СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ СТЕКЛОМАТЕРИАЛОВ ИЗ ШЛАКОВ
(51) 7 C03C11/00, C04B5/06
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 07.04.2008 - действует
--------------------------------------------------------------------------------
(21) Заявка: 2000126916/03
(22) Дата подачи заявки: 2000.10.26
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.10.26
(45) Опубликовано: 2002.11.10
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2091341 C1, 27.09.1997. RU 2132306 C1, 27.06.1999. RU 2104977 C1, 20.02.1998. JP 0411995 A, 21.04.1992. DE 1944523 A, 01.09.1977. US 5763341 A, 09.06.1998.
(71) Заявитель(и): Специальное конструкторско-технологическое бюро "Наука" Красноярского научного центра СО РАН
(72) Автор(ы): Шабанов В.Ф.; Павлов В.Ф.; Павлов И.В.; Павлова Н.А.
(73) Патентообладатель(и): Специальное конструкторско-технологическое бюро "Наука" Красноярского научного центра СО РАН
Адрес для переписки: 660036, г.Красноярск, Академгородок, 12, кв.12, Н.А.Павловой
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ СТЕКЛОМАТЕРИАЛОВ ИЗ ШЛАКОВ
Изобретение относится к области переработки шлаков цинкового производства в пористые теплоизоляционные материалы строительного назначения с попутным получением паров цинка. Способ получения пористых стекломатериалов из шлаков заключается в следующем: массовое соотношение SiO2/CaO в шлаке состава, мас. %: SiO2 42,0-47,0, Al2O3 17,0-20,0, Fe2O3 6,0-8,0, СаО 24,0-30,0, MgO 4,0-6,0 ZnO 2,0-3,0, SO3 0,3-0,7, Na2O 1,0-1,8, K2O 0,5-1,1, TiO2 0,2-0,72 доводят до 0,9, вводят до 3 мас.% углерода, плавят в восстановительной среде и охлаждают силикатную часть расплава отливом в воду. Газовую часть паров цинка в виде возгонов состава, мас.%: ZnO 94,1, SiO2 1,2, Al2O3 1,5, SO3 0,2, CaO 2,35, PbO 0,65 собирают в конденсаторе. Технический результат изобретения - снижение содержания сероводорода в пеноматериале до "следов" без использования химреактива и получение дополнительного продукта. 1 з.п. ф-лы.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к области переработки твердых отходов, в частности шлаков цинкового производства, в пористые теплоизоляционные стекломатериалы строительного назначения с попутным получением дополнительной продукции - пирон цинка, которой улавливаются в виде оксидных возгонов.
Известен способ получения стекломатериалов из золошлаковых отходов, заключающийся в том, что шихту следующего состава, мас.%:
СаОобщ. - 5-41
СаОсв. - 4-13
SiO2 - 13-75
Al2O3 - 5-26
MgO - 6-3
Na2O - 0,1-1,0
K2O - 0,2-1,0
TiO2 - 0,2
C - 1-2
Fe2O3 - 1-24
SO3 - 0,1-0,6
плавят в восстановительной среде, а затем полученный расплав охлаждают в режиме термоудара в водной среде до образования пористого стекломатериала (патент Российской Федерации 2052400) /1/.
Данным способом получают стекломатериал с низким коэффициентом теплопроводности, что позволяет использовать его в качестве теплоизоляционного материала. Однако полученный материал содержит сероводород, снижающий его эксплуатационные свойства.
В известном способе (патент Российской Федерации 2114797) /2/ в шихте следующего состава, мас.%:
SiO2 - 45-60
CaO - 20,3-40,0
Al2O3 - 1,5-15,0
MgO - 1,0-5,0
Fe2O3 - 5,0-9,0
MnO - 4,0-18,0
SO3 - 0,1-3,0
Na2O - 0,4-0,6
K2O - 0,3-0,8
TiO2 - 0,1-0,2
доводят содержание углерода до 3-8 мас.% и плавят в восстановительной среде. Затем полученный расплав охлаждают в режиме термоудара в водном растворе солей цинка с концентрацией 0,2-0,5 г/л. Данный способ выбран в качестве прототипа по максимальному совпадению существенных признаков.
Применение способа /2/ снижает эмиссию сероводорода из полученных стекломатериалов до значений ниже ПДК, но не исключает ее, а также требует использования химреактива (соли цинка) при реализации способа.
В основу заявляемого изобретения положена задача создания способа получения пористых стекломатериалов с содержанием сероводорода до "следов" без использования химреактива (солей цинка) с возможностью извлечения дополнительной продукции (оксидов цинка).
Поставленная задача решается тем, что в способе получения пористых стекломатериалов из шлаков цинкового производства, заключающемся в том, что в шлаке, состоящем из окислов SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3, MgO, Na2O, K2O, SO3, TiO2 и введенного углерода до 3 мас.%, дополнительно содержится ZnO, а массовое соотношение SiO2/CaO доводят до 0,9 и плавят в восстановительной печи, оборудованной охлаждаемой камерой (конденсатором) для улавливания возгонов. В результате восстановительного плавления кроме силикатной части расплава, при охлаждении которой в режиме термоудара в воде образуется пористый стекломатериал с содержанием сероводорода до "следов", в охлаждаемой камере (конденсаторе) улавливаются возгоны, содержащие цинк.
Сущность заявляемого способа заключается в том, что в шлаке следующего состава, мас.%:
SiO2 - 42,0-47,0
Al2O3 - 17,0-20,0
Fe2O3 - 6,0-8,0
CaO - 24,0-30,0
MgO - 4,0-6,0
ZnO - 2,0-3,0
SO3 - 0,3-0,7
Na2O - 1,0-1,8
K2O - 0,6-1,1
TiO2 - 0,2-0,72
массовое соотношение SiO2/CaO доводят до 0,9 и плавят в восстановительной печи. Массовое соотношение SiO2/CaO =0,9 позволяет снизить температуру жидкотекучего состояния и ускорить процесс образования карбидов кальция, алюминия и кремния, которые образуются в расплаве только после восстановления оксидов железа. Образование карбидов ускоряет процесс восстановления цинка, протекающий по реакции
ZnO+CO=Znпар+CO2
Наличие небольших количеств CO2 смещает реакцию восстановления оксида цинка влево. В области температур 1100-1250oC идет процесс интенсивного испарения восстановленного цинка и осаждения его в виде оксида цинка на стенках конденсатора, т.е. происходит концентрация цинка. Полученный продукт (возгоны) состоит преимущественно из оксидов цинка (более 90%). В качестве примесей содержит незначительные количества оксидов кремния (1,2-1,4 мас.%), алюминия (1,5-1,95 мас.%), кальция (2,35 мас.%) и серы (0,2 мас.%), некоторый разброс концентраций которых связан с разбросом их концентраций в исходном шлаке. В случае наличия в исходном шлаке примесей свинца, он также будет переходить в возгоны в качестве примеси оксида цинка в количестве от 0 до 0,65 мас.%.
Содержащиеся в расплаве железо и углерод также участвуют в восстановлении цинка по реакции
ZnO+Fe=Znпар+FeO;
ZnO+C=Znпар+CO.
Восстановленный цинк способствует частичному перераспределению серы в газовую фазу вследствие ее большого сродства к цинку.
Пониженная окисленность силикатной части расплава, обусловленная соотношением SiO2/CaO =0,9, и высокий восстановительный потенциал расплава приводит к неполному перераспределению серы в газовую и металлическую фазы, а частично сера остается в силикатной части расплава. В результате большого химического сродства серы к цинку и перехода ее в координационную сферу ионов цинка последний частично остается в силикатной части расплава в виде сульфида цинка. Это исключает образование сероводорода при отливе силикатной части расплава в воду.
Ниже предлагаемый способ получения пористых стекломатериалов и возгонов оксида цинка из шлаков цинкового производства поясняется конкретным примером его осуществления.
Пример 1.
В 50 кг шлака цинкового производства состава, мас.%:
SiO2 - 42,18
Al2O3 - 17,08
Fe2O3 - 6,88
CaO - 24,62
MgO - 4,2
ZnO - 2,0
SO3 - 0,5
Na2O - 1,28
K2O - 0,8
TiO2 - 0,46
Вводят углерод до 3 мас.%, массовое соотношение SiO2/СаО доводят до 0,9 и плавят в восстановительной среде. Силикатную часть расплава охлаждают в режиме термоудара контактом с водой. При этом получается пористый стекломатериал с эмиссией сероводорода 0,0005 мг/м3, что значительно ниже ПДК (т.е. "следы").
В охлаждаемой камере (конденсаторе) осаждаются возгоны оксида цинка следующего состава, мас.%:
ZnO - 94,1
SiO2 - 1,4
Al2O3 - 1,95
SO3 - 0,2
СаO - 2,35.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения пористых стекломатериалов из шлаков путем плавления шихты, включающей SiO2, СаО, Al2O3, MgO, Fe2O3, SO3, Na2O, K2O, TiO2 в восстановительной среде, причем перед плавлением вводят углерод до 3 мас. %, и последующего охлаждения силикатной части расплава в режиме "термоудара", отличающийся тем, что шихта дополнительно содержит ZnO, массовое соотношение SiO2/СаО в шлаке доводят до 0,9 при следующем содержании компонентов в исходном шлаке, мас. %:
SiO2 - 42,0-47,0
Al2O3 - 17,0-20,0
Fe2O3 - 6,0-8,0
СаO - 24,0-30,0
MgO - 4,0-6,0
ZnO - 2,0-3,0
SO3 - 0,3-0,7
Na2O - 1,0-1,8
K2O - 0,5-1,1
TiO2 - 0,2-0,72
а охлаждение силикатной части расплава осуществляют отливом в воду.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газовую часть паров цинка в виде возгонов оксида цинка состава, мас. %: ZnO - 94,1; SiO2 - 1,2; Al2O3 - 1,5; SO3 - 0,2; СaO - 2,35; PbО - 0,65 собирают в конденсаторе.