RU2789529C1 - Method for obtaining structured silica on the basis of man-made industry waste - Google Patents

Abstract

FIELD: building materials and construction.

SUBSTANCE: invention relates to the production of glass silicate based on industrial waste used in the industry of building materials and construction. The claimed method for producing glass-silica based on industrial waste includes screening, mixing the components of the lower layer, mixing the components of the upper layer, laying in molds, sintering, annealing, cutting and quality control. At the same time, the mixing of the components of the lower layer, consisting of waste from the enrichment of ferruginous quartzites of the Kursk Magnetic Anomaly (KMA), colemanite and soluble sodium silicate, is carried out at a mass ratio of 3:1:1, respectively. The mixing of the components of the upper layer, consisting of granules of colored container glass with soluble sodium silicate, is carried out at a mass ratio of 8:1. Laying the top layer of the mixture into molds is carried out on the pre-laid bottom layer in the amount of 1/10 of the volume of the bottom layer. Sintering is carried out at a temperature of 690°C.

EFFECT: invention is aimed at reducing energy consumption, lowering the temperature of heat treatment (sintering) and improving the quality of the final product.

1 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к производству стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, используемого в промышленности строительных материалов и строительстве. The invention relates to the production of glass silicate based on industrial waste used in the industry of building materials and construction.

Известен ряд способов получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности [Будов В.М., Саркисов П.Д. Производство строительного и технического стекла. М.: Высш. школа, 1991. 319с.].There are a number of methods for producing glass silicate based on man-made industrial waste [Budov V.M., Sarkisov P.D. Manufacture of building and technical glass. M.: Higher. school, 1991. 319p.].

Недостатками данных способов является высокая энергоемкость технологического процесса и относительно низкое качество конечного продукта.The disadvantages of these methods are the high energy intensity of the process and the relatively low quality of the final product.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является «Способ получения стеклокремнезита на основе отходов горнодобывающей промышленности», [патент РФ 2580855, опубл. 10.04.2016 Бюл. №10], заключающийся в рассеве, смешении, укладки в формы нижнего слоя смеси отходов горнорудной промышленности с жидким стеклом и верхнего слоя из смеси гранул тарного стекла при массовом соотношении 10:1 с последующей термической обработкой при 795°С.Closest to the proposed technical essence and the achieved result is the "Method of obtaining silica glass based on mining waste", [RF patent 2580855, publ. 04/10/2016 Bull. No. 10], which consists in sifting, mixing, laying in the forms of the lower layer of a mixture of mining waste with liquid glass and the upper layer of a mixture of granular glass at a mass ratio of 10:1, followed by heat treatment at 795°C.

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость, высокая температура термической обработки (спекания) и относительно низкое качество конечного продукта.The disadvantage of this method is the high energy consumption, the high heat treatment temperature (sintering) and the relatively low quality of the final product.

Изобретение направлено на снижение энергоемкости, снижение температуры термической обработки (спекания) и повышение качества конечного продукта. The invention is aimed at reducing energy consumption, lowering the temperature of heat treatment (sintering) and improving the quality of the final product.

Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности включает рассев, смешение компонентов нижнего слоя, смешение компонентов верхнего слоя, укладку в формы, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, при этом смешение компонентов нижнего слоя, состоящих из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого производят при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, смешение компонентов верхнего слоя, состоящих из гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым производят при массовом соотношении 8:1 соответственно, укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части объема нижнего слоя, а спекание производят при температуре 690°С. The method for producing glass silica based on industrial waste includes sifting, mixing the components of the lower layer, mixing the components of the upper layer, laying in molds, sintering, annealing, cutting and quality control, while mixing the components of the lower layer, consisting of waste from the enrichment of ferruginous quartzites of the Kursk Magnetic Anomaly (KMA), colemanite and soluble sodium silicate are produced at a mass ratio of 3:1:1, respectively, mixing of the components of the upper layer, consisting of granules of colored container glass with soluble sodium silicate, is carried out at a mass ratio of 8:1, respectively, laying the upper layer of the mixture into molds produced on a pre-laid lower layer in the amount of 1/10 of the volume of the lower layer, and sintering is carried out at a temperature of 690°C.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются:The salient features of the proposed method are:

- смешение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при массовом соотношении 3:1:1;- mixing of wastes from the enrichment of KMA ferruginous quartzites, colemanite and soluble sodium silicate at a mass ratio of 3:1:1;

- смешение гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым при массовом соотношении 8:1;- mixing granules of colored container glass with sodium silicate soluble at a mass ratio of 8:1;

- укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части от объема нижнего слоя;- laying the top layer of the mixture into molds is carried out on the pre-laid bottom layer in the amount of 1/10 of the volume of the bottom layer;

- спекание при температуре 690°С.- sintering at a temperature of 690°C.

В предлагаемом способе получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, компоненты смеси, силикат натрия растворимый, образуют с компонентами отходов легкоплавкие эвтектики, что позволяет использовать более низкую температуру спекания.In the proposed method for producing glass silicate based on technogenic industrial waste, the mixture components, soluble sodium silicate, form fusible eutectics with the waste components, which allows the use of a lower sintering temperature.

Проведенный сопоставительный анализ технологических операций предлагаемого и известного способов в таблице 1.A comparative analysis of the technological operations of the proposed and known methods in table 1.

Таблица 1Table 1

Сопоставительный анализ технологических операций предлагаемого и известного способовComparative analysis of technological operations of the proposed and known methods

Технологические операции и свойстваTechnological operations and properties Единица измеренийUnit of measurement Известный способKnown way Предлагаемый способSuggested method Технологические операцииTechnological operations Рассев отходов ОГП* (0,5-2,5 мм)

Смешение ОГП с жидким стеклом в соотношении 3:1
Укладка в формы нижнего слоя
Помол тарных стекол

Рассев тарных стекол (2,0-5,0 мм)

Смешение гранул тарных стекол с жидким стеклом (10:1)

Укладка в формы верхнего слоя

Спекание, отжиг, обрезка

Контроль качестваWaste sieving OGP* (0.5-2.5 mm)

Mixing OGP with liquid glass in a ratio of 3:1
Laying in the forms of the lower layer
Container glass grinding

Screening of container glasses (2.0-5.0 mm)

Mixing of granulated container glasses with liquid glass (10:1)

Laying in the forms of the upper layer

Sintering, annealing, trimming

Quality control Рассев техногенных отходов (0,5-2,5 мм)

Смешение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при соотношении 3:1:1

Укладка в формы нижнего слоя

Помол цветных тарных стекол (2,0-5,0 мм)

Смешение гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым 8:1

Укладка в формы верхнего слоя

Спекание, отжиг, обрезка

Контроль качестваSieving of industrial waste (0.5-2.5 mm)

A mixture of the enrichment of the glandular quartzites of KMA, Kolmanite and sodium silicate soluble with a ratio of 3: 1: 1

Laying in the forms of the lower layer

Grinding of colored container glasses (2.0-5.0 mm)

Mixing of colored container glass granules with soluble sodium silicate 8:1

Laying in the forms of the upper layer

Sintering, annealing, trimming

Quality control *ОГП – отходы горнодобывающей промышленности*WGM - waste from the mining industry

Оптимальное соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов ванадиевого производства и силиката натрия растворимого определяли с учетом температуры спекания и прочности стеклокремнезита на сжатие (таблица 2).The optimal ratio of KMA ferruginous quartzite enrichment wastes, vanadium production wastes and soluble sodium silicate was determined taking into account the sintering temperature and the compressive strength of glass silicate (table 2).

Таблица 2table 2

Оптимальное соотношение компонентов нижнего и верхнего слоевThe optimal ratio of the components of the lower and upper layers

Соотношение отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силикат натрия растворимого
(мас. частей)The ratio of the waste of the glandular quartzites of KMA, Kolmanite and sodium silicate soluble
(wt parts) п/пp/p Соотношение боя цветного тарного стекла и колеманита (мас. частей)The ratio of the breakage of colored container glass and colemanite (wt. parts) Температура спекания, °СSintering temperature, °C Прочность на сжатиеCompressive strength 3:2:13:2:1 11 6:16:1 708708 60,860.8 22 7:17:1 716716 63,763.7 33 8:18:1 720720 65,465.4 44 9:19:1 726726 62,162.1 55 10:110:1 731731 58,958.9 3:1:1*3:1:1* 66 6:16:1 711711 82,682.6 77 7:17:1 705705 87,387.3 8*8* 8:18:1 690690 91,591.5 99 9:19:1 708708 88,688.6 1010 10:110:1 716716 84,784.7 3:1:23:1:2 11eleven 6:16:1 719719 63,963.9 1212 7:17:1 722722 66,166.1 1313 8:18:1 728728 68,468.4 1414 9:19:1 732732 65,765.7 1515 10:110:1 735735 62,462.4 * – оптимальный вариант* - the best option

Таблица 3Table 3

Физико-механические показатели стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленностиPhysical and mechanical properties of glass silicate based on technogenic industrial waste

ПоказателиIndicators РазмерностьDimension ПрототипPrototype Предлагаемый способ
(оптимальный вариант)Suggested method
(best option) Прочность на сжатиеCompressive strength МПаMPa 65,565.5 91,591.5 МорозостойкостьFrost resistance циклыcycles 7575 100100 Температура спеканияSintering temperature °С°С 795795 690690

Сопоставительный анализ показателей качества предлагаемого и известных способов получения стеклокремнезита показал, что в предлагаемом способе прочность стеклокремнезита и морозостойкость возрастают соответственно до 91,5 МПа и 100 циклов замораживания - оттаивания. При этом оптимальное соотношение отходов обогащения железистых отходов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого составляет 3:1:1, оптимальное соотношение гранул цветного тарного стекла и силикат натрия растворимого составляет 8:1.Comparative analysis of the quality indicators of the proposed and known methods for the production of glass silica showed that in the proposed method, the strength of glass silicate and frost resistance increase, respectively, to 91.5 MPa and 100 freeze-thaw cycles. At the same time, the optimal ratio of KMA ferrous waste enrichment waste, colemanite and soluble sodium silicate is 3:1:1, the optimal ratio of colored container glass granules and soluble sodium silicate is 8:1.

Проведенный анализ известных способов получения стеклокремнезита позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».The analysis of the known methods for producing glass silica allows us to conclude that the claimed invention meets the criterion of "novelty".

В качестве техногенных отходов промышленности были взяты:As technogenic industrial wastes were taken:

1) отходы обогащения железистых кварцитов КМА, химический состав (масс. %): SiO₂ – 66,19; Al₂O₃ – 9,51; Fe₂O₃ – 9,06; FeO – 6,44; CaO – 3,70; MgO – 4,08; K₂O – 0,69; Na₂O – 0,51; SO₃ – 0,16; P₂O₃ – 0,11; П.П.П. –5,19.1) the waste of enrichment of the glandular quartzites of the KMA, the chemical composition (mass. %): SIO ₂ - 66.19; Al ₂ O ₃ - 9.51; Fe ₂ O ₃ - 9.06; FeO - 6.44; CaO - 3.70; MgO - 4.08; K ₂ O - 0.69; Na ₂ O - 0.51; SO ₃ - 0.16; P ₂ O ₃ - 0.11; P.P.P. -5.19.

2) Колеманит (colemanite standard; borocalcite colemanite, производства «Эти Маден Ишлетмелери Г.М.», Анкара, Джихан сок., 2, Сыххиею, Турция) следующего химического состава, мас. %: B₂O₃ – 40,0±1; CaO – 27,0±1; SiO₂ – 4,0–6,0; Fe₂O₃(max) – 0,08; Al₂O₃(max) – 0,4; MgO(max) – 3,0; Na₂O(max) – 0,35. Сертификат безопасности на продукцию № 77.99.26.8.У.4851.6.10 (ГОСТ 12.1.007-76 «ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности»).2) Kolemanite (Colemanite Standard; Borocalcite Colemanite, production “These Maden Ishletmeleri G.M.”, Ankara, Dzhikhan Sok., 2, Sykhiye, Turkey) of the following chemical composition, MA. %: B ₂ O ₃ - 40.0 ± 1; CaO - 27.0±1; SiO ₂ - 4.0–6.0; Fe ₂ O ₃ (max) - 0.08; Al ₂ O ₃ (max) - 0.4; MgO(max) - 3.0; Na ₂ O (max) - 0.35. Safety certificate for products No. 77.99.26.8.U.4851.6.10 (GOST 12.1.007-76 “SSBT. Classification and general safety requirements”).

3) Силиат натрия растворимый (по ГОСТ Р 50418-92 Силикат натрия растворимый. Технические условия)3) Soluble sodium silicate (according to GOST R 50418-92 Soluble sodium silicate. Specifications)

4) В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного стекла, химический состав (масс. %): SiO₂ – 69,7; Al₂O₃ – 3,4; CaO – 6,01; MgO – 3,93; Na₂O – 14,59; SO₃ – 0,37; Fe₂O₃ – 0,46.4) as a glass -containing component used a combat glass battle, chemical composition (mass. %): SIO ₂ - 69.7; Al ₂ O ₃ - 3.4; CaO - 6.01; MgO - 3.93; Na ₂ O - 14.59; SO ₃ - 0.37; Fe ₂ O ₃ - 0.46.

Отходы обогащения железистых кварцитов КМА рассевали на виброситах и смешивали с колеманитом и силикатом натрия растворимым при соотношении 0,3:0,1:0,1 кг соответственно. Смесь укладывали вниз формы. В качестве стеклосодержащего компонента использовали бой тарного цветного стекла. После рассева на ситах гранулированное стекло смешивали в лопастном смесителе с силикатом натрия растворимым при соотношении 0,8:0,1 кг соответственно. Смесь укладывали в формы на предварительно уложенный нижний слой. Верхний слой составлял 1/10 объема нижнего слоя.Wastes from enrichment of KMA ferruginous quartzites were screened on vibrating screens and mixed with colemanite and sodium silicate soluble at a ratio of 0.3:0.1:0.1 kg, respectively. The mixture was placed on the bottom of the mold. As a glass-containing component, we used flask of container colored glass. After screening on sieves, granular glass was mixed in a paddle mixer with soluble sodium silicate at a ratio of 0.8:0.1 kg, respectively. The mixture was placed in molds on the pre-laid bottom layer. The top layer was 1/10 of the volume of the bottom layer.

Затем производили спекание в муфельной печи при 690°С в течение 2 часов. Затем производили отжиг, обрезку кромок и контроль качества готовых изделий.Then, sintering was carried out in a muffle furnace at 690° C. for 2 hours. Then annealing, edge trimming and quality control of finished products were carried out.

Пример контроля качества продукции.An example of product quality control.

Для определения прочности на сжатие из блоков стеклокремнезита вырезали кубики алмазным кругом размером 30х30х30 мм. Перед установкой на лабораторный пресс, нижнюю и верхнюю грани кубиков обкладывали паронитовыми прокладками. Разрушение образцов происходило после нагружения пресса. Прочность на сжатие определяли по ГОСТР 57349-2016, и она составила R_сж.=91,5 МПаTo determine the strength of the compression from the blocks of the glass, the cubes were cut out in a diamond circle size 30x30x30 mm. Before installation on the laboratory press, the lower and upper edges of the cubes were covered with paronyte gaskets. The destruction of the samples occurred after loading the press. The compressive strength was determined according to GOSTR 57349-2016, and it was R _compress. =91.5 MPa

Морозостойкость определяли по ГОСТ 7025-91 в морозильной камере с принудительной вентиляцией с автоматическим регулированием температуры от –15°С до –20°С при объемном замораживании – 4 часа. Контроль морозостойкости осуществляли по степени повреждений и потере массы.Frost resistance was determined according to GOST 7025-91 in a freezer with forced ventilation with automatic temperature control from –15°C to –20°C with bulk freezing for 4 hours. The control of frost resistance was carried out according to the degree of damage and weight loss.

Морозостойкость стеклокремнезита составила М_сред.=100 цикловThe frost resistance of glass silica was M _medium. =100 cycles

Способ получения стеклокремнезита включает рассев, смешение, укладку в формы нижнего слоя, в качестве которого используют смесь отходов обогащения железистых кварцитов КМА, колеманита и силиката натрия растворимого при соотношении 3:1:1 соответственно. Проводят помол, укладку в формы верхнего слоя, в качестве которого используют смесь гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым при массовом соотношении 8:1. Затем осуществляется спекание при 690°С, отжиг, обрезку контроль качества.The method for obtaining glass silicate includes screening, mixing, laying in the form of the lower layer, which is used as a mixture of KMA ferruginous quartzite enrichment waste, colemanite and soluble sodium silicate at a ratio of 3:1:1, respectively. Grinding is carried out, laying in the molds of the upper layer, which is used as a mixture of colored container glass granules with soluble sodium silicate at a mass ratio of 8:1. Then sintering at 690°C, annealing, trimming, quality control is carried out.

Claims (1)

Способ получения стеклокремнезита на основе техногенных отходов промышленности, включающий рассев, смешение компонентов нижнего слоя, смешение компонентов верхнего слоя, укладку в формы, спекание, отжиг, обрезку и контроль качества, отличающийся тем, что смешение компонентов нижнего слоя, состоящих из отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), колеманита и силиката натрия растворимого производят при массовом соотношении 3:1:1 соответственно, смешение компонентов верхнего слоя, состоящих из гранул цветного тарного стекла с силикатом натрия растворимым производят при массовом соотношении 8:1 соответственно, укладку верхнего слоя смеси в формы производят на предварительно уложенный нижний слой в количестве 1/10 части от объема нижнего слоя, а спекание производят при температуре 690°С.A method for producing glass-silica based on industrial waste, including screening, mixing the components of the lower layer, mixing the components of the upper layer, laying in molds, sintering, annealing, trimming and quality control, characterized in that mixing the components of the lower layer, consisting of waste from the enrichment of ferruginous quartzites Kursk magnetic anomaly (KMA), colemanite and soluble sodium silicate are produced at a mass ratio of 3:1:1, respectively, the mixing of the components of the upper layer, consisting of granules of colored container glass with soluble sodium silicate, is carried out at a mass ratio of 8:1, respectively, the laying of the upper layer mixtures into molds are produced on a pre-laid lower layer in the amount of 1/10 of the volume of the lower layer, and sintering is carried out at a temperature of 690°C.