Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

В последние годы особого внимания заслуживает исследование и разработка технологии пеносиликатных материалов, в основе которой лежит процесс приготовления жидкостекольной композиции, введение модифицирующих добавок, формование и вспучивание сырцовых образцов в широком диапазоне низких температур. Такие материалы обладают рядом преимуществ. Они экологичны, негорючи, с относительно низкой себестоимостью. К недостаткам можно отнести в некоторых случаях повышенное значение водопоглощения. Решение проблемывозможно путем введения водостойких добавок иприменения различных технологических приемов. Для получения пеносиликатов используются разные виды кремнеземсодержащего сырья как природного, так и техногенного происхождения [ 8 , 9, 14-17]. Основываясь на разработанных технологических подходах в рамках научных исследований по пеностеклу, на основе микрокремнезема (продукта кислотной переработки нефелина) с добавлением отходов обогащения апатитонефелиновых руд АО «Апатит» и золошлаковой смеси Апатитской ТЭЦ, получен пористый зернистый материал, удовлетворяющий нормативным требованиям на материалы и изделия строительные теплоизоляционные (ГОСТ 16381-77). Коэффициент теплопроводности полученного материала 0,075-0,08 Вт/мК, объемная плотность 0,15-0,24 г/см 3 [18, 19]. Установлены оптимальные условия и определены составы для получения блочных теплоизоляционных материалов из кремнеземсодержащего техногенного сырья. Использовался кремнеземсодержащий продукт переработки эвдиалитовых руд состава, мас. %: SiO 2 69,90-74,70, TiO 2 0,78-0,84, Al 2 O 3 0,50-0,91, Fe 2 O 3 2,03-3,07, CaO 0,80-0,91, MgO 0,08-0,45, P 2 O 5 0,04-0,05, Na 2 O 0,32-2,53, K 2 O 0,23-0,46, ZrO 2 4,28-4,49. Жидкостекольная композиция готовилась с использованием технического гидроксида натрия. Для придания прочности изделий и снижения водопоглощения применялись добавки в виде апатитонефелиновых хвостов, диопсида или хвостов обогащения вермикулитовых руд. Для получения пеносиликатов использовалась шихта состава, мас. %: кремнеземсодержащий продукт переработки эвдиалитовых руд 68-80, гидроксид натрия (в пересчете на Na 2 O) 17-20, апатитонефелиновые отходы 15, диопсид или хвосты обогащения вермикулитовых руд 5-30 (сверх 100 %). Для определения оптимального состава жидкостекольной композиции и условий синтеза пеносиликатов устанавливали зависимости плотности, прочности и водопоглощения образцов от содержания добавок, крупности сырьевых материалов, температуры и времени вспенивания массы. Компоненты шихты тщательно перемешивали, добавляли гидроксид натрия и методом пластического формования готовили образцы в виде цилиндров, которые затем укладывали в керамические разъемные формы. Для синтеза пеносиликатов использовали многоступенчатую термообработку. Для получения высококачественных вспененных стекломатериалов необходимо обеспечение оптимальной структуры, состоящей из полидисперсных по размеру равномерно распределенных пор, разделенных тонкими плотными одинаковыми по сечению межпоровыми перегородками. Во избежание интенсивного удаления избытка свободной и адсорбированной влаги на начальной стадии, приводящего к образованию крупных сквозных пор, образцы предварительно высушивали при 100 °С в течение 30 мин. Для формирования пористой максимально однородной структуры за счет удаления конституционной воды производили нагрев до температуры 300 °С со скоростью 7-8 °С/мин с изотермической выдержкой в течение 30 мин. Окончательное формирование структуры пеносиликатного материала за счет молекулярной воды происходит на стадии обработки при 650 °С в течение 15 мин. Для стабилизации пены осуществляли резкое снижение температуры на 100-150 °С в течение 5-7 мин с дальнейшим медленным охлаждением до температуры окружающей среды со скоростью 0,4-0,6 °С/мин. Составы и технические свойства вспененных стекловидных материалов из кремнеземсодержащего продукта переработки эвдиалитовых руд и модифицирующих добавок представлены в таблице. Состав и технические свойства вспененных стекловидных материалов № Содержание компонентов, мас. % Плотность, г/см 3 Прочность при сжатии, МПа Мкр Na 2 O АНХ диопсид ХВР 1 68 17 15 - - 0,42 3,5 2 68 17 - 15 - 0,44 5,3 3 68 17 15 15 - 0,53 5,4 4 68 17 - - 15 0,42 4,5 5 68 17 15 - 15 0,51 4,8 Примечание. Мкр — кремнеземсодержащий продукт переработки эвдиалитовых руд; АНХ — апатит- нефелиновые хвосты; ХВР - - хвосты обогащения вермикулитовых руд. В результате проведенных исследований установлено, что введение диопсида и хвостов обогащения вермикулитовых руд в состав смеси приводит кувеличению прочностных характеристик и снижению водопоглощения изделий при некотором увеличении плотности. Лучшее сочетание технических свойств достигается формированием композиций: кремнезем — апатитонефелиновые отходы — диопсид или вермикулитовые хвосты. Полученные при оптимальных условиях пеносиликаты обладают достаточно низкой плотностью, высокой прочностью, теплопроводностью 0,09-0,104 Вт/мК и относительно низким водопоглощением. 875