[go: up one dir, main page]

RU2687014C1 - Method of preparing meta-silicate sitalline mixture - Google Patents

Method of preparing meta-silicate sitalline mixture Download PDF

Info

Publication number
RU2687014C1
RU2687014C1 RU2018116526A RU2018116526A RU2687014C1 RU 2687014 C1 RU2687014 C1 RU 2687014C1 RU 2018116526 A RU2018116526 A RU 2018116526A RU 2018116526 A RU2018116526 A RU 2018116526A RU 2687014 C1 RU2687014 C1 RU 2687014C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cao
feo
sio
oxides
formula
Prior art date
Application number
RU2018116526A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Васильевич Мананков
Валерий Михайлович Владимиров
Эльгюл Разим кызы Гасанова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ)
Priority to RU2018116526A priority Critical patent/RU2687014C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2687014C1 publication Critical patent/RU2687014C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B1/00Preparing the batches
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

FIELD: manufacturing technology.SUBSTANCE: invention relates to a process for the preparation of a metasilicate sitall mixture. First, determine the chemical composition of the main source of raw materials and the ratio of chemical elements in it, including amphoteric Fe, Al, in different structural positions of chain silicates. Analyze the chemical composition of the main source of raw materials, using the formula MM(RO) for chained pyroxene sitalls, where is m– oxides of cations KO + NaO + LiO + CaO + FeO; M– AlO+ FeO+ TiO(RO) – SiO+ TiO+ AlO+ FeO. Taking into account the analysis of the main source of raw materials and the ratio of oxides included in the value of the modulus of acidity-basicity M, determined by the formula:, where Δ(AlO+ FeO) – the number of amphoteric oxides in the octahedral sublattice of metasilicates Mi, equal to the sum of molecular quantities (Na,K)O+0.5[CaO-(MgO + FeO)], carry out the selection and quantity of additives for the main source of raw materials. According to the obtained oxide content, the amount of the required main feedstock and the amount of necessary additives are calculated, after which the indicated components are crushed and mixed in the required amount.EFFECT: technical result – obtaining a stable composition of the required components of the mixture for the production of metasilicate glass-ceramic materials, depending on the specified combinations of properties of the glass.3 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к производству петро - и шлакоситаллов, перспективных для многих отраслей экономики (энергетики, металлургии, горнодобывающих отраслей, дорожного и гражданско-промышленного строительства и т.д.), и может найти применение при подготовке шихты для ситаллов с различными сочетаниями свойств: высокой абразивной, механической устойчивостью и химической или электрофизической стойкостью.The invention relates to the production of petro - and shlakositallov, promising for many sectors of the economy (energy, metallurgy, mining, road and civil-industrial construction, etc.), and can be used in the preparation of the mixture for cellars with various combinations of properties: high abrasive, mechanical resistance and chemical or electro-physical resistance.

Стеклокристаллические материалы (СКМ) класса «ситаллы» появились в средине XX в. Развитие теории и практики их производства позволили осознать, что их структурные особенности и физико-химические свойства взаимосвязаны и определяются не только технологическими параметрами, но, в первую очередь, химическим составом образующихся нано-субмикрокристаллических фаз (Мананков А.В. Основы технической минералогии и петрографии. - Томск: Изд. Том. гос. универ. 1979. - 194 с.).Glass-ceramic materials (SCM) of the class “sitalls” appeared in the middle of the XX century. The development of the theory and practice of their production made it possible to realize that their structural features and physicochemical properties are interrelated and are determined not only by technological parameters, but, first of all, by the chemical composition of the nano-submicrocrystalline phases formed (Manankov AV Fundamentals of technical mineralogy and petrography - Tomsk: Ed. Tom. State University. 1979. - 194 p.).

Существенным моментом для способов подготовки шихты для ситаллов является ее полиминеральность, что усложняет управление технологическим процессом, увеличивает его время и его энергоемкость за счет осуществления нескольких стадий кристаллизации, приводящих зачастую к структурной неоднородности, появлению нескольких фаз и снижению функциональных свойств материалов. В результате начал формироваться кристаллохимический научно обоснованный подход, породивший различные способы расчета и моделирования шихты при ее подготовке. Для существенно цепочечных пироксеновых ситаллов с с общей формулойThe essential point for the preparation of the mixture for sitalls is its mineralization, which complicates the management of the technological process, increases its time and energy consumption due to the implementation of several crystallization stages, often leading to structural heterogeneity, the appearance of several phases and a decrease in the functional properties of materials. As a result, a crystal-chemical, scientifically based approach began to take shape, giving rise to various methods of calculating and modeling the charge during its preparation. For essentially chained pyroxene sitalls with the general formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где обычно М2 - оксиды катионов K2O + Na2O + Li2O + СаО + FeO; M1 - Al2O3 + Fe2O3 + TiO2; (R2O6) - SiO2 + TiO2 + Al2O3 + Fe2O3.where usually M 2 - oxides of cations K 2 O + Na 2 O + Li 2 O + CaO + FeO; M 1 - Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 + TiO2; (R 2 O 6 ) - SiO 2 + TiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 .

главным барьером при оценке качества шихтовых компонентов оказалось количественное распределение полуторных оксидов алюминия, железа и оксида титана между тетраэдрическими (R2O6) и октаэдрическими (M1) подрешетками.The main barrier in assessing the quality of charge components was the quantitative distribution of one-and-a-half aluminum oxides, iron and titanium oxide between the tetrahedral (R 2 O 6 ) and octahedral (M 1 ) sublattices.

Известен способ проектирования состава шихты шлакоситаллов с помощью коэффициента кислотности Коб (Хан Б.Х. Проблемы каменного литья. Вып. 3. - Киев: Наукова Думка, 1975. - 203 с.):There is a method of designing the composition of the mixture of slakositallov using the acidity coefficient K on (Khan B.Kh. Problems of stone casting. Vol. 3. - Kiev: Naukova Dumka, 1975. - 203 p.):

Figure 00000002
Figure 00000002

Уравнение (2) составлено с учетом разделения всех компонентов системы на сеткообразователи, включая все количества SiO2 + TiO2 + Al2O3 (числитель), и остальные оксиды - модификаторы (знаменатель). При этом данный коэффициент кислотности делит амфотерные оксиды Al2O3 и Fe2O3 по разным подрешеткам без остатков.Equation (2) was made up taking into account the separation of all system components into grid-forming agents, including all amounts of SiO 2 + TiO 2 + Al 2 O 3 (numerator), and the remaining oxides are modifiers (denominator). At the same time, this acidity ratio divides amphoteric oxides Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 according to different sublattices without residues.

Существенным недостатком способа является невозможность учета кристаллофизических особенностей реальной структуры шихты, приготавливаемых для ситаллов с цепочечной структурой и включающей три подрешетки. Это обусловливает большие ошибки при моделировании состава шихты и малую эффективность прогнозирования физико-химических свойств синтетических материалов класса «сикамы».A significant drawback of this method is the impossibility of taking into account the crystal-physical features of the real structure of the charge prepared for cellals with a chain structure and including three sublattices. This causes large errors in modeling the composition of the charge and low efficiency in predicting the physicochemical properties of synthetic materials of the Sikama class.

Известен способ подбора шихты с помощью коэффициента структуры аниона (КСА), основанном на достижениях экспериментальной минералогии и химии стекла (Шелудяков Л.Н. и др. Комплексная переработка силикатных отходов. - Алма-Ата: Наука, 1985. - 172 с.):The known method of selecting the mixture using the anion structure factor (CSA), based on the achievements of experimental mineralogy and chemistry of glass (Sheludyakov LN and others. Integrated processing of silicate waste. - Alma-Ata: Nauka, 1985. - 172 p.):

Figure 00000003
Figure 00000003

Уравнение (3) применимо для узкого круга составов шлако-и петроситаллов, в которых всегда строго только 70% амфотерных атомов алюминия выполняют роль сеткообразовател ей.Equation (3) is applicable for a narrow range of compositions of slag and petrositals, in which always strictly only 70% of the amphoteric aluminum atoms play the role of a grid former.

Существенным недостатком этого способа является детерминированный, практически произвольный учет влияния амфотерных оксидов.A significant disadvantage of this method is a deterministic, almost arbitrary consideration of the influence of amphoteric oxides.

При оценке состава шихты СКМ по указанным способам (формулы 2, 3) маловероятно получение материала, отвечающего мономинеральным метасиликатам. Обычно отсутствие метасиликатного равновесия химических ингредиентов выражается в структурной и фазовой неоднородности (в различной степени) СКМ, приводящей к снижению их эксплуатационных свойств и увеличению риска получения бракованной продукции.When assessing the composition of the SCM mixture according to the indicated methods (formulas 2, 3), it is unlikely that material will be produced that corresponds to monomineral metasilicates. Usually, the absence of metasilicate equilibrium of chemical ingredients is expressed in structural and phase heterogeneity (to varying degrees) of SCM, leading to a decrease in their performance properties and an increased risk of receiving defective products.

Коэффициенты в формулах 2 и 3 не учитывают реальную структуру образующихся в ходе технологического процесса получения шихты метасиликатных фаз, что обусловливает некачественный контроль технологического процесса и продуктов, поскольку не позволяет надежно получать реальные композиции шихты и прогнозировать стабильность высоких свойств материала.The coefficients in formulas 2 and 3 do not take into account the real structure of the metasilicate phases formed during the process of obtaining the mixture, which leads to poor quality control of the technological process and products, since it does not allow to reliably obtain real composition of the mixture and predict the stability of high material properties.

Прототипом заявляемого способа является способ моделирования шихты для ситалла по заявке на изобретение №2015133408, МПК С03С 10/00 (2006.01), опубл. 10.02.2017, Б. №4. Указанный способ позволяет реализовывать при производстве петро- и шлакоситаллов класса сикамов их основную особенность, а именно, мономинеральный метасиликатный состав, который разрабатывается с учетом изо- и гетеровалентного изоморфизма в группе цепочечных силикатов с участием пироксенов и волластонита, изоструктурного с кристаллической решеткой моноклинных пироксенов в неравновесных условиях кристаллизации до 30%.The prototype of the proposed method is a method for modeling the charge for a sitall according to the application for invention No. 2015133408, IPC SS03 10/00 (2006.01), publ. 02/10/2017, B. No. 4. This method allows you to implement in the production of petro- and slagositalls of the Sikam class their main feature, namely, the monomineral metasilicate composition, which is developed taking into account iso- and heterovalent isomorphism in the group of chain silicates with the participation of pyroxene and wollastonite, isostructural with the crystal lattice of monoclinic pyroxenees crystallization conditions up to 30%.

Способ моделирования шихты петро- и шлакоситаллов класса сикамов по прототипу включает определение химического состава всех компонентов исходного сырья, расчет соотношения исходных компонентов шихт по трем подрешеткам, отраженных в формуле (1). При этом к составу исходного компонента шихты добавляются подшихтовки в количестве, необходимом для получения суммарного строго метасиликатного состава. Выбор и контроль подшихтовок осуществляется по соотношению оксидов, включенных в кристаллохимический модуль кислотности-основности Mk. Модуль кислотности-основности рассчитывается по формуле:The method for modeling the prototype blend of petro- and slag-class Sikam class includes determining the chemical composition of all components of the feedstock, calculating the ratio of the initial components of the charge for the three sublattices, reflected in formula (1). At the same time to the composition of the initial component of the charge are added in the amount of required to obtain the total strictly metasilicate composition. The selection and control of the sub-batches is carried out according to the ratio of oxides included in the crystal-chemical modulus of acidity-basicity M k . The modulus of acidity-basicity is calculated by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Δ(Al2O3+Fe2O3) - количество амфотерных оксидов в октаэдрической подрешетке метасиликатов M1, равное сумме молекулярных количеств (Na,K)2О+0,5[СаО-(MgO+FeO)].where Δ (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) is the amount of amphoteric oxides in the octahedral sublattice of M 1 metasilicates, equal to the sum of molecular quantities (Na, K) 2 O + 0.5 [CaO- (MgO + FeO)].

Формула получена с учетом выявленных закономерностей и реальных пределов изо- и гетеровалентного изоморфизма в неравновесных условиях фазовых превращений в трех структурных подрешетках: метасиликатов моноклинной сингонии, слагающие ситаллы класса сикам.The formula was obtained taking into account the revealed regularities and the real limits of iso- and heterovalent isomorphism under non-equilibrium conditions of phase transformations in three structural sublattices: monoclinic syngony metasilicates, composing Siticum classals.

Моделирование компонентов шихты с помощью модуля кислотности-основности (формула 4) может обеспечивать достижение необходимой степени мономинеральности продукта, его структурной однородности и высоких физико-химических свойств при одновременном упрощении технологического процесса и уменьшении энергопотребления.Modeling the components of the mixture using the acidity-basicity module (formula 4) can ensure the achievement of the required degree of monominerality of the product, its structural homogeneity and high physicochemical properties while simplifying the process and reducing energy consumption.

Существенным недостатком прототипа является то, что в таком представлении нет пределов изменения значения модуля Mk. В случаях, если Mk меньше единицы, т.е. когда существует перевес оксидов-модификаторов (CaO, MgO и др.) по отношению к оксидам- сеткобразователям (SiO2 и др.), наряду с основной фазой, представленной пироксеновым твердым раствором моноклинной сингонии, выделяются силикаты с островной структурой кремнекислородных тетраэдров (группа оливинов и др.).A significant disadvantage of the prototype is that in this representation there are no limits to the change in the value of the module M k . In cases where M k is less than one, i.e. when there is a preponderance of modifying oxides (CaO, MgO, etc.) with respect to the oxide-network-forming agents (SiO 2 , etc.), along with the main phase represented by the pyroxene solid solution of the monoclinic system, silicates with an island structure of silicon-oxygen tetrahedrons (a group of olivines and etc.).

При значениях больше единицы, когда катионы-сеткообразователи преобладают над катионами-модификаторами, наряду с основной фазой могут формироваться силикатные фазы с каркасным строением кремнекислородных тетраэдров, представляемые плагиоклазами разной основности или калиевыми полевыми шпатами.At values greater than unity, when cation-network-forming agents predominate over modifier cations, along with the main phase, silicate phases with the framework structure of silicon-oxygen tetrahedra, represented by plagioclases of different basicity or potassium feldspars, can form.

В том и другом случае происходит нарушение баланса катионов-сеткообразователей и катионов-модификаторов в шихте, а это выражается в развитии структурной неоднородности и, как следствие, снижении физико-химических свойств продукции.In either case, there is an imbalance in the network of cations-network formers and modifier cations in the charge, and this is reflected in the development of structural heterogeneity and, as a consequence, a decrease in the physicochemical properties of the product.

Такая неопределенность прототипа создает техническую проблему, суть которой заключается, главным образом, в том, что не позволяет получать стабильно необходимый состав компонентов шихты для производства метасиликатных стеклокристаллических материалов и делает некачественным, по сути, вероятностным прогнозирование их эксплуатационных свойств.Such a prototype uncertainty creates a technical problem, the essence of which lies mainly in the fact that it does not allow to obtain the stably required composition of charge components for the production of metasilicate glass-ceramic materials and makes substandard, in fact, probabilistic prediction of their operational properties.

Техническая проблема решается следующим образом. По заявляемому способу приготовления метасиликатной ситалловой шихты, как и по прототипу, определяют химический состав основного исходного сырья и соотношение в нем химических элементов, включая амфотерные Al+3, Fe+3, в разных структурных позициях цепочечных силикатов. Как и в прототипе, проводят анализ химического состава основного исходного сырья, используя формулу M2M1(R2O6) для цепочечных пироксеновых ситаллов, где М2 - оксиды катионов K2O+ Na2O + Li2O + СаО + FeO; M1 - Al2O3 + Fe2O3 + TiO2; (R2O6) - SiO2 + TiO2 + Al2O3 + Fe2O3. С учетом проведенного анализа основного исходного сырья и соотношения оксидов, входящих в значение модуля кислотности-основности Мк, определяемого по формуле:The technical problem is solved as follows. By the present method of preparation of the metasilicate sitallic mixture, as in the prototype, determine the chemical composition of the main raw material and the ratio of chemical elements in it, including amphoteric Al +3 , Fe +3 , in different structural positions of chain silicates. As in the prototype, analyze the chemical composition of the main source of raw materials, using the formula M 2 M 1 (R 2 O 6 ) for chain pyroxene sitall, where M 2 - oxides of cations K 2 O + Na 2 O + Li 2 O + CaO + FeO ; M 1 - Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 + TiO 2; (R 2 O 6 ) - SiO 2 + TiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 . Taking into account the analysis of the main source of raw materials and the ratio of oxides included in the value of the modulus of acidity-basicity M to determined by the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

где Δ(Al2O3 + Fe2O3) - количество амфотерных оксидов в октаэдрической подрешетке метасиликатов Mi, равное сумме молекулярных количеств (Na,K)2О+0,5[СаО-(MgO+FeO)], осуществляют подбор и количество добавочных сырьевых компонентов для основного исходного сырья.where Δ (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) is the amount of amphoteric oxides in the octahedral sublattice of metasilicates Mi, equal to the sum of molecular quantities (Na, K) 2 O + 0.5 [CaO- (MgO + FeO)], select and the amount of additional raw materials for the main feedstock.

В отличие от прототипа содержание фиксируемых оксидов для метасиликатной ситалловой шихты определяют всегда при значении модуля кислотности-основности Mk=1. Полученные значения содержания оксидов используют для определения количества требуемого основного исходного сырья и количества необходимых добавок.Unlike the prototype, the content of fixed oxides for the metasilicate cellulose mixture is always determined with the value of the acidity-basicity modulus M k = 1. The obtained values of the content of oxides are used to determine the amount of the required main feedstock and the amount of necessary additives.

Для обеспечения задаваемых физико-химических свойств ситалла дополнительно определяют пироксеновые миналы и рассчитывают показатели полученных свойств ситалла из метасиликатной шихты.To ensure the specified physicochemical properties of the sitalum, pyroxene minals are additionally determined and indicators of the obtained properties of the metasilicate mixture of the sitala are calculated.

Для прогноза и корректировки микротвердости используют формулу (5):For the prediction and adjustment of microhardness use the formula (5):

Н, кг/мм2 = 4,87X1+33,79Х2+8,08Х3-11,1Х4+12,45X5+13,24Х6+5,98Х7, (5) где X1 - (Na, K)2O⋅Al2O3⋅4SiO2; Х2 - CaO⋅Al2O3⋅(Si,Ti)O2; Х3 - CaO⋅MgO⋅2SiO2; Х4 - (Fe,Mn)O⋅Fe2O3⋅SiO2; Х5 - FeO⋅SiO2; Х6 - MgO⋅SiO2; Х7 - CaO⋅SiO2.N, kg / mm 2 = 4.87 X 1 + 33.79 X 2 + 8.08 X 3 -11.1 X 4 + 12.45 X 5 + 13.24 X 6 + 5.98 X 7 , (5) where X 1 - ( Na, K) 2 O⋅Al 2 O 3 ⋅4SiO 2 ; X 2 - CaO⋅Al 2 O 3⋅ (Si, Ti) O 2 ; X 3 - CaO⋅MgO⋅2SiO 2 ; X 4 - (Fe, Mn) O ⋅ Fe 2 O 3 ⋅ SiO 2 ; X 5 - FeO⋅SiO 2 ; X 6 - MgO⋅SiO 2 ; X 7 - CaO⋅SiO 2 .

Для прогноза и корректировки кислотостойкости (к 96%-ной H2SO4) используют формулу (6):For the prediction and adjustment of acid resistance (to 96% H 2 SO 4 ) use the formula (6):

Кислотостойкость, % = 0,66X1+2,75X2+0,66Х3-0,91Х4+1,0Х5+1,1Х6+0,5Х7, (6) где X1 - (Na, K)2O⋅Al2O3⋅4SiO2; Х2 - CaO⋅Al2O3⋅(Si,Ti)O2; Х3 - CaO⋅MgO⋅2SiO2; Х4 - (Fe,Mn)O⋅Fe2O3⋅SiO2; X5 - FeO⋅SiO2; X6 - MgO⋅SiO2; X7 - CaO⋅SiO2.Acid resistance,% = 0.66X 1 + 2.75X 2 + 0.66X 3 -0.91X 4 + 1.0X 5 + 1.1X 6 + 0.5X 7 , (6) where X 1 - (Na, K ) 2 O⋅Al 2 O 3 ⋅4SiO 2 ; X 2 - CaO⋅Al 2 O 3⋅ (Si, Ti) O 2 ; X 3 - CaO⋅MgO⋅2SiO 2 ; X 4 - (Fe, Mn) O⋅Fe2O3⋅SiO2; X 5 - FeO⋅SiO 2 ; X 6 - MgO⋅SiO 2 ; X 7 - CaO⋅SiO 2 .

Взятые после определения необходимые количества основного исходного сырья и подшихтовок подвергают дроблению, и после этого, смешивают до равномерного состояния.Taken after determining the required amount of the main source of raw materials and podshchitovok subjected to crushing, and then mixed to a uniform state.

Предлагаемый способ обеспечивает реализацию задаваемого состава ситалла в поле метасиликатов, нано-микроструктурную однородность материала, обеспечивающую высокие физико-химические свойства и реальную возможность их прогнозирования, контроля и управления.The proposed method provides the implementation of the specified composition of the sital in the field of metasilicates, nano-microstructural homogeneity of the material, providing high physico-chemical properties and the real possibility of their prediction, control and management.

Способ позволяет рассчитывать с помощью многофакторного анализа зависимости проектируемых свойств от состава и соотношения катионов-сеткообразователей с катионами-модификаторами в твердых растворах метасиликатных фаз с уникальными полимерными микроструктурами, формирующимися в результате изоморфных замещений при направленной кристаллизации сикамов.The method allows using multivariate analysis to calculate the dependence of the projected properties on the composition and ratio of net-forming cations with modifier cations in solid solutions of metasilicate phases with unique polymer microstructures formed as a result of isomorphic substitutions during directional crystallization of sicams.

Выполнение способа показано на конкретных примерах.The implementation of the method shown in specific examples.

В основе предлагаемого способа приготовления шихты для ситалла лежит принцип кристаллохимического единства цепочечных метасиликатов в условиях управляемой кристаллизации. Этот принцип реализуется при любых вариациях исходного состава шихты, но, если выполняется условие: Mk=1.The basis of the proposed method of preparation of the mixture for sitall is the principle of crystal-chemical unity of chain metasilicates under controlled crystallization. This principle is implemented with any variations of the initial composition of the charge, but if the condition is satisfied: M k = 1.

Из всех известных минералов для ситаллов класса сикам предпочтение отдается группе пироксенов. Они способны выстраивать непрерывные изоморфные ряды для большинства серий пироксеновой группы, и поэтому из природного и техногенного минерального сырья, располагающего разнообразием химических элементов, в принципе возможно получение мономинерального метасиликатного материала с заданными свойствами.Of all the known minerals for sitalls of the sikam class, preference is given to the pyroxene group. They are able to build continuous isomorphic series for the majority of the pyroxene group series, and therefore it is possible in principle to produce a monomineral metasilicate material with desired properties from natural and man-made mineral raw materials.

Известные виды исходного горного минерального сырья, за редким исключением, не являются метасиликатами, и поэтому при производстве сикамов нуждаются в добавках (подшихтовках). С помощью контролируемых добавок, способ позволяет получать шихту с Mk=1.The known types of the original mountain mineral raw materials, with rare exceptions, are not metasilicates, and therefore, they need additives in the production of sikams. With the help of controlled additives, the method allows to obtain a mixture with M k = 1.

Способ включает целый ряд последовательных операций. Начинается процесс с операции предварительного выбора основного исходного природного или техногенного сырья, не очень существенно отличающегося от желаемого, т.е. метасиликатного. На практике для этого лучше всего подходит природное (или техногенное) силикатное сырье с содержанием примерно 50 мас. % оксида кремнезема. Далее из него отбирается технологическая проба и пробы для аналитического и минералого-геохимического исследования. Затем дробление, диспергирование, квартование и анализы (минералого-петрографические и химический).The method includes a number of sequential operations. The process begins with the operation of preliminary selection of the main source of natural or man-made raw materials, not very significantly different from the desired, i.e. metasilicate. In practice, natural (or man-made) silicate raw materials with a content of about 50 wt. % silica oxide. Next, a technological sample and samples are taken from it for analytical and mineralogical and geochemical studies. Then crushing, dispersing, quartering and analyzes (mineralogical, petrographic and chemical).

Результаты химического анализа основного компонента шихты приводятся к 100 вес. %, затем переводятся в молекулярные количества и рассчитывается его Mk. Исходя из установленного химического состава основного сырьевого компонента и соотношения в нем сеткообразователей и катионов, рассчитанных по формуле Mk, подбираются добавки с химическим составом, обеспечивающим получение в сумме строго метасиликатного состава, т.е. удовлетворяющего Mk=1.The results of chemical analysis of the main component of the mixture are reduced to 100 weight. %, then converted into molecular amounts and calculated its M k . Based on the established chemical composition of the main raw material component and the ratio of grid-forming agents and cations in it calculated by the formula M k , additives with a chemical composition are selected that ensure the total amount of strictly metasilicate composition, i.e. satisfying M k = 1.

Химический состав основного исходного компонента и добавки выбирается с учетом предполагаемого качества свойств конечного продукта. Количество химических компонентов и степень точности количества добавки контролируется расчетом кристаллохимической формулы по кислородному методу, т.е. на шесть атомов кислорода (M2M1Z2O6) и формулой Mk, расчет которых заканчивается при достижении равенства Mk.=1.The chemical composition of the main source component and the additive is selected taking into account the expected quality of the properties of the final product. The amount of chemical components and the degree of accuracy of the amount of the additive are controlled by calculating the crystal-chemical formula using the oxygen method, i.e. to six oxygen atoms (M 2 M 1 Z 2 O 6 ) and the formula M k , the calculation of which ends when the equality M k . = 1 is reached.

С помощью данного способа устраняется полиминеральность продукта, что приводит к его нано-микроструктурной однородности и повышению физических свойств ситалла при одновременном упрощении технологического процесса и уменьшении энергопотребления.Using this method eliminates the multiminerality of the product, which leads to its nano-microstructural homogeneity and increase the physical properties of the cellar while simplifying the process and reducing energy consumption.

Предлагаемый способ позволяет проектировать состав шихты строго соответствующего полимерному метасиликату, а также надежно управлять физико-химическими свойствами за счет подбора исходных компонентов на основе количественных соотношений ионов Al3+, Fe3+ и Ti4+ в тетраэдрической (Z) и октаэдрической (M1) позициях, вычисляемых по кристаллохимической формуле (1), а также значению коэффициента (модуля) кислотности-основности Мк.The proposed method allows to design the composition of the mixture strictly corresponding to the polymer metasilicate, as well as reliably control the physicochemical properties due to the selection of the initial components based on the quantitative ratios of Al 3+ , Fe 3+ and Ti 4+ ions in tetrahedral (Z) and octahedral (M 1 ) positions calculated by the crystal-chemical formula (1), as well as the value of the coefficient (module) of acidity-basicity M to .

В табл.1 представлен пример результатов химического анализа готовой шихты с Mk=1, пересчитанного на составляющие пироксеновые миналы (изоморфные компоненты твердого раствора) моноклинной сингонии с кристаллической структурой диопсида и на кристаллохимическую формулу по уравнению (1).Table 1 presents an example of the results of chemical analysis of the finished mixture with M k = 1, converted to the constituent pyroxene minals (isomorphic components of the solid solution) of the monoclinic system with the crystal structure of diopside and the crystal-chemical formula according to equation (1).

В качестве основного исходного компонента выбрана отвальная порода одного из золоторудных месторождений Полярного Урала - пикробазальт с добавкой отвального известняка соседнего рудного месторождения в пересчете на СаО в количестве 13,80 масс. %, рассчитанной по формуле необходимого количестваThe main source component was selected as a dump from one of the gold deposits of the Polar Urals - picrobasalt with the addition of dump limestone from a nearby ore deposit in terms of CaO in the amount of 13.80 masses. % calculated by the formula of the required amount

Таблица 1Table 1

Пересчет приготовленной шихты на основе пикробазальта Полярного Урала на изоструктурные пироксеновые миналыRecalculation of the prepared charge on the basis of the picrobasalt of the Polar Urals to isostructural pyroxene minals

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Контроль качества расчетов на пироксеновые миналы для сикамов осуществляется методом пересчета химического состава шихты по кислородному методу на кристаллохимическую формулу цепочечных силикатов с шестью атомами кислорода в тетраэдрической позиции (табл. 2). В результате определяются конкретные изо - и гетеровалентные перестройки во всех подрешетках метасиликатов (М2, M1 и Z).The quality control of calculations for pyroxene minals for sikams is carried out by converting the chemical composition of the mixture by the oxygen method to the crystal-chemical formula of chain silicates with six oxygen atoms in the tetrahedral position (Table 2). As a result, specific iso - and heterovalent rearrangements in all sublattices of metasilicates (M 2 , M 1, and Z) are determined.

Анализ кристаллохимической формулы (табл. 2) позволяет убедиться, что полученный суммарный химический состав четко соответствует метасиликату, т.е. заявляемый способ является научно обоснованным, практически реализуемым и обеспечивает достаточную точность моделирования сырьевых компонентов шихты при производстве мономинеральных метасиликатных стеклокристаллических материалов класса сикамов.An analysis of the crystal chemical formula (Table 2) makes it possible to verify that the resulting total chemical composition clearly corresponds to the metasilicate, i.e. The claimed method is scientifically grounded, practically realizable and provides sufficient accuracy in modeling raw material components of the charge in the production of monomineral metasilicate glass-ceramic materials of the Sikam class.

Таблица 2table 2

Кристаллохимические формулы петроситалловCrystal Chemical Formulas of Petrositals

Figure 00000008
Figure 00000008

Количество амфотерного алюминия в тетраэдрической подрешетке (Z) составляет 0,34 формульной единицы (ф.е.), а в октаэдрической (M1): количество Al - 0,34 и Fe+3 - 0,13 ф.е., что обеспечивает строгую мономинеральность метасиликатной системы (табл.1, 2).The amount of amphoteric aluminum in the tetrahedral sublattice (Z) is 0.34 formula units (F. e.), And in the octahedral (M 1 ): the amount of Al is 0.34 and Fe +3 is 0.13 fu, which provides a strict monominerality metasilicate system (Table 1, 2).

Предлагаемый способ позволяет проектировать по соотношению сеткообразователей и катионов, рассчитанных по формуле Mk=1, контролируемых содержанием пироксеновых миналов, слагающих метасиликатный твердый раствор, качество необходимых физико-химических свойств сикамов. В табл. 3 представлены количественные минальные содержания конечных пироксеновых твердых растворов в 9 составах и их важное физическое свойство - микротвердость.The proposed method allows to design the quality of the necessary physico-chemical properties of sikams by the ratio of grid-formers and cations calculated by the formula M k = 1, controlled by the content of pyroxene minals composing the metasilicate solid solution. In tab. 3 shows the quantitative minal content of the final pyroxene solid solutions in 9 compositions and their important physical property - microhardness.

Figure 00000009
Figure 00000009

Пробы №№1-5 в таблице 3- исходное сырье Полярного Урала, пробы №№6-9 - сикамы на основе углисто-кремнистых сланцев и суглинков месторождений Томской области: Семилужского, Кедровского, Турунтаевского и Родионовского соответственно.Samples Nos. 1-5 in Table 3 are the raw materials of the Polar Urals, samples Nos. 6-9 are based on carbon-siliceous schists and loams from the Tomsk Region: Semiluzhsky, Kedrovsky, Turuntayevsky and Rodionovsky, respectively.

Путем математической обработки экспериментальных данных нами получены модели в виде линейных зависимостей от процентного содержания пироксеновых миналов для обеспечения микротвердости ситалла (формула 5), кислотостойкости (формула 6).By mathematical processing of experimental data, we obtained models in the form of linear dependencies on the percentage of pyroxene minals to ensure the microhardness of the sitall (formula 5), acid resistance (formula 6).

Н, кг/мм2 = 4,87X1+33,79Х2+8,08Х3-11,1X4+12,45Х5+13,24Х6+5,98Х7, (5)N, kg / mm 2 = 4.87X 1 + 33.79X 2 + 8.08X 3 -11.1X 4 + 12.45X 5 + 13.24X 6 + 5.98X 7 , (5)

Кислотостойкость, % = 0,66X1+2,75X2+0,66Х3-0,91Х4+1,0Х5+1,1Х6+0,5Х7. (6)Acid resistance,% = 0.66X 1 + 2.75X 2 + 0.66X 3 -0.91X 4 + 1.0X 5 + 1.1X 6 + 0.5X 7 . (6)

Значения X17 соответствуют химическим составам миналов в табл. 1.The values of X 1 -X 7 correspond to the chemical composition of the minals in the table. one.

В зависимости от заданных сочетаний свойств ситалла и его эксплуатационных свойств можно получить стабильно необходимый состав компонентов шихты для производства метасиликатных стеклокристаллических материалов, используя предложенный способ.Depending on the specified combinations of properties of sitall and its operational properties, it is possible to obtain the stably required composition of charge components for the production of metasilicate glass-ceramic materials using the proposed method.

В информационных источниках не обнаружено сведений о приготовлении ситалловой шихты путем смешивания исходного сырья и добавок, взятых из соотношения оксидов, определяемых по модулю кислотности-основности Мк = 1. Способ приготовления ситалловой шихты для стеклокристаллических материалов класса сикамов реализован на опытно-промышленной линии в городе Томске.Information sources did not reveal any information on the preparation of the sitallic charge by mixing the raw materials and additives taken from the ratio of oxides, determined by the modulus of acidity-basicity Mk = 1. The method of preparing the sittalic charge for glass-ceramic materials of the Sikam class is implemented on a pilot industrial line in the city of Tomsk .

Claims (7)

1. Способ приготовления метасиликатной ситалловой шихты, согласно которому определяют химический состав основного исходного сырья и соотношение в нем химических элементов, включая амфотерные Fe+3, Al+3, в разных структурных позициях цепочечных силикатов; проводят анализ химического состава основного исходного сырья, используя формулу М2М1(R2O6) для цепочечных пироксеновых ситаллов, где М2 - оксиды катионов K2O+Na2O+Li2O+СаО+FeO; М1-Al2O3+Fe2O3+TiO2; (R2O6)-SiO2+TiO2+Al2O3+Fe2O3; с учетом проведенного анализа основного исходного сырья и соотношения оксидов, входящих в значение модуля кислотности-основности Мк, определяемого по формуле:1. The method of preparation of metasilicate cellulose mixture, according to which the chemical composition of the main raw material and the ratio of chemical elements in it, including amphoteric Fe +3 , Al +3 , are determined in different structural positions of chain silicates; analyze the chemical composition of the main feedstock using the formula M 2 M 1 (R 2 O 6 ) for chain pyroxene sitalls, where M 2 are the oxides of the K 2 O + Na 2 O + Li 2 O + CaO + FeO cations; M 1 -Al 2 O 3 + Fe 2 O 3+ TiO 2; (R 2 O 6 ) -SiO 2 + TiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ; taking into account the analysis of the main source of raw materials and the ratio of oxides included in the value of the modulus of acidity-basicity M to determined by the formula:
Figure 00000010
Figure 00000010
где Δ(Al2O3+Fe2O3) - количество амфотерных оксидов в октаэдрической подрешетке метасиликатов M1, равное сумме молекулярных количеств (Na, K)2О+0,5[СаО-(MgO+FeO)], осуществляют подбор и количество добавок для основного исходного сырья, отличающийся тем, что содержание оксидов для метасиликатной ситалловой шихты определяют при значении модуля кислотности-основности Мк=1, по полученному содержанию оксидов рассчитывают количество требуемого основного исходного сырья и количество необходимых добавок, после чего указанные компоненты в требуемом количестве подвергают дроблению и смешивают.where Δ (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) is the amount of amphoteric oxides in the octahedral sublattice of metasilicates M 1 , equal to the sum of molecular quantities (Na, K) 2 O + 0.5 [CaO- (MgO + FeO)], is carried out selection and amount of additives to the main feed, characterized in that the oxides content for metasilicate pyroceramics charge is determined at a value module acidity-basicity M k = 1 by the resulting content of oxides calculated amount of the desired main feed and the amount of necessary additives, whereupon said components in the required number t he is crushed and mixed. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно рассчитывают состав пироксеновых миналов и по формуле определяют микротвердость ситалла из метасиликатной шихты:2. The method according to p. 1, characterized in that the composition of the pyroxene minals is additionally calculated and the microhardness of the sitall from the metasilicate mixture is determined by the formula: Н, кг/мм2=4,87X1+33,79Х2+8,08Х3 - 11,1Х4+12,45Х5+13,24Х6+5,98Х7, где X7 - (Na, K)2O⋅Al2O3⋅4SiO2; Х2 - CaO⋅Al2O3.(Si,Ti)O2; Х3 - CaO⋅MgO⋅2SiO2; Х4 - (Fe,Mn)O⋅Fe2O3⋅SiO2; Х5 - FeO⋅SiO2; Х6 - MgO⋅SiO2; Х7 - CaO⋅SiO2.N, kg / mm 2 = 4.87X 1 + 33.79X 2 + 8.08X 3 - 11.1X 4 + 12.45X 5 + 13.24X 6 + 5.98X 7 , where X 7 - (Na, K ) 2 O⋅Al 2 O 3 ⋅4SiO 2 ; X 2 - CaO⋅Al 2 O 3. (Si, Ti) O 2 ; X 3 - CaO⋅MgO⋅2SiO 2 ; X 4 - (Fe, Mn) O⋅Fe2O3⋅SiO 2 ; X 5 - FeO⋅SiO 2 ; X 6 - MgO⋅SiO 2 ; X 7 - CaO⋅SiO 2 . 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно рассчитывают состав пироксеновых миналов и по формуле определяют кислотостойкость ситалла из метасиликатной шихты к 96%-ной H2SO4:3. The method according to p. 1, characterized in that the composition of the pyroxene minals is additionally calculated and the acid resistance of the sitall from the metasilicate mixture to 96% H 2 SO 4 is determined by the formula: Кислотостойкость, %=0,66Х1+2,75Х2+0,66Х3-0,91Х4+1,0Х5+1,1Х6+0,5Х7, где X1 - (Na, K)2O⋅Al2O3⋅4SiO2; Х2 - CaO⋅Al2O3.(Si,Ti)O2; Х3 - CaO⋅MgO⋅2SiO2; Х4 - (Fe,Mn)O Fe2O3⋅SiO2; Х5 - FeO⋅SiO2; Х6 - MgO⋅SiO2; Х7 - CaO⋅SiO2.Acid resistance,% = 0.66X 1 + 2.75X 2 + 0.66X 3 -0.91X 4 + 1.0X 5 + 1.1X 6 + 0.5X 7 , where X 1 - (Na, K) 2 O ⋅Al 2 O 3 ⋅4SiO 2 ; X 2 - CaO⋅Al 2 O 3. (Si, Ti) O 2 ; X 3 - CaO⋅MgO⋅2SiO 2 ; X 4 - (Fe, Mn) O Fe2O3⋅SiO2; X 5 - FeO⋅SiO 2 ; X 6 - MgO⋅SiO 2 ; X 7 - CaO⋅SiO 2 .
RU2018116526A 2018-05-03 2018-05-03 Method of preparing meta-silicate sitalline mixture RU2687014C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018116526A RU2687014C1 (en) 2018-05-03 2018-05-03 Method of preparing meta-silicate sitalline mixture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018116526A RU2687014C1 (en) 2018-05-03 2018-05-03 Method of preparing meta-silicate sitalline mixture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2687014C1 true RU2687014C1 (en) 2019-05-06

Family

ID=66430582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018116526A RU2687014C1 (en) 2018-05-03 2018-05-03 Method of preparing meta-silicate sitalline mixture

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2687014C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1499847A1 (en) * 1987-05-08 1996-12-10 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургической теплотехники цветной металлургии и огнеупоров Method of preparing mineral melt
RU2235693C2 (en) * 2001-10-08 2004-09-10 Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики Method of manufacturing glass microspheres with controlled properties from synthetic blends
RU2398744C2 (en) * 2008-12-16 2010-09-10 Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) Method of optimising composition of basaltic materials
EP2824083A1 (en) * 2002-02-28 2015-01-14 William Michael Carty Selective glass batching methods for improving melting efficiency and reducing gross segregation of glass batch components
RU2015133408A (en) * 2015-08-10 2017-02-10 Анатолий Васильевич Мананков METHOD OF SIMULATION OF A BATTERY FOR SITAL

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1499847A1 (en) * 1987-05-08 1996-12-10 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургической теплотехники цветной металлургии и огнеупоров Method of preparing mineral melt
RU2235693C2 (en) * 2001-10-08 2004-09-10 Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики Method of manufacturing glass microspheres with controlled properties from synthetic blends
EP2824083A1 (en) * 2002-02-28 2015-01-14 William Michael Carty Selective glass batching methods for improving melting efficiency and reducing gross segregation of glass batch components
RU2398744C2 (en) * 2008-12-16 2010-09-10 Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) Method of optimising composition of basaltic materials
RU2015133408A (en) * 2015-08-10 2017-02-10 Анатолий Васильевич Мананков METHOD OF SIMULATION OF A BATTERY FOR SITAL

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШЕЛУДЯКОВ Л.Н. Комплексная переработка силикатных отходв. Алма-Ата, Наука, 1985, 172 с. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Structure of boroaluminosilicate glasses: Impact of [Al 2 O 3]/[SiO 2] ratio on the structural role of sodium
Adlington The Corning archaeological reference glasses: new values for" old" compositions
Kim et al. Fly ash particle characterization for predicting concrete compressive strength
Zhang et al. Toward an indexing approach to evaluate fly ashes for geopolymer manufacture
Kamitsos et al. Vibrational study of the role of trivalent ions in sodium trisilicate glass
Wang et al. Multiphase pozzolanic reaction model of low-calcium fly ash in cement systems
Dalby et al. Resolution of bridging oxygen signals from O 1s spectra of silicate glasses using XPS: Implications for O and Si speciation
Park Structure–property correlations of CaO–SiO2–MnO slag derived from Raman spectroscopy
Tambelli et al. Study of the structure of alkali–silica reaction gel by high-resolution NMR spectroscopy
Aramide et al. Characterization of some clay deposits in South West Nigeria
Lu et al. Effects of Al: Si and (Al+ Na): Si ratios on the properties of the international simple glass, part II: Structure
Thomsen et al. The charge-balancing role of calcium and alkali ions in per-alkaline aluminosilicate glasses
Chitsaz et al. Estimation of the modulus of elasticity of NASH and slag-based geopolymer structures containing calcium and magnesium ions as impurities using molecular dynamics simulations
Dupuis et al. Doping as a way to protect silicate chains in calcium silicate hydrates
Akatov et al. Structure of borosilicate glassy materials with high concentrations of sodium, iron, and aluminum oxides
Wang et al. Unveiling non-isothermal crystallization of CaO–Al2O3–B2O3–Na2O–Li2O–SiO2 glass via in situ X-ray scattering and raman spectroscopy
Suescum-Morales et al. Use of carbonated water as kneading in mortars made with recycled aggregates
RU2687014C1 (en) Method of preparing meta-silicate sitalline mixture
Kosor et al. Geopolymer depolymerization index
Yang et al. Thermal expansion of silicate glass‐forming systems at high temperatures from topological pruning of ring structures
Liu et al. Effects of mixed alkaline earth oxides additive on crystallization and structural changes in borosilicate glasses
Guo et al. Molecular dynamics analysis of the Mg2+ structure behavior in SiO2–CaO–Al2O3–MgO slag system
Andreeva et al. Silicate liquid immiscibility as a result of Fenner-type crystal fractionation of Wangtian’e tholeiitic melts, Northeast China
JP6364918B2 (en) Blast furnace slag sorting method and blast furnace cement production method
Kostrzewa-Demczuk et al. Influence of waste basalt powder addition on the microstructure and mechanical properties of autoclave brick

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200504