СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОКРЕМНЕЗИТА
METHOD FOR OBTAINING GLASS SILICA

Изобретение относится к области производства стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в производстве строительных материалов и в строительстве.
Известен ряд способов получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности [Будов В.М., Саркисов П.Д. Производство строительного и технического стекла. М.: Высш. школа, 1991. 319с.].
Недостатками данных способов является высокая энергоемкость технологического процесса и относительно низкое качество конечного продукта.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является «Способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности», патент РФ 2580855, заключающийся в рассеве, смешении, укладки в формы нижнего слоя смеси отходов горнорудной промышленности с жидким стеклом и верхнего слоя из смеси гранул тарного стекла при массовом соотношении 10:1 с последующей термической обработкой при 795°С [патент РФ 2580855, опубл.  10.04.2016 , Бюл. № 10].
Недостатком данного способа является высокая энергоемкость и относительно низкое качество конечного продукта.
Изобретение направлено на снижение энергоемкости и повышение качества конечного продукта.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении качества конечного продукта и снижении энергозатрат за счет спекания при более низкой температуре.
Это достигается тем, что способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности включающий рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, помол, укладку в формы верхнего слоя, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, причем в качестве материала нижнего слоя используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита 9:1 соответственно, а в качестве стеклосодержащего материала верхнего слоя смесь гранул цветного тарного стекла с колеманитом при массовом соотношении 10:0,5.
Отличительным признаком предлагаемого способа является:
- смешение отходов отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита при массовом соотношении 9:1 соответственно;
-  смешение гранул гранул цветного тарного стекла с колеманитом 10:0,5.
- укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части объема нижнего слоя;
- спекание при температуре 680°С.
Отходы обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита представляют сыпучий материал, не требующий дробления.
В предлагаемом способе при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита по сравнению с прототипом существенно снижается температура спекания за счет образования при 500°С кальций-боратного стекла, обеспечивающего жидкофазное спекание при 680°С.
2
3
Колеманит производства Турции, в промышленных масштабах поставляемый в РФ в своем составе содержит оксид бора (BO). В составе сырьевой смеси при нагреве до 500°С 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 680°С, что существенно ниже, чем у прототипа.
Проведенный сопоставительный анализ технологических операций и свойств предлагаемого и известного способов в таблице 1.
Таблица 1
Сопоставительный анализ технологических операций и свойств предлагаемого и известного способов
Технологические операции и свойства
Единица измерений
Известный способ
Предлагаемый способ
Прочность на сжатие
МПа
65,5
90,5
Морозостойкость
циклы
75
100
Температура спекания
°С
795
680
Технологические операции
Рассев отходов ОГП* (0,5-2,5 мм)Смешение ОГП с жидким стеклом в соотношении 3:1Укладка в формы нижнего слояПомол тарных стеколРассев тарных стекол (2,0-5,0 мм)Смешение гранул тарных стекол с жидким стеклом (10:1)Укладка в формы верхнего слояСпекание, отжиг, обрезкаКонтроль качества
Рассев техногенных отходов (0,5-2,5 мм)Смешение отходов КМА и колеманита при соотношении 9:1Укладка в формы нижнего слояПомол тарных стекол (2,0-5,0 мм)Смешение гранул тарного стекла с колеманитом 10:0,5Укладка в формы верхнего слояСпекание, отжиг, обрезкаКонтроль качества
*ОГП – отходы горнодобывающей промышленности
Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита определяли с учетом температуры спекания и прочности стеклокремнезита на сжатие (таблица 2).
Таблица 2
Оптимальное соотношение компонентов нижнего и верхнего слоев
Соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита
Соотношение боя цветного тарного стекла и колеманита
Температура спекания, °С
Прочность на сжатие, МПа
1
2
3
4
9:0,5
9:0,5
710
64,7
10:0,5
720
62,3
11:0,5
735
58,4
9:1*
8:0,5
670
85,3
9:0,5
675
88,3
10:0,5*
680*
90,5
11:0,5
695
91,8
12:0,5
710
92,3
* – оптимальный вариант
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 повышается температура термообработки 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.
Сопоставительный анализ технологических операций и показателей качества предлагаемого и известного способов показал, что в предлагаемом способе при оптимальном соотношении отходов обогащения железистых отходов КМА и колеманита при массовом соотношении 9:1 снижается температура спекания до 680°С, а прочность стеклокремнезита и морозостойкость возрастают соответственно до 90,5 МПа и 100 циклов замораживания - оттаивания. При этом оптимальное соотношение гранул цветного тарного стекла и колеманита 10:0,5 снижает температуру спекания верхнего слоя по сравнению с известным способом за счет разработанного способа получения стеклокремнезита  на 95-100°С.
Проведенный анализ известных способов получения стеклокремнезита позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
Пример.
В качестве исходных данных были взяты:
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.
Отходы КМА рассевали на виброситах и смешивали с колеманитом при соотношении 0,9:0,1 кг 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 0,1:0,05кг  соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 10% объема нижнего слоя.
Спекание производили в муфельной печи при 680°С. 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 –15°С до –20°С 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 производству стеклокремнезита. Технический результат изобретения заключается в повышении качества конечного продукта и снижении энергозатрат за счет спекания при более низкой температуре. Способ получения стеклокремнезита включает рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, в качестве которого используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов КМА и колеманита при соотношения 9:1 соответственно. Проводят помол, укладку в формы верхнего слоя, в качестве которого используют смесь гранул цветного тарного стекла с колеманитом 10:0,5. Затем осуществляется спекание, отжиг, обрезку контроль качества.