CC BY
34
УДК 666.965
К. Г. Егорова, А. В. Скворцов УТИЛИЗАЦИЯ НЕРАСТВОРИМОГО ОСТАТКА, ПОЛУЧАЕМОГО ПОСЛЕ ВАРКИ ЖИДКОГО СТЕКЛА ИЗ ДИАТОМИТА ИНЗЕНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Ключевые слова: нерастворимый остаток, керамзит.
В данной работе была предпринята попытка утилизации нерастворимых остатков полученных после варки жидкого стекла из диатомита Инзенского месторождения и получения из него керамзитового гравия. Исследованы технологические особенности получения керамзитового гравия и их некоторые физико-механические свойства.
Keywords: insoluble residue, concrete block.
In this study, an attempt to recycle insoluble residues obtained after cooking liquid glass from diatomite of' Inza deposits by extracting the clay gravel from them was made. The technological features of clay gravel production and some of their physical and mechanical properties are studied.
Введение
В результате производства жидкого стекла гидротермальным методом образуется нерастворимый остаток, который целесообразно использовать, получая дополнительный экономический эффект. Одним из вариантов утилизации нерастворимых остатков после изготовления жидкого стекла, содержащих значительное количество щелочного компонента, который может сыграть роль плавня при термической обработки является производство керамзита.
Керамзит представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных вспучиваться при быстром нагревании их до температуры 1050 - 13000С в течение 25-45 мин. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемным весом и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5 - 10, 10 - 20 и 20 - 40 мм, зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. Цвет керамзитового гравия обычно темно-бурый, в изломе - почти черный. Такой гравий с размерами зерен 5 - 40 мм морозоустойчив, огнестоек, не впитывает воду и не содержит вредных для цемента примесей.
Керамзит применяют в качестве пористого заполнителя для легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционного материала в виде засыпок.
Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в основном к осадочным горным. Некоторые камнеподобные глинистые породы - глинистые сланцы, аргиллиты - относятся к метаморфическим.
Глинистые породы отличаются сложностью минералогического состава и кроме глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др.) содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые, органические примеси.
Глинистые минералы слагают глинистое вещество - наиболее дисперсную часть глинистых пород (частицы мельче 0,005 мм). Собственно глинами называют глинистые породы, содержащие более 30% глинистого вещества.
Для производства керамзита наиболее пригодны монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее содержание БЮгдолжно быть не более 70%, А12О3 - не менее 12% , Рв2Оз + РеО - до 10%, органических примесей -1-2%. Минералогический состав кремнистых пород способствует возникновению так же и жидкостного спекания. Пригодность того или иного глинистого сырья для производства керамзита устанавливают специальным исследованием его свойств. Важнейшее из требований к сырью - вспучивание при обжиге. Кремнистые породы практически не вспучиваются, а температура их плавления достаточно высока. Однако в смеси со щелочью и водой они образуют силикатные массы, которые при температуре около 6500С и выше переходят в расплавы и вспучиваются. Вспученная масса после охлаждения дает пористые неорганический материал. Размер пор в материале зависит от пластично-вязких свойств расплава силикатной массы, ее состава и температуры вспучивания [1-4].
Объекты и методы исследования
Твердые остатки диатомита после его щелочной обработки были исследованы на возможность получения керамзита.
Керамзит получают обжигом легкоплавких вспучивающихся глин, главным образом, в виде гравия с размером от 5 до 40мм. Вспучивание глины при обжиге происходит в результате газовыделения. Оно имеет место при реакциях восстановления оксидов железа и при их взаимодействии с органическими примесями, дегидратации гидрослюд и других глинистых водосодержащих минералов, диссоциации карбонатов. При обжиге, за счет образования расплава, глины размягчаются, переходя в пи-ропластическое состояние, что делает возможным под действием выделяющихся газов вспучивание гранул. При этом важным является обеспечение необходимого интервала вспучивания сырьевой массы - разности между температурой начала оплавления поверхности гранул и их вспучивания.
Вспучиваемость сырья характеризуют коэффициентом вспучивания:
где - объем вспученной гранулы керамзита; Ус -объем сухой гранулы до обжига.
Как правило, коэффициент вспучивания глинистого сырья, пригодного для производства керамзита составляет 2-4.
Вспучиваемость глин определяется их химико-минералогическим составом. Наиболее целесообразно использовать монтморилонитовые и гидро-слюдные глины, содержащие не более 30% кварца, общее содержание Б1О2 не должно превышать 70-%, А1203 - от 10 до 25%, СаО - не более 6 %, МдО - не более 4%, органических примесей - не более 3%.
К разновидностям керамзита относят шунгизи-товый гравий и глинозолный керамзит, получаемые обжигом со вспучиванием гранул из глинистых пород, шунгизитосодержащих сланцев, трепелов, зо-лошлаковой смеси или золы-уноса тепловых электростанций; термолит, получаемый при обжиге без вспучивания или специально подготовленных гранул из кремнеземистых пород (диатомита, трепела, опок и др.).
Раствор силиката натрия был получен гидротермальным методом из диатомита Инзенского месторождения. Предварительно диатомит подвергался термической обработке при Т=5500С. Обработку сырья проводили растворами щелочей концентрацией равной 5%, 10%, 15%. Навеску подготовленной пробы весом 20 г переносили в круглодонную колбу вместимостью 250 мл., заливали концентрированным щелочным раствором при соотношении Т:Ж = 1:3 [5,7,6]и устанавливали с обратным холодильником на электроплитку. Температуру процесса варки вели при атмосферном давлении при температуре 90-950С [5,7,6].
Для получения керамзитового гравия нерастворимый остаток после варки жидкого стекла подвергался следующим процессам переработки:
1.Без какого-либо предварительного отмывания остатка от раствора щелочи его сушили в естественных условиях до постоянной массы.
2. Далее сухой остаток истирали до фракции <0,5мм.
3. Истертый нерастворимый остаток перемешивали с водой до пластичной массы, формировали в сырцовые гранулы (И=15мм, d=16мм) в виде цилиндров и проводили сушку при комнатных условиях.
4. Далее проводился обжиг полученных изделий. Температура обжига подбиралась экспериментальным путем, начиная с 7000С и с шагом 500С до тех пор, пока не произойдет плавления образцов.
5.Определяли коэффициент вспучивания.
Результаты экспериментов и их обсуждение
В результате процесса варки жидких стекол образуется нерастворимый остаток, который много времени занимает на его отмывку от раствора щелочи, что экономически не выгодно. Ввиду того что в нерастворимом остатке остается достаточно большое количество силиката натрия существует возможность использовать его для производства керамзитового гравия. Это решение позволит вести безотходное и экономически выгодное производство.
Была сделана попытка утилизации нерастворимых остатков полученных после варки жидкого стекла из диатомита Инзенского месторождения и получения из них керамзитового гравия.
Основной характеристикой керамзитового гравия является коэффициент вспучивания, данные которых занесены в таблицу 1. Таблица 1 - Коэффициент вспучивания керамзитового гравия, полученного из нерастворимых остатков после варки жидкого стекла
Тобжига| С 5% раствор ЫаОИ 10% раствор ЫаОИ 15% раствор ЫаОИ
950 без изменений без изменений 3
1000 без изменений без изменений 3
1050 0,9 2 3
1100 1,3 2 2
Кв- коэффициент вспучивания
Нерастворимые остаток, который был получен после варки жидкого стекла, в 5% растворе ЫаОИ после обжига не дал хороших результатов, в связи с недостаточным содержанием раствора силиката натрия. Коэффициент вспучивания равен 0,9 (Т=10500С), 1,3(Т=11000С). Красно-бурая поверхность гранул говорит об окислительной среде (Рв20з).
Нерастворимые остатки, которые были получены после варки жидкого стекла с концентрацией раствора ЫаОИ 10 и 15%, и сформированные в гранулы после обжига имели изменения в размере, коэффициент вспучивания равен 2-3. По цвету, гранулы имели сероватый оттенок, данная окраска характеризует восстановительную среду внутри гранул (рис. 1,2). Основную роль при вспучивании легкоплавких глин играют плавни и органические вещества. Вспучивание глин при обжиге связано с двумя процессами: переходом глины в пиропластичное состояние и газовыделением.
Рис. 1 - Образец, обожженный при 9000С (10% раствор №ОИ)
Различают слабо-, средне- и хорошо вспучивающиеся глинистые породы с коэффициентом вспучивания соответственно до 2,5; 2,5 - 4,5 и коэффициент вспучивания свыше 4,5; чем выше коэффициент вспучивания сырья, тем меньше плотность керамзита, и тем более ценно это сырье в качестве теплоизоляционной добавки.
Рис. 2 - Образец, обожженный при 1050иС (15% раствор №ОИ)
Материал из нерастворимого остатка полученный при синтезе жидкого стекла в растворе ЫаОИ 15% можно поделить на слабо- и средне вспучиваемое сырье. При добавлении в сырец ЫаОИ в количестве примерно 5% от общей массы сухого порошка получается хорошо вспучивающийся керамзит (табл. 2).
Таблица 2 - Коэффициент вспучивания керамзитового гравия, полученного из нерастворимых остатков после варки жидкого стекла с добавлением щелочи
Тобжига,С 15% раствор NaOH
850 3,0
900 4,3
950 3,0
Отличным показателем для получения хорошо вспучивающийся глинистых пород является образец, обожжённый при 9000С, коэффициент которого равен 4,3 (рис. 3).
При отсутствии хорошо- и средне вспучивающих глинистых пород для производства керамзита, используемого в конструктивно-теплоизоляционных бетонах, сырьем могут служить слабовспучиваю-щиеся глинистые породы с железистыми, органическими и другими добавками.
Выводы
Предложен метод утилизации нерастворимого остатка после варки жидкого стекла для изготовления керамзита. Это возможность сделать производство силиката натрия не только безотходным, но и снизать затраты на отмывку нерастворимого остатка применяя его для получения керамзитового гравия.
Предприятие по производству жидкого стекла из низкосортного диатомита может получить качественное жидкое стекло с низким содержанием оксида железа, и утилизировать нерастворимый остаток путем изготовления из него керамзитового гравия с хорошими теплоизоляционными показателями.
Литература
1. Ицкович С.М. «Заполнители для бетона» / С.М. Ицко-вич.-Минск: изд. «Вышэйшая школа», 1983. -234 с.
2. Ицкович С.М. Технология заполнителей для бетонов /С.М. Ицкович, Л.Д. Чумаков, Ю.М Баженов. М.: Высшая школа, 1992.-272 с.
3. Горчаков Г.И., «Строительные материалы» / Г.И. Горчаков. -М.: «Высшая школа», 1982.-352 с.,ил.
4. И.А. Иванов «Технология проиводства на искусственных легких заполнителях»/ Б/Т/ Иванов.-М.: Строй-изд,1993.-182 с.
5. Пат. 2081826 РФ, МПК С01В33/32. Способ получения жидкого стекла/ Т.П. Конюхова, У.Г. Дистанов; заявитель и патентообладатель ФГУП «ЦНИИгеолнеруд». -№ 94017463/25; заявл.1994-05-13; опубл. 20.06.1996.
6. Пат. 2189941 РФ, МПК С01Б33/32. Способ получения жидкого стекла / В.А. Сырых, Г.И. Залдат.- - № 2000105876/03;заявл.10.03.02; опубл.27.09.02.
7. Пат. 2188793 РФ, МПК С01Б33/32. Способ получения жидкого стекла / Е.А. Никифоров; заявитель и патентообладатель Никифоров. Е.А. - № 2001123070/12 заявл. 16.08.01; опубл.10.09.02.
Рис. 3 - Образец, обожженный при 9000С (15% раствор NaOH)
© К. Г. Егорова, асп. кафедра ТНВиМ КНИТУ, Egorova.kseniya1992@yandex.ru; А. В. Скворцов, ст. препод. той же кафедры, skvorcovs@rambler.ru.
© K. G. Egorova, post graduate student of the Department IS&ME, KNRTU, Egorova.kseniya1992@yandex.ru; A. V. Skvortsov, Senior Lecturer of the Department IS&ME, KNRTU, skvorcovs@rambler.ru.
