КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ
COMPOSITION FOR PRODUCTION OF HEAT RESISTANT COMPOSITES

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. К химически связующим, применяемым в жаростойких бетонах, относятся жидкое стекло, силикат-глыба (прозрачный стекловидный сплав щелочных силикатов - полуфабрикат жидкого стекла) и фосфатные связки.
Известны композиции для получения пористых заполнителей (для бетонов) на основе химических связующих следующего состава, мас.%: жидкое стекло - 45-65; хлорид натрия - 5-15; отход горно-обогатительной фабрики при обогащения угля - 15-20; межсланцевая глина, образующаяся при добыче горючих сланцев - 15-20 /пат. Российской Федерации №2440312, МПК С04В 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя. / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Куликов В.А.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. - №2010122114, заявл. 31.05.20910; опубл. 20.01.2012. Бюл. №2/ [1].
Недостатком указанного состава композиции является относительно низкая прочность 2,65-2,75 МПа.
3
3
3
3
3
3
4
Наиболее близкой к изобретению является композиция для получения жаростойких композитов, включающая следующие компоненты, мас.%: глиноземсодержащий шлам - 10,5-10,53 (220 кг/м); отработанный катализатор ИМ-2201 - 10,5-10,53 (220 кг/м); щебень - 35,88-35,89 (750 кг/м); песок - 30,62-30,63 (640 кг/м); HPO - 12,44-12,45 (260 кг/м) /Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих / А.И. Хлыстов, С.В. Соколова, А.В. Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2012. - №9. - С.38-42/ [2].
Недостатком указанного состава керамической массы является относительно низкий предел прочности при сжатии после твердения и нагревания до температуры 1200°С и низкая термостойкость.
Сущность изобретения - повышение качества жаростойкого композита.
Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов.
3
4
2
2
3
2
3
2
Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и HPO, дополнительно вводят шламы никель-скелетного катализатора с содержанием, мас.%: SiO - 5,3; AlO - 26,8; FeO - 0,8; CaO - 2,9; MgO - 1,3; RO - 24,7; п.п.п.- 37,1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отработанный катализатор ИМ-2201
10-15
щебень
33-40
песок
10-13
H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>
10-15
шламы никель-скелетного катализатора с содержанием, мас.%: SiO<sub>2</sub> - 5,3; Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 26,8; Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 0,8; CaO - 2,9; MgO - 1,3; R<sub>2</sub>O - 24,7; п.п.п. - 37,1
10-15
Шламы никель-скелетного катализатора образуются в процессе обработки алюминиевых сплавов на металлообрабатывающих и металлургических заводах. Скелетный никелевый катализатор
2
3
3
2
NiAl+6NaOH--->Ni+2NaAlO+3H
Никель Ренея, иначе «скелетный никель» - твердый микрокристаллический пористый никелевый катализатор, используемый во многих химико-технологических процессах; способ его приготовления предложил в 1926 г. американский инженер Мюррей Реней. Скелетный никелевый катализатор представляет собой серый высокодисперсный порошок (размер частиц обычно 400 - 800 нм), содержащий, помимо никеля, некоторое количество алюминия (до 15 мас.%) и насыщенный водородом (до 33%). Частицы порошка имеют большое количество пор, вследствие чего удельная поверхность составляет около 100 м/г. Никель Ренея пирофорен, т.е. самовоспламеняется на воздухе при комнатной температуре, поэтому его хранят под слоем воды, спирта либо бензина. Химический оксидный состав шламов никель-скелетного катализатора шлаков представлен в таблице 1, а поэлементный - в таблице 2.
Таблица 1
Химические составы алюмосодержащих отходов
Компонент
Содержание оксидов, мас.%
SiO<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O
CaO
MgO
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
R<sub>2</sub>O
П.п.п.
Шламы никель-скелетного катализатора
5,2
26,7
0,8
2,9
1,3
-
24,7
37,1
Отработанный катализатор ИМ-2201
7,90
74,5
0,15
-
0,10
14,8
1,57
---
Таблица 2
Поэлементный химический состав компонентов
Компонент
Концентрация, мас.%
O
Al
Mg
Na
Ca
Fe
Si
Cr
Шламы никель-скелетного катализатора
78,42
9,52
0,3
9,08
0,6
0,18
1,9
-
Катализатор ИМ-2201
60,74
26,58
-
2,81
-
-
2,82
8,1
Никель Ренея широко применяется как катализатор разнообразных процессов гидрирования или восстановления водородом органических соединений (например, гидрирования аренов, алкенов, растительных масел и т.п.). Ускоряет также и некоторые процессы окисления кислородом воздуха. Структурная и тепловая стабильность никеля Ренея позволяет использовать его в широком диапазоне условий проведения реакции; в лабораторной практике, возможно, его многократное использование. Никель Ренея каталитически значительно менее активен, чем металлы платиновой группы, но значительно дешевле последних.
Получают никель Ренея сплавления при 1200°С никеля с алюминием (20-50% Ni; иногда в сплав добавляются незначительные количества цинка или хрома), после чего размолотый сплав для удаления алюминия обрабатывают горячим раствором гидрооксида натрия с концентрацией 10-35%; остаток промывают водой в атмосфере водорода. Лежащий в основе приготовления никеля Ренея принцип используется и для получения каталитически активных форм других металлов - кобальта, меди, железа и т.д.
Минералогический состав шлама никель-скелетного катализатора в основном состоит из гидрооксида алюминия, примесей гидроалюминатов и гидрокарбонатов натрия.
3
4
2
4
3
2
2
4
3
n
4-n
2
4
2
В качестве фосфатных связующих использовалась ортофосфорная кислота HPO в чистом виде, но можно использовать однозамещенный фосфорнокислый алюминий Al(HPO), двухзамещенный фосфорнокислый алюминий Al(HPO), хромалюминий фосфорнокислый или алюмохромофосфатное связующее (АХФС) с общей формулой CrAl(HPO), где=1, 2, 3.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Технологический процесс производства бесцементных жаростойких бетонов и изготовления изделий и конструкций из них включает в себя приготовление формовочной массы, формование изделий и термообработку.
Следует отметить, что для своего затвердения и набора марочной прочности жаростойкие бетоны требуют особую термообработку.
Для бетонов на ортофосфорной кислоте с компонентами, представленными в таблице 3, - нагревание до 500°C с подъемом температуры до 200°C со скоростью 60°C/час и до 500-150°C/час, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.
Таблица 3
Составы для получения жаростойких бетонов
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%
1
2
3
Отработанный катализатор ИМ-2201
10
12
15
Щебень
40
38
33
Песок
10
11
13
Н<sub>3</sub>РО<sub>4</sub>
10
12
15
Шламы никель-скелетного катализатора
30
27
24
В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.
Таблица 4
Физико-механические показатели жаростойкого бетона после твердения и нагревания до температуры 1200°С
Показатели
Составы
Прототип
1
2
3
Термостойкость,°С
29,3
30,1
30
29
Механическая прочность на сжатие, МПа
46,4
47,1
46,7
46
Огнеупорность,°С
1340
11350
1130
-
Температура под нагрузкой 0,2 МПа, °С
1290
1300
1280
-
Как видно из таблицы 4, жаростойкий бетон из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.
Полученное техническое решение при использовании шламов никель-скелетного катализатора позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого бетона.
Использование техногенного сырья при получении жаростойкого бетона способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для строительных материалов.