Шихта для петроситалла на основе гранитоидов

(54) ШИХТА ДЛЯ ПЕТРОСИТАЛЛА НА ОСНОВЕ Г РАНИТОИДОВ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет (ВУ)(72) Авторы Баранцева Светлана Евгеньевна Бобкова Нинель Мироновна Кравчук Александр Петрович (ВУ)(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государст венный технологический университет (ВУ)Шихта ДЛЯ петроситалла, включающая минеральную ОСНОВу, ДОЛОМИТ И инициатор кристаллизации, ОТЛИЧЗЮЩЗЯСЯ ТЕМ, ЧТО В качестве минеральной ОСНОВЫ СОДЕРЖИТ СМЕСЬ ПРИРОДНЫХ гранитоидов, В качестве инициатора КРИСТЗЛЛИЗЗЦИИ - ПРИРОДНЫЙ ХРОМИТ И ДОПОЛНИТЕЛЬНО СОДЕРЖИТ ПИРИТНЫЕ огарки ПРИ СЛЕДУЮЩЕМ СООТНОШЕНИИ КОМПОНЕНТОВ,мас. Ч.2Изобретение относится к технологии производства стеклокристаллических материалов, в частности к изготовлению износостойких и химически устойчивых петроситаллов для работы в качестве футеровочных материалов и изделий в условиях комбинированного воздействия трения различной природы и агрессивных сред, а также в качестве мелющих тел.Известны составы шихты на основе природного минерального сырья, в состав которых входят тефрито-базальты, габбронориты 1.Недостатком материалов, получаемых на основе вышеуказанных горных пород, является использование в качестве инициаторов кристаллизации дефицитного и дорогостояшего диоксида титана, летучего и токсичного фтористого кальция (СаЕ 2) 1.В авторском свидетельстве 2 описано получение стеклокристаллического материала(каменного литья) на основе осадочных горных пород - песка, доломита, глины, хромита или из шлаков и зол. Однако для улучшения кристаллизационных свойств получаемых материалов и термических характеристик шихта содержит Р 2 О 5 и 503, которые вводятся сернокислым хромом и апатитами.Существенным недостатком Использования вышеуказанных компонентов для получения стеклокристаллических материалов является летучесть соединений серы и фосфора,что не обеспечивает стабильности процесса кристаллизации, необходимого соотношения формирующихся фаз и соответственно заданных показателей свойств. Кроме того, максимальная температура кристаллизации составляет 920-1000 С, что связано с большими энергетическими затратами.В авторском свидетельстве 3 описано получение стеклокристаллического материала на основе магматических изверженных горных пород - диабаза, базальта, горнблендита,пироксенового порфирита, шлаков и зол.Недостатком материала, полученного на основе вышеуказанных компонентов, является сложность обеспечения соотношения РеО Ре 2 О 3 1,5-2,О вследствие необходимости соблюдения определенного окислительно-восстановительного потенциала в печи при варке стекла, а также содержание в составе щелочных компонентов и оксида марганца. Кроме этого, максимальная температура кристаллизации составляет 900-950 С, что является невыгодным с точки зрения энергосбережения.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому материалу является шихта для износостойкого петроситалла 4, содержащая следующие компоненты (мас. ) диабаз 84,0-88,0 доломит 32,9, а в качестве инициатора кристаллизации применен оксид хрома 1,0-5,0. Недостатками указанной шихты является использование химически чистого оксида хрома и сложность селективной добычи диабаза из-за специфики его залегания в кристаллическом фундаменте юга Республики Беларусь, которая делает его применение весьма дорогостоящим. Кроме этого, шихта имеет довольно высокую температуру варки расплава (1450 С), температура кристаллизации составляет 870 С с выдержкой при данной температуре 1 ч.Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является синтез износостойкого и химически устойчивого петроситалла на основе шихты, содержащей только природное минеральное сырье и отходы промышленности, интенсификация ее варки при максимальном снижении температуры, ускорение процесса ситаллизации и снижение температуры термообработки при обеспечении заданного фазового состава и достижении высокой (85-90 ) степени закристаллизованности материала.Решение поставленной задачи достигается тем, что шихта для петроситалла включает минеральную основу, доломит и инициатор кристаллизации и отличается тем, что в качестве минеральной основы содержит смесь природных гранитоидов, в качестве инициатора кристаллизации - природный хромит и дополнительно содержит пиритные огарки при следующем соотношении компонентов, мас.ч. смесь гранитоидов 75,0-95,0 доломит 15,717,5 хромит 0,8-4,8 пиритные огарки 4,5-8,8.В табл. 1 приведен средний химический состав (мас. ) гранитоидов, которые являются главными типами горных пород Микашевичского месторождения строительного камня наряду с метадиабазами.Поскольку гранитные отсевы в основном состоят из смеси гранитоидов, нами была использована их усредненная проба, химический состав которой был определен в институте геологических наук НАН Б (2004 г.).Составы сырьевых компонентов шихты для петроситаллов приведены в табл. 2.Применение пиритных огарков в составах шихты для производства петроситаллов не известно и предлагается впервые.Пиритные огарки являются отходом производства серной кислоты из пирита (Ре 25) на предприятиях химической промышленности. В нашем случае они используются для компенсации недостающего в гранитоидах количества Ре 2 О 3, который выполняет роль стимулятора кристаллизации, образуя с Сг 2 О 3 уже при охлаждении расплава хромшпинелиды типа хромпикотита (М Ре)(Сг, А 1)2 О 4, являющееся центрами кристаллизации основной кристаллической фазы - пироксенового диопсид-геденбергитового твердого раствора, 2обеспечивающего КОМПЛЕКС ВЫСОКИХ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ. В фОрМИрОвании ОСНОВНЫХ кристаллических фаз активно участвуют ОКСИДЫ ЖСЛСЗЗ, оставшиеся ПО сле образования хромпикотита. Таблица 1Компо- Диори- Субщелоч- Кварцевые Субщелочные Грано- БИОТИТО- ЛейкоНСНТЫ ТЫ Ные ДИО- ДИОрИТЫ Кварцевые ДИОрИТЫ Вые Грани граниты рИТЫ ДИОрИТЫ ТЫ 5102 54,10 55,81 59,30 63,02 68,24 72,52 75,69 т 1 о 2 1,17 0,92 0,70 0,42 0,32 0,19 А 12 О 3 16,50 18,10 16,11 14,89 13,53 12,64 гшоз 5,20 3,66 3,38 0,72 РеО 4,57 3,78 3,39 0,60 МпО 0,10 0,10 0,09 0,02 мдо 4,27 2,76 2,17 1,37 0,77 0,30 СаО 6,83 6,03 4,72 0,93 Маю 3,33 4,16 3,24 3,12 190 1,50 2,34 2,24 5,25 Р 2 Оз 025 041 006 П.п.п. 1,86 1,59 1,45 1,12 0,83 0,47 Сумма 99,68 99,66 99,57 99,84 99,71 99,94 99,99 ТаблиЦа 2 Составы СЬПРЬЕВЬПХ КОМПОНЕНТОВ ШИХТЫ Компо- Содержание оксидов, мас. ты 5102 т 1 о 2 А 12 О 3 ге 2 о 3 РеО МпО мдо СаО Маю 12 о сшоз ШИХТЫ Смесь граНИТИДВ 56,3 0,7 15,3 Р 2 О 3 РО 0,2 2,2 4,1 6,5 3,6 (усреднен- 7,8 ная проба) Доломит 3,5 - 1,6 0,3 - - 20,4 30,9 - - Хромит 3 ,5 - - - 31,7 - - - - - 64,4 ПИРИТНЬ 12,2 - 2,9 76,8 - - 0,5 1,3 - - огаркиДостаточное Количество Щелочнь 1 х оксидов (Ыа 2 О К 2 О 8 мас. ), содержащихся в гранитоидах, обеспечивает снижение температуры варки стекла, выработки и кристаллизации в процессе термической обработки.Изобретение поясняется конкретными примерами.Шихту для получения расплава готовят по традиционной технологии с сухой подготовкой сырьевых материалов, дозируют их и перемешивают. Варку расплава (стекла) осуществляют при температуре 1400-1410 С, выработку при 1200-1220 С.Получение изделий возможно методом отливки, прессованием. Кристаллизацию изделий можно проводить как по ситалловой технологии, так и по камнелитейной.В случае получения стеклокристаллического материала по ситалловой технологии изделия отжигают и кристаллизуют по одностадийному режиму при максимальной темпера 3туре 780-790 С в течение 30 мин, а по камнелитейной технологии - горячая отливка по мещается в нагретую до температуры 760-770 С печь И выдерживается в течение 15 мин. Остальные примеры выполнялись аналогично с разными составами шихты, приведенными в табл. 3.Составы СТЕКОЛ И свойства ПОЛУЧЕННЫХ на ИХ ОСНОВЕ материалов ПРИВЕДЕНЫ В табл. 4,Как видно из приведенных данных, заявляемый состав шихты содержит только природные Компоненты, не содержит технические оксиды и летучие токсичные соединения,дополнительно содержит пиритные огарки (4,5-8,5 мас.ч), что значительно снижает тем пературу варки стекла (на 40-50 С) и температуру выработки (на 90-100 С).1 2 3 Прототип 4 Еьгратура Варки ТК 1400-1410 1400-1410 1400-1410 1450 мпература Вьфабшки 1290-1300 1290-1300 1290-1300 1380-1390 темпратура (Шаллиж 780-790 760-770 760-770 860-870 ЦИИ, С Время выдержки при си- 1530 ТЗЛЛИЗЗЦИИ, МИН Плотность, кг/м 2890 2920 2910 2870 Микротвердость, МПа 11150 11200 11215 10500-10700 ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ ПРИ