Способ получения керамических изделий на основе волластонита

(51) 04 33/28 (2006.01) 04 33/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ планетарной мельнице (55-70) концентрата природного волластонита совместно с дополнительно введенным (5-10) кварцевым песком, их смешивание с (15-30) глиноземистого цемента, (5-10) жидкого стекла и (27-30) воды сверх 100 всех компонентов, формование изделий шликерным литьем с последующей сушкой при комнатной температуре. При реализации способа получают керамическое изделие со следующими технологическими характеристиками плотность затвердевшей формовочной массы, определяемая по ГОСТ 101812000, 1,4-1,6 г/см 3 усадка 0,5-1,0 предел прочности на сжатие, определяемое по ГОСТ 96977, 35-50 МПа предел прочности на изгиб,определяемое по ГОСТ 969-77, 30-40 МПа термостойкость 1000 С количество термоциклов 25-30 химическая устойчивость к алюминиевым сплавам до температуры 1000 С - нет адгезии.(72) Черноглазова Татьяна Викторовна Мофа Нина Николаевна Мансуров Зулхаир Аймухаметович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ВОЛЛАСТОНИТА(57) Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к изготовлению футеровки агрегатов и литейной оснастки для металлургии алюминиевых сплавов. Способ получения керамических изделий на основе волластонита включает приготовление формовочной массы путем помола в центробежно 27468 Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к изготовлению футеровки агрегатов и литейной оснастки для металлургии алюминиевых сплавов. В последнее время в керамической промышленности, а именно для изготовления футеровки агрегатов и литейной оснастки для металлургии алюминиевых сплавов, происходит активная замена асбестсодержащих огнеупорных материалов,обладающих канцерогенными свойствами, на более экологически чистые волластонитовые материалы,отличающиеся высокой химической инертностью к расплаву алюминия и его сплавов. Известен способ получения листового теплоизоляционного материала на основе волластонита, включающий совместное сухое измельчение негашеной извести 6-12 и кварцевого песка 24-38, увлажнение смеси до влажности 40,перемешивание волластонита 50-70 с водной суспензией алюминиевой пудры, перемешивание смеси гашеной извести, кварцевого песка,волластонита и алюминиевой пудры при увлажнении смеси до влажности 35-40,формование листового материала виброспособом,запаривание влажного отформованного материала в автоклаве при давлении насыщенного пара 1-2,6 МПа и температуре 180-250 С в течение 12-24 ч с последующей сушкой при 250-350 С в течение 1,5-3 ч и обжигом при 850-900 С в течение 4-6 ч. (РФ Патент 132829, МПК С 04 В 28/18 опубл. 10.07.1999 г.) Недостатками известного технического решения являются необходимость использования сложного дорогостоящего оборудования (автоклавов высокого давления) невозможность изготовления сложнопрофильных изделий пониженные технологические характеристики получаемого изделия. Наиболее близким техническим решением к заявляемому,является способ получения керамических изделий на основе волластонита,включающий приготовление формовочной массы путем одновременного помола следующих компонентов в соотношении масс.концентрат природного волластонита - 70-80, каолин - 10-20,глина - 5-10 с добавлением воды в количестве 2732 от массы сухих компонентов и стабилизаторов жидкого стекла и кальцинированной соды до тонины помола с остатком на сите 0063 - 5-23,формование изделий методом шликерного литья в пористые формы. Сушку и обжиг при температуре 950-1000 С в течение 1-3 ч. (РФ Патент 2298537,МПК С 04 В 33/28 33/00, опубл. 10.05.2007). Недостатками известного технического решения являются повышенная энергоемкость способа за счет длительности высокотемпературного обжига и пониженные технологические характеристики получаемого изделия. Задачей заявляемого технического решения является разработка упрощенного энергосберегающего способа получения керамических изделий на основе волластонита,2 обладающих высокой прочностью,термостойкостью и химической устойчивостью к алюминиевым сплавам до температуры 1000 С и низкой усадкой. Задача решается тем, что способ получения керамических изделий на основе волластонита включает приготовление формовочной массы путем помола в центробежно- планетарной мельнице (5570) концентрата природного волластонита совместно с дополнительно введенным (5-10) кварцевым песком, их смешивание с (15-30) глиноземистого цемента, (5-10) жидкого стекла и(27-30) воды сверх 100 всех компонентов,формование изделий шликерным литьем с последующей сушкой при комнатной температуре. Существенным отличием заявляемого технического решения от известного, является то,что в формовочную массу дополнительно вводят кварцевый песок, который мелят совместно с концентратом природного волластонита в центробежно-планетарной мельнице, в качестве алюмосиликатного компонента используют глиноземистый цемент, а сушку формованных изделий осуществляют при комнатной температуре,при следующем соотношении компонентов концентрат природного волластонита (55-70) кварцевый песок (5-10) глиноземистый цемент(15-30) жидкое стекло (5-10) вода (27 - 30) сверх 100. Кварцевый песок, основой которого является диоксид кремния, дополнительно вводят в формовочную массу для придания ей повышенной прочности при затвердевании. Смешивание волластонита и кварцевого песка в планетарно-центробежной мельнице(ПЦМ),относящейся к классу мельниц-активаторов динамического действия, обеспечивает тщательное перемешивание,измельчение до микронной размерности компонентов и их механическую активацию. Механическая активация модифицирует поверхность частиц волластонита и кварцевого песка и повышает их реакционную способность при взаимодействии с кремнеземистым цементом, что ускоряет химические процессы твердения при пониженных температурах и набора технологической прочности формовочной массы для получения керамических изделий. Измельчение кварцевых частиц до микронных размеров в процессе активации способствует дополнительному уплотнению формовочной массы и, соответственно,повышению прочностных свойств керамических изделий(Казаков Е.Г.,Карнеева Н.С.,ПахаруковИ.Ю. О механизме повышения прочности тампонажного камня,содержащего алюмосиликатные микросферы // Территория Нефтегаз. - 2008. -2. - с. 26-29 Авакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск, 1980. - с.190-206 Хинт Й.А. Дезинтеграторный способ изготовления силикатных и силикальцитных изделий диссертация, 1952). В заявляемом способе глиноземистый цемент вводят в формовочную массу в качестве самотвердеющего вяжущего компонента. Основными фазовыми составляющими глиноземистого цемента являются низкоосновные алюминаты кальция в частности однокальциевый алюминат СаО-А 2 О 3(СА),определяющий основные свойства этого вяжущего безусадочность при твердении без разрушения,широкий температурный интервал твердения и набора прочности- и термостойкость, он выдерживает температуру до 1700 С. Глиноземистый цемент при ведении воды в формовочную смесь подвергается гидратации, в результате чего образуется двухкальциевый гидроалюминат,взаимодействующий с силикатными составляющими формовочной массы и образованием новых упрочняющих фаз. Отличительной особенностью реакции гидратации однокальциевого алюмината является высокая экзотермичность. При затворении глиноземистого цемента высоких марок водой выделяется от 376 до 500 кДж/кг (90 ккал/кг) тепла, при этом энергичное выделение тепла полностью происходит в первые часы схватывания и твердения цементного теста. Это исключает необходимость обжига формовочной смеси, в отличие от известного способа получения керамических изделий на основе волластонита. Таким образом, использование глиноземистого цемента совместно с заявляемыми в способе компонентами при приготовлении формовочной массы позволяет решить поставленную задачу разработать упрощенный энергосберегающий способ получения керамических изделий на основе волластонита (Рояк С.М., Рояк Г.С. Специальные цементы. - М. Стройиздат, 1983. - . 222-260). Термостойкость полученных керамических изделий заявляемым способом обеспечивает концентрат природного волластонита, имеющий низкий коэффициент линейного термического расширения (6,510-6 град.-1). Кроме того, введение концентрата природного волластонита совместно с глиноземистым цементом способствует повышению термостойкости,обусловленное внедрением волластонита, обладающего игольчатой структурой,в алюминатную матрицу глиноземистого цемента. Указанный выше эффект препятствует образованию и распространению микротрещин от термических напряжений (Антипина С.А., В.И. Верещагин С.А. Термостойкий волластонитовый материал для литья алюминия // Известия Томского политехнического Университета. - 2009. - Т.314, 3. - . 8-11 Русанова Л, Русин М.Ю., Горчакова Л.И. Керамика из природного волластонита для литейных установок алюминиевой промышленности// Огнеупоры и техническая керамика. - 2008. - 5. . 39-44 Калугин В.Г., Костырев Ю.П., Куксин И.Г. Конструкционно теплоизоляционные материалы изделия на основе волластонита для алюминиевой промышленности // Новые огнеупоры. - 2004. - 9.- . 8-9). Вода, вводимая в формовочную массу,сокращает сроки ее твердения и нарастания прочности. Это обусловлено тем, что в результате химической реакции между щелочным силикатом(жидким стеклом) и составными частями цементного клинкера (гидроалюминатом кальция) образуются коллоидные гидросиликаты кальция и алюминат натрия по уравнению 3223 СаА 123 Н 23 Са 3 Н 2 О 3 а 2 ОА 2 О 3 Образующийся в процессе твердения алюминат натрия(3 а 2 ОА 2 О 3) является сильным ускорителем его схватывания (Ружинский С,Портик С.А., А. Савиных А. Все о пенобетоне. Санкт-Петербург Стройбетон, 2006. - С. 632). Введение в формовочную смесь жидкого стекла совместно с водой способствует получению стабильного нерассалаиваемого шликера, что обеспечивает высокую технологичность и стабильность шликера. Кроме того,жидкое стекло является эффективным компонентом формовочной массы для термической прочности после нагревания до 1000 С. Количественное соотношение компонентов формовочной массы подобрано экспериментально и является необходимым и достаточным для достижения технического эффекта заявляемого способа. Способ получения керамических изделий на основе волластонита осуществляют следующим способом. В центробежно-планетарную мельницу загружают (55-70) кг концентрата природного волластонита и (5-10) кг кварцевого песка, в которой осуществляют их помол с одновременным перемешиванием в течение 5-10 мин. Полученную смесь загружают в смеситель совместно с (15-30) кг глиноземистого цемента и перемешивают. В(5-10) кг жидкого стекла добавляют (27-30) воды сверх 100 всех компонентов и вводят в сухую смесь всех компонентов с одновременным перемешиванием до однородного состояния. Затем полученную формовочную смесь для получения керамических изделий разливают в формы требуемой конфигурации и сушат на воздухе при комнатной температуре. По истечении 28-ми часов получают керамическое изделие со следующими технологическими характеристиками плотность затвердевшей формовочной массы, определяемая по ГОСТ 10181-2000, 1,4-1,6 г/см 3 усадка 0,5-1,0 предел прочности на сжатие, определяемый по ГОСТ 969-77, 35-50 МПа предел прочности на изгиб, определяемый по ГОСТ 969-77, 30-40 МПа термостойкость 1000 С количество термоциклов 25-30 химическая устойчивость к алюминиевым сплавам до температуры 1000 С - нет адгезии. Пример 1. В центробежно-планетарную мельницу загружают 55 кг концентрата природного волластонита Аксоранского месторождения Карагандинской обл. и 10 кг кварцевого песка,Кускудукского месторождения РК. В ПМЦ компоненты мелят и одновременно перемешивают в течение 10 мин. Полученную смесь загружают в смеситель совместно с 30 кг глиноземистого цемента и перемешивают. В 5 кг натриевого 3 жидкого стекла добавляют 30 литров воды и вводят в сухую смесь всех компонентов формовочной массы с одновременным перемешиванием до однородного состояния. Затем полученную формовочную смесь для получения керамических изделий разливают в формы требуемой конфигурации и сушат на воздухе при температуре 20 С. Начало схватывания формовочной смеси наступает через 30 мин. Через 2 часа форму разнимают. Через 28 часов формовочная смесь набирает заявленную прочность. В результате реализации заявляемого способа получают Компоненты смеси Активированный кварцевый песок Волластонит Глиноземистый цемент Натриевое жидкое стекло Вода, сверх 100 Температура твердения, С Вязкость шликера, с Плотность затвердевшего раствора, г/см 3 Усадка,Предел прочности на сжатие, МПа Предел прочности на изгиб, МПа Термостойкость,Т, С. Количество термоциклов Химическая устойчивость к алюминиевым сплавам до температуры 1000 С керамическое изделие со следующими технологическими характеристиками плотность 1,4-1,6 г/см 3 усадка 1,0 предел прочности на сжатие 50 МПа предел прочности на изгиб 30 МПа термостойкость 1000 С количество термоциклов 30 химическая устойчивость к алюминиевым сплавам до температуры 1000 С - нет адгезии. Примеры 2, 3 способа получения керамических изделий на основе волластонита осуществляют аналогично примеру 1. В таблице 1 приведены составы и свойства заявляемых керамических изделий. Таблица 1 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения керамических изделий на основе волластонита, включающий приготовление формовочной массы путем помола концентрата природного волластонита, его смешивание с алюмосиликатным компонентом, водой и жидким стеклом, шликерное формование изделий с последующей сушкой, отличающийся тем, что в качестве алюмосиликатного компонента используют глиноземистый цемент,помол концентрата природного волластонита осуществляют в центробежно-планетарной мельнице совместно с дополнительно введенным кварцевым песком в центробежно-планетарной мельнице, а сушку проводят при комнатной температуре, при следующем соотношении компонентов, масс.Концентрат природного волластонита 55-70 кварцевый песок 5-10 глиноземистый цемент 15-30 жидкое стекло 5-10 вода сверх 100 27- 30.