СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ НАПОЛЬНОЙ И ОБЛИЦОВОЧНОЙ ПЛИТКИ
GLASS-CERAMIC MATERIAL FOR FLOOR AND FACING TILES

Изобретение относится к области производства строительных материалов и изделий, применяемых для наружной и внутренней облицовки стен и полов зданий.
2
2
3
2
3
2
2
3
2
Известен шлакоситал для облицовочных строительных изделий, включающий SiO 54,0-55,0%; AlO 8,3-9,00%; CaO 17,0-17,7%; FeO 10,2-11%; MgO 1,0-2,1%; NaO 1,6-3%; CrO 0,4-0,8%; FeO 1,0-3,0%; KO 1,6-3,0% (Патент RU №2015124, МПК С03С 10/06, опубл. 30.06.1994 г.).
Изделия из этого известного состава шлакоситалла имеют высокую водоустойчивость 99,5-99,7%, температуру размягчения 900-1000°С. Недостатком является длительный процесс плавления, высокая энергоемкость процесса.
2
2
3
2
3
2
2
Известен шлакоситал, включающий SiO 57,0-66,0%; AlO 10-18,00%; CaO 10,0-13,6%; FeO 4-6%; KО 2-3,0%; ZnO 6-10%; TiO 0,4-1%, который используется как материал для строительных изделий (Патент RU №2056384, МПК С03С 10/06, опубл. 23.03.1996 г.) Известный шлакоситал и изделия из него имеют высокую водостойкость 99,7-99,9%. Недостатками являются длительный процесс плавления, высокая энергоемкость процесса.
2
2
3
2
3
2
2
5
2
2
3
Наиболее близким к изобретению является стекло для стеклокристаллического материала, используемое для внутренней и наружной отделки, устройства покрытий полов зданий и содержащее в своем составе: SiO 47,9-64,7%; AlO 4,1-11,2; FeO 0,2-0,9%; CaO 20,9-32,2%; MgO 2,9-6,2%; NaO 2,9-6,5%; PO 0,1-1%; F 0,1-1,2%; KO 0,1-1,3%; TiO 0,1-0,3%, SO 0,2-0,5%; MnO 0,1-0,3% (Патент RU №2026836, МПК С03С 10/06, опубл. 20.01.1995 г. - прототип).
2
2
2
Для получения материала по прототипу используется шлак металлургического и фосфорного заводов, отходы производства капролактама, сода, сульфат натрия, гранитный отсев, кварцитная мелочь, местный кварцевый песок. Повышенное содержание MgO и пониженное содержание NaO и KO в прототипе обеспечивают появление кристаллических фаз, а TiO способствует их формированию. Высокая степень кристаллизации, более 60%, приводит не только к увеличению физико-механических характеристик, но и к получению изделий светлых тонов, что позволяет получать изделия различной цветовой гаммы путем использования красителей. Изделия из стекла по прототипу имеют высокие показатели сопротивления удару (120-128 Нсм). Процесс производства строительных изделий по прототипу включает варку стекла при температуре 1400-1450°С, получение стеклогранулянта, формование изделия в керамических формах и термообработку сформованных плит в газовых печах при температуре, согласно режиму, 400-450°С с выдержкой 15-20 мин и далее по режиму при температуре 950-970°С с выдержкой 30 мин. Недостатком прототипа является многокомпонентность шихты, многостадийность процесса получения конечного продукта.
Задачей изобретения является получение материала более простого состава, чем состав материала по прототипу, используя золошлаковые отходы теплоэлектростанций (ТЭС), при сохранении показателя сопротивления удару, как в прототипе, и улучшении иных физико-механических свойств материала, а также снижения экономических затрат по сравнению с прототипом.
Технический результат заключается в интенсификации процесса плавления шихты и повышении физико-механических свойств материала.
2
2
3
2
3
2
2
Поставленная задача решается тем, что, как и прототип, заявляемый стеклокристаллический материал включает SiO, AlO, CaO, MgO, FeO и TiO. В отличие от прототипа он получен из шихты, расплавленной с помощью воздушной плазмы, и дополнительно содержит LiO при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2
SiO - 57,6-62,71;
2
3
AlO - 20,3-28,3;
2
3
FeO - 4,9-5,32;
CaO - 4,8-12,8;
MgO - 1,7-1,89;
2
LiO - 0,56-0,7;
2
TiO - 2.
Предложенный состав материала для напольной и облицовочной плитки был установлен в процессе экспериментов. Опытным путем было доказано, что за пределами этих составов качество получаемого впоследствии изделия является неудовлетворительным. К тому же для получения высоких физико-механических свойств изделия необходимо получить 100% расплав шихты. Традиционными способами для заявленной шихты этого достичь невозможно по причине высокой температуры плавления (1600-1700°С). Установлено, что качественный однородный 100% расплав получается при воздействии на шихту воздушной плазмой. Температура плазменного потока составляет 3000-4000°С, что обеспечивает высокую скорость нагрева (10-15°С/сек). Традиционные плавильные печи обеспечивают температуру нагрева 1200-1400°С при скорости нагрева 2-4 часа.
Снижение экономических затрат достигается за счет простоты состава сырьевой смеси, необходимой для получения стеклокристаллического материала, и уменьшения времени на получение расплава сырьевой смеси за счет интенсификации процесса плавления.
Предложенный качественный и количественный состав стеклокристаллического материала среди известных технических решениях не обнаружен, что подтверждает новизну изобретения и его соответствие изобретательскому уровню.
Изобретение промышленно применимо. Его можно многократно реализовывать с достижением указанного технического результата.
Технологический процесс получения стеклокристаллического материала включает предварительную сушку и помол золошлаковых отходов, дозировку подшихтовочных компонентов, плазменный способ получения расплава, формование изделия методом свободного литья в форму, термообработку изделия в муфельной печи. Измельченные компоненты шихты подают в смеситель и направляют в плавильную печь, где нагревают шихту воздушной плазмой с t=3000-4000°С при скорости нагрева 10-15°С/сек до 1600-1700°С, стекловидный материал разливают в формы, осуществляют кристаллизацию и отжиг. Энергозатраты в среднем составляют не более 5 кВч/кг.
4
2
4
3
4
2
2
3
2
3
2
За счет применения окрашивающих добавок, таких как соль кобальта CoSO, соль хрома Cr(SO), соль никеля NiSO, возможно получение материала разных цветов. Были изготовлены напольные плитки из пяти составов, которые приведены в таблице 1. В качестве сырьевого материала применялись золошлаковые отходы ТЭС г.Северска Томской области следующего химического состава, вес.% SiO - 62,71; AlO - 22,2; СаО - 8,4; MgO - 1,89; FeO - 5,32; LiO - 0,6%. Шихту составляет низкокальциевая зола ТЭС (70-85%), глинозем и оксид титана, применяемый в качестве инициатора кристаллизации. Физико-механические свойства плиток указанных составов приведены в таблице 2.
Таблица 1
Компонент
Состав шихты, мас.%
1
2
3
4
5
SiO<sub>2</sub>
62,71
58,9
58,9
57,6
57,6
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
22,15
26,8
20,8
28,3
20,34
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
5,3
4,99
5,02
4,94
4,9
CaO
5,25
4,94
10,94
4,8
12,8
MgO
1,89
1,8
1,77
1,7
18
TiO<sub>2</sub>
2
2
2
2
2
Li<sub>2</sub>O
0,7
0357
0,57
0,66
0,56
∑
100
100
100
100
100
Таблица 2
Компонент
Состав шихты, мас.%
1
2
3
4
5
Температура плавления сырьевой смеси, t°
1600-1700
1600-1700
1600-1700
1600-1700
1600-1700
Плотность кг/м<sup>3</sup>
1900
1920
1970
2100
2200
Предел прочности, МПа
при изгибе
18,5
21,4
21,5
21,5
22,5
при сжатии
450
450
500
530
390
ТКЛР×10<sup>7</sup> 1/град
6,12
4,8
9,3
3,76
15,5
вязкость, ДПА·с
при 800°
10<sup>6,1</sup>
10<sup>6,5</sup>
10<sup>6,2</sup>
10<sup>6,1</sup>
10<sup>6,2</sup>
при 900°
10<sup>5,1</sup>
10<sup>4,9</sup>
10<sup>5,0</sup>
10<sup>4,8</sup>
10<sup>4,9</sup>
Кислотостойкость (%) в 98%-ной H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
96,3
98,5
96,6
99,7
96,5
Химическая устойчивость к воде, %
99,8
99,9
99,9
99,9
99,9
Термостойкость, °С
190
200
180
2Ю
170
Сопротивление удару, Н·см
125
128
120
W
127
Как видно из таблиц 1 и 2, напольная и облицовочная плитка из заявляемого в качестве изобретения стеклокристаллического материала, более простого в сравнении с прототипом состава, имеет высокие физико-механические характеристики. Прочность при сжатии изделий выше, чем по прототипу (в прототипе 114-135 МПа). Улучшены и такие показатели, как ТКЛР (в прототипе 78-84 1/град) и термостойкость (в прототипе 120-130°С). Наиболее высокими техническими характеристиками обладают изделия, полученные на основе шихты состава 4. Этот состав может стать основой для получения ресурсосберегающего высокотехнологичного стеклокристаллического материала различного практического назначения, обладающего повышенными, в сравнении с прототипом, эксплуатационными свойствами.