Основы технологии получения кальцийалюмосиликатных материалов из техногенного сырья

• Автор: Павлов, Вячеслав Фролович
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 265 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ.

1.1. Способы получения ситаллов и минеральных волокон

1.2. Способы нейтрализации вредного воздействия свободного оксида кальция

на качество получаемых материалов

1.3. Проблемы получения керамических материалов на основе волластонита.

1.4. Способы восстановительного плавления железосодержащих материалов

1.4.1. Одностадийная плавка в жидкой ванне

1.4.2. Двухстадийная плавка в жидкой ванне процесс Согехн

1.4.3. Жидкофазное трехступенчатое восстановление

1.4.4. Использование электропечного обеднения шлаков
1.5. Постановка задачи исследования
2. СПОСОБ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ПЛАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ С РАЗДЕЛЕНИЕМ РАСПЛАВА
2.1. Краткая характеристика сырья и используемого оборудования
2.2. Закономерности формирования и разделения металлической и силикатной
фаз расплава
2.2.1. Требования к составу шихты и свойствам расплава
2.2.2. Особенности восстановления оксидов железа и кремния
2.2.2.1. Стадии восстановительного плавления и разделения расплава
2.2.2.2. Влияние кальция и щелочных добавок на восстановление железа.
2.2.3. Выводы
2.3. Условия поризации силикатной части расплава
2.3.1. Взаимодействие силикатного расплава с водой
2.3.2. Выводы
2.4. Свойства пеносиликата
2.4.1. Структурные особенности
2.4.2. Физикомеханические и теплофизические характеристики ВО
2.4.3. Реакционная способность пеносиликата к ЯР, Н
2.4.4. Фазовое превращение пеносиликата при термообработке
2.4.4. Выводы
3. ПОЛУЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ САМОРАСПРОСТГАНЯЮЩЕЙСЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПЕНОСИЛИКАТА
3.1. Параметры тепловой волны СК пеносиликата при фазовом переходе
3.1.1. Структура фронта тепловой волны СК пеносиликата
3.1.2. Теплота фазового превращения
3.1.3. Зависимость скорости распространения фронта тепловой волны от
давления формования образцов
3.1.4. Фазовый состав продуктов СК пеносиликата
3.1.5. Выводы
3.2. Способ получения огнеупорной конструкционной и теплоизоляционной
керамики и пенокерамики из пеносиликата
3.2.1. Особенности кривой нагревания образцов из пеносиликата
3.2.2. Рентгенофазовое исследование образцов из пеносиликата
3.2.3. Макроструктура пенокерамики на основе пеносиликата
3.2.4. Зависимость прочности пенокерамики от пористости
3.2.5. Характеристики керамики и пенокерамики на основе пеносиликата из
3.2.5 .1. Температурная зависимость деформации под нагрузкой 3.2.5.2. Теплофизические и физикомеханические характеристики 3.2.6. Выводы 3.3. Влияние добавок оксида алюминия на свойст ва керамики и пенокерамики на основе пеносиликата ИЗ 5 6 7 4 1 2 2 5 9 0 0 2 5
3.4. Способ получения керамики и пенокерамики с кристаллографической структурой волластонита
3.4.1. Выводы
4. ПОЛУЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПЕНОСИЛИКАТА 4.1. Оптически прозрачные ситаллы с низким значением температурного коэффициента линейного расширения 4.1.1. Влияние железа на прозрачность ситаллов 4.1.2. Способ получения прозрачных ситаллов 4.1.3. Выводы 4.2. Строительные материалы на основе пеносиликата 4.2.1. Состав сырья для изготовления газобетонов неавтоклавного твердения 4.2.2. Способ получения безобжигового кирпича 4.2.3. Способ получения теплоизоляционных изделий 4.2.4. Выводы
5. КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ 5.1. Универсальный комплекс безотходной переработки техногенного сырья. 5.2. Способ получения высокотемпературных минеральных волокон 5.3. Способ получения оксида алюминия из пеносиликата 5.4. Способ получения легколетучих компонентов 5.5. Способ выделения ферросплавов из техногенного сырья 5.6. Выводы 9 5 6 9 9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ДТА дифференциальнотермический анализ
ИК инфракрасная область спектра
РФА рентгенофазовый анализ
СК самораспространяющаяся кристаллизация
ТКЛР температурный коэффициент линейного расширения
ТС техногенное сырь
ЭПР электроннопарамагнитный резонанс
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Сложный химический и фазовый состав, наличие примесей соединений железа, титана и других переходных металлов, свободного оксида кальция исключают получение прозрачных, температуростойких, прочных, не разрушающихся со временем материалов и изделий. Создание требуемой структуры в каждом конкретном случае предполагает сложный многоступенчатый технологический процесс и использование в качестве исходных продуктов чистых оксидных материалов или обогащенного сырья. В настоящее время актуально не только создание экономически приемлемых способов полного использования ТС. Предлагаемые технологические решения должны иметь как природоохранную, так и ресурсосберегающую направленность, должны интегрироваться в технологические схемы существующих производств, образующих промышленные отходы. Поэтому данная проблема должна решаться в рамках современной концепции использования возобновляемого техногенного сырья для получения высокотехнологичной продукции. В связи с освоением производств изделий технической керамики различного назначения, обладающих высокими диэлектрическими, теплофизическими и физикомеханическими свойствами, все большее распространение получают композиционные керамические материалы, кристаллическая фаза которых формируется на основе волластонита с игольчатоволокнистой структурой. ТКЛР 5, КГ6, К1 высокая прочность предел прочности при изгибе МПа при низкой теплопроводности. Керамические изделия из природного волластонита в процессе эксплуатации не претерпевают существенных объемных изменений и имеют хорошие электроизоляционные свойства. Использование его способствует уменьшению линейной усадки, водопоглощения, обеспечивает высокую термостойкость и постоянство объема изделий. Возможность получения на основе волластонита материалов открывает новые области их применения. Так, высокие прочность и пористость, низкая теплопроводность и несмачиваемость в алюминиевых сплавах керамики на основе волластонита обеспечивают необходимую стойкость их в таких сплавах. Это имеет большое значение при производстве теплоизоляционной керамики для футеровки литейной оснастки и тепловых насадок в металлургии. Природные типы волластонитового сырья представляют собой в основном минеральные разновидности кальцитволластонитовые, пироксенволластонитовые, гранатволластонитовые и различные их сочетания. Сырье подразделяют на сорта по содержанию волластонита богатые не менее , средние , бедные . РеО Ре3 более 1 М0 около 1 примеси разных минералов 5 и более . В решетку волластонита, замещая кальций, могут входить двухвалентные ионы железа, марганца, оказывая исключительно вредное влияние на свойства керамики, полученной на его основе резко снижаются диэлектрические свойства, что делает е непригодной для изготовления электрокерамических изделий. Для получения чистого волластонита применяются флотационные процессы. Наиболее крупным производителем и потребителем природного волластонита являются США , причем более волластонита используется при производстве керамических изделий. В России также имеются месторождения волластонита, однако промышленная добыча его не осуществляется изза отсутствия технологий тонкой очистки волластонитовой руды. Поэтому природный волластонитовый концентрат приходится закупать за рубежом в США, Индии, Финляндии, Казахстане. Природный волластонит месторождений стран СНГ, содержит ряд примесей оксиды железа, марганца, титана, алюминия, что ограничивает широкое использование его в производстве технической керамики электротехнического назначения. Основное направление развития способов получения новых составов технической керамики на основе волластонита связывается с использованием в качестве наполнителя высококачественного волластонитового концентрата, полученного путем тонкой очистки волластонитовой руды от оксидов металлов . Очистка основана на ударнораскалывающем истирающем измельчении с последующей СВЧобработкой и комплексной электромагнитной сепарацией. Специфика структуры и особенности химического состава тонко измельченного волластонита, полученного но указанной технологии, делают его перспективным наполнителем для получения керамических материалов широкого, в том числе электротехнического, назначения.