморфныйТУ 5745-012-18891264-2009 10
7. Карбид бора порошковый ГОСТ 344725
8.Пластификатор MF 5581 Каталог ЗАО «Еврохим»7
9.Модификатор углеродныйТУ 2166-064-91957749-2011 0,034
10. Вода дистиллированная ГОСТ 6709280

Пример 2. Рецептура 2 нанокомпозитного материала по заявляемому изобретению

Таблица 2
№ п/пНаименование компонента ДокументКоличество, кГ
1. Цемент глиноземистыйГОСТ 969-91 360
2. Зола сланцевая Zolest Bet марки "PSI" ТНВЭД 26210000080
3.МетакаолинТУ 5729-072-00284530-9610
4.Брусит молотый ТУ 1517-001-59074732-051255
5.Микрокремнезем активный аморфныйТУ 5745-012-18891264-2009 10
6. Карбид бора порошковый Гост 344725
7.Пластификатор MF 5581 Каталог ЗАО «Еврохим»12
8.Модификатор углеродосодержащий нанодисперсныйТУ 2166-004-13800624-2004 0,034
9. Вода дистиллированная ГОСТ 6709280

В соответствии с картой подбора композиционного материала были изготовлены 9 контрольных образцов кубов с размерами 100×100×100 мм и 3 цилиндра диаметром 10 мм и длиной 100 мм.

Оборудование: весы технические цифровые МК-15.2-А21 6/15 кГ с относительной погрешностью 0,07% в диапазоне 0-6 кГ; весы технические цифровые СартоГосм 5/1 600 грамм с относительной погрешностью 0,003% в диапазоне 0-600 грамм; смеситель принудительного действия с регулируемой скоростью смешения ProfiMixx 47; таймер электронный с погрешностью 0,5 с; печь вакуумная HVS-20 с диапазоном температур 0-200°С, станавливаемым и контролируемым с погрешностью 5°С с объемом 20 л, формы для кубов композита металлические, смазанные антиадгезионной смазкой, формы для цилиндров пластмассовые, головка измерительная контактная 0-1 мм с погрешностью 1 мкм, пирометр цифровой OPTRIS MS plus с погрешностью 0,1°С, печь Preheater Station 850 фирмы ESD Safe, пресс испытательный с регистрацией давления 150 тонн PRT-150, конус испытательный по ГОСТ 310.4, камера морозильная -45°С, прибор определения водонепроницаемости «Агама М», печь шахтная 1000°С, комплект посуды лабораторной.

Результаты испытаний образцов, полученных в результате опытного замеса: результаты опытного замеса по Рецептуре 1 представлены в таблице 3.

Таблица 3
№ п/пНаименование показателя композиционного материала ПоказателиМетод испытания
НормаРезультат
1Плотность, кг/м31640-1900 1720ГОСТ 27005
2Нормативная прочность при сжатии, не менее, МПа1517 ГОСТ 10180
3Содержание водорода при 200°С (130°С), не менее, г/см3 0,05 (0,06)0,055 (0,062) Методика испытаний по п.3.8 ТУ
4Класс горючести НГНГГОСТ 30244
5Водонепроницаемость, не менееW2W4 ГОСТ12730.5
6Коэффициент температурного расширения, не более9*10-6 (6+2)*10-6Методика испытаний по п.3.9 ТУ
7 Класс морозостойкости, не менееF200 F250ГОСТ 10060
8Класс удобоукладываемости рабочего раствора>П5 Р6ГОСТ 310.4

Протокол результатов опытного замеса композиционного материала по Рецептуре 2:

Объекты: в соответствии с картой подбора композиционного материала изготовлены 9 контрольных образцов кубов с размерами 100×100×100 мм и 3 цилиндра диаметром 10 мм и длиной 100 мм. Оборудование: весы технические цифровые МК-15.2-А21 6/15 кГ с относительной погрешностью 0,07% в диапазоне 0-6 кГ; весы технические цифровые СартоГосм 5/1 600 грамм с относительной погрешностью 0,003% в диапазоне 0-600 грамм; смеситель принудительного действия с регулируемой скоростью смешения ProfiMixx 47; таймер электронный с погрешностью 0,5 с; печь вакуумная HVS-20 с диапазоном температур 0-200°С, станавливаемым и контролируемым с погрешностью 5°С с объемом 20 л, формы для кубов композита металлические, смазанные антиадгезионной смазкой, формы для цилиндров пластмассовые, головка измерительная контактная 0-1 мм с погрешностью 1 мкм, пирометр цифровой OPTRIS MS plus с погрешностью 0,1°С, печь Preheater Station 850 фирмы ESD Safe, пресс испытательный с регистрацией давления 150 тонн PRT-150, конус испытательный по ГОСТ 310.4, камера морозильная -45°С, прибор определения водонепроницаемости «Агама М», печь шахтная 1000°С, комплект посуды лабораторной.

Результаты испытаний образцов, полученных в результате опытного замеса композиционного материала по Рецептуре 2, представлены в таблице 4.

Таблица 4
№ п/пНаименование показателя КМВНЗ тип БПоказатели Метод испытания
НормаРезультат
1Плотность, кг/м3 1850-21502020 ГОСТ 27005
2 Нормативная прочность при сжатии, не менее, МПа 2526ГОСТ 10180
3Содержание водорода при 200°C (110°C), не менее, г/см30,045 (0,062) 0,046 (0,062)Методика испытаний по п.3.8 ТУ
4 Класс горючестиНГ НГГОСТ 30244
5Водонепроницаемость, не менее W8W8ГОСТ 12730.5
6Коэффициент температурного расширения, не более7*10 -6(4+2)*10-6 Методика испытаний по п.3.9 ТУ
7Класс морозостойкости, не менее F250F250 ГОСТ 10060
8 Класс удобоукладываемости рабочего раствора >П5Р6ГОСТ 310.4

Таким образом, благодаря тому, что в нанокомпозиционом материале используется оригинальный набор компонентов (в частности, в качестве минерального вяжущего применяют высокодисперсную безводную окись магния с добавкой алюминатного цемента, а в качестве минерального наполнителя применяют высокодисперсный гидроксид магния с максимальным количеством кристаллизационной воды) с добавлением порошкового карбида бора, достигается требуемый технический результат, заключающийся в улучшении характеристик материала, обеспечивающих защиту от потоков нейтронного излучения. Предложенный композитный материал способен удерживать химически связанный водород в количестве на уровне не менее 0,051 г/см3 при температуре длительной эксплуатации до 200°С. Этот материал обеспечивает сверхвысокую технологическую подвижность рабочей смеси при заливке элементов конструкции, позволяющую за счет повышенной текучести однородно заполнять узкие зазоры.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нанокомпозиционный материал на основе минеральных вяжущих, содержащий минеральное вяжущее, минеральный наполнитель и фракцию наночастиц, отличающийся тем, что минеральное вяжущее, минеральный наполнитель и фракцию наночастиц используют в смеси с дистиллированной водой в соотношении мас.% соответственно или 83,7; 2,1; 0,00002 и 14,19998, где минеральное вяжущее состоит в соотношении мас.% из глиноземнистого цемента - 3,0, брусита обожженного - 2,4, магния сернокислого 7-водного - 0,6, натрия тетраборнокислого 10-водного - 0,3 и брусита молотого - 99,7, минеральный наполнитель состоит из микрокремнезема активного аморфного - 23,8, карбида бора аморфного - 59,5 и пластификатора - 16,7, а фракция наночастиц из модификатора углеродного, или 83,9; 2,3; 0,00002 и 13,79998, где минеральное вяжущее состоит из глиноземнистого цемента - 21,1, золы сланцевой - 4,7, метаколина - 0,6 и брусита молотого 73,6, минеральный наполнитель состоит из микрокремнезема активного аморфного - 21,3, карбида бора аморфного - 53,2 и пластификатора - 25,5, а фракция наночастиц из модификатора углеродосодержащего нанодисперсного.

www.freepatent.ru

способ получения безусадочного вяжущего - патент РФ 2381189

Изобретение относится к технологии получения специальных вяжущих материалов, а именно к производству расширяющихся и безусадочных цементов. Технический результат - удлинение сроков схватывания безусадочного вяжущего. В способе получения безусадочного вяжущего на основе глиноземистого цемента и гипса, включающем дозирование и последующее тонкое совместное измельчение компонентов, в состав композиции при совместном измельчении дополнительно вводят 1-15% кремнеземистого, 1-25% карбонатного, 0,1-1,5% пластифицирующего компонентов, а полученную смесь измельчают до остатка на сите 008 не более 5%. 2 табл.

Изобретение относится к технологии получения специальных вяжущих материалов, а именно производству расширяющихся и безусадочных цементов.

Известен способ получения вяжущего, включающего портландцемент, доменный гранулированный шлак и расширяющуюся добавку на основе из гипса, железистого боксита и мела (Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов: Учебник для вузов. / Под ред. Тимашева В.В. - М.: Высш. школа, 1980. - 472 с., ил., стр.420). Технология данного способа предусматривает обжиг этой композиции из гипса, боксита и мела с последующим совместным тонким измельчением всех компонентов в заданной пропорции, причем доля расширяющейся добавки определяет величину объемных изменений. В случае получения расширяющегося цемента ее количество в составе вяжущего должно быть максимальным, а безусадочного - минимальным. Недостатком данного способа является необходимость в создании специальной обжиговой технологической линии для получения расширяющейся добавки.

Известен способ получения расширяющихся и безусадочных цементов путем дозирования и последующего тонкого измельчения 70% глиноземистого цемента и 30% гипса (Химия и технология специальных цементов. / И.В.Кравченко, Т.В.Кузнецова, М.Т.Власова, Б.Э.Юдович; Под общ. ред. И.В.Кравченко. - М.: Стройиздат, 1979. - 208 с., ил., стр.55). Недостатками данного способа являются сложность получения композиции с малым расширением, компенсирующим естественную усадку при гидратации вяжущего, то есть состава, у которого объемы расширения и усадки сбалансированы, а также короткие сроки схватывания композиции, что усложняет ее применение.

Технической задачей, решаемой в изобретении, является разработка способа получения высокопрочного безусадочного вяжущего с удлиненными сроками схватывания и уменьшенным расходом дефицитного глиноземистого цемента.

Указанная задача решается применением способа, в котором компоненты, глиноземистый цемент и гипс, дозируются и подвергаются тонкому совместному измельчению, отличающегося тем, что в состав композиции при совместном измельчении компонентов дополнительно вводят 1-15% кремнеземистого, 1-25% карбонатного, 0,1-1,5% пластифицирующего компонентов и полученную композицию измельчают до остатка на сите 008 не более 5%.

Опытную проверку предлагаемого способа осуществляли с применением лабораторной шаровой мельницы. В испытаниях использовали глиноземистый цемент М400, гипсовый камень, кремнеземистый компонент (кварцит), карбонатный компонент (известняк) и пластификатор марки С-3. Исходные материалы предварительно дробились до размера менее 5 мм, затем отвешивались в заданной пропорции из расчета на 0,5 кг смеси и загружались в мельницу. Процесс измельчения осуществляли до величины остатка на сите 008 мм 4-5%.

В табл.1 содержится химический состав материалов, использованных в опытной проверке.

Таблица 1
Химический состав использованных материалов
Наименование компонента Содержание оксидов, мас.%
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaOMgO SO3
глиноземист. цемент 9,947,5 8.731,1 1,50,9
гипсовый камень 3,2 0,90,2 32,22.4 41,8
кремнезем. компонент96,6 1,1 0,31,8 0,4-
карбонатн. компонент 0,2 0,30,2 54,10,3 -

Вяжущее испытывали на образцах-таблетках диаметром 28 и высотой 25 мм, изготовленных из теста с пластичностью 120 мм по прибору Суттарда. Для формования образцов использовали формы в виде пластикового кольца с внутренним диаметром 28 и высотой 25 мм, имеющего разрез по образующей. После схватывания теста образцы вместе с формами помещали на воздушно-влажное твердение в эксикатор над водной поверхностью. Дополнительно контролировали расширение образцов путем измерения зазора между кромками разреза.

В табл.2 приведены данные по составам смесей, их свойствам - водовяжущему отношению (В/В-отнош.), срокам схватывания а также прочностным характеристикам образцов, полученных при затвердевании смесей: прочности на сжатие (Rсж) после 3 и 28 суток твердения в воздушно-влажных условиях.

Из данных, представленных в табл.2, следует, что расширение образцов наблюдалось у контрольного состава и состава с малым содержанием пластификатора (1а). Остальные композиции не расширялись, то есть все представленные составы являются безусадочными. По отношению к контрольному составу они имеют удлиненный интервал схватывания. При включении в состав композиции кварца, известняка и пластификатора как совместном, так и раздельном, наблюдается замедление схватывания, повышается прочность образцов.

Из представленного следует, что введение в композицию при ее измельчении кремнеземистого и карбонатного компонентов позволяет удлинить ее сроки схватывания и одновременно, без ущерба для прочности, снизить в ней долю дорогостоящего глиноземистого цемента на 5-30%.

Таблица 2
Состав и свойства безусадочного вяжущего
Состав вяжущего, мас.% В/В отнош. Сроки схватыв.* Rсж, МПа после твердения
ГЦгипс Крм.кКарб.к С-3 началоконец 3 сут. 28 сут.
К70 30- -- 0,290-22 0-4422,8 35,7+
169 30- -1 0,210-11 0-5621,6 43,3
1a 69,9 30- -0,1 0,280-24 0-5024,5 38,8+
67 301 11 0,220-15 1-1024.1 58,5
2 69 22,57,5 -1 0,280-22 0-5031,5 61,3
2a 69 2010 -1 0,270-26 0-5429,3 55,4
64 2015 -1 0,250-24 0-4824,3 50,4
3 68 301 -1 0,220-14 0-5830,2 59,9
4 58 18,57,5 151 0,280-25 1-1514,2 43,2
5 56 176 201 0,280-23 1-2016,9 49,1
6 52,5 165,5 251 0,280-20 1-0520,9 39,1

К - контрольный состав по прототипу; Крм.к. - кремнеземистый компонент; Карб.к. - карбонатный компонент; В/В отнош. - водовяжущее отношение, * - час-мин; + - образцы расширились.

Максимальное количество кремнеземистого компонента в композиции не должно превышать 15%, а карбонатного - 25%. Превышение указанных пределов заметно понижает прочность вяжущего - составы 2б и 6. Минимальная доля вводимых добавок для кремнеземистого и карбонатного компонентов не должна быть менее 1% (составы 2б и 3), а для пластификатора - менее 0,1% (состав 1а).

Для кремнеземистого и карбонатного компонентов минимум содержания определяется, исходя из уровня дополнительных затрат, связанных с усложнением технологического процесса: при увеличении количества компонентов. Эффект от их включения в композицию должен превышать затраты на усложнение технологической схемы, связанные с установлением дополнительных расходных бункеров и дозаторов. Поскольку эти компоненты дешевле глиноземистого цемента, который они частично замещают в композиции, то целесообразно, чтобы доля кварца в композиции была не ниже 5, а известняка не менее 15%.

Введение в композиции кремнеземистого компонента снижает в гипсоцементном тесте концентрацию гидрооксида глинозема и сульфат-иона, что замедляет формирование гидросульфоалюминатов кальция, основной фазы цементного камня, образующейся при гидратации глиноземистого цемента в присутствии гипса. Указанное разбавление способствует замедлению схватывания вяжущего. Карбонатный компонент образует с продуктами гидратации глиноземистого цемента комплексные гидратные фазы, увеличивающие прочность формирующегося цементного камня, что позволяет уменьшить в композиции содержание затратной цементной составляющей без снижения прочности. Кроме того, разбавление композиции карбонатным компонентом усиливает «эффект разбавления» от введения кремнеземистого компонента, то есть дополнительно удлиняет сроки схватывания. Присутствие в композиции пластификатора, а также ее тонкое измельчение до остатка на сите 008 менее 5%, повышает эффективность от введения кремнеземистой и карбонатной добавок. По этой причине прочность композиции, несмотря на существенное снижение в ней количества цемента, остается высокой.

Использование предлагаемого способа позволит получать безусадочное вяжущее с высокими прочностными показателями, оптимальным по продолжительности интервалом схватывания при одновременном снижении стоимости композиции на 15-30%.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения безусадочного вяжущего на основе композиции глиноземистого цемента и гипса, включающий дозирование и последующее тонкое совместное измельчение компонентов, отличающийся тем, что в состав композиции при совместном измельчении ее компонентов дополнительно вводят 1-15% кремнеземистого, 1-25% карбонатного, 0,1-1,5% пластифицирующего компонентов, а полученную смесь измельчают до остатка на сите 008 не более 5%.

www.freepatent.ru

состав для изготовления легковесного безобжигового огнеупора - патент РФ 2294906

Изобретение относится к составам для производства легковесных безобжиговых огнеупоров и может быть использовано как материал для изготовления теплоизоляционного слоя конструкции футеровок, непосредственно не соприкасающегося с печной средой. Состав для изготовления легковесного безобжигового огнеупора, включающий цемент, наполнитель, пенообразователь и воду, в качестве цемента содержит высокоглиноземистый цемент, в качестве наполнителя - шамотный наполнитель - тонкомолотый бой огнеупорного шамотного кирпича, в качестве пенообразователя - пенообразующее поверхностно-активное вещество ПАВ - «ПО-6К» и дополнительно - алюмосиликатный заполнитель природный каолинит Al2O 3 2SiO2 2h3O и полимерные добавки - фенолформальдегидную смолу и поливинилацетатную дисперсию в соотношении 1:1 при следующем соотношении компонентов, мас.%: высокоглиноземистый цемент 10...16, указанный шамотный наполнитель 5,0...6,0, указанное ПАВ 0,4...0,5, указанный заполнитель 32...34, указанные полимерные добавки 1,4...1,6, вода остальное. Технический результат: уменьшение средней плотности и коэффициента теплопроводности материала при обеспечении прочности, достаточной для транспортировки, монтажа и эксплуатации легковеса в теплозащитных конструкциях тепловых агрегатов. 2 табл.

Изобретение относится к составам для производства легковесных безобжиговых огнеупоров и может быть использовано как материал для изготовления теплоизоляционного слоя конструкции футеровок, непосредственно не соприкасающегося с печной средой.

Известен состав легкого жаростойкого бетона ячеистой структуры /1/, содержащий, мас.%:

Глиноземистый цемент12...16
Отработанный катализатор производства серы7...8
Пиритные огарки2,5...3,5
Керамзитовая пыль20...24
Пенообразователь «Унипор»1,5...2,5
ВодаОстальное

Недостатком указанного состава является достаточно высокая средняя плотность и высокий коэффициент теплопроводности материала.

Этот недостаток устраняется уменьшением средней плотности и коэффициента теплопроводности материала при обеспечении прочности, достаточной для транспортировки, монтажа и эксплуатации легковеса в теплозащитных конструкциях тепловых агрегатов.

Указанный эффект достигается тем, что состав для изготовления легковесного безобжигового огнеупора содержит в определенных количествах цемент, наполнитель, пенообразователь и воду. В качестве цемента он содержит высокоглиноземистый цемент (ВГЦ 1 ГОСТ 969-91), в качестве наполнителя - шамотный наполнитель - тонкомолотый бой огнеупорного шамотного кирпича, в качестве пенообразователя - пенообразующее поверхностно-активное вещество ПАВ - «ПО-6К» и дополнительно алюмосиликатный заполнитель - природный каолинит Al2O3 2SiO2 2h3O и полимерные добавки - фенолформальдегидную смолу и поливинилацетатную дисперсию в соотношении 1:1.

Соотношение компонентов следующее, мас.%:

Высокоглиноземистый цемент 10...16
Указанный шамотный наполнитель 5,0...6,0
Указанное ПАВ0,4...0,5
Указанный заполнитель32...34
Указанные полимерные добавки 1,4...1,6
Вода Остальное

Материал готовили в два этапа. На первом этапе смешивали необходимое количество воды с полимерными добавками и раствором пенообразующего ПАВ. После перемешивания вышеуказанных компонентов производили вспенивание раствора путем увеличения скорости вращения ротора до 800...1000 об/мин. На втором этапе, не прекращая перемешивания, вводили в пеномассу минеральные компоненты: вяжущее, алюмосиликатный и шамотный наполнители.

Образцы выдерживали в течение трех суток при естественных условиях твердения до набора прочности и частичного испарения избытка воды. Увеличение набранной прочности достигалось путем первого нагрева материала до температуры 1250-1300°С.

Использование высокоглиноземистого цемента в сочетании с природными алюмосиликатами и пеномассой, изготовленной путем смешивания синтетического ПАВ с водоразбавленными полимерами, позволило обеспечить достаточную прочность и устойчивость структуры материала при минимальной плотности.

Примеры составов для изготовления легковесного безобжигового огнеупора и свойства готовых изделий приведены в табл.1 и табл.2.

Таблица 1
КомпонентСоставы предлагаемой композиции, мас.%Прототип
1 2
Глиноземистый цемент --12...6
Высокоглиноземистый цемент 12,016,0-
Отработанный катализатор производства серы -- 7...8
Пиритные огарки --2,5...3,5
Керамзитовая пыль  -20...24
Указанный алюмосиликатный заполнитель 34,032,0-
Указанный шамотный наполнитель 5,06,0-
Указанная полимерная добавка 1,41,6-
Пенообразователь0,5 0,41,5...2,5
Вода47,1 44Остальное
Примечание - состав легкого жаростойкого бетона ячеистой структуры [1].
Таблица 2
СоставСредняя плотность,кг/м 3Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·°С)Предел прочности при сжатии, кгс/см2
До обжига
Предлагаемой композиции№1450 0,096
№2500 0,108
После обжига
Предлагаемой композиции№1350 0,0810
№2450 0,0912
Прототип450...600 0,14...0,18140...162

Литература (прототип):

1. Горин В.М., Сухов В.Ю., Нечаев П.Ф., Хлыстов А.И., Риязов Р.Т. Легкий жаростойкий бетон ячеистой структуры // Строительные материалы. 2003. №8. С.17-19.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Состав для изготовления легковесного безобжигового огнеупора, включающий цемент, наполнитель, пенообразователь и воду, отличающийся тем, что в качестве цемента он содержит высокоглиноземистый цемент, в качестве наполнителя - шамотный наполнитель - тонкомолотый бой огнеупорного шамотного кирпича, в качестве пенообразователя - пенообразующее поверхностно-активное вещество (ПАВ) ПО-6К, и дополнительно алюмосиликатный заполнитель - природный каолинит Al2O3·2SiO 2·2h3O и полимерные добавки - фенолформальдегидную смолу и поливинилацетатную дисперсию в соотношении 1:1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Высокоглиноземистый цемент 10 - 16
Указанный шамотный наполнитель 5,0 - 6,0
Указанное ПАВ0,4 - 0,5
Указанный заполнитель32 - 34
Указанные полимерные добавки 1,4 - 1,6
Вода Остальное

www.freepatent.ru


Смотрите также