Теплоизоляционные материалы и изделия на основе трепеловпотанинского месторождения Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 624.148

А.И. НИКИТИН1, ген. директор (nikitin-dekarta@mail.ru); Г.И. СТОРОЖЕНКО2, д-р техн. наук, директор; Л.К. КАЗАНЦЕВА3, д-р техн. наук; В.И. ВЕРЕЩАГИН4, д-р техн. наук

1 ООО «Баскей Керамик» (454111, г. Челябинск, ул. Степана Разина, 1б)

2 ООО «Баскей» (630090, г. Новосибирск, ул. Инженерная, 4а)

3 Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН (630090, г. Новосибирск, пр. Акад. Коптюга, 3)

4 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (634050, г. Томск, пр. Ленина, 30)

Теплоизоляционные материалы и изделия на основе трепелов Потанинского месторождения

В Челябинской области на предприятии «Баскей Керамик» налажено производство гранулированных пеноматериалов по одностадийной технологии из трепелов Потанинского месторождения без их предварительной переплавки в стекло. Выпуск теплоизоляционной продукции основан на синтезе гидратированных полимерных силикатов натрия (№20т^Ю2пН20) в щелочных составах на основе кремнистых пород с последующей термической обработкой полуфабриката и получением конечного продукта - пористых гранул ячеистого строения. В зависимости от режима обработки трепела «Баскей Керамик» выпускает гранулированный теплоизоляционный материал с различной насыпной плотности от 180 до 400 кг/м3. В настоящее время также разработаны технологии производства штучных теплоизоляционных изделий - блоков, плит и панелей.

Ключевые слова: пеностекло, гранулят, трепел, теплоизоляционные материалы.

A.I. NIKITIN1, General Manager (nikitin-dekarta@mail.ru); G.I. STOROZHENKO2, Doctor of Sciences (Engineering), Director; L.K. KAZANTSEVA3, Doctor of Sciences (Engineering); V.I. VERESHCHAGIN4, Doctor of Sciences (Engineering)

1 OOO «Baskei Keramik» (1b, Stepana Razina Street, Chelyabinsk, 454111, Russian Federation)

2 OOO «Baskei» (4a, Inzhenernaya Street, Novosibirsk, 630090, Russian Federation)

3 Institute of Geology and Mineralogy, SB RAS (3, Koptyug Prospect, Novosibirsk, 630090, Russian Federation)

4 National Research Tomsk Polytechnic University (30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation)

Heat-Insulating Materials and Products on the Basis of Tripolis of Potanin Deposit

Production of granulated foam materials on the basis of one-stage technology from tripolis of Potanin Deposit without preliminary melting in glass has been organized at "Baskey Ceramic" Enterprise in Chelyabinsk Oblast. Production of heat-insulating products is based on the synthesis of hydrated polymer sodium silicates (Na2O^mSiO2^nH2O) in alkali compositions on the basis of siliceous rocks with the following thermal processing of semi-finished product and obtaining of a final product - porous granules of cellular structure. Depending on conditions of tripoli treatment, "Baskey Ceramic" produces granulated heat-insulating material with different poured density from 180 up to 400 kg/m3. At present technologies of production of piece heat-insulating products - blocks, slabs and panel - are developed. Keywords: foam glass, granulate, tripoli, heat-insulating material.

Национальным приоритетом на весь XXI в. является подъем Сибири и Дальнего Востока, который становится стратегической целью развития экономики нашей страны и куда будут направлены ресурсы государства и частного бизнеса. Поскольку решение стратегической задачи создания специальных территорий опережающего экономического развития в этих регионах невозможно без обеспечения их инфраструктурой, очевидной становится необходимость строительства в этих районах высокотехнологичных производств современных стройматериалов. Разработка и производство долговечных, экологически безопасных и эффективных теплоизоляционных материалов для огромных пространств от Урала до Дальнего Востока по-прежнему является актуальной задачей в связи с низким качеством и недолговечностью минеральных изделий на синтетических связующих [1].

По этой причине наука и производство обращаются к новым материалам, таким как пеностекло, пеносиликаты и пеностеклокристаллические материалы, которые отличаются по виду исходного сырья и технологическим приемам их производства [2—5]. Легкий (рнас = 140—650 кг/м3), прочный (^ж =0,5—5 МПа), долговечный и негорючий материал с низкой теплопроводностью (0,045—0,1 Вт/(м-К)) выпускается как в виде гранул, так, в виде блоков и плит. Однако широкому распространению указанных материалов и изделий препятствует ограниченность такого источника сырья, как бой стекла, высокие энергетические затраты на варку стекла, отсутствие отечественного оборудования и эф-

фективных технологий, которые бы обеспечивали низкую стоимость пеностекла.

В Челябинской области на предприятии «Баскей Керамик» внедрена одностадийная технология производства гранулированного пеностеклокристаллическо-го теплоизоляционного материала и изделий на основе трепелов Потанинского месторождения без предварительной варки стекла. В настоящей статье представлены результаты работы ученых и инженеров по получению промышленных партий пеностеклокристаллических гранул и изделий на их основе.

Потанинское месторождение трепела, представляющего собой легкую пористую породу, состоящую в основном из аморфного кремнезема, расположено

Таблица 1

Содержание оксидов, % на сухое вещество

SiO2 AI2O3 Fe2O3 MgO CaO P2O5 ППП

76,16 7,52 4,1 0,75 1,05 1,23 7,5

Таблица 2

Частицы Синий трепел (первичный) Желтый, серый трепел (вторичный)

Песчаные >50 мкм 26 20-22

Пылеватые 5-50 мкм 35 23-26

Глинистые <5 мкм 39 54

Foam Glass: science and practice

Рис. 1. Микроструктура гранул Рис. 2. Макроструктура формованных блоков: Рис. 3. Изделия, выпускаемые на основе гра-

фракция 1-2,5 мм; средняя плотность 0,42 г/см3; нулированного пеностекла прочность при сжатии 1,1 Мпа

Таблица 3

Класс гранул, мм Насыпная плотность, кг/м3 Прочность гранул сдавливанием в цилиндре, МПа Коэффициент конструктивного качества Поглощение воды, %, через: Потери массы при кипячении,%

1 сут 3 сут

0,1-0,2 400±20 7,17 17,92 7,57 22,73 0,5-0,93

0,2-0,3 390±20 5,77 14,44 6,72 15,77

0,3-0,6 380±20 4,91 12,93 6,49 12,98

0,6-1,25 360±20 0,89 2,34 5,43 11,76

1,25-2,5 320±20 0,88 2,44 4,77 11,22

2-5 260±20 0,52 2,1 4,72 11,61

5-10 210±20 0,54 2,33 3,33 10,33

в 17 км от г. Челябинска. Химический и гранулометрический составы трепелов приведены соответственно в табл. 1, 2.

Физико-механические свойства трепела: истинная плотность 1400—1600 кг/м3; средняя плотность 8001000 кг/м3; насыпная плотность в состоянии карьерной влажности (37—40 %) — 800 кг/м3; пористость 70—80%; огнеупорность — 1380—1510оС.

Выпуск продукции предприятием «Баскей Керамик» базируется на синтезе гидратированных полимерных силикатов натрия (Na2O•mSЮ2•nH2O) из трепелов, с последующей термической обработкой полуфабриката и получением конечного продукта — пенокристалличе-ских гранул. Использование гидроксида натрия в производстве вспененных материалов из трепелов решает две задачи — снижение температуры плавления и образование источника вспучивающего газа. На предприятии освоены как полусухая технология гранулирования, так и пластическая с гранулированием экструзивным методом.

В зависимости от режима обработки трепела, можно получить пенокристалические гранулы различной насыпной плотности от 180 до 400 кг/м3. Основные характеристики продукции, которые определялись по ГОСТ 9758—86 и методикам известной компании Dennert Рогауег, приведены в табл. 3.

С увеличением размеров гранул от 0,1 мм до 10 мм их насыпная плотность уменьшается с 400 кг/м3 до 210 кг/м3, а прочность с 7 до 0,5 МПа. По прочности гранулы можно разделить на три группы в зависимости от их размеров. Первая группа: размер гранул 0,1—0,6 мм, насыпная плотность 380—400 кг/м3, прочность при сдавливании в цилиндре 5—7 МПа. Вторая группа: размер гранул 0,6—2,5 мм, насыпная плотность 350—360 кг/м3, прочность при сдавливании в цилиндре около 0,9 МПа.

Таблица 4

Показатели Вид вяжущего вещества

Цемент Гипс Минерально-полимерное связующее

Средняя плотность изделий р, кг/м3 510 490 350

Относительная плотность изделий р/рабс 0,204 0,196 0,14

Предел прочности при сжатии осж, МПа 1,1-1,2 1,5-1,6 0,9-1,1

Относительная прочность при сжатии Осж/Рот, МПа 5,64 7,65 7,4

Предел прочности при изгибе оизг, МПа 0,4-0,5 0,8-0,9 0,3-0,4

Коэффициент теплопроводности X, Вт/(м.К) 0,1-0,12 0,1-0,13 0,08-0,09

Третья группа: размер гранул 2,5—10 мм, насыпная плотность 210—260 кг/м3 , прочность при сдавливании в цилиндре 0,52-0,54 МПа.

В настоящее время отработаны технологии производства блоков, плит и панелей, в которых пеностекло-кристаллические гранулы использовались в качестве наполнителя. Гранулы смешивались с различными вяжущими веществами в смесителях принудительного действия; для цементного раствора использовались бетономешалки. После смешивания гранулы покрываются тонким слоем вяжущего, что позволяет способом

Ы ®

август 2014

35

вибропрессования получать различные виды строительных теплоизоляционных изделий, физико-механические свойства которых приведены в табл. 4.

Относительная прочность материалов с различными связками одного порядка (5,6—7,6 МПа). Из этого следует, что прочность пористого изделия главным образом определяется прочностью гранул.

На рис. 1 показана пористая структура гранулированного пеностеклокристаллического материала, которая характеризуется однородностью и удовлетворительной остеклованностью. В остеклованных стенках пор формируются более мелкие поры, которые свидетельствует о равномерном образовании гидратированных

Список литературы

1. Иванов К.С. Изоляционный материал для термостабилизации грунтов // Криосфера Земли. 2011. Т. XV. № 4. С. 120-122.

2. Казьмина О.В., Верещагин В.И., Семухин Б.С., Абияка А.Н. Низкотемпературный синтез стекло-гранулята из шихт на основе кремнеземсодержащих компонентов для получения пеноматериалов // Стекло и керамика. 2009. № 10. С. 5-8.

3. Кетов А.А. Получение строительных материалов из гидратированных полисиликатов // Строительные материалы. 2012. № 11. С. 22-24.

4. Казанцева Л.К., Стороженко Г.И., Никитин А.И., Киселев Г.А. Тепло-изоляционный материал на основе опокового сырья // Строительные материалы. 2013. № 5. С. 85-89.

5. Kazantseva L.K. Particulars of foam glass manufacture from zeolite-alkali batch // Glass and Ceramics. 2013. Vol. 70. Issue 7-8, pp. 277-281.

полимерных силикатов натрия по всему объему гранулированного материала. На рис. 2 показана макроструктура плит 2800x1000x80 мм (рис. 3), которые могут использоваться в качестве звуко- и теплоизоляционных перегородок, как в жилых, так и общественных зданиях.

Опыт работы предприятия «Баскей Керамик» показывает, что на основе широко распространенных на территории Урала, Сибири и Дальнего Востока кремнистых пород, с использованием отечественного оборудования можно организовать в промышленных масштабах производство гранулированного пеностеклокристаллического материала, соответствующего всем нормативным показателям на пористые неорганические заполнители.

References

1. Ivanov K.S. Insulating material for thermal stabilization of soils. Kriosfera Zemli. 2011. Vol. XV. No. 4, pp. 120— 122. (In Russian).

2. Kaz'mina O.V., Vereshchagin V.I., Semukhin B.S., Abiyaka A.N. Low-temperature synthesis of glass granulate batches based on siliceous components for foam. Steklo i keramika. 2009. No. 10, pp. 5—8. (In Russian).

3. Ketov P.A. Production of construction materials from hydrated polysilicates. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 11, pp. 22-24. (In Russian).

4. Kazantseva L.K., Storozhenko G.I., Nikitin A.I., Kiselev G.A. Heat insulators based on silica clay raw materials. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 5, pp. 85-89. (In Russian).

5. Kazantseva L.K. Particulars of foam glass manufacture from zeolite-alkali batch. Glass and Ceramics. 2013. Vol. 70. Issue 7-8, pp. 277-281.

Области применения Кегууоос!™

• насыпной сухой изоляционный заполнитель полых пространств (между панелями каркасов, перекрытий ит.п.)

• заполнитель со связующим веществом или изоляционный бетон

• легкий заполнитель для всех видов штукатурок, клеящих и шпаклевочных масс

• идеальный компонент для приготовления легких теплоизолирующих строительных растворов (т. н. «теплые» швы)

• особо эффективные теплоизоляционные для кладки стен и звукопоглощающих перегородок для современных кладок, с высокой степенью теплоизоляции.

i

V - -

■ ■ < . . . ■ ■

454048, Россия, Челябинск, ул. Ст. Разина, 1-Б e-mail: nikitin-dekarta@mail.ru

8 (351) 260-47-46