Способ получения волластонита

(51) 01 33/24 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Сущность способа заключается в термообработке смеси из СаО, 2-содержащих компонентов в присутствии -содержащего компонента, при этом в качестве СаО-содержащего компонента используют отвальные шлаки электротермического производства фосфора, в качестве 2-содержащего компонента - кварцевый песок или кварцит, или диатомит, а в качестве содержащего компонента - оксид цинка при соотношении компонентов в смеси СаО/ 2,равном 0,89-0,68,/2, равном 0,03-0,04. Смесь готовят совместным сухим измельчением(помолом) компонентов с последующей грануляцией смеси путем окатывания. Термообработку гранул (окатышей) из смеси компонентов проводят при 1100-1150 С в течение 15-20 мин. Использование предлагаемого изобретения позволяет получить стабильную модификацию волластонита игольчатого габитуса, упростить технологию, снизить энергозатраты и удешевить готовую продукцию.(72) Вернер Владимир Федорович Худякова Татьяна Михайловна Михайлова Валентина Ильинична(73) Республиканское государственное казенное предприятие Южно-Казахстанский Государственный университет им. М. Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Изобретение относится к способам получения синтетического волластонита, который используется в качестве наполнителя при изготовлении строительной керамики,резино-технических изделий, красок, фрикционных материалов, в обмазках сварочных электродов и металлических отливок,как заменитель асбеста в асбестоцементных композициях и т.д., где высокие свойства обеспечиваются, в основном, игольчатым волластонитом. 21203 Изобретение относится к способам получения синтетического волластонита, который используется в качестве наполнителя при изготовлении строительной керамики,резино-технических изделий, красок, фрикционных материалов, в обмазках сварочных электродов и металлических отливок,как заменитель асбеста в асбестоцементных композициях и т.д., где высокие свойства обеспечиваются, в основном, игольчатым волластонитом. Известен способ получения волластонита из фосфорных шлаков, включающий плавление фосфорного шлака, резкое охлаждение расплава в воде и термическую обработку гранул, полученных при резком охлаждении расплава водой, при температуре 1150-1200 С в окислительной атмосфере. Выход кристаллического волластонита,в основном, таблитчатой структуры, не превышает 85 патент Франции 1586057, С 01 В 33/24. Недостатками указанного аналога являются необходимость переплавки шлака, низкий выход волластонита и таблитчатость структуры кристаллов волластонита. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения волластонита патент России 2091304,опубл. 1997.06.27, который содержит небольшое количество примесей в пересчете на оксиды А 12 О 3,23, , 2, 3, 25, , а также . Сущность известного способа получения волластонита заключается в плавлении смеси отходов производства фосфорных удобрений(фосфогипса) и фтористого алюминия или кварцевого песка при 1250-1300 С в течение 1 часа в присутствии серы, углерода, сульфата цинка и фосфата кальция при соотношении /2,равном 0,9/1 /2, равном (0,1-0,14)/1 /2,равном (0,1-0,2)/1 25/2, равном (0,05-0,06)/1/2, равном (0,02-0,04)/1, резком охлаждении расплава и термической обработке гранул в окислительной среде при 830-920 С в течение 80-90 мин. Известный способ позволяет получить игольчатый волластонит с длиной иголок 250-300 мкм, характеристическим соотношением 1 /30 и выходом 96-97. Недостатками известного способа, принятого за прототип, являются многокомпонентность шихты(использование 6 компонентов), высокая энергоемкость процесса (плавка смеси при 1250-1300 С в течение 1 часа), большой выход летучих, в том числе и токсичных. Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения волластонита, обеспечивающего получение стабильной модификации волластонита игольчатого габитуса, интенсификацию процесса, удешевление материала,снижение энергозатрат и выхода летучих в окружающую среду. Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение,является получение волластонита игольчатой структуры,интенсификация процесса, удешевление материала,а также уменьшение энергозатрат на синтез 2 волластонита и выхода летучих в окружающую среду. Поставленная задача решается тем, что в способе получения волластонита, включающем термообработку смеси из СаО-содержащего компонента, 2 содержащего компонента, в частности кварцевого песка, в присутствии -содержащего компонента,согласно изобретению, в качестве СаО-содержащего компонента используют отвальные шлаки электротермического производства фосфора, в качестве 2-содержащего компонента кварцит или диатомит, а в качестве -содержащего компонента - оксид цинка при соотношении компонентов в смеси /2, равном 0,89-0,68, а /2,равном 0,03-0,04. Смесь готовят совместным сухим измельчением(помолом) компонентов с последующей грануляцией смеси путем получения окатанных частиц при увлажнении шихты. Термообработку гранул (окатышей) из смеси компонентов проводят при 1100-1150 С в течение 15-20 мин. Способ осуществляют следующим образом Для получения волластонита используют следующие основные компоненты- отвальные электротермические шлаки фосфорного производства следующего состава, мас. СаО 48,21 241,36 А 12 О 31,22 3,66 230,30 30,97 Р 2 О 51,5 2,8. Кроме того, в шлаках содержится от 0,2 до 2 углерода. Используется фракция с размером частиц менее 5 мм. Основными кристаллическими фазами электротермофосфорных шлаков являются высокотемпературная форма волластонита - псевдоволластонит -2 и мелилит Са 2(А 1,)27, соотношение между которыми зависит от режима охлаждения расплава и колебания содержания малых составляющих. В качестве второстепенной фазы в закристаллизованном(плотном) шлаке траншейного охлаждения содержится куспидин 3222- оксид цинка - технический. Для экспериментальной проверки заявляемого способа были приготовлены 10 смесей ингредиентов (см. таблицу). В каждом из приведенных примеров смесь ингредиентов подвергают сухому помолу до удельной поверхности 350 м 2/кг с последующей грануляцией смеси при влажности 6-8 для получения гранул (окатышей) диаметром 5-10 мм. Полученные гранулы (окатыши) подвергают термической обработке до получения максимального количества кристаллической фазы игольчатого волластонита. 21203 Предлагаемый способ позволяет получать игольчатый волластонит с длиной иголок 225-300 мкм и выходом 96-98,5 , исключить стадию плавления смеси и сократить продолжительность термической обработки. Выделению волластонита как основной силикатной фазы способствует размягчение остаточной стеклофазы и образование жидкой фазы в результате частичного разложения акерманита и полного расплавления куспидина, содержащихся в шлаке, что интенсифицирует твердофазовые и модификационные превращения кристаллических фаз. Введение кремнеземистого компонента усложняет структуру силикатных группировок и обеспечивает переход псевдоволластонита с кольцевой структурой в волластонит цепочечной структуры,т.е. оказывает стабилизирующее влияние на выделение низкотемпературного(игольчатого) волластонита. Специальные исследования прозрачных петрографических шлифов, проведенные в лабораторных условиях, показывают, что в конечных продуктах совершенно отсутствуют реликты стекла. Кристаллическая фаза представлена стабильной полиморфной модификацией -волластонита. Его игольчатые кристаллы длиной от 225 до 350 мкм растут по правилу ортотропизма, т.е. перпендикулярно всем поверхностям частиц компонентов, и формируют сноповидные агрегаты длиной до 4 мм,что весьма существенно для дальнейшей переработки и многих областей применения получаемого волластонита. Использование составов при соотношениях ингредиентов, выходящих за пределы заявленных границ, не дает ожидаемого эффекта (см. таблицу). Это происходит из-за образования других, более основных силикатов кальция,например,акерманита, ранкинита, геленита или метастабильных полиморфов волластонита, а также из-за остаточного, не вступившего в твердо-фазовое взаимодействие, кварца. Рентгенофазовый анализ показал,что дифракционные максимумы акерманита (преобладающей фазы в составах при/2, равном от 0,89 до 0,68, практически исчезают, что свидетельствует о его частичном разложении на -волластонит и жидкую фазу в температурной области ниже 1100-1150 С. В составах при /2 меньше 0,68, также как и в заявленном интервале, преобладает волластонитовая фаза, но заметно увеличивается количество неусвоенного расплавом кварца при постоянном минимальном содержании акерманита. Следует отметить, что в запредельных составах при соотношениях /2, равных 1,04-09 и 0,670,64, содержание волластонита 55-90 находится на уровне и даже превосходит его содержание в лучших природных волластонитовых рудах,поэтому и эти составы могут представлять интерес для некоторых областей промышленности, где требования к содержанию волластонитовой фазы не столь высоки, например, как наполнитель в кафельной плитке, облицовочном кирпиче, бетонах и специальных вяжущих,для получения шлакоситаллов волластонитового состава и других материалов. Удешевление материала достигается за счет уменьшения компонентности шихты с 6-ти до 3-х. Если принять стоимость фосфогипса и кремнеземистого компонента равной стоимости электротермофосфорных шлаков и кварцевого песка, то стоимость оксида цинка (по заявляемому изобретению) гораздо ниже суммы стоимости угольной пыли, элементарной серы, фосфата кальция и сульфата цинка (по прототипу), что очевидно. Тепловые затраты на термообработку гранул при 830-920 С в течение 80-90 мин и по режиму 11001150 С в течение 15-20 мин могут быть ориентировочно приняты равными. Тогда снижение энергетических затрат, в основном, происходит за счет исключения (по заявляемому изобретению) этапа плавления смеси компонентов при 12501300 С в течение 1 часа (используемого по прототипу). Выход летучих в виде 3, 2 и Р 2 О 5 в окружающую среду (по прототипу) происходит при плавлении шихты в результате диссоциации фосфогипса, выгорания элементарной серы и угольной пыли, разложения сульфата цинка и фосфата кальция 346,1, СО 227, Р 2 О 50,06-0,22. Выход летучих (по заявляемому изобретению) во много раз ниже и составляет 4,4 и только в виде СО 2 за счет выгорания содержащегося (в среднем 1,1) в фосфорном шлаке углерода. Интенсификация получения -волластонита игольчатого габитуса обеспечивается стабилизацией его выделения за счет снижения соотношения 21203 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения волластонита, включающий термообработку смеси из СаО-содержащего компонента, 2-содержащего компонента, в частности, кварцевого песка, в присутствии содержащего компонента, отличающийся тем, что в качестве СаО-содержащего компонента используют отвальные шлаки электротермического производства фосфора,в качестве 2 содержащего компонента диатомит или кварцит, а в качестве -содержащего компонента - оксид цинка, причем смесь предварительно измельчают и гранулируют,а термическую обработку гранулированной шихты осуществляют при 11001150 С в течение 15-20 минут. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку проводят при соотношении компонентов в смеси / 2, равном 0,68-0,89,