КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ
COMPOSITION FOR PRODUCING 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-глыбу (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 C04B 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°C 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
3
2
Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и HPO, дополнительно вводят алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов с содержанием, мас.%: SiO - 7,2; AlO - 68,3; FeO - 1,4; MgO - 0,7; CrO - 10,2; RO - 11,8 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
алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов
2
2
3
2
3
с содержанием, мас.%: SiO - 7,2; AlO - 68,3; FeO - 1,4;
2
3
2
MgO - 0,7; CrO - 10,2; RO - 11,8 24-30.
2
3
Алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов образуются в процессе обработки алюминиевых сплавов металлургических заводов. Из отработанных травильных растворов осаждается осадок, который концентрируется на дне ванны и постепенно кристаллизуется. Шлам этой группы отличается высоким содержанием AlO и может при определенных условиях стать заменителем природного пирофиллита, бокситов и других алюмосодержащих компонентов при производстве жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих.
Химический оксидный состав алюмохромистых отходов травления алюминиевых сплавов представлен в таблице 1, а поэлементный - в таблице 2.
Таблица 1
Химические составы алюмосодержащих отходов производств
Компонент
Содержание оксидов, мас. %
SiO<sub>2</sub>
Al<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.
1. Алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов
7,2
68,3
1,4
-
0,7
10,2
11,8
-
2. 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
Алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов
64,64
24,55
0,3
4,2
-
0,17
2,48
3,66
Катализатор ИМ-2201
60,74
26,58
-
2,81
-
-
2,82
8,1
Для изготовления жаростойких композитов использовались: щебень и песок, которые применяются в бетонах и жаростойких композитах, согласно требованиям ГОСТов.
3
А) щебень, отвечающий требованиям ГОСТа Г 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия» М 600, 800-1000, со средней плотностью зерен от 2,0 до 2,5 кг/миз карбонатных пород, добываемый в Самарской области, фракции 5-10 мм;
3
3
Б) песок, отвечающий требованиям ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия». Песок речной, добываемый в Самарской области, имел следующие показатели: средняя плотность в сухом состоянии - 1,5 кг/м; содержание илистых, пылевидных и глинистых частиц не более - 0,7% по массе; истинная плотность песка речного - 2,65 г/см; наличие суглинка, комков глины и прочих засоряющих примесей не более - 0,05%; модуль крупности - 1,68. Обычно в составах жаростойких бетонов содержание щебня и песка доходит до 60% и более. В предлагаемых составах максимальное содержание данных природных инертных материалов составляет не более 50% и до 39% - отходы производств (таблица 3).
Таблица 3
Составы для получения жаростойких композитов (бетонов)
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%
1
2
3
Отработанный катализатор ИМ-2201 согласно ТУ 38.103544-89, насыпная плотность 1,0-1,5 г/см<sup>3</sup>;
10
12
15
Щебень ГОСТ 8267-93. М800, плотность 2,2 кг/м<sup>3</sup>
40
38
33
Песок ГОСТ 8736-93, модуль крупности - 1,68 средняя плотность - 1,5 кг/м<sup>3</sup>
10
11
13
Ортофосфорная кислота H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч.) ОКП 26 1213 0021 10. Массовая доля ортофосфорной кислоты (H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>) не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см<sup>3</sup>
10
12
15
Алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов
30
27
24
3
4
3
4
3
Для изготовления жаростойких композитов использовались в качестве связующей ортофосфорная кислота HPO в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч.) ОКП 26 1213 0021 10. Массовая доля ортофосфорной кислоты (HPO), не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см.
В заявке, как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-21 (отходы производства) - ТУ 38.103544-89. Химические составы катализатора: оксидный и поэлементный, представлены в таблицах 1 и 2.
3
2
3
Согласно ТУ 38.103544-89 отработанный катализатор ИМ-2201 должен иметь следующие показатели: внешний вид порошка - серо-зеленого цвета, насыпная плотность 1,0-1,5 г/см; массовая доля AlO не менее 70%. Отработанный катализатор использовался как огнеупорный материал.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Технологический процесс производства бесцементных жаростойких композитов (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 композиты (бетоны) требуют особую термообработку.
Для композитов (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°C - 150°C/час, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.
В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого композита (бетона).
Таблица 4
Физико-механические показатели жаростойкого композита (бетона), после твердения и нагревания до температуры 1200°C
Показатели
Составы
Прототип
1
2
3
Термостойкость, °C
38
43
48
29
Механическая прочность на сжатие, МПа
54,3
57,1
59,87
46
Огнеупорность, °C
1630
1650
1680
-
Температура под нагрузкой 0,2 МПа, °C.
1520
1540
1580
-
Как видно из таблицы 4, жаростойкий композит (бетон) из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.
Полученное техническое решение при использовании алюмохромистых отходов травления алюминиевых сплавов позволяет значительно повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого композита (бетона).
Использование техногенного сырья при получении жаростойкого композита (бетона) способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для строительных материалов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Пат. Российской Федерации №2440312, МПК C04B 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.
2. 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.