Труды КНЦ (Технические науки вып.4/2025(16))

В то же время одним из перспективных направлений переработки отходов содового производства может быть, на взгляд авторов исследований [2-4], получение новых продуктов, например, силикатов кальция, в том числе волластонита, используемых в различных областях промышленности: в производстве композитных материалов, пластмасс, шин, красок, керамики, а также в цветной металлургии, медицине и пищевой промышленности. В строительной керамике формирование оптимальной структуры матрицы является главной характеристикой, обеспечивающей прочность, морозостойкость и теплоизоляционные свойства изделий. Волластонит — природный или синтетический метасиликат кальция CaSiO3 с игольчато-волокнистой структурой — выступает эффективным микроармирующим компонентом, способным перераспределять пористость матрицы в сторону промежуточных (0,5-10 мкм) пор и снижать долю опасных (> 10 мкм) и резервных (> 200 мкм) пор на 40-43 %, что приводит к повышению прочности на сжатие в 1,5 раза, уменьшению водопоглощения и увеличению морозостойкости [5]. В технической (огнеупорной) керамике тонкодисперсный волластонит также проявляет себя как минерализующая добавка: при содержании до 3 % он не нарушает процессы спекания, обеспечивая прочность на сжатие 32,9-37,7 МПа и температурный коэффициент линейного расширения (6,05-7,24)-10_6 Кг1 для составов с мелом, трепелом, кальцийсодержащими отходами и природным волластонитом при обжиге 1050-1150 °С [6]. К тому же волластонит эффективно снижает расширение облицовочных и кладочных керамических изделий, т. к. при 1050 °С щелочные оксиды (R 2 O) не вступают с ним в реакцию, а аморфные продукты распада глинистых минералов частично растворяются в жидкой фазе и кристаллизуются при охлаждении, формируя каркас, препятствующий расширению [7]. Практика также показывает, что введение волластонита в количестве 15-20 % в керамические массы позволяет использовать до 85 % техногенного сырья при сохранении высоких эксплуатационных характеристик, что обеспечивает экономическую эффективность [8]. Наряду с волластонитом, для формирования развитой пористой структуры исследуются органосодержащие добавки и многослойные углеродные нанотрубки: так, микродисперсии шунгита и многослойных нанотрубок демонстрируют способность создавать стабильные микропористые каркасы и повышать прочность и морозостойкость керамики [9]. Активные пластификаторы и органоминеральные наномодификаторы, включая суперпластификатор С-3, способствуют улучшению формовочных свойств и управляемому выгоранию органической составляющей, что дополнительно регулирует пористость и структуру матрицы [10]. Р е зу л ь т а ты исследований Для изучения влияния волластонита на основные свойства керамической плитки готовился ряд образцов из фритты и 3 различных по характеристикам видов синтетического волластонита, один из которых был получен по традиционным технологиям (ВП-2) и 2 по низкотемпературному синтезу из отходов содового производства (В и В44). Фритта с составом: SiO 2 — 50-70 %, A hO 2 — 10-30 %, Na 2 O — 0 -10 %, K 2 O — 0 -10 %, B 2 O 3 — 5 -12 %, высушивалась до постоянной массы, после чего измельчалась и просеивалась через сито с шириной ячейки 250 мм. Полученный порошок отбирался в количестве 10 г. Для изготовления образцов с волластонитом бралось 9,9 г шихты и 0,1 г волластонита и 9,5 г шихты и 0,5 г волластонита. После отбора порошок засыпался в пресс-форму и спрессовывался под давлением 80 кгс/см2. Для каждого образца измерялись ширина (диаметр) и высота. Образцы прокаливались при температуре 1040 °С в течение 40 мин. После прокалки для каждого образца опять измерялись диаметр и высота. С помощью склерометра для каждого образца измерялась прочность. Изучение образцов, полученных из одной фритты и модифицированных тремя типами волластонита, показало четкую зависимость как прочности, так и усадки плитки от количества (0,1 % и 0,5 %) и природы самой добавки. Контрольные образцы без волластонита имели минимальную линейную усадку (к 0,01 см по диаметру и высоте) и низкую прочность 12,9-13,9 МПа, что задает отправную точку для сравнения (табл. 1 и 2). Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 4. С. 174-178. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 4. P. 174-178. © Шишаева С. М., Николаева А. Д., 2025 175