СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОГО НЕОРГАНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF PRODUCING SOLID INORGANIC MATERIAL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается получения твердых неорганических материалов для различного применения, например для создания художественных объектов, украшений или опорных элементов в области архитектуры, или покрытий, или адгезивов.
Уровень техники
На практике создание твердых неорганических материалов, особенно для архитектурных частей осуществлялось в течение многих столетий, в частности при создании многих зданий в период Римской империи, главным образом, на основе гидратной или гидравлической извести.
Только совсем недавно, в течение XVIII столетия еще раз был открыт способ создания твердых неорганических материалов, на этот раз в свете новых знаний современной химии. Этот второй период создания и получения твердых неорганических материалов закончился разработкой различных цементов, полученных нагреванием при высоких температурах комбинаций природных полезных ископаемых, извлеченных из карьеров, главным образом известняка и глины. Стадия нагревания этих комбинаций природных полезных ископаемых до высоких температур дает возможность получать цементный материал, который при контакте с водой реагирует с образованием твердого неорганического материала с хорошими показателями механической прочности.
2
3
3
2
3
Наиболее часто используемым в промышленности является цемент, известный как "Portland", который является смесью силиката кальция и алюмината кальция, получаемый из смеси извести СаО с диоксидом кремния SiO, глиноземом АlO и оксидом железа (III) FеO.
3
2
2
2
3
2
3
4
За немногими исключениями необходимую известь получают из карбонизированных пород, а глинозем, диоксид кремния и оксид железа получают из глин. На практике известняк и глину извлекают из карьеров, размалывают и гомогенизируют перед обжигом при высокой температуре около 1450°С с образованием "клинкера", который затем охлаждают, например, гашением, затем размалывают для получения готового цемента. Клинкер в основном содержит трикальций силикат СS 3СаО·SiO, бикальций силикат CS 2CaO·SiO и промежуточную фазу, образованную из трикальций алюмината СА 3СаО·АlО и алюминоферрита CAF, иногда частично стекловидные, особенно в случае энергичного быстрого охлаждения.
В существующем уровне техники были исследованы различные подходы для получения альтернативных цементу твердых неорганических материалов для различных целей, особенно исследовались способы, которые не требуют обязательных стадий нагревания до высоких температур.
В частности, были описаны способы получения твердых неорганических материалов, в которых алюмосиликатные оксиды смешивают в водных растворах коллоидного диоксида кремния и щелочного полисиликата с сильными основаниями NaOH или КОН, как описано в патенте Франции 2 659 319. Различные альтернативы или усовершенствования способа, описанного в патенте Франции 2489290, описаны в WO 82/00816, WO 91/13840, WO 92/04298, WO 95/13995, WO 96/28398 и WO 98/31644.
С помощью вышеупомянутых способов возможно удовлетворительным способом приготовить твердые неорганические материалы, которые не содержат вяжущие добавки типа цемента или другого вяжущего агента типа клея, гумми, жирных кислот или синтетической смолы. Однако на практике было показано, что в некоторых из этих способов получения гомогенного конечного неорганического материала включают использование стадии осушки и затвердевания без доступа атмосферного воздуха, например, погружением образовавшегося промежуточного продукта в жидкость, такую как вода.
4
Можно также упомянуть материалы, описанные в патенте Японии 2000129258, полученные смешиванием прокаленных промышленных потоков, содержащих СаО и щелочные соли с цементом и/или гипсом, или материалы, описанные в патенте Японии 09235147, полученные смешиванием золы, содержащей СаО и CaSO с источником извести, кварца и/или гипса.
С целью создания твердых неорганических материалов в существующем уровне техники были изучены многие другие процессы с использованием большого количества различных исходных продуктов.
Патент США 4642137 описывает состав вяжущего вещества для портландцемента, содержащего смесь шлака, кристаллического сланца или обожженой глины, аморфного диоксида кремния, растворенного силиката калия и гидроксида калия.
Европейский патент ЕР 452913 описывает состав для строительства дорог, содержащий смесь силиката с карбонизированной породой и регулятором щелочности.
Патент Германии 19600977 описывает пастообразную пену, включающую смесь силиката, агента для затвердевания, который является щелочным составом, и вспенивателя, который является комбинацией кислота/основание.
Патент Германии 2356524 описывает вяжущее вещество для производства базальтового твердого неорганического материала с применением растворенного щелочного силиката и фосфата или бората.
Чрезвычайное разнообразие комбинаций продуктов и способов производства твердых неорганических материалов, описанных в существующем уровне техники, иллюстрирует, по существу, эмпирический характер их развития и также очень узкий и ограниченный по времени характер их изучения специалистами в данной области.
Сущность изобретения
Заявитель разработал способ получения твердого неорганического материала, который является альтернативным или усовершенствованным по отношению к известным способам.
В частности, заявитель пробовал разработать способ для создания твердых неорганических материалов, которые могут быть получены любым известным способом, таким как литье, формовка, трамбование, впрыск и также опалубки перед стадией затвердевания.
В частности, заявитель стремился развить способ получения твердого неорганического материала, для которого стадия затвердевания может быть выполнена при атмосферном давлении и при температуре окружающей среды или с умеренным нагреванием.
В частности, заявитель разработал уникальный способ, который делает возможным получение твердых неорганических материалов различных составов и, таким образом, с различными механическими характеристиками и эстетическим внешним видом при применении или использовании твердого конечного объекта.
После многочисленных исследований заявитель разработал новый способ получения неорганического гидравлического вяжущего вещества, включающего, по меньшей мере: (i) кремний, (ii) алюминий и (iii) кальций и/или магний.
Осуществление изобретения
2
4
Объектом настоящего изобретения является способ получения твердого неорганического материала, содержащий следующие стадии: а) получение водной пасты, включающее следующие стадии: а1) получение пасты взаимодействием (i) порошка одного или более материалов, содержащих соединение или комбинацию соединений кремния в форме безводного диоксида кремния SiO или гидратированного диоксида кремния Si(OH) с (ii) неорганическим основанием или комбинацией неорганических оснований, необязательно с (iii) добавлением воды;
a2) выполнение одной из следующих стадий а2-1 или а2-2):
а2-1) получение состава, содержащего соединение или комбинацию соединений, выбранных из группы, включающей: (i) серную кислоту, (ii) соль серной кислоты, выбранную из щелочных сульфатов, щелочноземельных сульфатов, сульфатов металлов или смешанных сульфатов, (iii) органическую кислоту, (iv) соль органической кислоты и (v) бикарбонат калия или бикарбонат аммония или
- а2-2) получение жидкого или пастообразного состава смешиванием:
- соединения или комбинации соединений, выбранных из (i) серной кислоты, (ii) соли серной кислоты, выбранной из щелочных сульфатов, щелочноземельных сульфатов, сульфатов металлов или смешанных сульфатов, (iii) органической кислоты, (iv) соли органической кислоты и (v) бикарбонат калия или бикарбонат аммония;
- по меньшей мере, одного неорганического или органического основания; и
- при необходимости, воды;
а3) получение состава, содержащего дополнительный кристаллический или аморфный минерал или комбинацию дополнительных кристаллических или аморфных минералов, выбранных из силикатов, соединений, содержащих алюминий и кислород и карбонатов, причем составы, полученные на стадиях а1) - а3) должны быть такими, чтобы комбинация соединений или составов содержала бы, по меньшей мере, (i) кремний в форме безводного диоксида кремния, (ii) алюминий и (iii) кальций и/или магний; и, необязательно, воду;
а4) получение пасты смешиванием составов стадий а1), a2) и а3).
b) формование пасты, полученной на стадии а); и
c) затвердевание водной пасты, сформированной на стадии b) высушиванием при атмосферном давлении и при температуре менее 99°С до получения твердого неорганического материала.
Термином «щелочной элемент» в сульфатах и тиосолях согласно изобретению обозначается элемент, выбранный из лития (Li), натрия (Na) и калия (К).
Термином «щелочноземельный элемент» в сульфатах согласно изобретению обозначается элемент, выбранный из кальция (Са), магния (Mg) и бериллия (Be).
Термин «металлический элемент» в сульфатах согласно изобретению обозначает элемент, выбранный из первых четырех групп: Периодической таблицы элементов, отличный от Li, Na, К, Са, Mg и Be. Предпочтительно, согласно изобретению металлическим элементом является элемент, выбранный из алюминия (А1), серебра (Ag), меди (Сu), железа (Fe), олова (Sn), никеля (Ni), золота (Аu), платины (Pt), свинца (Рb), титана (Ti), марганца (Мn), хрома (Сr), кобальта (Со), молибдена (Мо), цинка (Zn), циркония (Zr), кадмия (Cd) и ртути (Hg).
В общем, стадию а) вышеупомянутого способа проводят без нагревания от внешнего источника. Стадию а) обычно проводят при комнатной температуре, которая варьируется от 15°С до 35°С, и предпочтительно от 19°С до 30°С.
Не ограничиваясь какой-либо теорией, заявитель считает, что на стадии а) вышеупомянутого способа комбинация (i) некоторых ионов, например ионов натрия или калия, или лития, которая может присутствовать, (ii) ионов сульфата и/или карбоксильных ионов и (iii) минералов, содержащих кремний, алюминий, кальций и/или магний, в присутствии воды является необходимой для получения твердого конечного продукта, в котором эти различные компоненты присутствуют в агломерированной форме; упомянутый конечный твердый продукт имеет внешний вид натуральной породы.
Одним из необходимых компонентов, применяемых согласно способу, является пастообразный состав, полученный на стадии а1); который содержит комбинацию (i) источника кремния и (ii) неорганического основания. Паста, полученная на стадии а1), сохраняет гомогенную структуру даже после обезвоживания, вызванного длительным периодом хранения, например на воздухе; таким образом, высыхание упомянутой пасты не приводит к исключительному образованию гранулированного твердого вещества. Паста, полученная на стадии а1), имеет преимущество в том, что может быть получена в больших количествах и затем может храниться в течение длительного периода перед использованием, например, в течение нескольких месяцев при температуре окружающей среды. При необходимости, после хранения в течение нескольких месяцев паста, полученная на стадии а1), может быть регидратирована перед использованием для обеспечения определенного количества воды для получения требуемой степени вязкости.
Другим необходимым компонентом согласно способу является состав, который получают объединением или смешиванием пасты, полученной на стадии а1), с составом, полученным на стадии а1).
4
Согласно предпочтительному воплощению для получения требуемого состава на стадии а1) применяют один или более материалов, содержащих гидратированный диоксид кремния Si(OH), для которого были получены лучшие результаты.
4
В качестве материалов, содержащих соединение или комбинацию соединений кремния типа гидратированного диоксида кремния Si(OH), предпочтительно применяют материалы, содержащие опал или халцедон. Предпочтительно применяются материалы, выбранные из диатомита, радиоларита, опала, гэза, кремния, песка, яшмы, агата, сланца, лютецита, халцедонита, кварцина, окаменелой древесины и халцедона. Эти материалы предпочтительно используются в форме порошка, который соединяют на стадии а1) с, по меньшей мере, одним неорганическим основанием.
2
3
2
3
2
2
3
2
3
Неорганическое основание предпочтительно выбирают из гидроксида натрия, гидроксида калия, гидроксида лития, карбоната натрия (NaCO; NaCO·10HO), карбоната калия (KCO) и карбоната лития (LiСО).
Наиболее предпочтительно, если неорганическое основание выбирают из гидроксида натрия, гидроксида калия и гидроксида лития.
4
Для получения пасты на стадии а1) с материалом, содержащим гидратированный кварц Si(OH), порошок материала или материалов, содержащих гидратированный диоксид кремния вводят во взаимодействие с неорганическим основанием или основаниями при атмосферном давлении и при температуре, варьирующейся в пределах от 20°С до 120°С, предпочтительно при температуре в пределах от 50°С до 120°С в присутствии воды. В этом конкретном воплощении предпочтительно применяют основания, выбранные из NaOH, КОН, LiOH. Неорганическое основание или основания обычно применяются в жидком виде. К смеси добавляют воду в количествах, определенных специалистами в данной области с помощью обычных тестов. Твердый порошок и жидкость или жидкости смешивают до тех пор, пока паста не будет иметь гомогенный внешний вид и консистенцию в зависимости от количества добавленной жидкости. Паста, полученная на стадии а1), может иметь жидкую или полужидкую консистенцию или может иметь консистенцию твердой пасты. Паста, полученная на стадии а1), включает кроме кремния из гидратированного диоксида кремния и щелочных компонентов из неорганического основания или оснований, большое количество других химических соединений, полученных из исходных материалов, использованных для приготовления пасты. Таким образом, состав, полученный на стадии а1), содержит жидкий или пастообразный минералогический материал, который может иметь сложный химический состав.
2
2
3
2
3
2
3
5
5
В других воплощениях способа для приготовления состава на стадии а1) применяется один или большее количество материалов, содержащих гидратированный диоксид кремния SiO. Согласно этим другим воплощениям пасту на стадии а1) готовят введением порошкообразного материала или материалов, включающих гидратированный диоксид кремния, во взаимодействие с неорганическим основанием или основаниями при давлении выше атмосферного и при температуре выше 120°С. В качестве примера один такой состав на стадии а1) может быть получен сплавлением безводного диоксида кремния и карбоната, выбранного из NаСО, КСО и LiСО при высокой температуре, предпочтительно при температуре от 600°С до 1300°С. При 1300°С получают стекло, которое затем превращают в жидкость в автоклаве, например при температуре, по меньшей мере, 150°С, предпочтительно от 180°С до 200°С, и при давлении от 10 до 3·10 Па обычно в течение нескольких часов в зависимости от количеств. Также в качестве примера при 800°С полученный продукт является твердым веществом, которое затем смешивают с водой при температуре ниже 120°С (температуре испарения воды) в течение периода времени от нескольких минут до нескольких часов. Эта жидкость состоит из диоксида кремния, растворенного в щелочной среде. В некоторых воплощениях конечная жидкость используется непосредственно как продукт стадии а1) для осуществления способа согласно изобретению. В других воплощениях конечную жидкость сначала фильтруют для устранения твердых частиц, которые она может содержать. Жидкий фильтрат затем используют в качестве продукта стадии а1) для осуществления способа согласно изобретению.
4
2-
-
В целом, соединения на основе серы или органических кислот, применяемые на стадии а2) способа, содержат источники кислотных ионов, которые обеспечиваются в конечном составе неорганической водной пасты, которую получают на стадии а4). Таким образом, в зависимости от типа применяемого соединения в водной пасте присутствуют кислотные ионы сульфата SO  или ионы органических кислот, главным образом карбоксильные (ионы) СОО.
2
4
4
2
4
4
Ионы сульфата на стадии а2) могут быть обеспечены присутствием серной кислоты или присутствием щелочных сульфатов, таких как сульфат натрия NaSO, щелочноземельных сульфатов, таких как гипс СаSO·2НО и барит BaSO, или сульфатов металлов, таких как сульфат меди CuSO или алунит.
-
Органические кислотные ионы на стадии а2) могут быть обеспечены присутствием органической кислоты или соли органической кислоты, содержащей одну или несколько карбоксильных групп СОО.
В зависимости от природы соединения-источники кислотных ионов, применяемые на стадии а2), находятся в жидкой или твердой форме, предпочтительно в форме порошка, как специалисты в данной области могут определить из общих технических знаний. В качестве примера серная кислота применяется в жидкой форме. Соль органической кислоты, такая как, например, тартрат калия, может применяться в твердой порошкообразной форме или в форме водного раствора. Источник ионов сульфата, такой как сульфат кальция или неорганическое соединение, содержащее сульфат кальция, такое как гипс, применяется в порошкообразной форме, например такой как гипсовый порошок. Термин "соединение", используемый для определения характеристик стадии а2), включает неорганический материал, который является источником кислотных ионов, такой как гипс.
Термин "порошок" согласно изобретению обозначает твердый материал в форме частиц. Порошок согласно изобретению может быть охарактеризован размером его частиц.
Термин "размер частицы" применяемого порошка обозначает размер частицы такой, что в образце упомянутого порошка присутствует как большое количество частиц с размером менее "размера частицы", так и большое количество частиц с размером более чем "размер частицы". Размер частицы согласно изобретению может быть легко определен специалистами в данной области, например, с помощью способов просеивания через сита, калиброванные по уменьшению размера ячейки. Эти методы являются стандартными для определения размера частиц неорганических твердых соединений, особенно для определения размера частиц образцов пород, включая песок и гравий. Сита с различными размерами ячеек являются коммерчески доступными, например сита с размером ячейки от 0,001 мм до сит с размером ячейки до нескольких сантиметров.
Для осуществления способа согласно изобретению применяют порошки с размерами частицы, которые варьируются в широких пределах, которые особенно зависят от требуемого внешнего вида конечного объекта. В целом, размер частицы порошков различных применяемых материалов может варьироваться в зависимости от материала и требуемого типа водной пасты, в диапазоне от 1 мкм до 10 см, включая диапазон от 10 мкм до 1 см.
Согласно первому воплощению стадии а2), которое называется а2-1) в настоящем описании, получают состав, содержащий исключительно соединение или комбинацию соединений, обеспечивающих кислотные ионы.
2
3
2
3
2
2
3
2
3
4
+
Согласно второму воплощению стадии а2), которая называется а2-2) в настоящем описании, получают состав, полученный смешиванием соединения или комбинации соединений, обеспечивающих кислотные ионы, и, по меньшей мере, одного неорганического или органического основания. На стадии а2-2) неорганическое основание или основания могут быть выбраны из гидроксида натрия, гидроксида калия, гидроксида лития, карбоната натрия (NаСО; NаСО·10НО), карбоната калия (КСО) и карбоната лития (LiСО). Органическое основание может быть аммонием [NH ].
4
3
5
4
3
3
2
3-
-
-
-
На стадии а2), то есть либо на стадии а2-1) либо на стадии а2-2) к составу также может быть прибавлено одно или несколько дополнительных неорганических кислотных соединений, например неорганические соединения, содержащие остатки фосфата [РO ], нитрата [NО ], фторида [F] и хлорида [Сl], особенно соли, образованные этими ионами, такие как апатит Са(РO)(ОН, F, Cl), селитра КНО, флуорит CaF и поваренная соль NaCl.
3
4
3
Дополнительные неорганические кислоты могут быть выбраны из фтороводородной кислоты [HF], хлороводородной кислоты [HCl], фосфорной кислоты [НРO] и азотной кислоты [HNО].
На стадии а3) вводится минерал или комбинация минералов, которые выбирают таким образом, чтобы полученная на конечной стадии а4) паста, которую получают объединением соединений или составов, полученных на стадиях а1)-а3), включала, по меньшей мере, (i) кремний в форме безводного диоксида кремния, (ii) алюминий и (iii) кальций и/или магний.
Во многих воплощениях способа по изобретению состав, полученный на стадии а3), содержит воду.
Как будет подробно объяснено далее, состав, полученный на стадии а3), может содержать одно или несколько дополнительных соединений или материалов, отличных от силикатов, алюминатов и карбонатов.
На стадии а3), например, в зависимости от воплощений стадий а1) и а2) могут применяться следующие кристаллические или аморфные неорганические материалы, выбранные из силикатов, алюминатов и карбонатов, индивидуально или в комбинациях:
- силикаты, состоящие из чистого диоксида кремния, такого как кварц, кристобалит, тримидит, стишовит или аморфного диоксида кремния,
- алюмосиликаты, включая (i) природные глины и обожженные глины, принадлежащие к группам каолинита, иллита, смектита, вермикулита и также метакаолина, терракота, (ii) полевые пшаты, такие как калийный полевой шпат (ортоклаз) или плагиоклазный полевой щпат, (iii) слюду, такую как мусковит, (iv) вулканическое стекло, такое как андезит, базальт и пуццолан или также (v) сланцы, такие как аспидный сланец, (vi) цеолиты, (vii) гранаты и (viii) некоторые амфиболы, щелочноземельные силикаты, такие как тальк, серпентин, асбест, волластонит, пироксены, оливины и некоторые амфоболы;
- алюминаты, такие как гиббсит, глинозем и диаспора,
- щелочные или щелочноземельные карбонаты, такие как кальцит, долмит, магнезит и натрон; и
- карбонаты металлов, такие как малахит и родохрозит.
Минерал или комбинация минералов, полученная на стадии а3), обычно присутствует в виде порошка с размером частиц, варьирующим от 1 мкм до 10 см, предпочтительно от 10 мкм до 5 мм, и наиболее предпочтительно от 10 мкм до 1 мм. Порошок с размером частиц, варьирующих от 1 мкм до 1 мм, применяется при работе с минералом, полученным механическим перемалыванием породы. Порошок с размером частиц порядка 1 см используется при работе с грубым порошкообразным минералом, полученным естественным раздроблением породы.
Должно быть понятно, что на стадии а3) может быть получена комбинация минералов, в которой каждый минерал имеет специфический размер частицы, отличный от размера частицы, по меньшей мере, одного другого минерала упомянутой комбинации. В результате состав, полученный на стадии а3), может содержать частицы с различным распределением по размерам.
Состав, полученный на стадии а3), может, в некоторых воплощениях, также содержать неорганическое или органическое основание или комбинацию неорганических и/или органических оснований.
Неожиданно было найдено, что согласно изобретению объединение, по меньшей мере, составов, полученных на стадиях а1), а2) и а3), позволяет получать твердый неорганический материал простой стадией затвердевания при высушивании при атмосферном давлении в изолированной среде или при контакте с воздухом.
Также неожиданно было показано, что комбинация, полученная на стадии а4), делает возможным получение водной неорганической пасты различной консистенции в зависимости от содержания жидкости, к которой могут быть прибавлены дополнительное неорганическое соединение или комбинация неорганических соединений, которые могут придавать конечному продукту различные, изменяемые характеристики механической прочности или эстетические характеристики.
Кроме того, благодаря описанному способу твердый неорганический материал может быть получен без прибавления к составам, полученным на стадиях а1)-а3), любых дополнительных вяжущих добавок из тех, которые применяются в настоящее время в известных способах для получения твердых неорганических материалов, иногда называемых "искусственным камнем". Таким образом, на стадии а) способа по изобретению паста, полученная на стадии а4), может быть свободной от любых вяжущих добавок, особенно любых вяжущих добавок цементного типа, включая портландцемент, и от любых вяжущих добавок типа жирной кислоты или смолы. Особенно на стадии а4) полученная паста может быть свободна от любой смолы животного или растительного происхождения, особенно от каменноугольного масла, такого как канифоль, сосновая смола, смола даумара, смола каури, янтарная смола или копал. В то же время паста, полученная на стадии а4), может быть свободной от любой вяжущей смолы, содержащей твердое или жидкое жирное вещество, особенно жирные кислоты или глицериды, такие как олеин, стеарин или линолин. Также паста, полученная на стадии а4), может быть свободной от смолы, основанной на одном или нескольких синтетических полимерах или сополимерах, особенно силиконе, полиэфире, полиакрилате, полиметакрилате, полиметилметакрилате или любом другом синтетическом полимере или сополимере, особенно поперечносшитых полимерах или сополимерах.
Как показано в примерах и независимо от способа воплощения, стадия с), стадия затвердевания, обычно выполняется при температуре ниже 70°С. Во многих случаях неорганическая водная паста, которая была сформована на стадии b), может затвердеть на стадии с) высушиванием при температуре окружающей среды или при очень умеренном нагревании при температуре ниже 40°С, как показано в примерах.
В зависимости от комбинации составов, применяемых на стадии а4), и/или их относительных количеств в смеси, и общего количества воды, используемой для приготовления конечной водной пасты, специалисты в данной области определят с помощью обычных тестов оптимальные условия для затвердения на стадии с), особенно температурные условия затвердения. Для данной водной пасты, полученной на стадии а), специалисты в данной области могут варьировать температурные условия в пределах, указанных выше, и продолжительность процесса с помощью обычных тестов. Так, если добиваются быстрого затвердения водной пасты, стадия с) может проводиться при температуре выше температуры, которая применяется, когда стадия с) проводится без ограничения времени. Таким же образом продолжительность затвердения может варьироваться в зависимости от общего количества воды на стадиях а1) и а2) для получения конечной водной пасты.
Обычно 100 мас.ч. водной пасты, полученной на стадии а4), содержат от 5 до 50 мас.ч. воды, и, наиболее часто, от 5 до 30 мас.ч. воды. В большинстве случаев, 100 мас.ч. конечной водной пасты содержат от 10 до 30 мас.ч. воды.
Количества составов, полученных на стадиях а1), а2) и а3), могут варьироваться в широких пределах, как показано в примерах, и, однако, они дают возможность получения твердого неорганического материала.
Однако предпочтительно, чтобы количество состава, полученного на стадии а2), составляло не менее 0,5 вес.ч. и более предпочтительно не менее 5 мас.ч. на 100 мас.ч. конечной водной пасты, полученной на стадии а4).
Предпочтительно, чтобы количество состава, полученного на стадии а3), составляло не менее 0,5 мас.ч. и более предпочтительно не менее 5 мас.ч. на 100 мас.ч. конечной водной пасты, полученной на стадии а4).
Предпочтительно, чтобы количество состава, полученного на стадии а1), составляло не менее 0,5 мас.ч. и более предпочтительно не менее 5 мас.ч. на 100 мас.ч. конечной водной пасты, полученной на стадии а4).
В некоторых воплощениях стадии а4) способа, (а) составы, полученные на стадиях а1) и а3), сначала смешивают, затем (b) прибавляют либо (i) состав, полученный на стадии а2-1, или (ii) состав, полученный на стадии а2-2).
В других воплощениях стадии а4) все или часть неорганических веществ, полученных на стадии а3), смешивают отдельно с составами, полученными на стадиях а1) и а2), затем две соответствующие смеси объединяют в конце стадии а4).
В еще одних воплощениях способа составы, полученные на стадиях а1) и а2), сначала смешивают и затем прибавляют состав, полученный на стадии а3).
В общем, для указанных выше температур продолжительность стадии затвердевания с) может составлять от 2 мин до 100 ч для получения конечного продукта в твердом виде.
Чтобы получить твердое неорганическое вещество с характеристиками механической прочности, которые бы не изменялись со временем, стадия затвердевания с) может сопровождаться стадией d) отверждения или окончательного затвердевания, продолжительность которой может составить до нескольких недель, например 5-6 недель. Обычно стадию d) отверждения или окончательного затвердевания проводят при температуре окружающей среды или при умеренной температуре, например при температуре от 20°С до 60°С.
Согласно способу по изобретению стадия с) затвердевания не требует никакой защиты объекта, сформированного на стадии b) от контакта с воздухом.
Таким образом, согласно первому аспекту стадия затвердевания с) выполняется при контакте с атмосферным воздухом. Согласно этому аспекту стадия затвердевания с) может выполняться при контакте с атмосферным воздухом при температуре окружающей среды. Согласно этому же аспекту при выполнении стадии затвердевания с) при температуре выше температуры окружающей среды стадия затвердевания с) может выполняться в нагревательном шкафу или печи. В частности, заявитель наблюдал формирование глазури предпочтительно на поверхности или поверхностях объекта, который затвердевал, или на поверхности или поверхностях затвердевающего объекта, который находился в непосредственном контакте с воздухом при проведения стадии затвердевания с).
Согласно другому аспекту стадия затвердевания с) может проводиться в изолированной среде при температуре окружающей среды без циркуляции атмосферного воздуха, включая полное погружение формованной пасты в воду.
В зависимости от типа требуемого конечного объекта после стадии затвердевания с), за которой необязательно следует стадия d) отверждения или окончательного затвердевания, может сопровождаться стадией е) обжига твердого неорганического объекта. Стадия обжига предпочтительно проводится при температуре выше 1500°С. Необязательная стадия обжига е) согласно способу может присутствовать независимо от того, включает ли этот способ необязательную предшествующую стадию отверждения или окончательного затвердевания d) или нет.
Стадия обжига е) может быть выполнена в камере печи, оборудованной воздушными вентилями, которые могут открываться или закрываться.
В основном стадию обжига е) после затвердевания и, необязательно, после отверждения и окончательного затвердевания включают для того, чтобы получить стеклование поверхности затвердевшего объекта; это стеклование напоминает эмаль или стекло особенно для производства черепицы, ювелирных украшений, декоративных объектов, изделий для ванной и так далее.
В качестве примера на стадии а) отношение массы состава, полученного на стадии а1), к общей массе материалов, полученных на стадиях а2) и а3), может варьироваться от 1/10 до 1/0,1.
Как уже описано, отношения масс различных составов, полученных на стадиях а1), а2) и а3), для образования водной пасты, полученной на стадии а4), могут значительно изменяться в зависимости от типа производимого твердого неорганического материала. Для определения пропорций различных соединений, применяемых для производства водной пасты на стадии а4), специалисты в данной области могут использовать обычные тесты для определения оптимальных количеств этих соединений в зависимости от цели, которая должна быть достигнута с помощью многочисленных воплощений способа по изобретению, которые иллюстрируются в примерах.
Другие аспекты данного изобретения описаны ниже.
2
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что на стадии а1) или на стадии а3) материал или материалы, содержащие соединение или комбинацию соединений кремния типа безводного диоксида кремния (SiO), выбирают из кварца, тримидита, кристобаллита, стишовита или аморфного диоксида кремния.
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что кварц выбирают из горного хрусталя, аметиста, розового кварца, дымного кварца, цитрина, молочного кварца, празеолита, авантюрина или волокнистого кварца.
2
2
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что материал или материалы, содержащие соединение или комбинацию соединений кремния типа безводного, диоксида кремния (SiO), выбирают из аморфного силиката, в частности аморфного силиката вулканического происхождения, содержащего более 20 мол.% SiO к общему числу молей упомянутого силиката.
2
2
2
5
4
2
2
3
2
3
10
2
4
7
20
4
0,7
4
8
20
4
2
0,6
6
8
20
4
2
2
5
4
4
10
2
2
2
3
6
18
3
2
2
2
2
5
4
2
10
2
4
6
4
10
8
5
3
2
4
10
4
3
3
4
10
2
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что материал или материалы, содержащие соединение или комбинацию соединений кремния типа безводного диоксида кремния (SiO), выбирают из каолинита AlSiO(OH), метакаолина 2SiO АlO, пренхита Са(Аl) [АlSiО](ОН), иллита KAl [SiAlO](OH), смектита (1/2 Са, Na) (Al[Si, Al]O](OH)·nHO, вермикулита (Mg, Са) Аl[(SiAl)O](OH)·nH0, андалузита AlSiO, апофиллита KCaF(SiO)·8HO], берилла АlВеSiO, хризоколла СuSiO·nHO, диоптаза CuSiO(OH), цианита AlSiO, миллита AlSiO, оливина (MgFe)(SiO), серпентина MgSiO(OH), титанита CaTiSiO, стеатита Mg(OH)SiO, циркона ZrSiO, волластонита СаSiO и талька MgSiO(OH).
2
3
8
3
8
2
2
8
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что материал или материалы, содержащие соединение или комбинацию соединений кремния типа безводного диоксида кремния (SiO), содержат шпат, выбранный из ортоклазных шпатов КАlSiO, включая ортоклаз, микроклин и санидин, плазиоклазных шпатов, включая альбит NаАlSiO и анортит CaAlSiO.
2
3
4
4
6-8
6
6
24
4
3
1-2
2
2
6
2
6
2
8
6
6
24
2
4-8
6
6
24
4
1-2
4-8
6
6
24
4
8
6
6
24
4
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что материал или материалы, содержащие соединение или комбинацию соединений кремния типа безводного диоксида кремния (SiO), содержат шпат, включая нефелин (Nа, К) AlSiO, кальсилит SiAlOK, канкринит или вишневит (NаСаК)[SiАlO][(SO,СО,СI,ОН]·nНO, лейцит КАlSiO, анальцит NaAlSiO·HO, содалит NаSiАlOСl, гаюин (Na,Ca)[SiAlO](SO), лазурит (Na, Са)[SiАlO](SO, S) и нозеан Na[SiАlO](SO).
2
3
2
6
2
6
3
2
6
2
6
2
6
6
6
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что материал или материалы, включающие состав или комбинацию составов кремния типа безводного диоксида кремния (SiO), содержат пироксен, выбранный из ортопироксена, включающего энстатит MgSiO, эгирин NaFeSiO, пижонит (Mg, Fe, Ca)(Mg, Fе)SiO и ферросилит FеSiO; клинопироксена, включающего диоксид CaMgSiO, аугит (Са, Fe, Mg) (Si, Аl)O, жадеит NaAlSiO и сиодумен LiАlSiО.
2
3
3
10
2
2
3
10
2
2
3
10
2
9
8
20
4
2
3
3
10
2
2
2
3
10
2
1,6
4
7
3
0,7
20
4
2
4
6
2
20
4
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что материал или материалы, включающие состав или комбинацию составов кремния типа безводного диоксида кремния (SiO), содержат слюду, такую как биотит K(Fe,Mg)AlSiO(OH,F), мусковит KAl(AlSiO)(OH,F), бромомусковит КАlBSiО(ОН,F), гидробиотит K(Mg,Fe)(Si,Al)O(OH)·nHO, флогопит KMg(AlSiO)(F,OH), лепидолит KLiAl(OH,F)AlSiO, циннвальдит KLiFeAl(O,F), глауконит (K,Ca,Na)(Fe,Al,Mg)Si,AlO(OH) и парагонит NaAl[SiAlO](OH).
2
3
2
4
3
3
2
4
3
3
2
4
3
2
4
3
3
2
4
3
2
4
3
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что материал или материалы, включающие состав или комбинацию составов кремния типа безводного диоксида кремния (SiO), состоит из граната, который выбирают из алмандина FеАl(SiO), андрадита СаFе(SiO), гроссуляра СаАl(SiO), пиропа MgAl(SiO), спессартина МnАl(SiO), и уваровита СаСr(SiO).
2
4
3
3
6
24
3
4
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что материал или материалы, включающие состав или комбинацию составов кремния типа безводного диоксида кремния (SiO), содержат скаполит (Nа,Са,К)[Аl(Аl,Si)SiO](Сl,СО,SiO).
2
2
2
2
2
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что материал или материалы, включающие состав или комбинацию составов кремния типа безводного диоксида кремния (SiO), содержат цеолит (Na,K,Ca,Ba)[(Al,Si)O]n·xHO.
В некоторых воплощениях способ характеризуется тем, что материал или материалы, включающие состав или комбинацию составов кремния (использованного на стадии а1), и, необязательно, также на стадии а3), присутствуют в форме диоксида кремния, извлеченного из растения, такого как хвощ (Equisetum arwense), папоротник, рисовая солома, тростник, папирус и хлебных растений, таких как пшеница и ячмень.
2
3
2
3
2
2
3
2
3
Предпочтительно когда на стадии а1) минеральное основание выбирают из гидроксида натрия, гидроксида калия, гидроксида лития, карбоната натрия (NаСО или NaCO·10HO), карбоната калия КСО и карбоната лития LiСО.
4
2
Предпочтительно когда на стадии а2) соль серной кислоты состоит из гипса [CaSO·2HO].
Предпочтительно когда на стадии а2) для органической кислоты или соли органической кислоты упомянутая органическая кислота состоит из карбоновой кислоты, выбранной из алкилкарбоновых кислот с количеством атомов углерода от 2 до 20 и арилкарбоновых кислот с количеством атомов углерода от 6 до 20.
3
6
5
3
2
2
2
2
2
2
3
2
2
6
5
5
6
4
2
3
2
3
6
4
2
2
3
Предпочтительно когда алкилкарбоновые кислоты и арилкарбоновые кислоты выбирают из уксусной кислоты [СНСООН], бензойной кислоты [СНСООН], бутановой кислоты [СНСНСНСООН], хлоруксусной кислоты [ClCHCOOH], лимонной кислоты [НООСС(O)(СНСООН)], муравьиной кислоты [НСООН], фумаровой кислоты [транс-НООССН-СНСООН], гликолевой кислоты [НОСНСООН], молочной кислоты [СНСН(ОН)СООН], малеиновой кислоты [цис-НООССН-СНСООН], яблочной кислоты [НООССН(ОН)СНСООН], малоновой кислоты [НООСCHСООН], миндальной кислоты [СНСНOН)СООН], о-фталевой кислоты [о-СН(СООН)], щавелевой кислоты [НООССООН], пропановой кислоты [СНСНСООН], пировиноградной кислоты [СНСОСООН], салициловой кислоты [о-СН(ОН)СООН], янтарной кислоты [НООССНСНСООН], винной кислоты [НООССН(ОН)СН(O)СООН], трихлоруксусной кислоты [ССlССООН].
Предпочтительно когда соль органической кислоты выбирают из солей кислот, описанных выше, включая соли калия и натрия. Согласно изобретению в соли органических кислот включают битартрат калия.
Если желательным конечным продуктом является окрашенный продукт, например цветной керамический материал после обжига при высокой температуре, на стадии а), обычно на стадии а3), могут быть прибавлены различные химические вещества, содержащие металл, такой как Fe, Сu, Со, Mn, Cr, Zn, Ti, Pb, Ag или Au. Упомянутые химические вещества, содержащие металл, могут быть прибавлены в форме металлической стружки, чистых оксидов металлов или в форме минералов, содержащих металлы, таких как силикаты, карбонаты, алюминаты, сульфаты или солей металлов в конечном счете в виде растворов. В этих воплощениях высокотемпературный обжиг проводится на стадии е), например, при температуре выше 700°С в течение нескольких часов. В других воплощениях на стадии а) прибавляют некоторое количество цинка, обычно прибавляют к составу, полученному на стадии а3), для увеличения агломерации конечной пасты, полученной на стадии а4), и для увеличения характеристик механической прочности твердого конечного продукта, включая прочность при контакте с водой или водным раствором. Цинк может быть добавлен в форме оксида цинка ZnO в массовом количестве, которое может быть легко определено с помощью обычных тестов специалистами в данной области. Например, на стадии а) количество прибавленного оксида цинка может варьироваться от 0,1% до 10% по массе, по отношению к общей массе конечной пасты, полученной на стадии а4).
Другие конкретные воплощения способа проиллюстрировали в примерах.
Другим объектом существующего изобретения является водная неорганическая паста для производства твердого неорганического материала, который характеризуется тем, что состоит из смеси, содержащей:
2
4
a) пасту, полученную взаимодействием (i) порошка одного или более материалов, содержащих соединение или комбинацию соединений кремния, присутствующего в форме безводного диоксида кремния (SiO) или гидратированного диоксида кремния (Si(OH)), с (ii) неорганическим основанием или комбинацией неорганических оснований, необязательно, с (iii) прибавлением воды;
b) состав, выбранный из:
b1) состава, состоящего из соединения или комбинации соединений, выбранных из (i) серной кислоты, (ii) соли серной кислоты, выбранной из щелочных сульфатов, щелочноземельных сульфатов, металлических сульфатов или смешанных сульфатов, (iii) органической кислоты и (iv) соли органической кислоты; или
b2) жидкости или пасты, полученной смешиванием:
- соединения или комбинации соединений, выбранных из (i) серной кислоты, (ii) соли серной кислоты, выбранной из щелочных сульфатов, щелочноземельных сульфатов, металлических сульфатов или смешанных сульфатов, (iii) органической кислоты и (iv) соли органической кислоты;
- по меньшей мере, одного минерального или органического основания; и
- при необходимости, воды; и
с) состав, дополнительно содержащий кристаллические или аморфные минералы, выбранные из силикатов, алюминатов и карбонатов таким образом, что конечная водная неорганическая паста включает, по меньшей мере, (i) кремний, (ii) алюминий и (iii) кальций и/или магний, упомянутый состав, необязательно, содержит воду.
Водную неорганическую пасту получают ручным или механическим смешиванием.
В зависимости от общего количества жидкости, включенной на стадии а) способа, водную неорганическую пасту получают твердой, полутвердой или нормальной консистенции, в последнем случае консистенция подобна консистенции гончарной глины. При больших объемах добавленной на стадии а) жидкости получают полужидкую или жидкую водную неорганическую пасту.
Выбор текучести водной неорганической пасты зависит от типа стадии формования, проводимого на стадии b); характеристиками механической прочности, которых добиваются для конечного твердого неорганического материала, являются пористость или требуемая чистота поверхности.
Текучесть водной неорганической пасты, полученной на стадии а) метода, зависит от количества применяемой воды, размера, формы и функции зерен твердого материала, вводимого в пасту, природы соединений в растворе и количества прибавленных соединений, которые при растворении в воде модифицируют пластичность пасты.
В общем, количество применяемой на стадии а) воды может быть определено специалистами в данной области с помощью стандартных испытаний для того, чтобы получить характеристики усадки сформированной пасты или характеристики расширения при нагревании, которые адаптированы для конечного предусмотренного использования. В некоторых случаях предпочтительно применять теплую воду с температурой ниже 99°С.
Как уже было упомянуто в настоящем описании, стадия b) формования может быть любого известного типа. Характер стадии формования b) зависит, по существу, от типа материала, который должен быть произведен. Таким образом, стадия формования b) водной неорганической пасты может состоять в придании пасте формы, включая пористую штукатурку или обожженную глину. Аналогично стадия b) может состоять в придании водной неорганической пасте полужидкой формы с применением стандартных способов, применяемых для производства конкретных материалов: заливкой в опалубку или между панелями, армированием или без него, с вибрацией или без нее. Аналогично стадия формования b) может состоять из стадии набивания в твердую форму, такую как металлическая, смазанная оштукатуренная, деревянная, каменная и так далее. Стадия формования b) может также состоять из стадии набивания в мягкую форму, такую как эластичная форма, силиконовая форма или пластмассовая форма.
В общем, после заливки водной неорганической пасты в опалубку или форму пасту уплотняют стандартными способами либо вручную или с применением молотка, или вибрацией.
В качестве примера водную неорганическую пасту, помещенную в форму, подвергают вибрации, с применением различных способов, таких как применение вибрирующей пластины, вибрирующего штыря, помещенного в массу пасты или ротационного смешивающего устройства.
В качестве примера вышеупомянутая форма и способы вибрации могут применяться для производства твердых неорганических материалов для лепки или для производства строительных материалов на фабрике или на строительном участке, который находится на участке производства твердого неорганического материала.
Также на стадии b) водная неорганическая паста, например в полужидкой форме, может уплотняться или подвергаться вибрации на подложке, на которую нанесена паста. Такой способ может применяться для производства твердых неорганических материалов, таких как плиты. Плиты затем могут помещаться на стены для придания привлекательного вида фасаду здания. Водная неорганическая паста может также применяться для производства твердых материалов, которые могут быть инкрустированы в поверхности или в массе объекта: металла, древесины, камня, пластмассы и так далее.
Согласно другой альтернативе водная неорганическая паста, находящаяся в не очень жидкой форме, может быть сформирована на стадии b) вращением, применяя стандартный способ гончарной техники для формирования глины, например, при создании декоративных объектов, таких как вазы.
Согласно другой альтернативе водная неорганическая паста может быть, например, сформирована для создания объектов в области скульптуры.
Еще одна альтернатива состоит в том, что водная неорганическая паста может применяться для заполнения или восстановления дефектов или разрушений, например трещин или отверстий при восстановлении зданий или восстановлении древних объектов, выполненных из камня полностью или частично.
Согласно другой альтернативе водная неорганическая паста также может применяться для отделки, заливки цемента или как неорганический адгезив.
Согласно другому аспекту водная неорганическая паста может применяться для производства форм из твердого неорганического материала.
Также водная неорганическая паста может применяться для тромбования, например для производства плит, шлакобетонных кирпичей и кирпичей из твердого неорганического материала, используемого во внутренних или внешних частях зданий.
По другому способу водная неорганическая паста, находящаяся, например, в полутвердой форме, может быть набита и сформирована перед стадией затвердевания с).
Также водная неорганическая паста может быть использована для получения требуемого внешнего вида поверхности, например привлекательной матовой поверхности. Материал может быть отполирован.
Согласно другому аспекту конечный материал, полученный из твердого неорганического материала, может быть сформирован на стадии b) введением водной неорганической пасты согласно стандартным способам, например введением в вакууме или введением при атмосферном давлении, или введением при высоком давлении.
Согласно другому аспекту материал может быть подвергнут действию высокого давления и/или циклу высоких температур при высоких давлениях, например, осуществляемому в минералогических научно-исследовательских лабораториях с применением автоклава, гидравлического пресса, мультиупорного пресса, прессованием в ромбовидной ячейке и излучающей печи, нагреванием лазером, нагреванием для создания температуры под действием тепла.
В общем контексте изобретения твердый материал, полученный способом по изобретению, может быть армирован структурой, состоящей из решетки, выполненной из металлических или синтетических волокон (оптических, угольных) или тканевых, или растительных волокон, включенных в пасту, пока она находится в жидком состоянии. В материал также может быть введен определенный маркер (магнитный, электронный, радиоактивный и др.), который прибавляется к жидкой пасте.
В пасту также могут быть включены ароматические вещества для придания запаха твердому неорганическому материалу, полученному способом по изобретению.
Кроме того, как было показано в изобретении, в некоторых смесях соединений на стадии а) наблюдалась миграция некоторых ионов, особенно щелочных ионов, включенных в водную неорганическую пасту, что делает возможным при проведении стадии обжига е) образование стекловидной поверхности, напоминающей эмаль. Этот аспект способа по изобретению может с успехом применяться для производства твердых неорганических материалов, таких как черепица, ювелирные изделия, декоративные объекты, изделий для ванной и так далее.
В основном способ согласно изобретению может применяться для производства твердых минеральных материалов, которые затем могут применяться аналогично глине, керамике, фаянсу, стеклу, эмали, пластмассе, адгезивам, цементам и покрытиям, камню. Однако применяя способ по изобретению, также возможно формировать твердый неорганический материал в виде порошка, чтобы использовать его в качестве, например, красителя или неорганического сельскохозяйственного удобрения.
Изобретение также касается твердого неорганического материала, полученного описанным выше способом, который характеризуется следующим общим химическим составом, как было определено сканирующей электронной микроскопией (SEM) (табл.1):
Таблица 1
Элемент
Si
Al
Ca
Mg
Na
К
S
Zn
Fe
O
Атом°/о
17,2
12,7
2,0
0,3
0,4
2,1
1,9
0,2
0,2
63,0
Изобретение также касается твердого неорганического материала, полученного описанным выше способом, который характеризуется следующим общим химическим составом, как было определено сканирующей электронной микроскопией (SEM) (табл.2):
Таблица 2
Элемент
Si
Al
Ca
Mg
Na
К
S
Zn
Fe
O
Атом%
19,6
6,5
2,0
0,7
4,4
4,2
1,3
0,5
0,8
60,0
Как было упомянуто ранее в настоящем описании, в некоторых воплощениях способа для производства твердого неорганического материала согласно изобретению, первые составы а) и b), полученные соответственно на стадиях а1) и а2), смешали для получения основного состава, который может применяться для следующей стадии способа. На второй стадии вышеупомянутый основной состав смешали с составом с), полученным на стадии а3) способа, для получения водной неорганической пасты, которая применяется для проведения следующих стадий способа.
Таким образом, для практического выполнения способа и для производства твердого неорганического материала согласно изобретению специалисты в данной области могут заранее приготовить основной состав, состоящий из смеси составов, полученных на стадиях а1) и а2) упомянутого способа, который может храниться в течение долгого времени перед использованием.
В этом конкретном воплощении стадия а) проводится полностью смешиванием основного состава, определенного выше, с составом, полученным на стадии а3). Затем следующие стадии проводятся как обозначено выше.
Основной состав, полученный из смеси составов а) и b), может храниться в течение нескольких месяцев при температуре окружающей среды. При необходимости, после хранения нескольких месяцев основной состав может быть регидратирован прибавлением воды перед использованием.
Настоящее изобретение также касается основного состава для производства твердого неорганического материала, состоящего из смеси составов а) и b):
2
4
a) паста, полученная взаимодействием (i) порошка одного или более материалов, содержащих соединение или комбинацию соединений кремния, присутствующего в форме безводного диоксида кремния (SiO) или гидратированного диоксида кремния (Si(OH)), с (ii) неорганическим основанием или комбинацией неорганических оснований, необязательно, с (iii) водой;
b) состав, выбранный из:
b1) состава, состоящего из соединения или комбинации соединений, выбранных из (i) серной кислоты, (ii) соли серной кислоты, выбранной из щелочных сульфатов, щелочноземельных сульфатов, металлических сульфатов или смешанных сульфатов, (iii) органической кислоты и (iv) соли органической кислоты; или
b2) жидкого или пастообразного состава, полученного смешиванием:
- соединения или комбинации соединений, выбранных из (i) серной кислоты, (ii) соли серной кислоты, выбранной из щелочных сульфатов, щелочноземельных сульфатов, металлических сульфатов или смешанных сульфатов, (iii) органической кислоты и (iv) соли органической кислоты;
- по меньшей мере одного минерального или органического основания; и
- при необходимости, воды.
2
4
Настоящее изобретение также касается способа для получения основного состава для производства твердого неорганического материала; причем упомянутый способ содержит следующие стадии: а) получение пасты взаимодействием (i) порошка одного или более материалов, содержащих соединение или комбинацию соединений кремния, присутствующего в форме безводного диоксида кремния (SiO) или гидратированного диоксида кремния (Si(OH)), с (ii) неорганическим основанием или комбинацией неорганических оснований, необязательно, с (iii) водой;
b) проведение одной из следующих стадий b-1) или b-2):
b-1) приготовление состава, состоящего из соединения или комбинации соединений, выбранных из (i) серной кислоты, (ii) соли серной кислоты, выбранной из щелочных сульфатов, щелочноземельных сульфатов, металлических сульфатов или смешанных сульфатов, (iii) органической кислоты и (iv) соли органической кислоты; или
b-2) приготовление жидкого или пастообразного состава смешиванием:
- соединения или комбинации соединений, выбранных из (i) серной кислоты, (ii) соли серной кислоты, выбранной из щелочных сульфатов, щелочноземельных сульфатов, металлических сульфатов или смешанных сульфатов, (iii) органической кислоты и (iv) соли органической кислоты;
- по меньшей мере одного минерального или органического основания; и
- при необходимости, воды;
c) получение упомянутого основного состава смешиванием состава, полученного на стадии а) с составом, полученном на стадии b).
Настоящее изобретение также иллюстрируется следующими примерами.
ПРИМЕРЫ
В следующих примерах применяются реагенты с мелким размером частиц, полученным, например, ручным или механическим размолом. Однако некоторые реагенты могут иметь размер частицы, измеряемый миллиметрами (содержащий глину, сланец, гранитный песок, лаву и др.).
Пример 1
Смешали следующие компоненты:
- 100 г гэза
- 35 г каустической соды NaOH
2
- 35 г воды НО
для получения вязкой пасты, состоящей из диоксида кремния, растворенного в щелочной среде.
Отдельно смешали следующие компоненты:
4
2
- 1,2 г гипса СаSO·2НO
- 0,3 г каустической соды NaOH
2
- 0,5 г воды НО,
к которым прибавили 4,2 г первой смеси.
В конце прибавили следующие компоненты:
3
- 2,8 гиббсита Аl(ОН)
2
- 3,2 г кристабаллита SiO
2
- 1,5 г воды НO.
Смесь этих солей и минералов содержит кремний, алюминий и кальций. Смесь поместили в открытую форму (в контакте с воздухом), поддерживали температуру 30°С в течение 48 ч для затвердевания.
Пример 2
Смешали следующие компоненты:
- 100 г гэза
- 50 г гидроксида калия КОН
2
- 35 г воды НО
для получения вязкой пасты, состоящей из диоксида кремния, растворенного в щелочной среде.
Отдельно смешали следующие компоненты:
4
2
- 2,4 г гипса CaSO·2HO
- 0.9 г гидроксида калия КОН
2
- 0.8 г воды НO,
к которым прибавили 4,6 г первой смеси.
В конце прибавили следующие компоненты:
2
2
3
- 6 г метакаолина 2SiO·АlO
- 0,2 г оксида цинка ZnO
2
- 1,3 г воды НO.
Смесь этих солей и минералов содержит кремний, алюминий и кальций. Смесь поместили в открытую форму (в контакте с воздухом), поддерживали температуру 30°С в течение 48 ч для затвердевания смеси. Химический состав вяжущего вещества, определенный сканирующей электронной микроскопией (SEM), в основном представлен в табл.1 ниже.
Таблица 1
Элемент
Si
Al
Ca
Mg
Na
К
S
Zn
Fe
0
Атом %
17,2
12,7
2,0
0,3
0,4
2,1
1,9
0,2
0,2
63,0
Пример 3
Следующие компоненты смещали:
- 25 г диатомита
- 25 г гидроксида калия КОН
- 25 г глауконита
2
- 20 г воды НO
для получения вязкой пасты, состоящей из диоксида кремния, растворенного в щелочной среде.
Отдельно смешали следующие компоненты:
4
2
- 1,1 г гипса СаSO·2НO
- 0,4 г гидроксида калия КОН
2
- 0,6 г воды НО,
к которым прибавили 4,5 г первой смеси.
В конце прибавили следующие компоненты:
3
8
- 3 г натриевого шпата NaSiAlO
3
8
- 3 г калиевого шпата KSiAlO
2
- 1,7 г воды НO.
Смесь этих солей и минералов содержит кремний, алюминий и кальций. Смесь поместили в открытую форму (в контакте с воздухом), поддерживали при 35°С в течение 48 ч для затвердевания.
Пример 4
Смешали следующие компоненты:
- 100 г гэза
- 50 г гидроксида калия КОН
2
- 35 г воды НО
для получения вязкой пасты, состоящей из диоксида кремния, растворенного в щелочной среде.
Отобрали 4,6 г этой смеси и прибавили следующие компоненты:
4
2
- 0,9 г гипса CaSO·2HO
5
4
3
- 0,3 г фторапатита Са(РO)(ОН, F, CI)
2
2
3
- 6 г метакаолина 2SiO·АlО
3
- 1 г доломита (Са, Mg)CO
- 0,3 г уксусной кислоты
- 02 г оксида цинка ZnO.
2
- 2 г воды HO.
Смесь этих солей и минералов содержит кремний, алюминий, кальций и магний. Смесь поместили в открытую форму (в контакте с воздухом), поддерживали температуру 35°С в течение 48 ч для затвердевания.
Пример 5
Смешали следующие компоненты:
4
2
- 50 г гипса CaSO·2HO
- 50 г гидроксида калия КОН
2
- 50 г воды НO.
Отобрали 2,0 г этой смеси и прибавили следующие компоненты:
2
2
2
- 6 г промышленного жидкого щелочного силиката (0,23 NaO - 0,77 SiO, nНО)
2
2
3
- 6 г метакаолина 2SiO·АlО
2
- 2 г воды НО.
Смесь этих солей и минералов содержит кремний, алюминий и кальций. Смесь поместили в открытую форму (в контакте с воздухом), поддерживали температуру 30°С в течение 48 ч для затвердевания.
Пример 6
Смешали следующие компоненты:
- 100 г гэза
- 50 г гидроксида калия КОН
2
- 35 г воды НO
для получения вязкой пасты, состоящей из диоксида кремния, растворенного в щелочной среде.
Отдельно смешали следующие компоненты:
4
2
- 1,2 г гипса CaSO·2HO
- 0,4 г гидроксида натрия NaOH
2
- 0,5 г воды НO,
к которым прибавили 4,6 г первой смеси.
В конце прибавили следующие компоненты:
- 6 г трахиандезитной лавы
- 0,2 г оксида цинка ZnO
2
- 2 г воды НО.
Смесь этих солей и минералов содержит кремний, алюминий и кальций. Смесь поместили в открытую форму (в контакте с воздухом), поддерживали температуру 35°С в течение 48 ч для затвердевания. Результаты химического анализа вяжущего вещества, проведенного сканирующей электронной микроскопией (SEM), в основном представлены в табл.2 ниже.
Таблица 2
Элемент
Si
Al
Ca
Mg
Na
К
S
Zn
Fe
0
Атом %
19,6
6,5
2.0
0,7
4,4
4.2
1,3
0,5
0.8
60.0
Пример 7
Смешали следующие компоненты:
- 100 г гэза
- 5 0 г гидроксида калия КОН
- 35 г каустической соды NaOH
2
- 55 г воды НO
для получения вязкой пасты, состоящей из диоксида кремния, растворенного в щелочной среде.
Отдельно смешали следующие компоненты:
2
4
- 1,5 г серной кислоты HSO (32 % раствор)
5
4
3
- 0,5 г фторапатита Са(РO)(О, F, CI)
- 6,0 г трахиандезитной лавы
3
- 1,0 г доломита (Са, Mg)CO
- 0,2 г оксида цинка ZnO
2
- 1,0 г воды НO,
к которым прибавили 6,0 г первой смеси.
Смесь этих солей и минералов содержит кремний, алюминий и кальций и магний. Смесь поместили в открытую форму (в контакте с воздухом), поддерживали температуру 35°С в течение 96 ч для затвердевания.
Объект затем был подвергнут тепловой обработке в нагревательном шкафу при 815°С, в которой воздушные вентили были оставлены открытыми.
Пример 8
Смешали следующие компоненты:
- 100 г гэза
- 3 5 г каустической соды NaOH
2
- 35 г воды НO
для получения вязкой пасты, состоящей из диоксида кремния, растворенного в щелочной среде.
Отобрали 4,6 г этой смеси и прибавили следующие компоненты:
4
2
- 1,0 г гипса СаSO·2НO
4
5
6
- 0,5 г битартрата калия СНOК
3
- 0,2 г селитры КNO
- 0,2 г соли NaCI
2
2
3
2
- 6 г каолина 2SiO·АlO·2НO
3
- 20 г известняка СаСО
2
- 5 г воды НО.
Смесь этих солей и минералов содержит кремний, алюминий и кальций. Смесь поместили в закрытую форму (без контакта с воздухом), поддерживали температуру 35°С в течение 48 ч для затвердевания.
Пример 9
Смешали следующие компоненты:
- 100 г гэза
- 25 г гидроксида калия КОН
- 17 г каустической соды NaOH
2
- 35 г воды НO
для получения вязкой пасты, состоящей из диоксида кремния, растворенного в щелочной среде.
Отдельно смешали следующие компоненты:
4
2
- 1,2 г гипса CaSO·2HO
- 0,4 г гидроксида калия КОН
2
- 0,5 г воды НО,
к которым прибавили 4,4 г первой смеси.
В конце прибавили следующие компоненты:
2
2
3
- 2 г нефелина сиенита 2SiO·АlO(NаК)O
- 2 г содержащего глину сланца
- 6 г гранитного песка
2
- 2 г песка SiO
2
- 2,6 г воды НО.
Смесь этих солей и минералов содержит кремний, алюминий и кальций и магний. Смесь поместили в закрытую форму (без контакта с воздухом), поддерживали температуру 40°С в течение 96 ч для затвердевания. Объект затем подвергли тепловой обработке в нагревательном шкафу при 905°С, в которой воздушные вентили были оставлены открытыми.
Пример 10
Смешали следующие компоненты:
- 100 г диатомита
- 50 г каустической соды NaOH
2
- 35 г воды НO
для получения вязкой пасты, состоящей из диоксида кремния, растворенного в щелочной среде.
Отобрали 0,6 г этой смеси и прибавили следующие компоненты:
4
5
6
- 0,4 г битартрата калия СНOК
2
3
- 0,6 г карбоната натрия NаСО
2
2
3
- 0,7 г нефелина сиенита 2SiO·АlО (NaK)O
3
- 0,8 г воластонита СаSiO
3
- 0,2 г карбоната меди СuСО
2
- 15 г песка SiO
2
- 3,5 г воды НО.
Смесь этих солей и минералов содержит кремний, алюминий и кальций. Смесь поместили в открытую форму (в контакте с воздухом), поддерживали температуру 30°С в течение 72 ч для затвердевания.
Материал затем был подвергнут тепловой обработке в 835°С в нагревательном щкафу, в котором воздушные вентили были оставлены открытыми. Материал после обработки был покрыт бирюзовой синей цветной эмалью.
Оксиды или минералы, богатые Mn, Cr, Fe и др., могут применяться в дополнение к, или вместо хризоколла для изменения цвета полученной эмали.
Пример 11
Смешали следующие компоненты:
- 100 г гэза
- 50 г гидроксида калия КОН
2
- 35 г воды НО
для получения вязкой пасты, состоящей из диоксида кремния, растворенного в щелочной среде.
Вторую смесь приготовили отдельно:
- 0,3 г золота Аu (18 каратов)
3
- 0,8 г азотной кислоты НNО (22 % раствор)
- 1 г хлороводородной кислоты HCl (30 % раствор)
2
- 0,7 г воды НО.
Смесь дает возможность растворить золото (растворяющееся в нитрогидрохлорной кислоте) и получить его соли в жидкой форме.
Отобрали 0,6 г первой смеси и прибавили следующие компоненты:
4
5
6
- 0,5 г битартрата калия СHОК
2
3
- 1,1 г натрона NаСО
2
2
3
- 0,6 г нифелина сиенита 2SiO·АlO(NаК)O
3
- 3 г волластонита СаSiO
2
- 5 г песка SiO
2
- 1 г воды HO.
Затем прибавили золотые соли, растворенные в нитрохлорной кислоте.
Смесь этих солей и минералов содержит кремний, алюминий и кальций. Смесь поместили в открытую форму (в контакте с воздухом), поддерживали температуру 30°С в течение 48 ч для затвердевания.
Материал затем подвергли тепловой обработке при 865°С в нагревательном шкафу с закрытыми воздушными вентилями. Поверхность полученного материала частично покрыта золотом.