способ получения стекломатериала из золошлаковых отходов

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОМАТЕРИАЛА ИЗ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ путем плавления шихты, включающей мас.%: CaO 9 - 54; SiO₂ 13 - 75; Al₂O₃ 5 - 26; Fe₂O₃ 1 - 24; MgO 2 - 6; Na₂O 0,1 - 1; K₂O 0,2 - 1; SO₃ 0,1 - 0,6; TiO₂ 0,2 и С, в восстановительной среде и охлаждения полученного расплава посредством термоудара, отличающийся тем, что перед плавлением содержание углерода в шихте доводят до 3 - 8 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение расплава ведут в потоке газовой среды.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что газовая среда образована газами, образующимися в результате разложения карбидов в воде.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что газовая смесь представляет собой смесь инертного газа и газов, образующихся в результате разложения карбидов в воде.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный стекломатериал дополнительно измельчают и прессуют с последующим обжигом.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный стекломатериал дополнительно нагревают до образования расплава, а затем медленно охлаждают.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный стекломатериал дополнительно нагревают до образования расплава, а затем охлаждают с последующим обжигом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительным материалам, а более конкретно к способу получения стекломатериалов из золошлаковых отходов, которые могут быть также широко использованы в химической, радиоэлектронной и других отраслях.

Известен способ получения стекломатериалов из золошлаковых отходов, заключающийся в том, что шихту следующего состава, мас. CaO 9,0-54,0 SiO₂ 13,0-75,0 Al₂O₃ 5,0-26,0 Углерод 1,0-2,0 Fe₂O₃ 1-24 MgO 2,0-6,0 Na₂O 0,1-1,0 K₂O 0,2-1,0 SO₃ 0,1-0,6 TiO₂ 0,2 нагревают до температуры плавления и плавят в восстановительной среде, а затем полученный расплав термоударом охлаждают до образования стекломатериала (Препринт Института физики Сибирского отделения Академии наук СССР. N 74, 1991 Красноярск, Павлов В.Ф. и другие "Технология переработки зол, углей КАТЭК").

Данным способом практически из всех широкоизвестных золошлаковых отходов можно получать стекломатериалы со сравнительно низким коэффициентом теплопроводности, что позволяет их широко использовать в качестве теплоизоляционных материалов. Однако известным способом невозможно осуществить полную очистку обрабатываемых золошлаковых отходов от примесей переходных соединений металлов, что значительно снижает область использования получаемых стекломатериалов, так как их невозможно использовать в качестве сырья для получения оптически прозрачных стекломатериалов.

Целью изобретения является создание такого способа получения стекломатериалов из золошлаковых отходов, который благодаря полной очистки шихты от примесей переходных соединений металлов и связыванию свободного оксида кальция значительно повысил бы качество получаемых стекломатериалов и расширил бы область их применения.

Это решается тем, что в способе получения стекломатериалов из золошлаковых отходов, заключающемся в том, что шихту следующего состава, мас. CaO 9,0-54,0 SiO₂ 13,0-75,0 Al₂O₃ 5,0-26,0 Углерод 1,0-2,0 Fe₂O₃ 1,0-24,0 MgO 2,0-6,0 Na₂O 0,1-1,0 K₂O 0,2-1,0 SO₃ 0,1-0,6 TiO₂ 0,2 нагревают до температуры плавления и плавят в восстановительной среде, а затем полученный расплав термоударом охлаждают до образования стекломатериала, перед нагреванием шихты содержание углерода в ней доводят до 3,0-8,0 мас. а формирование структуры стекломатериала осуществляют в регулируемом потоке газовой среды. В тех случаях, когда необходимо получить стекломатериал с максимальной пористостью для использования его в качестве теплоизоляционного материала, целесообразно, чтобы газовая среда была образована газами, возникающими в результате разложения карбидов в воде.

В тех случаях, когда необходимо получить стекломатериал сферической формы, находящий широкое применение в различных областях промышленности от химической (например в качестве фильтров) до авиационной (например в качестве легкого и теплоизоляционого материала), необходимо, чтобы газовая среда была образована дополнительно подаваемым инертным газом.

Возможно, чтобы газовая среда представляла собой смесь дополнительно подаваемого инертного газа и газов, возникающих в результате разложения карбидов в воде.

Это позволит получать стекломатериалы с максимальной пористостью из золошлаковых отходов с малым содержанием оксидов алюминия и кальция.

Для получения силикатных кирпичей, облицовочной плитки, использующихся в строительной индустрии, целесообразно полученный стекломатериал дополнительно измельчить и спрессовать с последующим обжигом.

Можно полученный материал дополнительно нагреть до образования расплава, а затем медленно охладить.

Это позволяет получать стеклокристаллические износостойкие материалы.

Для получения оптических материалов с широкой полосой пропускания и высоким коэффициентом прозрачности в видимой и инфракрасной областях спектра электромагнитных волн необходимо полученный стекломатериал дополнительно нагреть до образования расплава, а затем охладить с последующим обжигом.

Лучшие варианты осуществления изобретения.

Предлагаемый способ получения стекломатериалов из золошлаковых отходов заключается в том, что шихту следующего состава, мас. CaO 9-54 SiO₂ 13,0-75,0 Al₂O₃ 5,0-26,0 Углерод 1,0-2,0 Fe₂O₃ 1,0-24,0 MgO 2,0-6,0 Na₂O 0,1-1,0 K₂O 0,2-1,0 SO₃ 0,1-0,6 TiO₂ 0,2 нагревают до температуры плавления и плавят в восстановительной среде, а затем полученный расплав охлаждают посредством термоудара с одновременным формированием структуры стекломатериала в регулируемом потоке газовой среды.

В золошлаковых отходах, получаемый при сжигании углей различных месторождений, содержание углерода обычно не превышает 5 мас. что является недостаточным для проведения процесса полного восстановления оксидов железа и образования карбидов. Поэтому для проведения процесса прямого восстановления оксидов железа перед нагреванием шихты содержания углерода в ней доводят до 3,0-8,0 мас. Данный количественный интервал углерода обусловлен процентным содержанием оксидов железа в исходных золошлаковых отходах.

Для получения заданной структуры стекломатериала в данном способе используют газы, образованные в результате разложения карбидов, инертные газы или смесь тех и других.

Ниже предлагаемый способ получения стекломатериалов из золошлаковых отходов поясняется конкретными примерами его осуществления.

П р и м е р 1. 500 г золошлаковых отходов, полученных от сжигания углей состава, мас. CaO 24 SiO₂ 54,57 Al₂O₃ 9,43 Углерод 1 Fe₂O₃ 6,0 MgO 4,0 Na₂O 0,31 K₂O 0,36 SO₃ 0,13 TiO₂ 0,2 плавят в графитовом тигле при температуре 1350-1450^оС в течение 2,5 ч. Перед нагреванием содеpжание углерода в шихте доводят до 3,0 мас. Полученный расплав с содержанием общего железа 0,15 мас. охлаждают в режиме термоудара отливом в воду. При этом происходит мгновенное вспенивание стекломатериала. Полученный пористый стекломатериал дробят до нужной крупности и для упрочнения пор обжигают нагреванием до температуры 850^оС, затем охлаждают. Изготовленный стекломатериал характеризуется насыпной плотностью 150 кг/м³.

П р и м е р 2. 500 г золы от сжигания углей состава, мас. CaO 32,2 SiO₂ 42,5 Al₂O₃ 5,0 Углерод 2,0 Fe₂O₃ 12,0 MgO 4,5 Na₂O 1,0 K₂O 0,4 SO₃ 0,2 TiO₂ 0,2 нагревают и плавят в графитовом тигле при температуре 1350-1450^оС в течение 2,5 ч. Перед нагреванием содержание углерода в шихте доводят до 3 мас. Полученный расплав с содержанием общего железа 0,15 мас. охлаждают в режиме термоудара отливом в воду. При этом происходит мгновенное вспенивание массы. Полученный пористый стекломатериал дробят до нужной крупности и термообрабатывают способом, указанным в примере 1. Изготовленный стекломатериал характеризуется насыпной плотностью 150 кг/м³.

П р и м е р 3. Берут 500 г золы от сжигания углей состава, мас. CaO 13,1 SiO₂ 38 Al₂O₃ 19,2 Углерод 2,0 Fe₂O₃ 20,0 MgO 6,0 Na₂O 0,2 K₂O 0,9 SO₃ 0,4 TiO₂ 0,2

Перед нагреванием содержание углерода в шихте доводят до 8 мас. а затем шихту плавят в графитовом тигле при температуре 1350-1450^оС в течение 2,5 ч. Полученный расплав с содержанием общего железа 0,15 мас. охлаждают в режиме термоудара отливом в воду. При этом происходит мгновенное вспенивание массы. Полученный пористый стекломатериал термообрабатывают аналогично примеру 2. Изготовленный стекломатериал характеризуется насыпной плотностью 150 кг/м³.

П р и м е р 4. 500 г золы от сжигания углей состава указанного в примере 1 плавят и термообрабатывают аналогично примеру 1. Полученный стекломатериал диспергируют до крупности 0-80 мкм, затем из порошка прессуют кубики размером 100х100х100 мм и палочки размеров 40х40х160 мм. Сформованные изделия сушат, а затем обжигают при температуре 950^оС в течение 30 мин с последующим охлаждением в печи. Полученные образцы обладают следующими характеристиками:

Предел прочности при сжатии, МПа 39,3

Предел прочности при изгибе, МПа 7,7

П р и м е р 5. 500 г золы от сжигания углей состава, указанного в примере 4, плавят аналогично примеру 4. Полученный расплав охлаждают в режиме термоудара методом отлива на восходящий поток инертного газа (СО₂), в результате чего полученный стекломатериал имеет полую сферическую форму с плотностью гранул 1000 кг/м³.

П р и м е р 6. 500 г золы от сжигания углей состава, указанного в примере 4, плавят аналогично этому же примеру. Полученный расплав охлаждают в режиме термоудара методом отлива в воду с поддувом инертного газа (СО₂), в результате чего более 50% полученного стекломатериала имеет полую сферическую форму разных диаметров с плотностью гранул 500 кг/м³.

П р и м е р 7. 500 г золы от сжигания углей состава, указанного в примере 4, варят аналогично примеру 4. Полученный расплав охлаждают в режиме термоудара методом отлива расплава в воду через вспененный материал, в результате чего менее 50% от общей массы полученного стекломатериала имеет полую сферическую форму разных диаметров с плотностью гранул 100-300 кг/м³.

Изобретение наиболее эффективно можно использовать для получения строительных материалов различного назначения (кирпича, тепло- и звукоизоляционные материалы, облицовочные и керамические материалы), фильтрующих материалов, химически стойких материалов. Кроме того, предлагаемым способом можно получать стекломатериалы с большим коэффициентом пропускания света, которые используются в магнитооптике (магнитооптические диски памяти, жидкокристаллические модуляторы света), а также в астрооптике.