Технология получения зернистого теплоизоляционного материала с использованием техногенного сырья - микрокремнезема

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗЕРНИСТОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ - МИКРОКРЕМНЕЗЕМА

Свергунова Н.А., аспирант

Братский государственный университет

Промышленность строительных материалов является одной из немногих отраслей, потребляющих значительное количество природных минеральных ресурсов.

Дефицит энергоресурсов и их значительное удорожание сделало актуальной задачу экономии энергоресурсов. В связи с этим в сфере создания строительной продукции доминирующим фактором стало обеспечение минимальных теплопотерь в зданиях и сооружениях за счет использования новых эффективных теплоизоляционных материалов. Важным фактором, определяющим направление развития строительной продукции, стало экологическое изменение природной среды.

Использование отходов промышленности позволяет не только расширить сырьевую базу для производства новых строительных материалов, но и решить проблемы экологической ситуации путем утилизации отходов.

На территории города Братска располагается ряд крупнейших промышленных предприятий, в технологическом цикле которых образуются многотоннажные минеральные и органические отходы, являющиеся перспективными с точки зрения использования в производстве теплоизоляционных материалов.

Среди большого разнообразия промышленных отходов особое внимание заслуживает микрокремнезем - отход производства цеха кристаллического кремния Братского алюминиевого завода, выход которого составляет порядка 14-18 тыс. тонн в год.

Получение кристаллического кремния основано на процессах рудовосстановления. Для выплавки кремния рудным компонентом служит богатый кремнеземом кварцит. Истинная плотность микрокремнезема составляет 2000 - 2630 кг/м³, насыпная плотность 150 - 300 кг/м³, удельная поверхность порядка 35000 см²/г. Химический состав микрокремнезема свидетельствует о высоком содержании оксида кремния (табл. 1).

Таблица 1 Химический состав микрокремнезема

Работами кафедры «Строительное материаловедение и технологии» Братского государственного университета установлена возможность получения жидкого стекла из микрокремнезема.

Ультрадисперность микрокремнезема предопределяет его повышенную реакционную способность при взаимодействии со щелочными растворами, что позволяет получать жидкое стекло в одну стадию приготовления.

Отличительной особенностью получения жидкого стекла из микрокремнезема является то, что процесс гидротермальной обработки происходит на одном технологическом переделе при температуре ниже 100 С 1. При этом, углеродистые примеси (такие как графит и карборунд), содержащиеся в микрокремнеземе, обладают высокой теплопроводностью, что способствуют более равномерному распределению тепла в среде суспензии и интенсифицирует процессы взаимодействия микрокремнезема и щелочи, а также приводит к сокращению длительности синтеза жидкого стекла.

При этом возможно получение жидкого стекла с различным силикатным модулем и заданной плотностью.

Разнообразие технических характеристик жидкого стекла из микрокремнезема расширяет направление его использования. При этом жидкое стекло можно реализовать как готовый продукт, либо изготавливать на его основе строительные материалы различного назначения: от стеновых до теплоизоляционных.

В предлагаемой работе рассматривается изготовление зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульного жидкого стекла. Способ получения зернистого теплоизоляционного материала включает приготовление высокомодульного жидкого стекла из суспензии микрокремнезема в растворе гидроксида натрия с последующей термообработкой гранул из указанного стекла, что позволяет получить материал с насыпной плотностью от 80 до 110 кг/м³, прочностью при сжатие 0,5 - 1,0 МПа, объемным водопоглощением до 7 %, общей пористостью 80 - 95 %.

Полученные данные предполагают, что при использовании высокомодульного жидкого стекла из микрокремнезема возможно снижение концентрации щелочного раствора в 2 раза, что позволяет уменьшить расход дефицитного и дорогостоящего едкого натра; в 1,5 раза уменьшить время гидротермальной обработки жидкого стекла; в 2 раза увеличить долю микрокремнезема в суспензии, что способствует более полному использованию отхода промышленности и улучшению экологического состояния окружающей среды.

В ходе исследований было установлено, что на конечные свойства зернистого теплоизоляционного материала значительное влияние имеет силикатный модуль жидкого стекла, плотность жидкого стекла, щелочность суспензии, водотвердое отношение сырьевой смеси, а также технология тепловой обработки полученных гранул из жидкого стекла.

Для получения зернистого теплоизоляционного материала с требуемыми физико-механическими характеристиками использовали высокомодульное жидкое стекло с силикатным модулем 5, полученное в процессе гидротермальной обработки при атмосферном давлении и температуре 95 С в течение 10 мин. Щелочность сырьевой суспензии находится в пределах 16,8 - 17,4 %, водотвердое отношение сырьевой смеси в пределах 0,9 - 0,94.

С целью получения зернистого теплоизоляционного материала с комплексом требуемых свойств исследованы технологические параметры процесса термической обработки гранулированного материала. При этом технология получения материала проста и может быть осуществлена на технологических линиях по производству керамзита при незначительной реконструкции.

Комплексная оценка свойств гранул теплоизоляционного материала показала, что лучшей совокупностью свойств характеризуется материал, полученный при температуре термообработки гранул при 300 - 400єС. Оптимальное время, необходимое для продолжительности термообработки, обеспечивающей максимальное вспучивание гранул составляет 20 мин.

Для складирования и транспортирования зернистого теплоизоляционного материала потребителю, необходимо предотвратить слипание гранул, которое происходит из-за высоких когезионных свойств. Для предотвращения слипания гранул возможны следующие варианты: использовать обсыпку гранул дисперсным материалом на стадии формования (грануляции); гранулы подсушить при невысоких температурах для образования корочки, которая предотвратит слипание. Однако при использовании обсыпки происходит увеличение плотности гранул.

Поэтому на следующем этапе работы были изучен двухступенчатый режим термообработки сырцовых гранул. Т.к., по проведенным раннее исследованиям, определили максимальную температуру термообработки гранул, то плавный подъем температуры составил: выдержка при температурах 60, 80 и 100 єС в течение 10, 20 и 30 мин. с последующей термообработкой при температуре 400 єС в течение 10 мин.

При двухступенчатом режиме термообработки определили оптимальные параметры предварительной сушки гранул: 100 єС в течении 10 минут с последующей термообработкой 400 єС в течении 10 мин.

По результатам проведенных исследований разработаны предложения по получению зернистого теплоизоляционного материала из техногенного отхода промышленности. Предлагаемое решение рассматривает изготовление теплоизоляционного материала на основе высокомодульного жидкого стекла из отхода цеха кристаллического кремния - микрокремнезема 2.

Согласно санитарно-гигиенической оценке стройматериалов с добавлением промотходов применение строительных материалов с добавлением промышленных отходов может быть разрешено только после положительного санитарно-гигиенического заключения. Т. к. отходы часто содержат естественные радиоактивные изотопы в разных концентрациях, то исследование на радиоактивность является обязательным. Согласно ГОСТ 30180-94, удельная эффективная активность микрокремнезема не превышает нормы, поэтому материал соответствует первому классу опасности и может быть использован в строительстве без ограничений.

Таким образом, можно сделать заключение, что зернистый теплоизоляционный материал на основе высокомодульного жидкого стекла из микрокремнезема отличается высокими теплотехническими физико-механическими свойствами, экологической чистотой, малоэнергоемкой и ресурсосберегающей технологией.

кристаллический кремний микрокремнезем теплоизоляционный

Список литературы

1. Патент РФ № 2056353. МКИ С 04 В 28/04. Способ получения жидкого стекла / Карнаухов Ю.П., Шарова В.В. - Опубл. БИ. -1996. - № 8.

2. ТУ 5712-018-02069295-2003. Материалы теплоизоляционные зернистые на основе жидкого стекла из микрокремнезема.

Размещено на Allbest.ru