СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРДИЕРИТА НА ОСНОВЕ ДУНИТА
METHOD OF RECEIVING OF CORDIERITE ON BASIS OF DUNITE

Изобретение относится к производству огнеупоров, конкретно к получению кордиерита на основе шихты из дунита и боя шамотных кирпичей, и может использоваться в промышленности огнеупорных материалов и в металлургии.
2
3
2
3
2
3
Известен способ получения кордиерита из природных материалов в присутствии АlО-содержащих компонентов ([1] Огнеупоры №2, 1987, С.24-26 /Зобина Л.Д., Семченко Г.Д., Тарнопольская Р.А., Харитонов Ф.Я., Рудницкая В.П.), в котором синтез кордиеритовых спеков осуществляется из стехиометрической тонкомолотой смеси талька, каолина и глинозема при температуре выше 1350°С, а также дополнительной выдержкой при 1000°С. При этом фактическая объемная доля кордиеритовой фазы составляет 60%. Недостатками способа являются наличие в полученном продукте вредных примесей СrO, NiO, FeO и стекла, снижающих огнеупорность изделий.
2
3
2
Известен способ получения кордиерита, включающий плавление шихты на основе силиката магния и алюмосиликата с добавкой угля, удаление металлической части расплава в виде железа и кремния, получение стекловидного материала с последующей термообработкой для получения кристаллического кордиерита, содержащего, мас.%: MgO 10-30; АlО 15-50; SiO 35-70 [2] (US 2731355, опубл. 17.01.1956, (3с.). Данный способ выбран в качестве прототипа по максимальному совпадению существенных признаков.
2
2
3
2
3
2
3
2
5
3
2
2
2
3
2
3
3
2
2
3
2
3
Поставленная задача решается тем, что в способе получения кордиерита в качестве силиката магния используется дунит, в качестве алюмосиликата - бой шамотного кирпича. К дуниту следующего состава, мас.%: MgO 48,55; SiO 42,1; АlO 0,26; FeО 7,05; FeO 1,16; СаO 0,1; CrО 0,45; NiO 0,17; PO 0,05; SO 0,09; TiO 0,02, добавляют бой шамотного кирпича состава, мас.%: SiO 54,9; АlO 39,9; FеO 3,02; MgO 0,48; SO 0,12; TiO 1,58, в количестве, обеспечивающем соответствие химического содержания АlO в пеносиликате стехиометрическому количеству АlО в кордиерите, затем бурый уголь в количестве 5-10% сверх 100%. Плавят в восстановительной среде при температуре 1600°С в течение 2 часов до полного разделения расплава на металлическую и силикатную части. Расчет количества боя шамотных кирпичей осуществляется исходя из соответствия %-го содержания по массе окиси алюминия в шихте стехиометрическому содержанию ее в кордиерите. В процессе плавления с разделением расплава содержание окиси алюминия в силикатной части расплава контролируется методом рентгенофлуоресцентного анализа проб. Состав при отклонении от заданного корректируется подшихтовкой расплава.
Металлическая часть расплава состава, мас.%: Fe 68,1; Si 26,2; Ni 0,93; Cr 2,7; Ti 1,7; S 0,07; P 0,3; отделяется и сливается в изложницы.
2
3
2
3
2
2
3
Силикатная часть расплава охлаждается в режиме термоудара отливом в воду с получением рентгеноаморфного пеносиликата состава, аналогичного составу силикатной части расплава, мас.%: MgO 13,9; АlО 34,4; SiO 51,1; SO 0,01; TiO 0,54; FеO 0,05, обладающего большим запасом внутренней энергии. Затем из пеносиликата формуется образец, который подвергается нагреванию со скоростью 20°С/мин до температуры 940°С, при этом происходит самораспространяющаяся кристаллизация (СК) в виде фронта тепловой волны с образованием кордиерита. Время кристаллизации составляет около 60 с.
2
3
2
3
2
3
2
3
Сущность заявляемого способа заключается в том, что, находясь в аморфном состоянии, полученный пеносиликат с химическим составом, соответствующим стехиометрическому составу кордиерита, не содержащий примесей СrО, NiO, FеО, серы, обладает значительной величиной внутренней энергии, выделения которой в процессе нагревания до 940°С достаточно для последовательного локального самоподдерживающегося фазового перехода. При этом образуется кордиерит без вредных примесей СrO, NiO, FеO, серы и стекла, снижающих огнеупорность полученных изделий. Выделение железа, хрома, никеля в металлическую часть расплава на стадии плавления исключает образование железосодержащих кристаллических фаз при термообработке пеносиликата, снижающих температуру использования полученного продукта - кордиерита.
Ниже предлагаемый способ получения кордиерита поясняется конкретными примерами его осуществления.
Пример 1. Подготавливается шихта, содержащая:
2
2
3
2
3
2
3
2
5
3
2
- 100 г дунита, состава, мас.%: MgO 48,55; SiO 42,1; АlО 0,26; FеO 7,05; FeO 1,16; СаO 0,1; СrO 0,45; NiO 0,17; PO 0,05; SO 0,09; TiO 0,02;
- 20 г бурого угля;
3
2
3
2
3
3
2
- 250 г боя шамотного кирпича состава, мас.%: SiO 54,9; АlО 39,9; FеO 3,02; MgO 0,48; SO 0,12; TiO 1,58.
2
3
Расчет количества боя шамотных кирпичей осуществляется без учета содержания окислов, переходящих в металлическую часть расплава. При этом суммарное содержание окислов алюминия, мас.%, в бое шамотных кирпичей и в дуните соответствует стехиометрическому содержанию АlО в кордиерите. В процессе плавления шихты с разделением расплава содержание окислов в силикатной части расплава контролируется методом рентгенофлуоресцентного анализа.
Шихта плавится при температуре 1600°С в течение 2 часов до полного разделения расплава. После этого металлическую часть расплава на основе железа состава, мас.%: Fe 68,1; Si 26,2; Ni 0,93; Cr 2,7; Ti 1,7; S 0,07; P 0,3, сливают в изложницы.
2
2
3
2
3
3
2
Полученную силикатную часть расплава состава, мас.%: MgO 13,9; SiO 51,1; АlO 34,4; FеO 0,05; SO 0,01; TiO 0,85, охлаждают в режиме термоудара отливом в воду и получают рентгеноаморфный пеносиликат этого же состава. Из пеносиликата формуется образец диаметром 10 мм, высотой 50 мм, который нагревается в печи со скоростью 20°С/мин до температуры 940°С. При этом происходит процесс самораспространяющейся кристаллизации в виде фронта тепловой волны. Время кристаллизации образца около 60 с. Результаты рентгенофазового анализа продукта показывают наличие только кристаллической фазы кордиерита.
Пример 2. Подготавливается шихта, содержащая:
- 100 г дунита, состава, как в примере 1;
- 20 г бурого угля;
- 150 г боя шамотного кирпича состава, как в примере 1, но количество его не соответствует стехиометрическому составу кордиерита по окиси алюминия. Затем шихта плавится в условиях примера 1, после чего металлическая часть расплава на основе железа состава, мас.%: Fe 66,05; Si 29,5; Ni 0,574; Cr 1,89; Ti 1,67; S 0,086; P 0,23, сливается в изложницы.
2
2
3
2
3
2
5
3
2
3
Силикатная часть расплава состава, мас.%: MgO 21,7; SiO 48,8; АlO 28,6; FеO 0,036; СаО 0,05; РO 0,033; SO 0,07; TiO 0,711, охлаждается в режиме термоудара отливом в воду с получением рентгеноаморфного пеносиликата. Из пеносиликата формуется образец диаметром 10 мм, высотой 50 мм, который нагревается в условиях примера 1. При этом происходит процесс самораспространяющейся кристаллизации. Время кристаллизации образца 63 с. Результаты рентгенофазового анализа продукта показывают наличие кристаллических фаз кордиерита, силиката магния (MgSiO) и периклаза.