СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
METHOD OF PRODUCING GLASS-SILICA BASED ON MINING WASTES

Изобретение касается производства стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности, используемого в строительстве.
Известен «Стеклокремнезит», патент РФ №2097344, включающий засыпку в металлическую форму верхнего тонкого слоя кварцевого песка с модулем крупности 2,0-2,4, последующую засыпку верхнего слоя из смеси фторида магния с дробленым отходом оптического стекла фракции 1,25-5,0 мм, спекание гранул при температуре 1300°C в печи в течение 30 минут, кристаллизацию и отжиг изделий.
Недостатком аналога является высокая энергоемкость технологического процесса, а также использование дефицитных сырьевых материалов.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является «Способ получения стеклокремнезита», патент РФ №2361739, заключающийся в последовательной засыпке нижнего слоя доменным и мартеновским шлаком, взятым при массовом соотношении 1:1 соответственно, и верхнего слоя из смеси листового и светотехнического стекла, взятых при массовом соотношении 1:1 соответственно, с использованием гранул электротермофосфорного шлака, укладываемого между нижним и верхним слоем, с последующим спеканием при температуре 820-870°C, отжигом и обрезкой кромок.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и длительность технологического процесса, заключающаяся в предварительной укладке нижнего, промежуточного и верхнего слоев, а также высокая энергоемкость.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение способа получения стеклокремнезита, снижение энергоемкости и трудоемкости технологического процесса.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в устранении ряда трудоемких технологических операций, при этом спекание осуществляют при более низкой температуре.
Технический результат достигается тем, что способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей 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 отходов горнодобывающей промышленности с жидким стеклом при массовом соотношении 3:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя - смесь гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 10:1 соответственно, кроме того, рассев отходов горнодобывающей промышленности осуществляется до 0,5-2,5 мм, а тарных стекол - до 2,0-5,0 мм.
Отличительным признаком предлагаемого способа является:
- стеклосодержащий материал нижнего слоя состоит из смеси отходов горнодобывающей промышленности с жидким стеклом при массовом соотношении 3:1 соответственно;
- стеклосодержащий материала верхнего слоя состоит из смеси гранул тарного стекла с жидким стеклом при массовом соотношении 10:1 соответственно;
- рассев отходов горнодобывающей промышленности осуществляется до 0,5-2,5 мм, а тарных стекол - до 2,0-5,0 мм;
- отсутствие промежуточного слоя.
Отходы горнодобывающей промышленности (ОГП) представляют собой сыпучий материал, не требующий дробления.
В предлагаемом способе по сравнению с известным способом упрощается технология получения стеклокремнезита за счет устранения технологической операции засыпки в формы промежуточного слоя, а также известный способ предусматривает длительную трудоемкую операцию дробления и рассева металлургических шлаков, также высокую температуру спекания, что повышает энергозатраты. В предлагаемом способе существенно снижается длительность и трудоемкость технологического процесса за счет устранения операции дробления доменного и мартеновского шлаков, а также при использовании жидкого стекла снижается температура спекания.
Проведен сопоставительный анализ технологических операций и свойств предлагаемого и известного способов, представленный в таблице 1. Оптимальное количество жидкого стекла в смесях нижнего и верхнего слоев определяли с учетом температуры спекания и прочности стеклокремнезита на сжатие (таблица 2).
Сопоставительный анализ технологических операций и показателей качества предлагаемого и известного способов показал, что в предлагаемом способе устраняется ряд трудоемких технологических операций, а также снижаются энергозатраты за счет более низкой температуры спекания.
Использование жидкого стекла позволяет снизить температуру спекания технологической операции по сравнению с известным способом на 50-70°C.
2
2
Так, в нижнем слое предлагаемого способа зерна кварца железистых отходов обогащения обволакиваются жидким стеклом. В процессе последующей термообработки в системе NaO-SiO наблюдается эвтектика при температуре 793°C. Это способствует образованию плотной структуры нижнего слоя.
2
2
В предлагаемом способе в верхнем слое, состоящем из тарного стекла и жидкого стекла, процесс спекания начинается уже при температуре 725°C, так как в системе NaO-CaO-SiO наблюдается эвтектика [Физическая химия силикатов / Под общ. ред. Пащенко А.А. - Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1977. - 384 с.].
* - оптимальное соотношение
Таким образом, на границе раздела зерен, как стеклообразующего компонента, так и зерен кварца отходов обогащения железистых кварцитов образуется монолитная структура, обеспечивающая высокое качество конечного продукта, в частности, прочности на сжатие и морозостойкость (таблица 1).
Как видно из таблицы 2, оптимальным соотношением ОГП и жидкого стекла является 3:1 соответственно, а боя стекла и жидкого стекла 10:1 соответственно.
Проведенный анализ известных способов получения стеклокремнезита позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию «новизна».
Пример
2
2
3
2
2
3
2
В качестве исходных материалов брали отходы горнодобывающей промышленности следующего химического состава (мас. %): SiO - 66,1; AlO - 2,6; FeO - 6,4; FeO - 2,4; CaO - 2,7; MgO - 4,5; RO - 0,2; P - 0,18; S - 0,17; П.П.П. - 5,6.
Отходы горнодобывающей промышленности рассевали на виброситах с целью удаления пылевидной фракции. Фракцию 0,5-2,5 мм смешивали в лопастном смесителе с жидким стеклом при соотношении 3:1 соответственно. Смесь укладывали в форму.
2
2
3
2
3
2
3
В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного стекла (мас. %): SiO - 69,7; AlO - 3,4; CaO - 60,1; MgO - 3,93; NaO - 14,59; SO - 0,37; FeO - 0,46. После рассева на ситах гранулы размером 2-5 мм смешивали в лопастном смесителе с жидким стеклом при соотношении 10:1 соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 10-15% объема нижнего слоя.
Далее производили спекание при температуре 795°C, отжиг, обрезку кромок и контроль качества готовых изделий.
Пример контроля качества стеклокремнезита:
Для определения прочности на сжатие из блоков стеклокремнезита вырезали кубики алмазным кругом размером 30X30X30 мм. Перед установкой на лабораторный пресс, нижнюю и верхнюю грани кубиков обкладывали паронитовыми прокладками. Разрушение образцов происходило после нагружения пресса.
Прочность сцепления стеклокремнезита на сжатие определяли как среднее арифметическое пяти измерений:
сж
δ=65,2+65,3+65,5+65,7+65,8/5=65,5 МПа.
Морозостойкость определяли по ГОСТ 7025-91 в морозильной камере с принудительной вентиляцией и автоматическим регулированием температуры от -15°C до -20°C при объемном замораживании. Для испытаний брали пять образцов. Продолжительность замораживания - 4  часа. Контроль морозостойкости осуществляли по степени повреждений и потере массы.
Среднюю морозостойкость стеклокремнезита определяли как среднее арифметическое пяти измерений:
F=72+77+75+78+73/5=75 циклов.