Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2285304

СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ С РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫМИ СВОЙСТВАМИ
И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Имя изобретателя: Харитонов Владимир Ильич 
Имя патентообладателя: Харитонов Владимир Ильич
Адрес для переписки: 119146, Москва, Комсомольский пр-т, 33, кв.27, Ю.М. Арефьеву
Дата начала действия патента: 2004.11.24 

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего излучения. Сущность изобретения: строительный материал с радиационно-защитными свойствами в качестве заполнителя содержит отходы производства марганцевых ферросплавов, а в качестве связующего - тетраборат натрия при следующем соотношении компонентов мас.%: заполнитель 80-95; связующее 5-20. Способ получения строительного материала с радиационно-защитными свойствами заключается в смешении заполнителя и связующего. В качестве заполнителя используют отходы производства марганцевых ферросплавов, а в качестве связующего - тетраборат натрия. После смешения производят полусухое прессование и термообработку. Преимущество изобретения заключается в повышении радиационно-защитных свойств и прочностных параметров материала.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к строительным материалам, обладающим конструкционными свойствами и способностью защиты от радиационного излучения, и способам получения таких материалов.

Известен строительный материал с радиационно-защитными свойствами, содержащий заполнитель, в качестве которого использованы промышленные отходы, содержащие карбонаты магния и кальция, оксиды железа, хрома и кремния, и связующее (FR 1584078, кл. G 21 F 1/04, 1969 г.). Недостатком этого решения следует признать слабую степень радиационной защиты, возможность наличия в материале токсичных элементов, таких как хром, а и ограниченные ресурсы таких отходов,

Известен и радиационно-защитный материал, содержащий заполнитель и связующее, в котором в качестве заполнителя применяются железомарганцевые конкреции (ЖМК), а в качестве связующего - цемент (RU 2029399 С1, кл. G 21 F 1/04, 1995 г.). Этот материал является наиболее близким к заявленному. Материал обладает радиационно-защитными свойствами, однако механические характеристики ограничивают его применение в качестве конструкционного материала. Кроме того, ограничены и труднодоступны сырьевые ресурсы ЖМК, что в конечном итоге приводит к значительному удорожанию материала.

Задачей изобретения является создание конструкционного строительного экологически чистого материала, обладающего радиационно-защитными свойствами, с использованием дешевого и доступного сырья.

Техническим результатом является утилизация отходов металлургического производства и создание на их основе дешевого радиационно-защитного строительного материала с наличием конструкционных качеств, позволяющих производить такие строительные элементы, как кирпичи, блоки, плитки, панели и пр.

Технический результат достигается тем, что в строительном материале, содержащем заполнитель и связующее, в качестве заполнителя использованы отходы производства марганцевых ферросплавов, а в качестве связующего - тетраборат натрия.

Соотношение компонентов заполнителя и связующего может составлять, мас.%:

что обеспечивает наилучшие радиационно-защитные и прочностные характеристики.

В качестве заполнителя могут быть использованы отходы производства силикомарганца и/или ферромарганца, что позволяет утилизировать отходы и получить строительный материал.

Отходы производства силикомарганца могут содержать оксиды кремния, кальция, алюминия, марганца, магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

что обеспечивает получение требуемых физико-механических свойств материала.

Отходы производства силикомарганца могут быть использованы в виде гранулированного шлака, что расширяет сырьевую базу для производства материала и удешевляет его получение.

Отходы производства ферромарганца могут содержать марганец и оксиды кремния, алюминия, кальция, магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

что повышает радиационно-защитные показатели материала.

Известен способ получения строительного материала, заключающийся в смешении кальцийсодержащих и строительных и промышленных отходов, таких как дробленые бетонные конструкции, металлургические и угольные шлаки, песок и пр. (RU 2102802 С1, кл. G 21 F 3/04, 1998 г.). Однако полученный таким способом материал имеет слабые радиационно-защитные свойства и невысокие прочностные показатели.

Известен способ получения строительного материала с радиационно-защитными свойствами, заключающийся в смешении заполнителя и связующего, в котором в качестве заполнителя применяются железомарганцевые конкреции (ЖМК), а в качестве связующего - цемент (RU 2029399 С1, кл. G 21 F 1/04, 1995 г. - прототип).Недостатком этого способа является то, что его реализация не обеспечивает получение материала с физико-механическими характеристиками (прочность, огнеупорность), необходимыми для его применения в качестве конструкционного материала. Кроме того, способ представляется дорогостоящим и трудно реализуемым ввиду ограниченности и труднодоступности сырьевых ресурсов ЖМК, что в конечном итоге приводит к значительному удорожанию материала.

Задачей изобретения является создание простого и дешевого способа получения материала, обладающего радиационно-защитными и конструкционными свойствами.

Техническим результатом является создание эффективной, экологически чистой и недорогой технологии утилизации шлаков ферросплавной промышленности и производства радиационно-защитного материала, прочностные и стоимостные параметры которого и конструкционные качества позволяют производить из него такие строительные материалы, как кирпичи, блоки, плитка, панели и пр.

Технический результат достигается тем, что в способе получения строительного материала с радиационно-защитными свойствами, заключающемся в смешении заполнителя и связующего, в качестве заполнителя используют отходы производства марганцевых ферросплавов, а в качестве связующего - тетраборат натрия, после смешения которых производят полусухое прессование и термообработку.

Заполнитель и связующее могут использовать при следующем соотношении компонентов, мас.%:

что обеспечивает наилучшие радиационно-защитные и прочностные характеристики материала.

В качестве заполнителя могут использовать отходы производства силикомарганца и/или ферромарганца, что позволяет утилизировать отходы и получить строительный материал.

Могут использовать отходы производства силикомарганца, содержащие оксиды кремния, кальция, алюминия, марганца, магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

что обеспечивает получение требуемых физико-механических свойств материала.

Отходы производства силикомарганца могут использовать в виде гранулированного шлака, что расширяет сырьевую базу для производства материала и удешевляет его получение,

Могут использовать отходы производства ферромарганца, содержащие марганец и оксиды кремния, алюминия, кальция, магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

что повышает радиационно-защитные показатели материала.

Перед смешением отходы производства ферромарганца могут подвергать:

измельчению до размера частиц не более 2 мм,

что повышает прочностные показатели материала.

Перед смешением отходы производства силикомарганца могут обжигать при температуре 300-400°С в течение 25-35 минут, что обеспечивает повышение физико-механических свойств материала.

При смешении заполнителя и связующего могут добавлять воду в количестве 3-6 мас.% от суммарного количества заполнителя и связующего, что обеспечивает физико-механические свойства материала.

Прессование могут производить в течение 20-60 сек под давлением 30-40 МПа, что обеспечивает физико-механические свойства материала.

После прессования материал могут выдерживать от 24 до 72 часов при положительной температуре окружающей среды, что обеспечивает физико-механические свойства материала.

При термообработке могут нагревать материал при скорости нагрева от 1 до 3°С в минуту до 105-110°С и выдерживать от 1 до 3 часов, после чего с той же скоростью нагревать до температуры обжига 700-800°С и выдерживать в течение 12-36 часов, после чего подвергать охлаждению при положительной температуре окружающей среды, что обеспечивает получение материала с высокими физико-механическими свойствами.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами 1 и 2, которые не являются единственно возможными, но подтверждают получение заявленного технического результата.

Пример 1. Шлак производства силикомарганца марки СМн 20 по ГОСТ 4756-77 с модулем основности (СаО+MgO/SiO₂+Al ₂О₃)=0,54, использованный в качестве заполнителя, измельчали в шаровой мельнице и просеивали через сито с размером ячейки 2×2 мм, после чего обжигали в печи при температуре 300°С в течение 30 минут для удаления содержащих углерод частиц. В качестве связующего использовали тетраборат натрия декагидрат Na₂B₄O₇×10Н₂О. Заполнитель и связующее при соотношении. 88 и 12 мас.% соответственно смешивали с добавлением воды в количестве 3,5 мас.% от суммарного количества заполнителя и связующего. Смешивание производили в бетономешалке в течение 15 минут. Полученную смесь размещали в пресс-формах и выдерживали под прессом при давлении 39 МПа в течение 30 сек. Отпрессованный материал размером 23,6×11,6×7 см размещали на стеллажах и в течение 48 часов выдерживали при температуре окружающей среды 15°С. После выдержки осуществляли термообработку материала, для чего материал помещали в печь и нагревали при скорости нагрева 3°С в минуту до температуры 105°С, при которой выдерживали в течение 2 часов для удаления добавленной при смешивании воды, после чего с той же скоростью нагревали до температуры обжига 750°С, при которой материал выдерживали в течение 24 часов. После обжига материал охлаждали при температуре окружающей среды 15°С.

Физико-механические свойства полученного материала приведены в таблице.

Пример 2. Шлак производства высокоуглеродистого ферромарганца марки ФМн 78 К по ГОСТ 4755-80, использованный в качестве заполнителя, измельчали и просеивали через сито с размером ячейки 2×2 мм. В качестве связующего использовали тетраборат натрия декагидрат Na₂B₄O₇×10Н₂ О. Заполнитель и связующее при соотношении 88 и 12 мас.% соответственно смешивали с добавлением воды в количестве 5 мас.% от суммарного количества заполнителя и связующего. Смешивание производили в бетономешалке в течение 20 минут. Полученную смесь размещали в пресс-формах и выдерживали под прессом при давлении 39 МПа в течение 30 сек. Отпрессованный материал размером 23,6×11,6×7,5 см размещали на стеллажах и в течение 48 часов выдерживали при температуре естественной окружающей среды 15°С. После выдержки осуществляли термообработку материала, для чего материал помещали в печь и нагревали при скорости нагрева 3°С в минуту до температуры 105°С, при которой выдерживали в течение 2 часов для удаления добавленной при смешивании воды, после чего с той же скоростью нагревали до температуры обжига 750°С, при которой материал выдерживали в течение 24 часов. После обжига материал охлаждали при температуре окружающей среды 15°С.

Физико-механические свойства полученного материала приведены в таблице. Реализация изобретения позволит получить новый экологически чистый и дешевый строительный материал, обладающий не только необходимыми конструкционными свойствами, позволяющими использовать его в виде таких строительных элементов как кирпичи, блоки, плиты, панели и пр., но и радиационно-защитными свойствами. Кроме того, реализация изобретения позволит решить экологическую проблему утилизации отходов производства марганцевых ферросплавов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Строительный материал с радиационно-защитными свойствами, содержащий заполнитель и связующее, отличающийся тем, что строительный материал с радиационно-защитными свойствами в качестве заполнителя содержит отходы производства марганцевых ферросплавов, а в качестве связующего - тетраборат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве заполнителя он содержит отходы производства силикомарганца и/или ферромарганца.

3. Материал по п.2, отличающийся тем, что отходы производства силикомарганца содержат оксиды кремния, кальция, алюминия, марганца, магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

4. Материал по п.3, отличающийся тем, что отходы производства силикомарганца использованы в виде гранулированного шлака.

5. Материал по п.2, отличающийся тем, что отходы производства ферромарганца содержат марганец и оксиды кремния, алюминия, кальция, магния при следующем соотношении компонентов, мас.% 

6. Способ получения строительного материала с радиационно-защитными свойствами, заключающийся в смешении заполнителя и связующего, отличающийся тем, что в качестве заполнителя используют отходы производства марганцевых ферросплавов, а в качестве связующего - тетраборат натрия, после смешения которых производят полусухое прессование и термообработку, а заполнитель и связующее используют при следующем соотношении компонентов, мас.%:

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве заполнителя используют отходы производства силикомарганца и/или отходы производства ферромарганца.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что используют отходы производства силикомарганца, содержащие оксиды кремния, кальция, алюминия, марганца, магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что отходы производства силикомарганца используют в виде гранулированного шлака.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что используют отходы производства ферромарганца, содержащие марганец и оксиды кремния, алюминия, кальция, магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

11. Способ по п.7 или 10, отличающийся тем, что перед смешением отходы производства ферромарганца подвергают измельчению до размера частиц не более 2 мм.

12. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что перед смешением заполнитель обжигают при температуре 300-400°С в течение 25-35 мин.

13. Способ по любому из пп.6-10, отличающийся тем, что при смешении заполнителя и связующего добавляют воду в количестве 3-6 мас.% от суммарного количества заполнителя и связующего.

14. Способ по любому из пп.6-10, отличающийся тем, что прессование производят в течение 20-60 с под давлением 30-40 МПа.

15. Способ по любому пп.6-10, отличающийся тем, что после прессования материал выдерживают от 24 до 72 ч при положительной температуре окружающей среды.

16. Способ по любому из пп.6-10, отличающийся тем, что при термообработке нагревают материал при скорости нагрева 1-3°С/мин до 105-110°С и выдерживают от 1 до 3 ч, после чего с той же скоростью нагревают до температуры обжига 700-800°С и выдерживают в течение 12-36 ч, после чего подвергают охлаждению при положительной температуре окружающей среды.

Версия для печати
Дата публикации 17.01.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов