кислотоупорная композиция

Формула изобретения

КИСЛОТОУПОРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, включающая жидкое натриевое стекло, кремнефтористый натрий и кислотостойкий наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит диалюминат кальция при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Жидкое натриевое стекло - 40 - 55

Кремнефтористый натрий - 3 - 4

Кислотостойкий наполнитель - 80 - 120

Диалюминат кальция - 6 - 8

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при приготовлении кислотоупорных замазок для футеровки и для получения плотных кислотноупорных бетонов, эксплуатирующихся в среде, содержащей растворы серной кислоты и сернокислые соли, а также в газовой среде, содержащей сернистые газы с температурой до 500^оС.

Известна силикатная композиция для изготовления покрытия, включающая растворимое калиевое стекло, двукальциевый силикат, молотую слюду, каолин, аэросил, щелочь, гидроокись алюминия и воду [1]

Однако данная композиция обладает пониженной адгезионной прочностью к металлу при высоких температурах и при перепадах температур, высокой пористостью и низкой химстойкостью в слабых кислотах за счет большого выщелачивания составляющих композиции

Известен строительный раствор, состоящий из гидравлического вяжущего (портландцемент, пуццолановый цемент, шлакопортландцемент и др.цементы), обычного заполнителя на основе базальта, кварца, гранита и т.д. и добавки смеси алифатических и/или ароматических изоцианатов и полиизоцианатов и водной дисперсии щелочного силиката [2]

Однако данный раствор не может быть использован в растворах слабой серной кислоты (большое содержание ионов кальция) и при высоких температурах (разложение органической части раствора).

Известна смесь для получения материала с высокой ранней и конечной прочностью на основе водорастворимого силиката (кI), алюмината кальция или алюминатного цемента с заполнителем или без него (кII) и воды, в которую вводятся в твердом активном состоянии Са(ОН)₂ [3]

Недостатком данного материала является низкая стойкость в разбавленных растворах смеси серной кислоты и ее солей ввиду высокого содержания ионов кальция.

Известна кислотоупорная замазка, включающая жидкое стекло, кремнефтористый натрий и минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что с целью повышения прочности, кислотостойкости и снижения пористости, она содержит дополнительно хлористый алюминий при следующих соотношениях компонентов, мас. жидкое стекло 25,0-26.0; кремнефтористый натрий 0,25-3,5% хлористый алюминий 0,75-1,5; минеральный наполнитель остальное [4]

Однако эта кислотоупорная замазка значительно увеличивает свою пористость, снижает химическую стойкость в слабых растворах серной кислоты и резко снижает свою прочность при циклическом перепаде температур.

Наиболее близким составом того же значения к заявленному объекту по совокупности признаков является кислотоупорная композиция, включающая жидкое стекло, кремнефтористый натрий, минеральный наполнитель и хлористый алюминий [4]

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании композиции, принятой за прототип, относится то, что в ней в результате быстрого гидролиза AlCl₃ в системе имеется сразу большое количество ионов Al(OH)₄^- и начинается быстрая реакция поликонденсации, что ведет к быстрой потере пластичности и уменьшению жизнеспособности замазки. Это вызывает появление больших напряжений в затвердевшем веществе, что отрицательно сказывается при перепаде температур. Кроме того, в замазке образуются водорастворимые соли NaCl, которые, вымываясь, увеличивают пористость затвердевшего материала.

Целью изобретения является получение жидкостекольной композиции, обладающей большей жизнеспособностью, которая после отверждения имеет малую пористость, высокую химическую стойкость в воде, в разбавленной серной кислоте и в растворах ее солей (например, в осадительной ванне вискозного производства: H₂SO₄ 135 г/л; ZnSO₄ 13 г/л; Na₂SO₄ 297 г.л; СS₂, H₂,S) высокую адгезионную прочность при циклическом перепаде температур.

Данный технический результат достигается благодаря введению в композицию алюмината кальция, содержащего Al₂O₃ > 60% диалюмината кальция, и в определенном соотношении между кремнефтористым натрием и диалюминатом кальция. При указанном соотношении между кремнефтористым натрием и алюминатом натрия достигается минимальное выщелачивание компонентов из затвердевшей композиции при эксплуатации в разбавленной серной кислоте и в воде.

Все образующиеся во время отверждения жидкостекольной композиции соединения нерастворимы в кислотах, воде и слабых щелочах. Во время отверждения жидкостельного вяжущего увеличивается степень полимеризации, что делает реакцию полимеризации необратимой. Увеличение степени полимеризации кремневой кислоты делает материал более устойчивым к циклическому перепаду температур и уменьшает термическую усадку.

Указанный технический результат достигается тем, что кислотоупорная композиция, содержащая жидкое стекло, кремнефтористый натрий, кислотостойкий наполнитель, дополнительно содержит диалюминат кальция, имеет большую жизнеспособность, высокую химическую стойкость в разбавленной серной кислоте, ее солях и в воде, высокую адгезионную прочность при циклическом перепаде температур и малую пористость при следующем соотношении компонентов, мас.ч. Жидкое стекло 40-55 Кремнефтористый натрий 3-4 Диалюминат кальция 8-6 Кислотостойкий наполнитель 80-120

В качестве активной добавки в жидкостекольную композицию вводится диалюминат кальция.

Выбор этого соединения обосновывается следующими его свойствами.

Ионный состав раствора гидроалюминатов кальция представлен в основном анионами гидроксила ОН^-, алюминия Al(OH)₄^- и катионами Са²⁺.

По скорости растворения и гидратации алюминаты кальция располагаются в ряд.

3СаO Al₂O₃ > 5CaO 3Al₂O₃ > CaO Al₂O₃ > > CaO 2Al₂O₃

Из этого ряда видно, что диалюминат кальция (CaО 2Al₂O₃) обладает наименьшей скоростью растворения и гидратации. Поэтому при его использовании в жидкостекольное вяжущее анионы алюминия и катионы кальция поступают постепенно, что значительно удлиняет жизнеспособность композиции.

Кроме того, только использование СаО 2Al₂O₃ позволяет ввести ионы Са²⁺ и Al(OH)₄^- в оптимальном соотношении к жидкому стеклу и кремнефтористому натрию.

В техническом диалюминате кальция отсутствует свободный СаО и содержание Al₂O₃ составляет более 70%

При гидролизе жидкого стекла и кремнефтористого натрия имеются Na⁺, F^-. SiO₃^2- ОН^-. При использовании в качестве отвердителя Na₂ SiF₆реакция имеет обратимый характер, так как результатом реакции является получение растворимого NaF.

2(Na₂OmSiO₂)+2(m+1)H₂O+Na₂SiF₆ 6NaF+2(2m+1)[Si(OH)₄]+H₂O При наличии в системе ионов Са²⁺ происходит образование нерастворимого в кислотах и воде СаF₂.

В системе также образуется альбит Na₂O₂ Al₂O₃ 6SiO₂, обладающий плохой растворимостью в кислотах и воде.

По мере поступления вследствие гидролиза в систему анионов Al(OH)₄^-происходит образование стойких в щелочной среде алюмиосиликатных связей, что ведет к повышению степени полимеризации анионов кремневой кислоты, следовательно, к повышению водостойкости и стойкости в разбавленной кислоте. В результате реакции образуется кремнеалюмокислородная щелочь по конденсационному механизму.

-O--O-+HO--OHHO-i-O--OH+ H₂O и далее

+HO--OH+ OH^-

Из вышеизложенного следует, что предложенная кислотоупорная композиция, обладая высокой жизнеспособностью после отверждения не содержит растворимых в воде и слабых кислотах ингредиентов.

Благодаря более высокой степени полимеризации кремневой кислоты, она обладает большой эластичностью, что повышает ее стойкость к термическому перепаду температур и повышает адгезионную прочность композиции.

В табл. 1 приведены составы предложенной композиции, прототипа и сравнительные составы.

В табл.2 приведены результаты испытаний этих составов.

Характеристика применяемых материалов.

Натриевое жидкое стекло М 2,8 = 1,42 г/см³, ГОСТ 13078-81.

Кремнефтористый натрий, ТУ 113-08-587-87.

Диабазовый наполнитель, ТУ 21-РСФСР-595-76.

Диалюминат кальция, ТУ 113-03-339-78.

Хлористый алюминий, ГОСТ 2750-75.

Предел прочности для образца и материалов прототипа, предлагаемых и контрольных определяется на образцах 3,1 х 3,1 х х 3,1 см.

Испытания проводятся через 10 сут (см. справочник строителя. Защита строительных конструкций и технологического оборудования от коррозии./Под ред.А.М.Орлова, М. Стройиздат, 1991).

_сж Р/F, где Р нагрузка, при которой разрушается образец, мН;

F площадь поперечного сечения, м³.

Кислотостойкость весовым методом определяется по формуле

К_в m₁/m₂ 100% где m₁,m₂ масса материала соответственно после и до испытаний.

Механический коэффициент химической стойкости определяется по формуле

K_п= _сж1/_сж2 100% где _сж1,_сж2 предел прочности на сжатие соответственно после испытаний и до испытаний.

Испытания проводились по следующим ГОСТам.

Срок охватывания определяется по ГОСТ 310.3-76.

Испытания механической прочности в соответствии с ГОСТ 473.6-81.

Кислотостойкость (весовой метод) по ГОСТ 473,1-81.

Предложенная композиция внедрена в 1992 г. на АО "Рязанские химические волокна" при футеровке скрубберов. Скруббера эксплуатируются в среде, содержащей H₂SO₄ 135 г/л; ZnSO₄ 13 г/л; Na₂SO₄ 297 г/л.

В газовой фазе находятся дополнительно сероуглерод и сероводород.

Температура меняется от 25 до 500^оС.