СОСТАВ ШИХТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА
CHARGE COMPOSITION FOR THE PRODUCTION OF GLASS SILICA

Изобретение относится к области разработки составов  стеклокремнезита, используемого в производстве строительных материалов и в строительстве.
Известен ряд составов стеклокремнезита [Будов В.М., Саркисов П.Д. Производство строительного и технического стекла. М.: Высш. школа, 1991. 319с.].
Недостатками данных составов является относительно низкое качество конечного продукта.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является состав стеклокремнезита, описанный в патенте «Способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности» [Патент RU 2580855, опубл. 10.04.2016, Бюл. № 10.], включающий нижний слой смеси отходов горнорудной промышленности с жидким стеклом и верхний  слой, состоящий из смеси гранул тарного стекла при массовом соотношении 10:1.
Недостатком прототипа является относительно низкое качество конечного продукта.
Изобретение направлено на повышение качества готового продукта , повышение прочности на сжатие и морозостойкости стеклокремнезита .
Технический результат достигается тем, что состав шихты для производства стеклокремнезита  включает нижний слой смеси и верхний слой смеси,  причем в качестве материала нижнего слоя используется  смесь отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита в соотношении  9:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя используется  смесь гранул цветного тарного стекла с колеманитом при массовом соотношении 10:0,5 , при этом верхний слой  составляет 1/10 часть объёма нижнего слоя.
Отличительными  признаками  предлагаемого изобретения  являются:
- материал нижнего слоя состоит из смеси отходов  обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита при массовом соотношении 9:1 соответственно
- материал верхнего слоя состоит из смеси гранул цветного тарного стекла с колеманитом 10:0,5 и составляет 1/10 часть объёма нижнего слоя.
Отходы обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита представляют сыпучий материал, не требующий дробления.
Характеристики исходных компонентов:
2
3
2
2
3
2
2
3
1) колеманит, в промышленных масштабах поставляемый из Турции следующего химического состава (масс. %): BO – 36,5; CaO – 23,5; SiO – 5,7; AlO – 0,35; MgO – 2,6; NaO – 0,3; FeO – 0,05; П.П.П. – 31,0.
2
2
3
2
3
2
2
3
2
3
2) отходы обогащения железистых кварцитов КМА (масс. %): SiO – 66,19; AlO – 9,51; FeO – 9,06; FeO – 6,44; CaO – 3,70; MgO – 4,08; KO – 0,69; NaO – 0,51; SO – 0,16; PO – 0,11; П.П.П. – 5,19.
2
2
3
2
3
2
3
3) в качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного стекла (масс. %): SiO – 69,7; AlO – 3,4; CaO – 6,01; MgO – 3,93; NaO – 14,59; SO – 0,37; FeO – 0,46.
В предлагаемом изобретении при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита по сравнению с прототипом существенно повышается качество готового продукта за счет разработанного состава шихты. За счет образования при 500ºС кальций-боратного стекла,  обеспечивается  жидкофазное спекание смеси при 680ºС,  при этом значительно повышаются прочностные характеристики и морозостойкость стеклокремнезита.
2
3
Колеманит производства Турции, в промышленных масштабах поставляемый в РФ в своем составе содержит оксид бора (BO). В составе сырьевой смеси при нагреве происходит полная дегидратация колеманита с образованием расплава кальций боратного стекла. Расплав обволакивает зерна отходов обогащения железистых кварцитов КМА, образуя прочный пространственный каркас. Полное уплотнение структуры стеклокремнезита наблюдается при 680ºС.
Таблица 1
Соотношение компонентов нижнего и верхнего слоев
Соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита
Соотношение боя цветного тарного стекла и колеманита
Морозостойкость , циклы
Прочность на сжатие, МПа
1
2
3
4
9:0,5
9:0,5
85
64,7
10:0,5
82
62,3
11:0,5
81
58,4
9:1*
8:0,5
90
85,3
9:0,5
90
88,3
10:0,5*
100
90,5
11:0,5
89
91,8
12:0,5
90
92,3
* – оптимальный вариант
Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита выбирали с учетом температуры спекания и получаемой прочности образцов стеклокремнезита на сжатие (таблица 1).
Оптимальным соотношением отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита является 9:1 весовых частей соответственно. При соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита 9:0,5  снижаются показатели прочности на сжатие и показатели морозостойкости за счет недостаточного количества расплава кальций-боратного стекла. При соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита 9:2 происходит деформация материала за счет образования избыточного количества расплава кальций-боратного стекла в стеклокремнезите, что также снижает качество конечного продукта.
Сопоставительный анализ показателей качества предлагаемого и известного изобретения показал, что в предлагаемом изобретении при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых отходов КМА и колеманита при массовом соотношении 9:1, и при  оптимальном соотношении гранул цветного тарного стекла и колеманита 10:0,5 прочность и морозостойкость стеклокремнезита возрастают соответственно до 90,5 МПа и 100 циклов замораживания – оттаивания.
Проведенный анализ известных  составов  шихты для производства стеклокремнезита , позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
2
3
2
2
3
2
2
3
2
2
3
2
3
2
2
3
2
3
В качестве исходных данных были взяты: колеманит, в промышленных масштабах поставляемый из Турции следующего химического состава (масс. %): BO – 36,5; CaO – 23,5; SiO – 5,7; AlO – 0,35; MgO – 2,6; NaO – 0,3; FeO – 0,05; П.П.П. – 31,0., отходы обогащения железистых кварцитов КМА (масс. %): SiO – 66,19; AlO – 9,51; FeO – 9,06; FeO – 6,44; CaO – 3,70; MgO – 4,08; KO – 0,69; NaO – 0,51; SO – 0,16; PO – 0,11; П.П.П. – 5,19.
Отходы КМА рассевали на виброситах и смешивали с колеманитом при соотношении 9 :1 соответственно. Смесь укладывали в формы.
2
2
3
2
3
2
3
В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного стекла (масс. %): SiO – 69,7; AlO – 3,4; CaO – 6,01; MgO – 3,93; NaO – 14,59; SO – 0,37; FeO – 0,46.
После рассева на ситах  гранулированное стекло смешивали в лопастном смесителе с колеманитом при соотношении 10:0,5 соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 10% объема нижнего слоя. Спекание производили в печи при 680ºС.  Затем производили отжиг, обрезку кромок и контроль качества готовых изделий.
Результаты исследований представлены в табл. №1.
Пример (табл.1 , оптимальный вариант)
Отходы КМА рассевали на виброситах (0,5-2,5 мм) и смешивали с колеманитом при соотношении 0,9кг :0,1кг  соответственно. Смесь укладывали в формы.
После рассева на ситах гранулированное стекло (2,0-5,0 мм)  смешивали в лопастном смесителе с колеманитом при соотношении 0,1кг :0,05кг  соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 10% объема нижнего слоя. Спекание производили в печи при 680ºС.  Затем производили отжиг, обрезку кромок и контроль качества готовых изделий.
Пример контроля качества продукции.
Для определения прочности на сжатие из блоков стеклокремнезита вырезали кубики алмазным кругом размером 30х30х30 мм. Перед установкой на лабораторный пресс, нижнюю и верхнюю грани кубиков обкладывали паронитовыми прокладками. Разрушение образцов происходило после нагружения пресса. Прочность на сжатие определяли как среднее арифметическое пяти измерений:
Морозостойкость определяли по ГОСТ 7025-91 в морозильной камере с принудительной вентиляцией с автоматическим регулированием температуры от –15ºС до –20ºС при объемном замораживании – 4 часа. Контроль морозостойкости осуществляли по степени повреждений и потере массы.
Морозостойкость стеклокремнезита определяли как среднее арифметическое пяти измерений:
Изобретение относится к разработке состава  шихты для производства стеклокремнезита.  Технический результат изобретения заключается в повышении качества конечного продукта, повышении прочности на сжатие и повышении морозостойкости.