RU2783462C1 - Сырьевая смесь для изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий (варианты) и способ их изготовления - Google Patents

Сырьевая смесь для изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий (варианты) и способ их изготовления Download PDF

Info

Publication number
RU2783462C1
RU2783462C1 RU2022111463A RU2022111463A RU2783462C1 RU 2783462 C1 RU2783462 C1 RU 2783462C1 RU 2022111463 A RU2022111463 A RU 2022111463A RU 2022111463 A RU2022111463 A RU 2022111463A RU 2783462 C1 RU2783462 C1 RU 2783462C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diatomite
rock
chalk
limestone
carbonate rock
Prior art date
Application number
RU2022111463A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Иванович Родин
Анатолий Анатольевич Ермаков
Владимир Трофимович Ерофеев
Виктор Семенович Бочкин
Владимир Михайлович Кяшкин
Наталья Геннадьевна Родина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва"
Application granted granted Critical
Publication of RU2783462C1 publication Critical patent/RU2783462C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении высокотемпературных теплоизоляционных изделий. Сырьевая смесь содержит аморфную кремнеземистую породу в виде диатомита и карбонатную породу в виде мела или известняка, а в качестве огнеупорного пористого заполнителя содержит вспученный вермикулит при следующем соотношении компонентов, мас.%: диатомит 33,0-35,28, карбонатная порода 28,22-39,6, вспученный вермикулит 27,4-36,5. По второму варианту исполнения сырьевая смесь в качестве огнеупорного пористого заполнителя содержит вспученный перлит при следующем соотношении компонентов, мас.%: диатомит 20,33-32,64, карбонатная порода 16,27-39,16, вспученный перлит 28,2-63,4. Способ получения сырьевой смеси включает сушку и дробление диатомита и карбонатной породы в виде мела или известняка, их совместную механохимическую активацию в планетарной шаровой мельнице в течение 20-60 мин при центробежных перегрузках внутри стаканов мельницы 10G или в течение 10-30 мин при 20G. Указанные компоненты смешивают с водой и вспученным вермикулитом или вспученным перлитом, формуют изделия, сушат и обжигают при максимальной температуре 900°С в течение 2 ч. Технический результат заключается в снижении температуры получения теплоизоляционных изделий и расширении сырьевой базы. 3 н.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Description

Область техники
Группа изобретений относится к промышленности строительных материалов, и может быть использована при изготовлении высокотемпературных теплоизоляционных изделий.
Предшествующий уровень техники
Известны составы сырьевых смесей с диатомитом для изготовления керамических изделий (Сухарев, М. Ф. Производство теплоизоляционных материалов: [Учебник для подгот. рабочих на пр-ве] / М. Ф. Сухарев, И. Л. Майзель, В. Г. Сандлер. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1981. - 231 с.).
Огнеупорные теплоизоляционные материалы из кремнистых пород (диатомит, трепел, опока) имеют один большой недостаток. Они разрушаются при резком охлаждении до температуры ниже +300 °С. Негативный эффект связан с фазовым переходом высокотемпературной формы кристобалита в составе материала в низкотемпературную. Превращение происходит быстро и сопровождается изменением объема минерала (≈4,9%) (Kashcheev, I.D. Diatomic heat insulation materials with increased application temperature / I.D. Kashcheev, S.N. Sychev, K.G. Zemlyanoi, A.B. Klimovskii, S.A. Nesterova // Refractories and Industrial Ceramics, 2009. 50(5). Pp. 354-358. DOI:10.1007/s11148-010-9213-9.).
Известны способы частичного решения представленной выше проблемы. В состав шихты из кремнистых пород дополнительно вводят карбонатные породы. После совместного обжига кремнистых и карбонатных пород в керамике кроме кристобалита появляются новые фазы: волластонит (CaO⋅SiO2), ранкинит (3CaO⋅2SiO2), ларнит (2CaO⋅SiO2). Термическая стойкость керамики и предельная температура эксплуатации незначительно увеличивается (RU 2411219, МПК C04B 38/06, опубл. 03.08.2009).
Из перечисленных выше минералов наиболее перспективным для получения огнеупорных материалов является волластонит. Фазовый переход низкотемпературного волластонита (β-форма) в высокотемпературный (α-форма) происходит при температуре > +1100 °С. Известен способ получения волластонита из диатомита и мела при температуре обжига сырьевой смеси +1200 °С. В результате были получены керамические материалы с количеством волластонита в составе более 90 %. Керамика, состоящая из данного соединения, имеет высокую термическую стойкость и предельную температуру применения. Она обладает высокой химической стойкостью к расплавам многих металлов, в том числе алюминия и может быть востребована в литейном производстве (Vakalova, T.V. Solid-phase synthesis of wollastonite in natural and technogenic siliceous stock mixtures with varying levels of calcium carbonate component / T.V. Vakalova, V.M. Pogrebenkov, N.P. Karionova // Ceramics International, 2016. 42(15). Pp. 16453-16462. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.06.060.).
Недостатком известного способа является высокая температура получения материала.
Известно применение механохимического активирования сырьевой смеси при получении муллита (RU 2463275, МПК C04B35/185, опубл. 29.04.2011). Способ включает смешивание природного алюмосиликатного соединения и алюминийсодержащего соединения, механическую активацию полученной смеси при механической нагрузке мелющих тел, соответствующей ускорению не менее 20G, с последующей термообработкой. Отмечено положительное влияние механохимической активации на процесс формирования муллита и указывается на возможность снижения температуры спекания муллитовой керамики на 200-300 °С по сравнению с методом твердофазного синтеза.
Недостатком известного способа является невозможность получения из аморфной кремнеземистой породы в виде диатомита и карбонатной породы в виде мела или известняка керамики с содержанием волластонита в составе более 90 % и необходимыми физико-механическими и технологическими свойствами.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является шихта для высокотемпературной изоляции, включающая вспученный вермикулит, огнеупорную связку и дисперсный огнеупорный заполнитель (SU 1534039, МПК C04B 38/08, C04B 14/20, опубл. 29.12.1987).
К недостаткам известной сырьевой смеси для изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий следует отнести высокую температуру изготовления изделий, а также ограниченное количество дисперсного огнеупорного заполнителя.
Сущность изобретения
Технический результат заключается в снижении температуры получения теплоизоляционных изделий и расширении сырьевой базы за счет использования для производства карбонатных пород.
Сущность изобретения заключается в том, что сырьевая смесь для изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий, по первому варианту исполнения, включает огнеупорную связку и огнеупорный пористый заполнитель. В качестве огнеупорной связки содержит аморфную кремнеземистую породу в виде диатомита и карбонатную породу в виде мела или известняка, а в качестве огнеупорного пористого заполнителя содержит вспученный вермикулит, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
диатомит 33,0-35,3
карбонатная порода 28,2-39,6
вспученный вермикулит 27,4-36,5
Сырьевая смесь для изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий, по второму варианту исполнения, включает огнеупорную связку и огнеупорный пористый заполнитель. В качестве огнеупорной связки содержит аморфную кремнеземистую породу в виде диатомита и карбонатную породу в виде мела или известняка, а в качестве огнеупорного пористого заполнителя содержит вспученный перлит, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
диатомит 20,3-32,6
карбонатная порода 16,3-39,2
вспученный перлит 28,2-63,4
Способ изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий из сырьевой смеси включает сушку и дробление аморфной кремнеземистой породы в виде диатомита и карбонатной породы в виде мела или известняка, совместную механохимическую активацию аморфной кремнеземистой породы в виде диатомита и карбонатной породы в виде мела или известняка в планетарной шаровой мельнице в течение 20-60 мин при центробежных перегрузках внутри стаканов мельницы 10G или в течение 10-30 мин при 20G, смешивание компонентов аморфной кремнеземистой породы в виде диатомита и карбонатной породы в виде мела или известняка и вспученного вермикулита или вспученного перлита с водой, формование изделий, сушку изделий и их обжиг при максимальной температуре 900 °С в течение 2 ч.
Краткое описание чертежей
На чертеже показаны рентгенограммы образцов огнеупорной связки (соотношение мел:диатомит равно 1,2:1) после обжига при максимальной температуре 900оС в течение 2 ч.
Осуществление изобретения
В заявленном изобретении предпочтительно использовать следующие компоненты.
Диатомит из карьера Атемарского месторождения Республики Мордовия (Россия). Химический состав применяемого диатомита, мас. %: SiO2 – 81,47, Al2O3 – 5,34, Fe2O3 – 2,05, SО3 – 1,76, CaO – 1,51, K2O – 0,97, MgO – 0,89, TiO2 – 0,25, Na2O – 0,20, P2O5 – 0,03, BaO – 0,02, SrO – 0,01, ZrO2 – 0,01, V2O5 – 0,01, MnO – 0,01, Cr2O3 – 0,01, ППП (Потери при прокаливании) – 5,46.
Мел из карьера Атемарского месторождения Республики Мордовия (Россия). Химический состав применяемого мела, мас. %: CaO – 51,98, SiO2 – 5,65, Al2O3 – 1,29, Fe2O3 – 0,61, MgO – 0,42, K2O – 0,22, SrO – 0,14, P2O5 – 0,08, TiO2 – 0,06, Na2O – 0,06, SО3 – 0,03, V2O5 – 0,01, MnO – 0,04, ППП (Потери при прокаливании) – 39,41.
Известняк из карьера Пикалевского месторождения Ленинградской области (Россия). Химический состав применяемого известняка, мас. %: CaO – 51,81, SiO2 – 3,65, Al2O3 – 0,71, Fe2O3 – 0,97, MgO – 1,45, ППП (потери при прокаливании) – 41,41.
Вспученный вермикулит фракции 0-10 мм, марки по насыпной плотности 150, влажностью менее 1 %, отвечающий требованиям ГОСТ 12865-67.
Вспученный перлит фракции 0-5 мм, марки по насыпной плотности М150, влажностью менее 1 %, отвечающий требованиям ГОСТ 10832-2009.
Способ изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий из сырьевой смеси заключается в следующем.
Огнеупорную связку готовили следующим способом. Дозировали компоненты. Аморфную кремнеземистую породу в виде диатомита и карбонатную породу (например, мел или известняк) сушили до влажности менее 2 %. Затем дробили до фракции 0-10 мм. Дозировали и проводили совместную механохимическую активацию данных компонентов в планетарной шаровой мельнице в течение 20-60 мин при центробежных перегрузках внутри стаканов мельницы 10G или в течение 10-30 мин при 20G.
Ограничения механохимической активации компонентов для огнеупорной связки по продолжительности при определенных центробежных перегрузках внутри стаканов мельницы приняты исходя из следующего. При активации компонентов в течение менее 20 мин при центробежных перегрузках внутри стаканов мельницы 10G или в течение менее 10 мин при 20G, количество волластонита в образцах обожженной огнеупорной связки менее 90 % (см. чертеж). В табл. 1 количественный фазой анализ образцов огнеупорной связки с соотношением мел:диатомит равном 1,2:1 после обжига при максимальной температуре 900 °С в течение 2 ч.
При активации компонентов в течение более 60 мин при центробежных перегрузках внутри стаканов мельницы 10G или в течение более 30 мин при 20G, образцы высокотемпературных теплоизоляционных изделий имеют дефекты (трещины) в следствие большой огневой усадки из-за высокой реакционной активности огнеупорной связки.
В работающий смеситель заливали воду, постепенно загружали огнеупорную связку, перемешивали приблизительно в течение 5-6 мин. Затем загружали огнеупорный пористый заполнитель (например, вспученный вермикулит или вспученный перлит), и перемешивали дополнительно приблизительно в течение 5-6 мин. Готовую смесь подавали в формы и укладывали с применением вибрации. Отформованные изделия сушили при температуре 40 °С до стабилизации массы и обжигали с выдержкой при максимальной температуре 900°С в течение 2 ч.
Свойства образцов определяли по методикам согласно ГОСТ 24468-2000 (кажущуюся плотность), ГОСТ 4071.2-2021 (предел прочности при сжатии) и ГОСТ 5402.2-2000 (дополнительную линейную усадку при температуре 1050°С и 1100°С и предельную температуру эксплуатации). Качественный фазовый состав образцов определяли методом Ханавальта с использованием базы данных ICDD PDF-2. Количество волластонита в составе огнеупорной связки после обжига определяли методом эталонного отношения интенсивности.
Исследуемые составы представлены в табл. 2, показатели свойств показаны в табл. 3.
Анализ полученных результатов исследований показал, что совместная механохимическая активация компонентов огнеупорной связки (мел/известняк+диатомит) существенно влияет на их реакционную активность. Количество волластонита в образцах огнеупорной связки после обжига увеличилось с повышением центробежных перегрузок внутри стаканов мельницы и продолжительности активации. В результате температуру твердофазного синтеза волластонитовой керамики удалось снизить до 900 °С. После обжига в течение 2 ч получены образцы более чем на 90 % состоящие из минерала волластонита.
После обжига при температуре 900 °С сырьевой смеси, состоящей из огнеупорной связки и вспученного вермикулита или вспученного перлита получены образцы огнеупорного теплоизоляционного материала. Образцы имеют кажущуюся плотность от 355 до 680 кг/м3, прочность при сжатии от 1,2 до 3,5 МПа и предельную температуру эксплуатации 1050 °С (образцы с вспученным перлитом) и 1100 °С (образцы с вспученным вермикулитом).
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет снизить температуру получения теплоизоляционных изделий и расширить сырьевую базу за счет использования для производства карбонатных пород.
Таблица 1
№ образца Режим активации Фазовый состав, %
Волластонит Кварц Акерманит-геленит Ларнит Оксид кальция
1 10 мин (10G) 79,5 5,9 2,7 10,7 1,2
2 15 мин (10G) 86,9 4,5 2,4 5,4 0,8
3 20 мин (10G) 90,6 3,1 2,6 3,8 0
4 5 мин (20G) 82,3 5,6 2,3 9,1 0,7
5 10 мин (20G) 91,1 3,1 2,1 3,7 0
Таблица 2
№ состава Содержание компонентов, мас.%
Диатомит Мел/
Известняк
Вспученный вермикулит Вспученный перлит
1 33,0 39,6 27,4
2 33,5 36,8 29,7
3 34 34 32,0
4 34,7 31,3 34,3
5 35,3 28,2 36,5
6 20,3 16,3 63,4
7 23,7 21,7 54,6
8 27,1 27,1 45,8
9 32,8 30,2 37,0
10 32,6 39,2 28,2
Таблица 3
№ состава Показатели свойств
Кажущаяся плотность, кг/м3 Предел прочности при сжатии, МПа Дополнительная линейная усадка при заданной температуре, % Предельная температура эксплуатации, °С Количество волластонита в огнеупорной связке после обжига, %
1 680 3,5 0,5 1100 91,1
2 595 2,9 0,4 1100 92,5
3 530 2,1 0,4 1100 93,7
4 455 1,4 0,3 1100 94,2
5 420 1,2 0,3 1100 91,3
6 355 1,3 0,6 1050 91,3
7 395 1,9 0,6 1050 94,2
8 440 2,3 0,7 1050 93,7
9 480 2,8 0,7 1050 92,5
10 520 3,2 0,8 1050 91,1

Claims (5)

1. Сырьевая смесь для изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий, включающая огнеупорную связку и огнеупорный пористый заполнитель, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорной связки содержит аморфную кремнеземистую породу в виде диатомита и карбонатную породу в виде мела или известняка, а в качестве огнеупорного пористого заполнителя содержит вспученный вермикулит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
диатомит 33,0-35,3 карбонатная порода 28,2-39,6 вспученный вермикулит 27,4-36,5
2. Сырьевая смесь для изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий, включающая огнеупорную связку и огнеупорный пористый заполнитель, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорной связки содержит аморфную кремнеземистую породу в виде диатомита и карбонатную породу в виде мела или известняка, а в качестве огнеупорного пористого заполнителя содержит вспученный перлит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
диатомит 20,3-32,6 карбонатная порода 16,3-39,2 вспученный перлит 28,2-63,4
3. Способ изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий из сырьевой смеси по пп. 1 и 2, включающий сушку и дробление аморфной кремнеземистой породы в виде диатомита и карбонатной породы в виде мела или известняка, совместную механохимическую активацию аморфной кремнеземистой породы в виде диатомита и карбонатной породы в виде мела или известняка в планетарной шаровой мельнице в течение 20-60 мин при центробежных перегрузках внутри стаканов мельницы 10G или в течение 10-30 мин при 20G, смешивание компонентов аморфной кремнеземистой породы в виде диатомита и карбонатной породы в виде мела или известняка и вспученного вермикулита или вспученного перлита с водой, формование изделий, сушку изделий и их обжиг при максимальной температуре 900°С в течение 2 ч.
RU2022111463A 2022-04-27 Сырьевая смесь для изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий (варианты) и способ их изготовления RU2783462C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2783462C1 true RU2783462C1 (ru) 2022-11-14

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1534039A1 (ru) * 1987-12-29 1990-01-07 Уральский научно-исследовательский и проектный институт строительных материалов Шихта дл высокотемпературной изол ции
RU2140400C1 (ru) * 1998-12-23 1999-10-27 Кривцов Юрий Владимирович Огнезащитный состав для бетона, металла и дерева "файрекс"
RU2283818C1 (ru) * 2005-01-24 2006-09-20 Александр Николаевич Кондратенко Способ изготовления изделий на основе кремнеземсодержащего связующего
RU2443660C2 (ru) * 2009-06-05 2012-02-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Акросилтекс" (Ооо "Акросилтекс") Способ получения строительных изделий на основе кремнеземсодержащего связующего
CN105884331A (zh) * 2016-06-28 2016-08-24 蒋文兰 硅藻土尾矿轻质通孔陶粒

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1534039A1 (ru) * 1987-12-29 1990-01-07 Уральский научно-исследовательский и проектный институт строительных материалов Шихта дл высокотемпературной изол ции
RU2140400C1 (ru) * 1998-12-23 1999-10-27 Кривцов Юрий Владимирович Огнезащитный состав для бетона, металла и дерева "файрекс"
RU2283818C1 (ru) * 2005-01-24 2006-09-20 Александр Николаевич Кондратенко Способ изготовления изделий на основе кремнеземсодержащего связующего
RU2443660C2 (ru) * 2009-06-05 2012-02-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Акросилтекс" (Ооо "Акросилтекс") Способ получения строительных изделий на основе кремнеземсодержащего связующего
CN105884331A (zh) * 2016-06-28 2016-08-24 蒋文兰 硅藻土尾矿轻质通孔陶粒

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20070095767A (ko) 비산회와 고로슬래그에서 자가-유약처리 지오폴리머 타일의제조를 위한 과정
RU2544190C1 (ru) Способ приготовления керамзитобетонной смеси
Alonso et al. Viability of the use of construction and demolition waste aggregates in alkali-activated mortars
RU2374206C1 (ru) Сырьевая смесь и способ изготовления керамических изделий
RU2783462C1 (ru) Сырьевая смесь для изготовления высокотемпературных теплоизоляционных изделий (варианты) и способ их изготовления
Mostafa et al. Characterization of low-purity clays for geopolymer binder formulation
Ivanov Optimization of the structure and properties of foam-glass ceramics
RU2162830C2 (ru) Керамическая масса
RU2308440C1 (ru) Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона неавтоклавного твердения для строительных изделий и строительное изделие
RU2405748C1 (ru) Бетонная смесь
RU2327666C1 (ru) Способ изготовления стеновых керамических изделий с использованием осадочных высококремнеземистых пород, шихта для стеновых керамических изделий и заполнитель для стеновых керамических изделий
RU2668599C1 (ru) Композиционная керамическая смесь
RU2255918C1 (ru) Композиция для изготовления стеновых изделий
RU2433106C2 (ru) Способ получения теплоизоляционного гексаалюминаткальциевого материала
RU2373163C1 (ru) Цемент низкой водопотребности и способ его получения
RU2283293C1 (ru) Сырьевая смесь для изготовления газобетона неавтоклавного твердения
RU2120926C1 (ru) Сырьевая смесь для изготовления неавтоклавного ячеистого бетона естественного твердения и способ изготовления изделий из ячеистого бетона
JP7348475B2 (ja) 高温養生用セメント組成物を用いた硫酸塩劣化を抑制されたセメント組成物硬化体の製造方法
ES2846673T3 (es) Procedimiento para la producción de material de construcción mineral poroso con una resistencia mejorada
Zedan et al. Alkali activated ceramic waste with or without two different calcium sources
RU2553817C2 (ru) Сырьевая смесь для приготовления золошлакового бетона
RU2414442C1 (ru) Состав массы для стеновой керамики
RU2412922C2 (ru) Силикатная масса
ABDULLAH et al. Synthesis of geopolymer binder from the partially de-aluminated metakaolinite by-product resulted from alum industry.
RU2318772C1 (ru) Способ изготовления стеновых керамических изделий, сырьевая шихта для изготовления стеновых керамических изделий и заполнитель для стеновых керамических изделий