Способ получения тонкодисперсного волластонита

(51) 01 33/24 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ и т.д., где высокие свойства обеспечиваются, в основном, игольчатым волластонитом. Сущность способа заключается в термообработке смеси из -, О 2 - содержащих компонентов в присутствии щелочного реагента,при этом в качестве СаО- содержащего компонента используют гранулированные шлаки электротермического производства фосфора, О 2 - содержащего компонента - кварцевый песок, а в качестве щелочного реагента - сульфат натрия при соотношении компонентов в смеси /О 2,равном 0,75-0,9, а 2 О 4/О 2, равном 0,12-0,16. Смесь готовят совместным сухим измельчением(помолом) компонентов и реагента с последующей грануляцией смеси путем получения окатанных частиц при увлажнении шихты. Термообработку сырцовых гранул (окатышей) из шихты проводят при 1000-1050 в течение 40-60 мин. Использование предлагаемого изобретения позволяет получать тонкодисперсный игольчатый волластонит высокой степени однородности по размерам кристаллов, упростить технологию,снизить энергозатраты и выбросы загрязнений в окружающую среду.(72) Вернер Владимир Федорович Бишимбаев Валихан Козыкеевич Худякова Татьяна Михайловна Гаппарова Камила Музафаровна(73) Республиканское государственное казенное предприятие Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНОГО ВОЛЛАСТОНИТА(57) Изобретение относится к способам получения синтетического волластонита,который используется в качестве микроармирующего наполнителя при изготовлении строительной керамики, цементов, пено- и газосиликатных бетонов, резино-технических изделий, красок,фрикционных материалов, в производстве сухих строительных смесей, пластмасс, как заменитель асбеста в асбестоцементных композициях, а также волокнистого талька в композиционных материалах 25064 Изобретение относится к способам получения синтетического волластонита,который используется в качестве микроармирующего наполнителя при изготовлении строительной керамики, цементов, пено- и газосиликатных бетонов, резино-технических изделий, красок,фрикционных материалов, в производстве сухих строительных смесей, пластмасс, как заменитель асбеста в асбестсцементных композициях, а также волокнистого талька в композиционных материалах и т.д., где высокие свойства обеспечиваются, в основном, игольчатым волластонитом. Известен способ и состав шихты для синтеза волластонита,содержащий кремнеземистый известняк природную гомогенную тонкодисперсную композицию кальцита и кремнезема в соотношении,близком к волластониту. Шихту готовят совместным сухим помолом кремнеземистого известняка с трепелом(молярное соотношение 20,9) до полного прохождения через сетку 05, гранулируют, сушат и обжигают гранулы с выдержкой 2 часа при максимальной температуре 1100 С Балкевич В.Л.,Перес Ф.С., Когос А.Ю. и др. Синтез волластонита из природной карбонатнокремнеземистой композиции. -Стекло и керамика. - 1985. 1. - .2021. Недостатком способа являются жесткие требования по химическому и фазовому составу кремнеземистого известняка, что предопределяет ограниченность сырьевой базы,высокая температура синтеза (1100) и невысокий выход целевого продукта - 85 (96 от теоретически возможного), высокий выход летучих в виде СО 2 при обжиге гранул, содержащих в своем составе кремнеземистый известняк. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ получения тонкодисперсного волластонита патент РФ 2090501, Кл. 6 С 01 В 33/24, опубл. 20.09.1997,который содержит небольшое количество примесей в пересчете на оксиды А 12 О 3, 2 О 3, , 2 О,О 3, 2 О 5, . Сущность известного способа получения тонкодисперсного волластонита заключается во взаимодействии кальцийсодержащих отходов производства фосфорных удобрений (фосфогипса) и кремнеземсодержащих отходов производства фтористого алюминия в присутствии щелочных реагентов (гидроксидов металловигрупп таблицы Менделеева, аммония и их смесей) и натрия хлорида при молярных соотношениях/О 2, равном (0,8-1,0) 1, СаО/ОН , равном (0,52,0) 1, /, равном (0,5-2,0)1. Процесс ведут в гидротермальных условиях при 70-100 С в течение 1-3 часов при соотношении твердой и жидкой фаз ТЖ, равном 13-15. Образующийся гидросиликат кальция отфильтровывают, промывают, сушат и для получения волластонита прокаливают при 950-1050 в течение 40-60 мин. Продукт прокаливания представлен частицами размером от 0 до 30 мкм, в котором преобладающая доля частиц размером 3-12 мкм составляет 75-85. Недостатками данного способа, принятого за прототип, являются многостадийность (5 стадий синтез гидросиликата кальция, отфильтровывание продукта гидротермального синтеза, его промывка,сушка и прокаливание) высокие энергозатраты(гидротермальный синтез при 70-100 в течение 13 часов сушка гидросиликата при 150-200 после промывки прокаливание при 950-1050 в течение 40-60 мин.) использование щелочных реагентов в большом количестве - натрий гидроксида и натрий хлорида и значительных количеств аммиака недостаточно высокая степень однородности получаемого волластонита по размерам кристаллов большой выход загрязненной различными примесями (А 12 О 3, , О 3, , Р 2 О 5, С 1, 3) жидкой фазы при отфильтровывании и промывке гидросиликата кальция, а также выход летучих в окружающую среду, в том числе и токсичных, при сушке и прокаливании последнего. Известно, что наиболее ценным является тонкодисперсный волластонит чем меньше размер кристаллов игольчатого волластонита, тем меньшее его количество требуется для достижения повышенной прочности силикатных и композиционных материалов в кн. Волластонит. М. Наука, 1982, с.22. Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения тонкодисперсного волластонита,обеспечивающего получение волластонита более высокой степени однородности по размерам игольчатых кристаллов, удешевление целевого продукта, интенсификацию процесса и упрощение технологии, снижение энергозатрат и выбросов загрязнений, в том числе и токсичных, в окружающую среду. Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение,является получение тонкодисперсного игольчатого волластонита высокой степени однородности по размерам кристаллов, интенсификация процесса,упрощение технологии, удешевление продукта синтеза, уменьшение энергозатрат на синтез волластонита и выбросов загрязнений в окружающую среду. Поставленная задача решается тем, что в способе получения тонкодисперсного волластонита,включающем термообработку смеси из СаОсодержащего компонента, 2- содержащего компонента в присутствии щелочного реагента,согласно изобретению,в качестве СаОсодержащего компонента используют гранулированные шлаки электротермического производства фосфора, а в качестве О 2 содержащего компонента кварцевый песок, а в качестве щелочного реагента сульфат натрия при соотношении компонентов в смеси /О 2,равном 0,75-0,9,2 О 4/О 2, равном 0,12-0,16. Смесь готовят совместным сухим измельчением(помолом) компонентов и реагента с последующей грануляцией смеси путем получения окатанных частиц при увлажнении шихты. Термообработку 25064 сырцовых гранул (окатышей) из шихты проводят при 1000-1050 в течение 40-60 мин. Способ осуществляется следующим образом для получения тонкодисперсного волластонита используют- гранулированные электротермические шлаки фосфорного производства водного охлаждения следующего состава, мас. СаО 47,98-48,21 240-41,36 А 12 О 31,22-2,88 3,66-4,31 230, 14-0,30 30,4-0,97 Р 2 О 51,25-1,5 2,02-2,8 С 1-2. Размер гранул от 0,14 до 5 мм. Цвет - светло-серый. Резкое охлаждение шлакового расплава в процессе водной грануляции обуславливает в основном его стекловидное строение. Содержание стекловидной фазы составляет 90,кристаллической 10(представлена высокотемпературной формой волластонита псевдоволластонитом- сульфат натрия комбината Аралсульфат,мас. 20, СаО 0,3 А 12 О 3 0,2 0,2 230,01 2 О 497. Для экспериментальной проверки заявляемого способа было приготовлено 5 смесей ингредиентов(см. таблицу). В каждом из приведенных примеров смесь ингредиентов подвергают совместному сухому помолу (измельчению) до 0,1-0,3) остатка на сите 0063 с последующей грануляцией смеси при влажности 16-18 для получения гранул(окатышей) диаметром 5-10 мм. Полученные сырцовые гранулы подвергают термической обработке до получения максимального количества кристаллической фазы игольчатого волластонита. Соотноешение Соотноешение Режим Длина кристалов О/О 2 2 О 4/2 термообработки основной фракции Количество основной фракции кристалов волластонита,По предлагаемому изобретению 1 Целесообразность выбора в качестве СаОсодержащего компонента гранулированных фосфорных шлаков обусловлена повышенной реакционной способностью за счет особенностей структурно-фазового состава и способностью стекловидной фазы размягчаться в температурном интервале 600-700, а также минимально возможным выделением летучих, что обеспечивает сырьевым гранулам необходимую термостойкость при скоростных режимах термообработки (обжига). Выбор щелочного реагента - сульфата натрия в качестве отбеливающего ингредиента базируется на результатах исследований по приемам и механизму стабилизации отбеливания фосфорношлаковых материалов сульфатами Вернер В.Ф. К вопросам отбеливания фосфорношлаковых материалов сульфатами. Труды МНПКНаука и технология силикатных материалов - настоящее и будущее, т., М. 2003, с. 253-258, заключающемся в переводе содержащихся в шлаке и кремнеземистом компоненте красящих примесей железа (, ) в слабоокрашенные сульфиты и сульфаты (О 3,О 4) согласно реакций 22 О 42,5 О 2 О 3 О 422 О 222 О 40,52 О 3 О 442 О Аналог этого процесса - сульфатизирущий обжиг сульфидных минералов (пирротина 1-, тоилита) в кипящем слое. Кроме того, щелочная среда активизирует кристаллизацию волластонита,вследствие 25064 образования легкоплавких эвтектик с кремнеземом на ранней стадии термообработки шихты при 770850. Совместное измельчение гранулированного фосфорного шлака, кварцевого песка и сульфата натрия до размера частиц менее 0,063 мм необходимо для получения однородной тонкодисперсной шихты, в которой ингредиенты обладают повышенной дефектностью структуры и развитой поверхностью контакта,что в совокупности обеспечивает максимальную полноту протекания процесса синтеза волластонита за счет увеличения скорости и интенсивности реакций в твердой фазе. Выбор способа формования окатышей методом грануляции при увлажнении шихты отличается простотой и высокой производительностью. Способ обеспечивает регулируемое уплотнение шихты с целью приведения в непосредственный контакт частиц реагирующих компонентов с получением прочных гранул (окатышей), не подвергающихся разрушению при последующей термообработке. Дальнейшее увеличение контакта реагирующих компонентов осуществляется за счет дополнительного уплотнения гранул во вращающейся печи в процессе термообработки(обжига) с момента размягчения стекловидной фазы электротермофосфорного шлака и образования легкоплавких эвтектик щелочного реагента с кремнеземом. Предлагаемый способ позволяет получать тонкодисперсный волластонит более узкого фракционного состава с выходом основной фракции кристаллов размером от 3,1 до 12 мкм в количестве 100 при уменьшении максимального размера кристаллов от 12 до 7,3 мкм (по предлагаемому изобретению). Выход фракции кристаллов размером от 3 до 12 мкм (по прототипу) составляет 73,584,7. Уменьшение размера кристаллов волластонита и обеспечение более узкого фракционного состава его частиц связано с увеличением вязкости размягчающейся стекловидной фазы шлака в температурной области 700-850 при увеличении содержания в шихте кремнеземистого компонента,соответствующее уменьшению основности шихты от 1,0 до 0,68. Использование составов при соотношениях ингредиентов, выходящих за пределы заявленных границ, не дает ожидаемого эффекта (см. таблицу) и вызывает снижение выхода волластонита и расширение фракционного состава кристаллов при соотношении /20,9 за счет образования отдельных более крупных кристаллов размером до 30 мкм, а при соотношении /20,75,увеличивается доля более мелких кристаллов,размером менее 3 мкм, а также снижается выход игольчатого волластонита с 95-97) до 87-89. Рентгенофазовые исследования показали, что при соотношении /20,9 в продукте термообработки, помимо волластонита, образуется акерманит, а при соотношении /20,75 увеличивается доля остаточного, не вступившего в 4 твердофазовое взаимодействие, кварца в форме кристобалита при постоянном минимальном содержании акерманита. В составах же при соотношении /О 2, равном от 0,75 до 0,9, при всех режимах термообработки основной кристаллической фазой является игольчатый(-волластонит более узкого фракционного состава. Интенсификация процесса и упрощение технологии достигается за счет уменьшения компонентности шихты с 5 до 3-х и снижения многостадийности процесса синтеза с 5 стадий до 3-х, соответственно для прототипа и по предлагаемому изобретению. Удешевление продукта синтеза достигается за счет уменьшения компонентности шихты с 5-ти до 3-х. Если принять стоимость фосфогипса и кремнеземистого компонента (по прототипу),равной стоимости фосфорного шлака и кварцевого песка (по предлагаемому изобретению), то стоимость 45,79 щелочных реагентови(согласно примеру 1 прототипа) намного превышает стоимость 6-8 сульфата натрия (по заявляемому изобретению), что очевидно. Энергетические затраты на термообработку сырьевых гранул при 1000-1050 в течение 40-60 мин. (по заявляемому изобретению) гораздо ниже,чем энергетические затраты на гидротермальный синтез при 70-100 в течение 1-3 часов, сушку гидросиликата кальция при 150-200,прокаливание гидросиликата кальция при 9501050 С в течение 40-60 мин. для получения волластонита (по прототипу), что также очевидно. Выход летучих в окружающую среду по заявляемому изобретению составляет 7,8-8,9 в том числе 4,4 в виде СО 2 и 3,4-4,5 в виде О 3,соответственно за счет выгорания содержащегося в фосфорном шлаке в среднем 1,1 мас. углерода и разложения используемого в количестве 6-8 мас. сульфата натрия. Выход загрязняющих растворимых примесей в виде О 3, Р 2 О 5, 3, , С, щелочей и других ингредиентов фосфогипса и отходов производства фтористого алюминия в жидкую фазу при отфильтровывании и промывке гидросиликата кальция, а также летучих в окружающую среду при сушке и прокаливании последнего составляет более 45,79 (по прототипу), что во много раз больше выхода летучих по заявленному изобретению, о чем свидетельствуют и используемые соотношения щелочная добавка/ О 2. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения тонкодисперсного волластонита, включающий термообработку смеси из - содержащего компонента в присутствии щелочного реагента,2 содержащего компонента в присутствии щелочного реагента,отличающийся тем, что в качестве содержащего компонента используют гранулированные шлаки электро-термического производства фосфора, в качестве 2 содержащего компонента кварцевый песок, а в качестве щелочного реагента -сульфат натрия, 25064 причем смесь предварительно измельчают и гранулируют, а термическую обработку окатышей из шихты осуществляют при 1000-1050 в течение 40-60 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку проводят при соотношении компонентов в смеси /2, равном 0,75-0,9, а 24/2, равном 0,12-0,16.