CC BY
99
международный научный журнал «инновационная наука» УДК62
№10/2015
ISSN 2410-6070
К.Ю. Лебедева, магистр,2 курс Институт архитектуры и строительства Иркутский Национальный Исследовательский Технический Университет
г.Иркутск, Российская Федерация
ПОЛУЧЕНИЕ ЯЧЕИСТОГО СТЕКЛА ИЗ ОТХОДОВ СТЕКОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Аннотация
Ячеистое стекло - это высокопористый теплоизоляционный материал, состоящий из воздушных ячеистых пор, разделенных перегородками из стеклообразного вещества. Характерной особенностью пеностекла является высокая прочность по сравнению с другими ячеистыми материалами, низкое водопоглащение. Область применения ячеистого стекла - это теплоизоляция стен и покрытий гражданских и промышленных зданий, холодильных установок, промоборудования и т.д.
Ключевые слова
Ячеистое стекло, отходы промышленности, микрокремнезем.
Получение ячеистого стекла из отходов стекольной промышленности, к которым относятся бой тарного стекла, бой оконного стекла. Данные отходы не утилизируются, а отправляются на городскую свалку в огромных объемах, которые не разлагаются и засоряют окружающую среду. Следовательно, целесообразно данные отходы перерабатывать и получать теплоизоляционное конструкционное ячеистое стекло, которое по своим физико-механическим характеристикам нисколько не уступает ячеистым бетонам. Для сравнения, прочность ячеистых бетонов при плотности 700 кг/м3 составляет примерно 4 МПа, а прочность ячеистого стекла при той же плотности достигает 7,5 МПа. Коэффициент теплопроводности примерно одинаков.
Первым шагом для получения сырья для производства ячеистого стекла был сбор тарного стекла. Данный бой был подвергнут двухстадийному дроблению на щековой и волковой дробилке до крупности НК 5 мм. Вторым этапом был сухой помол в шаровой мельнице с металлическими мелящими шарами. Удельная поверхность полученного стеклобоя составила примерно 4500 см2/ кг. Остаток на сите № 008 = 0.
По данным источника [1] содержание Fe2O3 не должно превышать 0,1% от массы шихты. Было необходимо провести магнитную сепарацию, так как помол происходил металлическими мелящими телами. Был достигнут следующий результат: извлеченная масса Fe2O3 составила 0,5% от общей массы шихты.
Получение ячеистой структуры стекла может быть произведено по двум технологиям: углеродсодержащей и карбонатной. В первой технологии в роли газообразователя может выступать кокс, антрацит и газовая сажа. Во второй - мел, известняк, магнезит, доломит, карбонат калия. В нашем случае получение пеностекла производилось пол второй технологии, то есть карбонатной.
Для расчета состава шихты было необходимо определить истинную и насыпную плотность стеклобоя. Насыпную плотность определяли следующим образом: с помощью воронки ЛОВ наполняли мерный сосуд объемом 1л. Данный сосуд взвешивался и затем рассчитывалась масса стекла, путем вычитания из общей массы массы сосуда. Насыпная плотность стекла составила 910 кг/ м3. Определение истинной плотности стекла производилось с помощью пикнометра. Пикнометр наполнялся водой до риски, затем взвешивался. Следующим этапом пикнометр высушивался, и в него засыпалась навеска в 10г. Затем вливалась вода и пикнометр с данной массой подвергался кипячению в течение часа. Далее в пикнометр вливался объем воды, недостающий до риски и пикнометр взвешивался вновь. Затем по приведенной формуле вычислялась истинная плотность стекла.
р = 10/(10+66,75 - 72,95) = 2,6 г/см3 , где
10 - масса навески стекла в г;
66,75 - масса пикнометра с водой, г;
91
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10/2015 ISSN 2410-6070
72,95 - масса пикнометра с водой и стеклом, г.
Следующим этапом в проведенной работе было подбор состава шихты на плотность 500 кг/м3. Получение ячеистого стекла было проведено в формах объемом 343 см3. Отсюда вычислим массу кубика, которая в газонасыщенном состоянии соответствовало данной плотности на которую ведется расчет. m = p*V = 0,5*343 = 171,5 г.
Данная масса шихты в истинном объеме займет 171,5/2,6 = 66 см3.
Рассчитаем необходимый объем газа для вспенивания данной массы до плотности 500 кг/м3. V^ =
V формы V истинный шихты 343-66 = 277 см3 (СО2).
По данным химии одна молекула газа занимает объем 22,6 мл (число Авагадро), а 1г СаСО3 при разложении дает 1 молекулу СО2. Следовательно, масса газообразователя должна составлять 12,6г.
Для получения пеностекла были использованы металлические формы. Для предотвращения прилипания стекла к форме в процессе обжига были опробованы следующие виды обмазок: микрокремнезем + жидкое стекло, зола + жидкое стекло. Наиболее эффективной оказалась обмазка микрокремнезем + жидкое стекло.
Были произведены опыты получения ячеистого стекла без обмазок и на поддоне из нержавеющей стали. Наименьшая адгезия стекла наблюдалась к формам из обычной стали. Предположительно из-за пленки Fe(OH)3, либо из-за неравномерного коэффициента температурного расширения стекла и стали в процессе стабилизации.
Для определения температурного режима при получении пеностекла нужно было выяснить, при какой температуре стеклобой начинает спекаться и достигает требуемой вязкости для получения пеностекла. Данная температура примерно составила 850 0С. Следовательно, в роли газообразователей можно применять те карбонатные породы, которые разлагаются при температуре не менее 850 0С., либо же снижать температуру плавления стекольного боя.
Получение пеностекла производилось по следующей технологической схеме: формы обмазывались пастообразной смесью из микрокремнезема и жидкого стекла после чего высыхали; необходимый объем шихты и газообразователя смешивались, увлажнялись, засыпались в формы и подпрессовывались. Подпрессовка и увлажнение необходимы для повышения теплопроводности шихты, а значит более быстрого прогрева; формы с шихтой устанавливались в муфель, где поддерживалась температура около 400 0С; далее происходил постепенный подъем температуры до 880 0С около двух часов и процесс вспенивания длился около 30мин; следующий этап производственного процесса подразумевает остывание шихты в естественных условиях и условиях отжига в муфеле.
В результате проведенных опытов было выяснено, что пеностекло подвергнутое остыванию в естественных условиях было пронизано трещинами в результате напряжений между внутренними и внешними слоями. Пеностекло, остывающее в муфеле имело более прочную и связанную структуру. В дальнейшем планируется решить вопрос о распалубке пеностекла без нарушения его структуры, а также определить физико-механические свойства и получить пеностекло по углеродсодержащей технологии. Немало важным является разработка и внедрение в производство технологической линии по производству ячеистого стекла.
Список использованной литературы:
1. Демедович Б.К. Пеностекло. Минск, «Наука и техника», 1975, 248 с.
2. Раковский Д.В. Введение в физическую химию. Главная редакция химической литературы: Москва, 1938, 678 с.
3. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Изд. 2-е, испр. и доп. Издательство «Химия», 1978, 392 с.
© К.Ю.Лебедева, 2015
92
