авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Составы и технология получения пеностекла пониженной плотности на основе диатомитового сырья

-- [ Страница 3 ] --

Условия проведения эксперимента по вспениванию данных стекол, а именно количество газообразователя (сажа 0,3 %), температурный режим вспенивания (максимальная температура вспенивания 840 оС, выдержка 12 минут) оставались неизменными, что позволило установить влияние состава стекла на плотность полученных образцов.

Установлено, что с увеличением в стекле содержания SО3 плотность пеностекла уменьшается. Наименьшие значения плотности (111 кг/м3) имеет пеностекло, содержащее 0,2 % SО3, максимальные значения плотности (200 кг/м3) соответствуют пеностеклу, полученному на основе стекла содержащего 0,07 % SО3, которые сварены из четырехкомпонентной шихты (рис. 8).

Стекло, сваренное из шихты с нефелиновой содой, несмотря на низкое содержание окисляющего агента (также 0,07 мас. %), показало хорошую вспенивающую способность, пеностекло на его основе имело равномерную мелкопористую структуру и обладало низкой плотностью – 145 кг/м3. Использование нефелиновой соды позволяет получить более легкое пеностекло при относительно низком количестве вспенивающего агента, чем при использовании кальцинированной соды. Это обусловлено составом данной соды, которая помимо оксида натрия, содержит оксид калия, понижающий поверхностное натяжение расплава и стабилизирующий пиропластическую пену.

В промышленных стеклах минимальное содержание SО3, необходимое для получения легкого пеностекла с плотностью до 160 кг/м3, составляет в среднем 0,22 %. Пеностекло на основе диатомитового сырья имеет меньшую плотность при меньшем содержании серного ангидрида и относительно высокого содержания железа, что свидетельствует о положительном влиянии оксида железа на вспенивающую способность пенообразующей смеси.

 Зависимость плотности-10

Рисунок 8 -

Зависимость плотности пеностекла от содержания SО3 в экспериментальных стеклах

Для оценки влияния на вспенивающую способность оксида железа были синтезированы модельные составы стекол с постоянным минимальным содержанием оксида серы (0,07 %) и изменяющимся в пределах от 1,5 до 3,0 % оксида железа (III). Варка стекол осуществлялась из четырёх- и трехкомпонентной шихты с применением как кальцинированной, так и нефелиновой соды. Установлено, что получить легкое пеностекло с равномерной мелкопористой структурой можно из диатомитового стекла (с нефелиновой содой) с содержанием железа от 1,8 до 2,5 %. При применении кальцинированной соды необходимо дополнительно вводить сульфат натрия. При этом оптимальными составами для получения легкого пеностекла являются стекла с содержанием Fe2O3 от 1,6 до 2,5 % и содержанием SO3 от 0,3 до 0,07 % соответственно.

Установлено, что наличие в диатомите оксида железа в количестве до 3 % и оксида алюминия в количестве до 4 % приводит к повышенному содержанию данных оксидов в стекле, что снижает продолжительность вспенивания пенообразующих смесей на основе диатомитового стекла на 14-27 % и температуру вспенивания на 30-40 оС, по сравнению с пенообразующими смесями на основе стеклобоя промышленных стекол.

Для оценки влияния вида и количества газообразователя на структуру и качество пеностекла готовились пенообразующие смеси путем совместного помола в планетарной мельнице до удельной поверхности 850 м2/кг, количество окисляющего компонента в стеклах (0,2 % SO3) и режимы термообработки (максимальная температура вспенивания 840 оС, выдержка 12 минут) были одинаковыми. Сажу, карбид кремния, антрацит вводили в количестве 0,3, 1,0 и 1,7 мас. % соответственно. Антрацит предварительно измельчался, однако максимальные значения удельной поверхности при продолжительном измельчении не превышали 300 м2/кг, карбид кремния и сажа дополнительной подготовке не подвергались, поскольку материалы тонкодисперсные и обладают высокой удельной поверхностью 700 и 10000 м2/кг соответственно. Вспенивание приготовленных смесей велось в лабораторной электрической печи с подогревом пода в формах 50х50х70 мм. Результаты эксперимента (табл. 6) показали, что наименьшей плотностью обладает пеностекло, полученное с использованием в качестве газообразователя сажа. Материал, для получения которого использовался карбид кремния, имеет наибольшую плотность. Пеностекло, полученное из пенообразующей смеси с антрацитом, также обладало высокой плотностью, что обусловлено низкой удельной поверхностью газообразователя.

Таблица 6

- Зависимость плотности пеностекла от вида газообразователя

Вид газообразователя Количество, мас. % Температура плавления, оС Удельная поверхность, м2/кг Плотность, кг/м3
Сажа 0,3 839 10000 110-115
Карбид кремния 1,0 819 700 180-185
Антрацит 1,7 853 300 170-180

Для определения оптимального температурно-временного режима вспенивания пенообразующих смесей на основе диатомитового стекла была проведена серия экспериментов. Максимальная температура вспенивания менялась от 810 до 850 оС с шагом 10 оС, время выдержки при максимальной температуре варьировалось от 6 до 12 минут, с шагом одна минута. Подготовка пенообразующей смеси велась с учётом определённых ранее оптимальных параметров, в качестве газообразователя использовалась сажа в количестве 0,3 %, совместный помол велся до удельной поверхности 850 м2/кг. В результате установлено, что продолжительность вспенивания пенообразующих смесей на основе диатомитового стекла на 14-27 % меньше, а температура вспенивания на 30-40 оС ниже, чем для пенообразующих смесей на основе промышленных стекол.

В пятой главе (Технология получения и свойства блочного пеностекла на основе диатомитового стекла) рассмотрены технологические особенности получения пеностекла на основе диатомитового стекла, представлены физико-механические характеристики материала, такие как средняя плотность, прочность при сжатии, водопоглощение, теплопроводность, паропроницаемость (табл.7), представлена технологическая схема получения пеностекла.

Качество и свойства пеностекла напрямую зависят от подготовки пенообразующей смеси. В работе опробованы варианты приготовления смеси путем совместного помола диатомитового стекла с газообразователем в шаровой и планетарной мельницах. Помол осуществлялся до удельной поверхности 630, 720 и 850 м2/кг. Установлено, что эффективное вспенивание пенообразующей смеси с коэффициентом вспенивания 8,3 и получение высококачественного лёгкого пеностекла плотностью до 125 кг/м3 обеспечивается при совместном помоле диатомового стекла с сажей в количестве 0,3 % в планетарной мельнице до удельной поверхности 850 м2/кг (рис. 9). Помол пенообразующей смеси до удельной поверхности 850 м2/кг в шаровой мельнице позволяет получить пеностекло с плотностью до 150 кг/м3, при этом продолжительность времени помола увеличивается в 100 раз. Кроме того, при одинаковых значениях удельной поверхности пеностекло, полученное из смесей, подготовленных на планетарной мельнице, не только обладает меньшей плотностью, но и имеет равномерную мелкопористую структуру, в отличие от пеностекла, полученного с использованием шаровой мельницы.

Рисунок 9 - Зависимость коэффициента вспенивания от удельной

поверхности смеси и вида помольного агрегата

Физико-механические характеристики образцов пеностекла определяли по стандартным методикам (табл. 7). Пеностекло на основе диатомитового стекла имеет не только пониженную плотность и нулевое водопоглощение, но и достаточно высокие значения прочности. Для пеностекла прослеживается корреляционная зависимость между прочностью и плотностью полученных образцов, которая является прямолинейной и отличается более острым углом наклона для диатомитового пеностекла, по сравнению с промышленным пеностеклом, что свидетельствует о повышенном коэффициенте прочности для данного материала (рис. 10).

Таблица 7 - Физико-механические характеристики диатомитового пеностекла

Параметр Значение
Плотность 120-160 кг/м3
Теплопроводность 0,05-0,06 Вт/м К
Предел прочности на сжатие 1 – 2 МПа
Паропроницаемость 0,0005 мг/м ч Па
Водопоглощение по объему 0 %

Проведенный сравнительный анализ дилатометрических кривых показал некоторые отличия в поведении промышленного и диатомитового стекла при нагревании.

Установлено, что диатомитовое стекло имеет на 40 оС больше температурный интервал в диапазоне вязкости характерном для вспенивания (105 – 108 Пас). Это обеспечивает более устойчивое формирование равномерной мелкопористой структуры и позволяет получить пеностекло пониженной плотности (менее 160 кг/м3).

Проведенный ИК –спектральный анализ показал, что основные отличия диатомитового и промышленного пеностекла наблюдаются в области спектров 1100 – 1200 см-1 и 2800 – 3000 см-1 (рис. 11). В диатомитовом пеностекле в первой области полоса несколько уширяется, появляется новая 1088 см-1, которая отсутствует в пеностекле, полученном из стеклобоя, полоса соответствует колебаниям немостиковых связей Si-O-Si. Во второй области появляется поглощение, которое можно отнести к валентным колебаниям ОН-групп. Гидратация кремнекислородного каркаса за счет разрыва силоксановых мостиковых связей приводит к разрыхлению структуры.

На электронных микроснимках межпоровой перегородки диатомитового пеностекла наблюдаются наноразмерные структурные элементы, которые можно представить как микроглобулы (рис. 12). Аморфная природа исходного диатомита способствует формированию микроглобулярной структуры, что проявляется в конечном итоге в виде увеличения механической прочности пеностекла.

В предложенной технологической схеме (рис. 13) выделены два блока, отличающие ее от известного метода непрерывной ленты. На стадии приготовления исходной шихты в зависимости от вида применяемой соды увлажнение шихты осуществляется либо водой, либо содовым раствором. При подготовке пенообразующей смеси предусмотрен совместный помол в планетарной мельнице диатомитового стекла с сажей.

Рисунок 11 – ИК спектры пеностекла, полученного из промышленного стекла (верхний спектр) и диатомитового стекла (нижний спектр)
Рисунок 12 – Электронно-микроскопические снимки диатомитового стекла

Основываясь на технической документации СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», проведен расчет толщины теплоизоляции в конструкции и дана сравнительная оценка полученного пеностекла с другими видами теплоизоляции. Рассчитано, что толщина диатомитового пеностекла с плотностью 130 кг/м3 составляет 110 мм, в то время как для промышленного пеностекла – 190 мм (80 кг/м3), а для диатомитового кирпича – 250 мм (500 кг/м3). Расчеты, проведенные с учетом значений коэффициентов теплопроводности и паропроницаемости пеностекла, при толщине теплоизоляции 170 мм, показали, что срок службы материала составляет 100 лет. Таким образом, пеностекло пониженной плотности обладает стабильными свойствами, что позволяет говорить о качественной и высокоэффективной теплоизоляции. Экономическая оценка себестоимости диатомитового пеностекла для производства мощностью 60000 м3 в год составляет 3310 руб/м3, т.е. материал является конкурентоспособным, а его производство рентабельным.

 Блок схема технологии-17

Рисунок 13 -

Блок схема технологии получения пеностекла на основе диатомитового стекла

Основные выводы по работе

  1. Стекольная шихта на основе диатомита представляет собой тонкодисперсную смесь с преобладающим размером частиц 10 – 15 мкм, поэтому необходимой технологической стадией является ее уплотнение. Исследуемые шихты компактируются при давлении 10 – 15 МПа при влажности 5 – 6 %, полученные плитки рекомендуется обдувать на выходе холодным воздухом. Химическая однородность шихты на стадии перемешивания при замене кальцинированной соды на нефелиновую достигается путем увлажнения диатомита двадцати процентным содовым раствором до 5 – 6 мас. % с последующим добавлением оставшейся твердой соды и других компонентов.
  2. Процессы силикатообразования в шихтах на основе диатомита заканчиваются при температуре 830 оС, что на 17 % ниже по сравнению с шихтами на кварцевом песке. Температура варки диатомитового стекла на
    200 – 250 оС ниже по сравнению с температурой варки стекла на основе кварцевого песка и составляет 1300 – 1350 оС.
  3. Легкое пеностекло с плотностью до 160 кг/м3 и прочностью до 2 МПа получается из диатомитового стекла с суммарным содержанием оксидов серы и железа в пределах 1,8 – 2,6 %, что определяется соотношением оксидов в диатомите (SiO2 + Al2O3)/Fe2O3 > 30 за счет оксидов железа и сульфатной составляющей щелочного компонента шихты.
  4. Легкое пеностекло (менее 160 кг/м3) с равномерной мелкопористой структурой (размер пор менее 1 мм) получается из пенообразующей смеси, приготовленной из диатомового стекла с добавлением технического углерода (сажа марки П 245) в количестве 0,3 %, при температуре вспенивания 840 оС и выдержке 12 минут. При этом продолжительность вспенивания смесей на основе диатомитового стекла на 14-27 % меньше, а температура вспенивания на 30-40 оС ниже, по сравнению с промышленным стеклом.
  5. Эффективное вспенивание пенообразующей смеси с коэффициентом вспенивания 8,3 и получение высококачественного лёгкого пеностекла плотностью до 120 кг/м3 обеспечивается при совместном помоле диатомового стекла с сажей продолжительностью 24 минуты в планетарной мельнице до удельной поверхности 850 м2/кг. Помол пенообразующей смеси до удельной поверхности 850 м2/кг в шаровой мельнице позволяет получить пеностекло с плотностью до 150 кг/м3, при этом продолжительность времени помола увеличивается в 100 раз.
  6. Пеностекло, полученное на основе диатомитового стекла, обладает высокой механической прочностью до 2 МПа при низкой плотности (менее 160 кг/м3), нулевой паропроницаемостью и водопоглощением. Полученное пеностекло является эффективным теплоизоляционным материалом со сроком службы 100 лет, значение предложенного показателя эффективности для легкого пеностекла с плотностью 130 кг/м3 составляет 134, в то время как для промышленного пеностекла с плотностью 180 кг/м3 – 23.
  7. Диатомитовое стекло имеет температурный интервал на 40 оС больше (по сравнению с промышленным стеклом) в диапазоне вязкости характерном для вспенивания (105 – 108 Пас), что обеспечивает устойчивое формирование равномерной мелкопористой структуры материала с плотностью менее 160 кг/м3. При этом температура эндоэффекта, соответствующая размягчению диатомитового стекла, и температура экзоэффекта, соответствующая окисления углеродистого газообразователя, снижаются в среднем на 50 оС при увеличении удельной поверхности пенообразующей смеси в 1,4 раза (с 630 до 850 м2/кг).
  8. Предложенная технологическая схема, включающая дополнительные технологические операции – компактирование исходной шихты и механоактивацию пенообразующей смеси, позволяет получить пеностекло пониженной (менее 160 кг/м3) плотности. При использовании кальцинированной соды в составе шихты необходимо вводить сульфат натрия, чтобы обеспечить в стекле содержание SO3 в количестве до 0,11 %. Замена кальцинированной соды на нефелиновую позволяет получить легкое пеностекло (140 кг/м3) без введения сульфата натрия.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

Статьи в центральной печати

  1. Диатомит – кремнезёмосодержащий материал, для стекольной промышленности / В.Е. Маневич, Р.К. Субботин, Е.А. Никифоров, Н.А. Сеник, А.В. Мешков // Стекло и керамика. – 2012. – №5. – С. 34–39.

Diatomite – siliceous material for the glass industry / Manevich V.E., Subbotin R.K., Nikiforov E.A., Senik N.A., Meshkov A.V. // Glass and Ceramics/ – 2012/ – Vol. 69. Nos. 5–6. S 168–172.

  1. Подготовка пенообразующей смеси для получения пеностекла на основе диатомита / В.Е. Маневич, Е.А. Никифоров, А.В. Мешков, Н.А. Сеник, Р.К. Субботин // Строительные материалы. – 2012. – № 7. – С. 100–103.
  2. Высокоэффективный теплоизоляционный материал на основе диатомового сырья / В.Е. Маневич, Е.А. Никифоров, А.Л. Виницкий, А.В. Мешков, Н.А. Сеник, Р.К. Субботин // Строительные материалы. – 2012. – № 11. – С. 18–22.
  3. Получение высокоэффективного теплоизоляционного материала на основе диатомита путем низкотемпературного вспенивания / Н.А. Сеник, А.В. Мешков, А.Л. Виницкий, Т.В. Вакалова, В.И. Верещагин // Техника и технология силикатов. – 2012. Т. 19. – № 4. – С. 6–12.

Другие публикации

  1. Диатомит как перспективное сырье для получения пеностекла / А.Л. Виницкий, Г.К. Рябов, Н.А. Сеник, А.В. Мешков, Ю.А. Коростелёва, Е.Г. Фетюхина // Современное промышленное и гражданское строительство. – 2012. Т. 8. – № 2. – С. 63–70.
  2. Диабазовые породы как сырье для производства пеностеклокристаллических материалов / А.В. Мешков, О.В. Казьмина // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы IX Всероссийской конференции студентов и аспирантов – г. Томск, 2008. Т. 1. – С. 47–48.
  3. Исследование возможности применения габбро-диабазовых пород в производстве пеностекла / А.В. Мешков, О.В. Казьмина // Сборник трудов XIV Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» – г. Томск, 2008. Т. 2 – С. 114 – 115.
  4. Диабаз как альтернативное сырье в производстве пеностекла / А.В. Мешков, О.В. Казьмина // Труды XII Международного научного симпозиума имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» – г. Томск, 2008. – С. 818–820.
  5. Диатомит – альтернативный компонент стекольной шихты / А.В. Мешков, Р.К. Субботин // Сборник трудов XVIII Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» – г. Томск, 2012. Т. 2 – С. 195–196.
  6. Получение высокоэффективного теплоизоляционного материала на основе диатомового стекла / А.В. Мешков, О.В. Казьмина // Материалы XIII Всероссийской конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых учёных с между

    Pages:     | 1 | 2 ||
     





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.