способ получения пористых стекломатериалов из нерудного сырья

Формула изобретения

Способ получения пористых стекломатериалов с насыпной плотностью 30-100 кг/м³ из нерудного сырья путем плавления шихты, включающей SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgО, Fe₂O₃, SO₃, Na₂О, K₂О в восстановительной среде, причем перед плавлением содержание углерода доводят до 1 мас. %, и последующего охлаждения силикатной части расплава в режиме термоудара, отличающийся тем, что содержание оксида кальция в шихте доводят до массового отношения SiО₂/СаО, равного 0,7-1,0, при следующем содержании компонентов, мас. %: SiO₂ 39,78-53,7; CaO 39,95-51,45; Al₂O₃ 3,37-5,76; Fe₂O₃ 0,05-0,8; MgO 0,4-1,21; SO₃ 0,26-0,32; Na₂O 0,04-0,37; K₂O 0,1-0,53.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлическую часть расплава выливают в изложницы.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области переработки нерудного сырья в пористые теплоизоляционные материалы для строительной индустрии и при производстве фильтрующих материалов.

Известен способ получения пеностекла из нерудного сырья (а.с. 1654278 А1), заключающийся в том, что шихту в составе измельченных до размера частиц менее 1,25 мм диопсидовых и кварцевых пород, пирита и угля с размером частиц менее 0,06 мм, смешивают и плавят при температуре 1450-1470^oС в течение 2 часов, затем расплав выливают на движущуюся металлическую сетку, погруженную в воду на глубину 0,1-1,5 см. В случае несоблюдения глубины погружения сетки в воду вспенивание вообще не наблюдается. Этим способом получают пеностекло со средней плотностью 80-100 кг/м³, которое отделяют от основной массы тяжелых остеклованных частей, образованных в нижних частях воды при быстром охлаждении. Отсутствие вспенивания расплава на глубине более 1,5 см свидетельствует о высоком значении вязкости расплава и большой скорости ее изменения в области температур вспенивания. Т.е. рассматриваемый состав имеет значительный градиент вязкости в области температур вспенивания, что не соответствует условиям устойчивого пенообразования. Необходимость такого жесткого соблюдения условий погружения расплава в воду и образование сероводорода по реакции:



ограничивают использование описанного способа.

В известном способе получения пористых материалов из рудного сырья - мартеновские шлаки (патент РФ 2132306) в шихте следующего состава, мас.%: SiO₂ 20-25; CaO 25-40; Al₂O₃ 2-8; MgО 7-15; MnО 5-10; FeО 12-18; Fe₂O₃ - 3-5; P₂O₅ 0,3-0,7; Na₂О 0,3-0,5; K₂О 0,15-0,5; TiO₂ 0,2-0,5; SO₃ 0,05-0,09; доводят содержание углерода до 3 мас.% и плавят в восстановительной среде. Затем силикатную часть расплава охлаждает в режиме термоудара. Согласно изобретению содержание оксида кремния в шихте доводят до массового отношения SiO₂/СаО, равного 1-2. В данном способе восстановление закиси железа, образование карбидов кальция и алюминия в процессе восстановительной плавки, наличие Р₂О₅ в силикатной части расплава приводит к понижению основности силикатной части расплава и перераспределении серы в металл. При охлаждении силикатной части расплава простым отливом в воду получается пористый стекломатериал с насыпной плотностью 50-100 кг/м³, в которой эмиссии сероводорода не наблюдается. Данный способ выбран в качестве прототипа по максимальному совпадению существенных признаков.

Целью заявляемого изобретения является расширение интервала вспенивающихся составов из расплавов нерудного сырья.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения пористых стекломатериалов из нерудного сырья, заключающемся в том, что в шихте следующего состава, мас. %: SiO₂ 39,78-53,7; CaO 39,95-51,45; Al₂O₃ 3,37-5,76; Fe₂O₃ 0,05-0,8; MgО 0,4-1,21; SO₃ 0,26-0,32; Na₂О 0,04-0,37; K₂О 0,1-0,53 доводят содержание углерода до 1 мac.% и плавят в восстановительной среде. Затем силикатную часть расплава охлаждает в режиме термоудара простым отливом в воду. Согласно изобретению содержание оксида кальция в шихте доводят до массового отношения SiО₂/СаО, равного 0,7-1,0.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что за счет изменения соотношения оксидов SiО₂/СаО в шихте увеличивается температурный интервал, в котором наблюдается наименьший градиент вязкости в области температур вспенивания. Вспенивание происходит за счет взаимодействия карбидов кальция, алюминия и кремния, образующихся в процессе восстановительной плавки, с водой.

Кроме того, за счет образования карбидов происходит понижение основности силикатной части расплава и перераспределение серы в металлическую и газовую фазы. При охлаждении силикатной части расплава в полученном пористом теплоизоляционном материале эмиссии сероводорода не наблюдается.

Ниже предлагаемый способ получения пористых стекломатериалов из нерудного сырья поясняется конкретными примерами его осуществления.

Пример 1. 40 кг шихты из нерудного сырья состава, мас.%: SiO₂ 45,4; Al₂O₃ 4,97; Fe₂O₃ 0,8; CaO 45,4; MgО - 1,21; SO₃ - 0,32; Na₂О - 0,37; K₂О 0,53 с соотношением SiО₂/СаО = 1,0 вводят 1 мас.% углерода и плавят в восстановительной среде при температуре 1580-1650^oС в течение двух часов. Затем полученную силикатную часть расплава охлаждает отливом в воду, а металлическую часть сливает в изложницы. При этом происходит вспенивание силикатной части расплава. Полученный материал с насыпной плотностью 70 кг/м³ помещают в сосуд и измеряют эмиссию сероводорода, которая не обнаруживается.

Пример 2. В 48 кг шихты из нерудного сырья состава, мас.%: SiO₂ 46,73; Al₂O₃ 3,37; Fe₂O₃ 0,1; CaO 47,7; MgО 0,49; SO₃ 0,26; Na₂О 0,15; K₂О 0,2 с соотношением SiО₂/СаО = 0,98 вводят 1 мас.% углерода и плавят в восстановительной среде при температуре 1580-1650^oС в течение двух часов. Затем полученную силикатную часть расплава охлаждают отливом в воду, а металлическую часть расплава сливают в изложницы. При этом происходит вспенивание силикатной части расплава. Полученный материал с насыпной плотностью 34 кг/м³ помещают в сосуд и измеряют эмиссию сероводорода, которая не обнаруживается.

Пример 3. В 56 кг шихты из нерудного сырья состава, мас.%: SiO₂ 43,26; Al₂O₃ 4,0; Fe₂O₃ 0,23; CaO 50,6; MgО 0,48; SO₃ 0,29; Na₂О 0,04; K₂О 0,1 с соотношением SiО₂/СаО = 0,86 вводят 1 мас.% углерода, плавят и охлаждают аналогично примеру 1. Полученный материал с насыпной плотностью 69 кг/м³ помещает в сосуд и измеряют эмиссию сероводорода, которая не обнаруживается.

Пример 4. В 93,6 кг шихты из нерудного сырья состава, мас.%: SiO₂ 39,78; Al₂O₃ 5,76; Fe₂O₃ - 0,19; CaO 51,45; MgО 1,21; SO₃ 0,31; Na₂О 0,2; K₂О 0,1 с соотношением SiО₂/СаО = 0,77 вводят углерод 1 мас.%, плавят и охлаждают аналогично примеру 1 и 2. Полученный материал с насыпной плотностью 72 кг/м³ помещают в сосуд и измеряют эмиссию сероводорода, которая не обнаруживается.