Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2474559

(19)

RU

(11)

2474559

(13)

C1

(51) МПК C04B41/85 (2006.01)

C04B35/18 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 07.02.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011127297/03, 01.07.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

01.07.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 01.07.2011

(45) Опубликовано: 10.02.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: SU 763298 A, 15.09.1980. RU 22123387 C2, 20.09.2003. RU 2265780 C2, 10.12.2005. SU 1301811 A, 07.04.1987. SU 1518325 A1, 30.10.1989. EP 1218315 B1, 27.10.2004. DE 2433698 A, 28.05.1975.

Адрес для переписки:

443001, г.Самара, ул. Молодогвардейская, 194, СГАСУ, патентный отдел

(72) Автор(ы):

Хлыстов Алексей Иванович (RU),

Соколова Светлана Владимировна (RU),

Коннов Михаил Владимирович (RU),

Садилов Виктор Степанович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) (RU)

(54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АЛЮМОСИЛИКАТНОГО ОГНЕУПОРА

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу повышения физико-механических показателей алюмосиликатных огнеупоров с высоким содержанием Al 2 O 3 , в частности самого распространенного шамотного огнеупора. Поставленная цель достигается пропиткой штучных огнеупоров водным раствором кислого алюмофосфата типа Al(H 2 PO 4 ) 3 плотностью 1,52 г/см 3 в нормальных условиях в течение 6-8 часов с последующей термообработкой при 250-350°C в течение 2 часов. Пропиточный состав получают смешиванием шлама щелочного травления алюминия в количестве 35-45 мас.% с ортофосфорной кислотой 60%-ной концентрации (остальное). Техническим результатом изобретения является значительное повышение физико-термических показателей (плотности, прочности, огнеупорности термостойкости) алюмосиликатного огнеупора, а именно шамота типа ША, что положительно скажется на долговечности футеровок тепловых агрегатов. 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к способам повышения эксплуатационных характеристик алюмосиликатных огнеупоров с высоким содержанием Al 2 O 3 , которые затем могут быть использованы практически во всех тепловых агрегатах, футеруемых алюмосиликатными огнеупорами, с максимальной рабочей температурой 1450-1500°C.

Известен способ повышения эксплуатационных характеристик штучных шамотных огнеупоров, в котором путем пропитки изделий ортофосфорной кислотой при нормальной температуре с последующей сушкой и обжигом повышаются плотность и прочность изделий. /Хлыстов А.И. Физико-химические основы применения фосфатных связок при ремонте футеровок тепловых агрегатов. Ж., Огнеупоры и техническая керамика, 2008, 3, с.41/ [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе в порах огнеупоров образуется недостаточное количество алюмофосфата AlPO 4 , способствующего повышению их эксплуатационных характеристик.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ упрочнения обожженных алюмосиликатных огнеупоров, содержащих 30-40% Al 2 O 3 , в котором пропитку производят кипячением в течение 20-40 минут в водном растворе ортофосфорной кислоты, плотностью 1,335-1,579 г/см 3 с последующей сушкой, принят за прототип /Авторское свидетельство СССР 763298, кл. C04B 41/06, C04B 35/18, 1980/ [2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относятся сложность и дороговизна способа упрочнения алюмосиликатных огнеупоров таким методом пропитки, как кипячение.

В известном способе образование алюмофосфата AlPO 4 в порах огнеупора идет за счет химической реакции минералов алюмосиликатной группы (силлиманит Al 2 O 3 ·SiO 2 , муллит 3Al 2 O 3 ·SiO 2 ), слагающих кристаллический каркас исходного огнеупора, с ортофосфорной кислотой. Прохождение данных реакций требует применения таких весьма сложных и вредных для здоровья процессов, как кипячение огнеупорных изделий в растворе ортофосфорной кислоты с последующими сушкой и обжигом. Однако применение в совокупности всех этих технологических приемов не способствует образованию достаточного количества алюмофосфата AlPO 4 , приводящего к максимальному повышению эксплуатационных характеристик.

Техническим результатом изобретения является повышение физико-термических показателей и эксплуатационных свойств штучных шамотных огнеупоров, содержащих 30-40% Al 2 O 3 , упрощение технологического процесса (исключение процесса кипячения) и снижение материальных затрат на осуществление процесса упрочнения шамотного огнеупора.

Технический результат достигается тем, что в известном способе повышения эксплуатационных характеристик алюмосиликатного огнеупора, содержащего 30-40% Al 2 O 3 , включающем пропитку водным раствором фосфатных связующих с последующей термообработкой, особенностью является то, что пропитку осуществляют в нормальных условиях в течение 6-8 часов водным раствором кислого алюмофосфата типа Al(H 2 PO 4 ) 3 плотностью 1,52 г/см 3 , синтезированного на базе ортофосфорной кислоты и шлама щелочного травления алюминия, содержащего, мас.%: Al 2 O 3 - 48-59; СаО - 0,3-1; Fe 2 O 3 - 1,5-2,5; SiO 2 - 0-1,3; MgO - 0-4; Na 2 O - 2,5-10; SO 3 - 0-4; п.п.п. - 33-35, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

шлам щелочного травления алюминия - 35-40,

ортофосфорная кислота 60%-ной концентрации - 60-65,

а термообработку проводят при температуре 250-350°C в течение двух часов.

В начале получали концентрированный состав кислых алюмофосфатов путем затворения сухого шлама щелочного травления алюминия ортофосфорной кислотой определенной концентрации. Так. для получения алюмофосфатной связки типа Al(H 2 PO 4 ) 3 на каждые 100 г 60%-ной ортофосфорной кислоты берем 15,9 г тонкомолотого шлама щелочного травления алюминия, химический состав которого представлен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав шлама щелочного травления алюминия

Содержание оксидов в шламе, %

Al 2 O 3

СаО

Fe 2 O 3

SiO 2

MgO

Na 2 O

SO 3

П.П.П.

48-59

0,3-1

1,5-2,5

0-1,3

0-4

2,5-10

0-4

33-35

Таким образом, состав раствора был следующим:

шлам щелочного травления алюминия - 37,1%,

ортофосфорная кислота 60%-ной концентрации - 62,9%.

Присутствие щелочного компонента в шламе, а именно Na 2 O, ускоряет процесс образования концентрированного раствора Al(H 2 PO 4 ) 3 при нормальной температуре.

Водный раствор получали путем введения воды в ранее приготовленный концентрированный состав алюмофосфатных связующих, синтезированных на основе высокоглиноземистого шлама (отхода цветной металлургии - шлама щелочного травления алюминия) и ортофосфорной кислоты с определенной плотностью.

При сушке и обжиге происходит превращение водорастворимых алюмофосфатов, находящихся в порах огнеупоров, в кристаллические соединения типа метафосфата Al(H 2 PO 3 ) 3 с последующим переходом в стабильный и высокоогнеупорный трехзамещеный алюмофосфат AlPO 4 . Одновременно протекает и химическая реакция между минералами шамотного огнеупора (силлиманита Al 2 O 3 ·SiO 2 , муллит 3Al 2 O 3 ·SiO 2 ) с кислыми алюмофосфатами Al(H 2 PO 4 ) 3 и Al 2 (HPO 4 ) 3 с образованием на конечном этапе трехзамещенного алюмофосфата AlPO 4 . Данные физико-химические превращения в порах огнеупоров приводят к образованию значительно большего количества алюмофосфата AlPO 4 . В основе научного подхода к применению водорастворимых алюмофосфатов в процессе пропитки шамотных огнеупоров лежит их химическая активность к взаимодействию со многими неорганическими соединениями (оксидами, силикатами и т.д.) и способность жидких растворов кристаллизоваться в процессе нагревания, переходя из метастабильного соединения Al(РО 3 ) 3 в стабильный алюмофосфат AlPO 4 . Фосфаты по условию образования представляют собой неорганические полимеры. Основным структурным элементом фосфатов служит группа PO 4 3- , которая на поверхности имеет один атом кислорода, соединенный двойной связью с центральным атомом фосфора. Такое строение придает поверхности штучных шамотных огнеупоров способность несмачиваемости различными расплавами. Поэтому жидкие водорастворимые кислые алюмофосфаты предпочтительно применять в качестве раствора для пропитки в нормальных условиях штучных шамотных огнеупоров алюмосиликатного состава.

Пример

Водорастворимые кислые алюмофосфаты готовили путем смешивания нанотехногенного сырья в виде высокоглиноземистого шлама (отход цветной металлургии - шлам щелочного травления алюминия), состоящий в основном из гидроксида алюминия Al(ОН) 3 с ортофосфорной кислотой в определенном соотношении:

шлам щелочного травления алюминия - 35-40,

ортофосфорная кислота 60%-ной концентрации - 60-65.

Образование кислых алюмофосфатов происходило по следующим реакциям /Будников П.П., Хорошавин Л.Б. Огнеупорные бетоны на фосфатных связках, Изд. "Металлургия", М., 1971, с.42/ [3].

Образцы штучного шамотного огнеупора размером 5×5×5 см погружались в емкости с водорастворимыми алюмофосфатами на 6-8 часов при нормальной температуре t=20°C:

I серия - в раствор однозамещенного алюмофосфата Al(H 2 PO 4 ) 3 с плотностью =1,52 г/см 3 ;

II серия - в раствор двузамещенного алюмофосфата Al 2 (HPO 4 ) 3 с плотностью р=1,45 г/см 3 . После этого образцы шамотного огнеупора подвергались термической обработке при температуре 250-350°C в течение 2 часов.

При пропитке огнеупоров растворами Al(H 2 PO 4 ) 3 и Al 2 (HPO 4 ) 3 происходит полное заполнение всех пор материала. В процессе термообработки протекают активные химические реакции между минералами шамотного огнеупора (силлиманита Al 2 O 3 ·SiO 2 , муллита 3Al 2 O 3 ·2SiO 2 ) с кислыми алюмофосфатами Al(H 2 PO 4 ) 3 и Al 2 (HPO 4 ) 3 с образованием на конечном этапе трехзамещенного алюмофосфата AlPO 4 . Также при нагревании пропитанных огнеупоров происходит превращение кислых алюмофосфатов Al(H 2 PO 4 ) 3 и Al 2 (HPO 4 ) 3 , не вступивших в реакцию с минералами Al 2 O 3 ·SiO 2 и 3Al 2 O 3 ·2SiO 2 , в метафосфат Al(РО 3 ) 3 с последующим переходом его в стабильный и высокоогнеупорный трехзамещеный алюмофосфат AlPO 4 .

Свойства огнеупоров, полученных по данному способу, представлены в таблице 2.

Пропитка образцов шамотного огнеупора водными растворами специально синтезированных кислых алюмофосфатов типа Al(H 2 PO 4 ) и Al 2 (HPO 4 ) и дальнейшая термообработка позволили повысить их эксплуатационную прочность в 2,5-3 раза. Кроме того, предлагаемый способ по сравнению с прототипом имеет и другие преимущества:

- заявляемый способ позволяет проводить процесс пропитки штучных огнеупоров при нормальной температуре, что исключает весьма небезопасный процесс "кипячения";

- применяемые сырьевые материалы для приготовления растворов фосфатных связующих являются недефицитными и многие взяты из промышленных отходов, поэтому предлагаемый способ является недорогим среди известных способов;

- использование предлагаемого способа позволяет повысить качество огнеупоров и способствует утилизации промышленных отходов.

Источники информации

1. Хлыстов А.И. Физико-химические основы применения фосфатных связок при ремонте футеровок тепловых агрегатов. Ж., Огнеупоры и техническая керамика, 2008, 3, с.41.

2. Авторское свидетельство СССР 763298, кл. C04B 41/06, C04B 35/18, 1980.

3. Будников П.П., Хорошавин Л.Б. Огнеупорные бетоны на фосфатных связках, Изд. "Металлургия", М., 1971, с.42.

Формула изобретения

Способ повышения эксплуатационных характеристик алюмосиликатного огнеупора, содержащего 30-40% Al 2 O 3 , путем пропитки водным раствором фосфатных связующих с последующей термообработкой, отличающийся тем, что пропитку осуществляют в нормальных условиях в течение 6-8 ч водным раствором кислого алюмофосфата типа Al(H 2 PO 4 ) 3 плотностью 1,52 г/см 3 , синтезированного на базе ортофосфорной кислоты и шлама щелочного травления алюминия, содержащего в мас.%: Al 2 O 3 - 48-59; СаО - 0,3-1; Fe 2 O 3 - 1,5-2,5; SiO 2 - 0-1,3; MgO - 0-4; Na 2 O - 2,5-10; SO 3 - 0-4; п.п.п. - 33-35, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

шлам щелочного травления алюминия

35-40

ортофосфорная кислота 60%-ной концентрации

60-65,

а термообработку проводят при температуре 250-350°C в течение двух часов.