композиция для изготовления жаростойких композитов

Формула изобретения

Композиция для изготовления жаростойкого бетона, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и H₃ PO₄, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит обожженный солевой алюминиевый шлак при температуре 1000°C с содержанием, мас.%: SiO₂ - 4,75; Al₂O ₃ - 77,3; Fe₂O₃ - 1,6; CaO - 2,57; MgO - 7,5; R₂O - 5,13 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201	10-15
щебень	33-40
песок	10-13
H3PO4	10-15
обожженный солевой алюминиевый шлак при температуре
1000°C с содержанием оксидов, мас.%: SiO2 - 4,75
Al2O3 - 77,3; Fe2O3 - 1,6; CaO - 2,57; MgO - 7,5
R2O - 5,13	24-30

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих. К химически связующим, применяемым в жаростойких бетонах, относятся жидкое стекло, силикат-глыба (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.

Наиболее близкой к изобретению является композиция для получения жаростойких композитов, включающая следующие компоненты, мас.%: глиноземсодержащий шлам - 10,5-10,53 (220 кг/м³); отработанный катализатор ИМ-2201 - 10,5-10,53 (220 кг/м³ ); щебень - 35,88-35,89 (750 кг/м³); песок - 30,62-30,63 (640 кг/м³); H₃PO₄ - 12,44-12,45 (260 кг/м³) / 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 композиции является относительно низкий предел прочности при сжатии после твердения и нагревания до температуры 1200°C и низкая термостойкость.

Сущность изобретения - повышение качества жаростойкого бетона.

Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойкого бетона.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и H₃PO₄, дополнительно вводят обожженный солевой алюминиевый шлак при температуре 1000°C с содержанием оксидов, мас.%: SiO₂ - 4,75; Al₂O₃ - 77,3; Fe₂O₃ - 1,6; CaO - 2,57; MgO - 7,5; R₂O - 5,13 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201	10-15
щебень	33-40
песок	10-13
H3PO4	10-15
обожженный солевой алюминиевый шлак при температуре
1000°C с содержанием оксидов, мас.%: SiO2 - 4,75
Al2O3 - 77,3; Fe2O3 - 1,6; CaO - 2,57; MgO - 7,5
R2O - 5,13	24-30

Солевой алюминиевый шлак является отходами алюминиевого производства. По показателям острой токсичности в эксперименте на теплокровных животных (мыши) и двух видов гидробионитов (ветвистоусые рачки Daphnia magna Straus и зеленые протококковые водоросли Scenedesmus guadricauda) солевые отходы относятся к III классу опасности по степени воздействия на организм и к IV классу опасности для окружающей среды. Солевые алюминиевые шлаки имеют следующий химический состав состава, мас.%: NaCl - 10,25; CaO+CaCO₃ - 14,28; MgO+MgCO₃ - 15,30; FeCl₃ - 0,001; SiO ₂ - 3,10; Al₂O₃ - 41,282; KCl - 5,35; CuCl₂ - 0,001; алкилмеркаптиты Al - 0,545; предельные углеводороды - 0,001; Al (металлический) - 9,89.

Солевой алюминиевый шлак обжигался при температуре 1000°C до химического состава, представленного в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Химические составы алюмосодержащих отходов производств
Отход	Содержание оксидов, мас.%
	SiO2		Al2 O3		Fe2 O		CaO		MgO		Cr2O3		R2O		П.п.п
1. Обожженный солевой алюминиевый шлак	4,75		77,3		1,6		2,57		7,5		-		5,13		1,15
2. Отработанный катализатор ИМ-2201	7,90		74,5		0,15		-		0,10		14,8		1,57		-
Таблица 2
Поэлементный химический состав отходов
Отход		Концентрация, мас.%
		O		Al		Mg		Na		Ca		Fe		Si		Cr
Обожженный солевой алюминиевый шлак		66,34		26,96		2,73		1,90		0,45		0,14		1,48		-
Катализатор ИМ-2201		60,74		26,58		-		2,81		-		-		2,82		8,1

После обжига солевого алюминиевого шлака химический состав его значительно обогатился оксидом алюминия (таблица 1), что будет способствовать повышению физико-механических свойств жаростойких композиций.

Для изготовления жаростойких бетонов использовались щебень и песок, отвечающие требованиям для производства бетонов:

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/м³ из карбонатных пород, добываемый в Самарской области, фракции 5-10 мм;

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/м³; содержание илистых, пылевидных и глинистых частиц не более - 0,7% по массе; истинная плотность песка речного - 2,65 г/см³; наличие суглинка, комков глины и прочих засоряющих примесей не более - 0,05%; модуль крупности - 1,68.

В качестве фосфатных связующих использовалась ортофосфорная кислота H₃PO ₄ в чистом виде, но можно использовать однозамещенный фосфорнокислый алюминий Al(H₂PO₄)₃, двухзамещенный фосфорнокислый алюминий Al₂(H₂PO₄ )₃, хромалюминий фосфорнокислый или алюмохромофосфатное связующее (АХФС) с общей формулой Cr_nAl_4-n (H₂PO₄)₂, где=1, 2, 3.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Технологический процесс производства бесцементных жаростойких 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 бетоны требуют особую термообработку.

Для 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.

Таблица 3
Составы для получения жаростойких бетонов
Компоненты	Содержание компонентов, мас.%
	1	2	3
Отработанный катализатор ИМ-2201	10	12	15
Щебень	40	38	33
Песок	10	11	13
H3PO4	10	12	15
Обожженные солевые алюминиевые шлаки	30	27	24

В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.

Таблица 4
Физико-механические показатели жаростойкого бетона, после твердения и нагревания до температуры 1200°C
Показатели	Составы			Прототип
	1	2	3
Термостойкость, °C	34	38	41	29
Механическая прочность на сжатие, МПа	55,3	58,5	61,8	46
Огнеупорность, °C	1640	1670	1680	-
Температура под нагрузкой 0,2 МПа, °C	1550	1580	1590	-

Полученное техническое решение при использовании обожженного солевого алюминиевого шлака позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого бетона.

Использование техногенного сырья при получении жаростойкого 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.