Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МИНЕРАЛЬНОЙ БАЗАЛЬТОВОЙ ВАТЫ'

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МИНЕРАЛЬНОЙ БАЗАЛЬТОВОЙ ВАТЫ Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
5
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
минеральная вата / базальт / золошлаковые отходы / коэффициент теплопроводности / базальтовые волокна / плазменный реактор. / mineral wool / basalt / ash and slag waste / thermal conductivity coefficient / basalt fibers / plasma reactor.

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы —

Базальтовые волокна представляют собой материал с уникальным сочетанием хороших механических и эксплуатационных свойств при сравнительно недорогой стоимости. Эти свойства базальтовых волокон активно применяются в строительной индустрии для создания волокнистых теплоизоляционных материалов с применением как чистого базальта, так и его смеси с другими материалами. В настоящей статье рассматривается влияние золошлаковых отходов от мусоросжигательных заводов на коэффициент теплопроводности и пригодность смеси базальта с золошлаковыми отходами для производства качественных волокнистых теплоизоляционных материалов. Подготовка расплава осуществлялась в плазменном энергетическом реакторе, с последующим вытягиванием минеральных волокон на оригинальной установке. Полученные минеральные волокна были исследованы с целью определения теплопроводности согласно типовой методике, наряду с теплопроводностью определен элементный состав волокон и их средний диаметр. Дана оценка по изменению исходного состава шихты и минеральных волокон.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы —

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INFLUENCE OF INCINERATION ASH AND SLAG WASTE IMPURITIES ON THERMAL CONDUCTIVITY OF MINERAL BASALT WOOL

Basalt fibers are material with unique combination of good mechanical and operational properties at relatively low cost. These properties of basalt fibers are actively used in construction industry to create fibrous thermal insulation materials using both pure basalt and its mixture with other materials. This article examines the effect of ash and slag waste from waste incineration plants on thermal conductivity coefficient and suitability of mixture of basalt with ash and slag waste for production of high-quality fibrous thermal insulation materials. The melt was prepared in plasma energy reactor, with subsequent drawing of mineral fibers on original installation. Resulting mineral fibers were examined to determine thermal conductivity according to standard technique. The study also determined elemental composition of fibers and their average diameter and assessed change in original composition of charge and mineral fibers.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МИНЕРАЛЬНОЙ БАЗАЛЬТОВОЙ ВАТЫ»

DOI 10.53980/24131997_2024_3_98

С.Ю. Шишулькин2, канд. техн. наук, доц., e-mail: [email protected] И.В. Старинский1, канд. техн. наук, ст. преподаватель, e-mail: [email protected] Ф.Л. Чан1, аспирант, e-mail: [email protected] А.А. Шайдоров2, аспирант, e-mail: [email protected] 1 Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления 2 Бурятский государственный университет им. Д. Банзарова

г. Улан-Удэ

УДК 662.613.1:666.193.2:536.212.3

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ

МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МИНЕРАЛЬНОЙ БАЗАЛЬТОВОЙ ВАТЫ

Базальтовые волокна представляют собой материал с уникальным сочетанием хороших механических и эксплуатационных свойств при сравнительно недорогой стоимости. Эти свойства базальтовых волокон активно применяются в строительной индустрии для создания волокнистых теплоизоляционных материалов с применением как чистого базальта, так и его смеси с другими материалами. В настоящей статье рассматривается влияние золошлаковых отходов от мусоросжигательных заводов на коэффициент теплопроводности и пригодность смеси базальта с золошлаковыми отходами для производства качественных волокнистых теплоизоляционных материалов. Подготовка расплава осуществлялась в плазменном энергетическом реакторе, с последующим вытягиванием минеральных волокон на оригинальной установке. Полученные минеральные волокна были исследованы с целью определения теплопроводности согласно типовой методике, наряду с теплопроводностью определен элементный состав волокон и их средний диаметр. Дана оценка по изменению исходного состава шихты и минеральных волокон.

Ключевые слова: минеральная вата, базальт, золошлаковые отходы, коэффициент теплопроводности, базальтовые волокна, плазменный реактор.

S.Yu. Shishulkin2, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.

I.V. Starinskiy1, Cand. Sc. Engineering, Senior Lecturer Ph.L. Tran1, PG student A.A. Shaidorov2, PG student 1East Siberian State University of Technology and Management 2 Banzarov Buryat State University Ulan-Ude

INFLUENCE OF INCINERATION ASH AND SLAG WASTE IMPURITIES ON THERMAL CONDUCTIVITY OF MINERAL BASALT WOOL

Basalt fibers are material with unique combination of good mechanical and operational properties at relatively low cost. These properties of basalt fibers are actively used in construction industry to create fibrous thermal insulation materials using both pure basalt and its mixture with other materials. This article examines the effect ofash and slag waste from waste incineration plants on thermal conductivity coefficient and suitability of mixture of basalt with ash and slag waste for production of high-quality fibrous thermal insulation materials. The melt was prepared in plasma energy reactor, with subsequent drawing of mineral fibers on original installation. Resulting mineral fibers were examined to determine thermal conductivity according to standard technique. The study also determined elemental composition of fibers and their average diameter and assessed change in original composition of charge and mineral fibers.

Key words: mineral wool, basalt, ash and slag waste, thermal conductivity coefficient, basalt fibers, plasma reactor.

Введение

Одним из аспектов развития современной России и мира является строительство новых промышленных объектов и городов. Строительная индустрия ориентирована на постройку энергоэффективных жилых и производственных объектов, особенно на территориях с низкими температурами окружающей среды, где на первое место выходит снижение потерь тепла [1-3]. Поэтому все чаще используют теплоизоляционные материалы различных конфигураций и составов. Сегодня наиболее распространенным в строительстве из теплоизоляционных материалов является минеральная или каменная вата, полученная из базальтовых пород. Распространенность базальтовых минераловатных утеплителей обусловлена распространенностью базальтовых пород в литосфере Земли. По данным анализа продаж таких материалов до 55 % приходится на минеральную вату, на втором месте полимерная изоляция и вата из стекловолокна [4]. Производство минеральной ваты из базальта связано с большими энергозатратами в пределах 3-5 кВт-ч на 1 кг. В качестве основного агрегата для плавления исходного сырья в минерало-ватном производстве применяют вагранки, в качестве топлива использующих кокс для литейного производства и твердое кусковое минеральное сырье. Предлагаемая плазменная технология получения ваты позволяет снизить энергозатраты в пределах 1,5-2 кВт-ч на 1 кг, также плазменная технология более экологически чистая, так как для производства используется электроэнергия, а не кокс или уголь.

Минеральная вата представляет собой мат из прессованных тонких минеральных волокон, для связки обработанных специальными скрепляющими веществами. По внешнему виду минеральная вата очень схожа с обычной ватой, применяемой в медицине, но более жесткая и упругая. Специалисты строительной области отдают предпочтение минеральной вате как лучшему теплоизоляционному материалу. Обусловлено это прежде всего ее эксплуатационными и монтажными характеристиками, например хорошими теплоизоляционными свойствами, невысокой стоимостью, простотой монтажа, безопасностью для здоровья человека [5].

Минеральная вата, которая применяется в строительстве, разделяется на три типа в соответствии с сырьем, применяемым для ее производства [6] :

1. Каменная, получается плавлением горных пород. Для ее производства используют, как правило, доломит, базальт и известняк. Такая минеральная вата отличается надежностью и долговечностью и, что немаловажно, длительным сроком эксплуатации.

2. Шлаковая вата производится из золошлаковых отходов ТЭС или расплавленного доменного шлака. При создании используются также отходы черных и цветных металлов. В силу особенностей строения данная минеральная вата является не столь долговечной, как каменная, а также теплоизоляционные свойства зависят от климатических зон применения данной ваты.

3. Стеклянная (стекловолоконная) вата производится из стеклянного сырья, доломита, известняка, песка, соды, буры. Стекловата обладает упругостью и памятью формы, повышенной плотностью, имеет немного худшие показатели теплопроводности и паропроницаемости по сравнению каменной (базальтовой) и шлаковой ватами. Тем не менее данная вата активно применяется за счет ее дешевизны.

Применение разного исходного сырья позволяет получить разные по строению ваты, обладающие схожими свойствами, такими как волокнистая структура с множеством воздушных областей между волокнами, что обеспечивает относительно низкую плотность материала и, как следствие, низкий коэффициент теплопроводности.

Теплопроводностью материала называют способность вещества передавать тепло через свой объем от более нагретой стенки к менее нагретой. Данное свойство теплоизоляционных материалов позволяет сохранять тепловую энергию в помещениях. От характеристик теплоизоляционных материалов зависит область их применения. Теплопроводность минеральной ваты

зависит от минералогического состава, плотности и влажности. В среднем плотность минеральной ваты равна 115 кг/м3, водопоглощение - не более 1 % на объем, диаметр минерального волокна - 0,2 мкм.

Целью исследования, отраженного в данной статье, является определение теплофизиче-ских свойств минеральной ваты, полученной из базальтовых пород Енхорского месторождения и золошлаковых отходов мусоросжигательных заводов КНР, обработанных в плазменном реакторе.

Теплопроводность материала характеризуют коэффициентом теплопроводности X, который показывает количество тепла, протекающего за единицу времени через один квадратный меетр поверхности теплоизоляционного материала толщиной в один метр с разностью температуры слоев в один градус, при условии отсутствия потерь тепловой энергии по бокам для обеих поверхностей [7]. Таким образом, чем ниже показатель коэффициента теплопроводности минеральной ваты, тем меньше потери тепла (теплопередачи). Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/м-К.

Коэффициенты теплопроводности трех типов минеральной ваты в зависимости от типа исходного сырья следующие [7]:

-каменная (базальтовая) вата - 0,032-0,046 Вт/м-К;

-шлаковая вата - 0,46-0,48 Вт/м-К;

-стекловолоконная вата - 0,038-0,046 Вт/м-К.

Попадание влаги в минеральную вату приводит к изменению коэффициента теплопроводности, что является большим недостатком. Пример, повышение влажности на 5 % ухудшает теплоизоляционные свойства ваты почти на 50 % [8]. Намокание теплоизоляционных матов, особенно при их промерзании, приводит к их деформации, что снижает эксплуатационные и теплоизоляционные свойства.

Базальтовая каменная вата менее всего подвержена изменению коэффициента теплопроводности при повышенной влажности. Обусловлено это тем, что большая часть влаги испаряется из объема минерального мата за счет высокого уровня паропроницаемости и невысокой гигроскопичности, а не скапливается внутри изделия. Поэтому базальтовая каменная вата чаще применяется для утепления фасадов и кровли зданий, а также при теплоизоляции полов первых этажей жилых и производственных сооружений.

Сравнение реальных коэффициентов теплопроводности различных теплоизоляционных материалов позволяет наглядно получить различные толщины различных теплоизоляторов, необходимого для сохранения тепла [9]:

- кирпич 1460 мм - 0,520 Вт/м-К;

- керамзит 869 мм - 0,170 Вт/м-К;

- стекловолоконная вата 189 мм - 0,044 Вт/м-К;

- каменная (базальтовая) вата 167 мм - 0,046 Вт/м-К.

К стандартной технологии изготовления базальтовой ваты относят способ, при котором исходное сырье (базальт и/или доломит) измельчают, также применяют золошлаковые отходы и другое сырье. Затем измельченное сырье плавят в вагранке, ванной печи или другом плавильном агрегате с получением из расплава нитей, с помощью различных устройств. Полученные нити формуют в теплоизоляционные маты или плиты.

Часто для получения качественных изоляционных материалов готовят шихту. Шихта представляет собой смесь различных материалов в определенных пропорциях. Каждый производитель старается подобрать свой уникальный состав шихты и способ получения из нее теплоизоляционных материалов. Определение оптимального состава шихты производят опытным путем, потому как каждое месторождение, например базальта, имеет свой уникальный состав, который определяет основные характеристики будущей базальтовой ваты. Для соблюдения стандартизованных показателей теплоизоляционных материалов необходимо добавление различных компонентов. Таким образом, шихта может состоять из двух и более компонентов.

Плавление шихты, как отмечалось ранее, происходит в газовых ванных печах, вагранках, газоэлектрических и электрических печах с номинальной температурой плавления сырья 1500 °С. Процесс плавления исходной шихты в вагранках, газовых ванных печах, газоэлектрических и электрических печах является достаточно энергозатратным. Согласно открытым данным, классические типы плавильных агрегатов затрачивают порядка 3-5 кВт-ч на 1 кг расплава.

Материалы и методы исследования

Для минеральной ваты коэффициент теплопроводности определяют согласно методике ГОСТ 7076-99 Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности термического сопротивления при стационарном тепловом режиме [10] на специальной установке - измерителе теплопроводности ИТП-МГ4 «250 ЗОНД».

Установка для определения теплопроводности состоит из [10]:

- теплового блока с двумя металлическими теплообменниками с размером рабочих поверхностей от 200^200 мм, служащих для создания и поддержания заданных температур на противоположных поверхностях образца (рис. 1);

- одного или двух преобразователей теплового потока в зависимости от средней температуры испытания образцов;

- не менее четырех преобразователей с диаметром проволок не более 0,3 мм (по два на каждую поверхность теплообменника) для измерения температуры поверхностей образца;

- блока задания и регулирования температуры теплообменников;

- блока коммутации и измерения сигналов от преобразователей температуры и теплового потока;

- узла зажима образца теплообменниками;

- теплоизоляционного кожуха для устранения теплопотерь через торцевые грани образца.

Погрешность установки должна быть не более 5 %.

Рисунок 1 - Схема теплового блока установки по измерению теплопроводности: 1 - теплоизоляционный кожух; 2 - охранная зона преобразователя теплового потока;

3 - прижимное устройство; 4 - преобразователи температуры; 5 - преобразователи теплового потока;

6, 8 - теплообменники; 7 - образец

В научной лаборатории «Плазменно-энергетических технологий» ФГБОУ ВО «ВСГУТУ» разработана технология [11] по получению минеральной ваты из базальтов и зо-лошлаковых отходов за счет энергии электродуговой низкотемпературной плазмы.

В основе плазменной технологии плавления материалов лежит промышленная установка номинальной производительностью 100 кг/ч, в состав которой входит линия загрузки шихты, источник питания, плазменный энергетический реактор, камеры волокнообразования и вывода минерального мата. Получение расплава с заданными показателями осуществляется в плазмен-

ном энергетическом реакторе трехфазного переменного тока. Диапазон создаваемых температур составляет от 1000 до 2500 °С. Энергозатраты на плавление базальта в, указанном выше реакторе не превышают 2 кВт-ч на 1 кг базальта, что в 2-2,5 раза меньше, чем в традиционных плавильных установках. На рисунке 2 представлены продольный и поперечный разрезы плазменного энергетического реактора. На рисунке 3 представлено фото реактора [11].

Плазменный энергетический реактор представляет собой цилиндрическую камеру, состоящую из водоохлаждающих секций 12. Внутри реактора расположены три графитовых электрода 4 (рис. 1), между которыми горит электрическая дуга. Для образования единого плазменного поля снаружи реактора установлены водоохлаждаемые сериесные обмотки 7. В центре реактора расположен стержневой запирающий электрод 5, который запирает устройство для вывода расплава 10 (летка). Летка устанавливается в центре водоохлаждаемого дна 3, которое обмуровано теплоизоляционном материалом.

Рисунок 2 - Продольный (а) и поперечный (б) разрез плазменного энергетического реактора [11]: 1 - реакционная камера; 2 - водоохлаждаемая крышка; 3 - водоохлаждаемое дно; 4 - стержневые электроды (3 шт.); 5 - стержневой запирающий электрод; 6 - полюсный наконечник; 7 - сериесная обмотка; 8 - источник питания; 9 - дополнительный источник питания для подогрева струи; 10 - устройство для вывода расплава (летка); 11 - футерованное днище камеры; 12 - патрубок в реакционную камеру для подачи сырья;

13 - футеровка

Плазменный энергетический реактор 102

Рисунок 3 -

Эксперименты по получению минеральной ваты из базальта и золошлаковых отходов проводятся в несколько этапов:

1. Подготовка исходного сырья. Взвешивание базальта и золошлака и их перемешивание.

2. Загрузка сырья. Исходная смесь (2/3 части) засыпается в реактор, после чего между электродами засыпается графитовая крошка для образования электрической дуги, проверяется тестером на электросопротивление, после чего засыпается оставшаяся 1/3 часть смеси.

3. Проверка готовности установки. Проводится визуальная проверка системы охлаждения установки и других элементов.

4. Запуск установки. Фазное напряжение 235 В, ток 50 А.

5. Плавление. Плавление производится с увеличением токовой нагрузки до 120-140 А.

6. Отключение реактора.

7. Слив расплава с получением минеральных волокон. Для этого поднимается стержневой запирающий электрод. Расплав вытекает через летку в камеру волокнообразования.

При проведении экспериментов по получению минеральной ваты из шихты базальта Ен-хорского месторождения и золошлаковых отходов мусоросжигательных заводов КНР использовался различный процентный состав: от 10-30 % золы и 90-70 % базальта. Зола представляет собой порошкообразное вещество (рис. 4) со следующим элементным составом (табл. 1).

Рисунок 4 - Порошкообразная зола мусоросжигательных заводов КНР, 40 х

Таблица 1

Элементный состав золошлаковых отходов мусоросжигательного завода

Спектр Элемент

С О № Mg А1 Si Р S С1 К Са ТС Fe Си гп

Спектр 1 20,68 36,41 1,94 1,42 2,16 5,08 0,96 1,79 8,22 2,00 15,99 0,26 1,73 0,50 0,87

Итого: 100,00

На рисунке 5 представлена структура базальта Енхорского месторождения, в таблице 2 приведен элементный состав базальта Енхорского месторождения.

ЗООмкт 1 Электронное изображение 1

Рисунок 5 - Структура базальта Енхорского месторождения Республики Бурятия, 200 х

Таблица 2

Элементный состав базальта Енхорского месторождения

Спектр Элемент

С О № Мй А1 Si Р S К Са ТС Fe Мп

Спектр 1 8,55 50,55 1,69 2,34 5,93 14,96 0,35 0,20 1,31 6,02 0,48 7,39 0,23

Итого: 100,00

Согласно стандартной методике определения теплопроводности материалов [10], для каждого типа ваты отбирали пять образцов произвольным способом из различных областей тестируемого материала и формировали из каждой пробы пластину размером в плане (200±1)х(200±1) мм и толщиной до 20 мм. Подготовленные пластины тестируемого материала взвешивают. Затем просушивают с определением их влажности. Далее образец или рамку с материалом устанавливают вертикально или горизонтально между теплообменниками (рис. 1). При горизонтальном расположении образца тепловой поток направляют сверху вниз. Устанавливают заданные значения температуры теплообменников. При средней температуре испытания образца от -40 до +40 °С перепад температуры на поверхностях высушенного образца должен быть в пределах 10-30 °С, при средней температуре испытания образцов более 40 °С допускается проведение испытаний при перепадах свыше 30 °С. После установления стационарного теплового состояния образца в течение 30 мин проводят последовательно десять измерений термоЭДС-преобразователей теплового потока и температуры. Тепловое состояние образца считают стационарным, если три последовательных измерения термоЭДС от преобразователей теплового потока, производимые через каждые 10 мин, дают отклонения не более 5 % их среднего значения. После окончания измерений образец взвешивают. При изменении массы образца результаты измерений следует отнести к результатам данного взвешивания [10, 12].

Исследование шихты и волокон минеральной ваты, полученной плазменным способом, осуществлялось по указанной выше методике.

Результаты исследования и их обсуждение

Данные по теплопроводности шихты базальта Енхорского месторождения и золошлако-вых отходов мусорожигательных заводов КНР представлены в таблице 3.

Из результатов экспериментов было видно, что с ростом в шихте массового состава зо-лошлаковых отходов мусоросжигательных заводов КНР возрастают теплопроводности минеральной ваты. При содержании золы 10 % и 90 % базальта среднее значение коэффициента теплопроводности составило 0,056 Вт/м-К, а при 30 % золы и 70 % базальта - 0,071 Вт/м-К. При

сравнении результатов экспериментов видно, что теплопроводность полученной минеральной ваты была больше теплопроводности каменной на 0,01 Вт/м-К (0,046 Вт/м-К для каменной ваты и 0,056 Вт/м-К экспериментальные данные), что позволило сделать вывод о принципиальной возможности применения данной минеральной ваты как изоляционного материала в строительстве.

Таблица 3

Данные коэффициента теплопроводности шихты базальта Енхорского месторождения и золошлаковых отходов мусорожигательных заводов КНР

№ Содержание базальта, % Содержание золы, % Коэффициент теплопроводности, Вт/м-К

1 90 10 0,052

2 90 10 0,054

3 90 10 0,058

4 90 10 0,058

5 90 10 0,056

Среднее 90 10 0,056

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6 80 20 0,062

7 80 20 0,062

8 80 20 0,065

9 80 20 0,062

10 80 20 0,063

Среднее 80 20 0,063

11 70 30 0,069

12 70 30 0,070

13 70 30 0,070

15 70 30 0,072

15 70 30 0,070

Среднее 70 30 0,071

В золошлаковых отходах мусоросжигательных заводов содержалось большое количество органических соединений (до 45 %), обусловленных трудностью организации эффективного процесса горения смеси бытовых отходов. Поэтому при плавлении шихты с добавлением золошлаковых отходов наблюдался выход значительного количества газов, что сказывалось на итоговом составе расплава и, как следствие, составе минеральных волокон [13, 14]. Результаты исследования элементного состава минеральных волокон, полученных плазменным способом представлены на рисунке 6 и в таблице 4.

2тт ' Электронное изображение 1

Рисунок 6 - Минеральное волокно, полученное в электромагнитном плазменном реакторе, 30х

Таблица 4

Состав минеральных волокон из шихты базальта Енхорского месторождения и золошлаковых отходов мусоросжигательных завода КНР

Спектр C O Na Mg Al Si K Ca Ti Fe Итог

Спектр 1 - 54,89 3,36 2,93 7,89 21,24 0,97 3,88 0,66 4,17 100,00

Спектр 2 4,12 45,88 2,49 2,57 7,97 23,06 1,57 5,67 1,06 5,61 100,00

Спектр 3 6,16 57,62 3,25 2,62 6,53 16,89 0,79 2,76 0,47 2,90 100,00

Макс. 6,16 57,62 3,36 2,93 7,97 23,06 1,57 5,67 1,06 5,61

Мин. 4,12 45,88 2,49 2,57 6,53 16,89 0,79 2,76 0,47 2,90

Сравнение состава исходного состава и конечного продукта показало снижение углерода, натрия, магния, кальция и хлора. Содержание кремния, алюминия, железа и титана ожидаемо увеличилось. Увеличение в составе минеральных волокон алюмосиликатов способствовало формированию тонких волокон и, как следствие, более низких показателей теплопроводности каменной ваты.

Изучение среднего диаметра минеральных волокон, из которых состоял волокнистый материал, позволило оценить пригодность последнего в качестве теплоизоляционных материалов. Поэтому необходимо было определить средний диаметр волокон. Микроскопический метод анализа образцов позволил определить диаметр волокон с последующим расчетом среднего диаметра [15]:

^ср = д ' Ц, мкм (1)

где д - средний диаметр волокон в делениях окулярного микрометра; Ц - цена деления окулярного микрометра, мкм.

Анализ результатов измерения среднего диаметра волокон показал, что полученные минеральные волокна относятся к тонким и имеют среднее значение диаметра dср 11 мкм.

Заключение

Проведенные исследования теплопроводности минеральных волокон из шихты базальтовой породы Енхорского месторождения и золошлаковых отходов мусоросжигательных заводов различных составов выше теплопроводности каменной ваты на 0,01-0,025 Вт/м-К, но при этом значительно ниже шлаковой ваты в 6-8 раз.

Средний диаметр волокон незначительно отличается в большую сторону от классических размеров каменной ваты, что обусловлено характеристиками волокнообразующего устройства. При использовании стандартных волокнообразующих устройств возможно получение стандартных размеров волокон с нормативными параметрами по теплопроводности.

Плазменный способ получения минеральной ваты из базальта и золошлаковых отходов имеет большое преимущество по сравнению с другими технологиями, так как обладает более низкими энергозатратами (1-2 кВт-ч на 1 кг). В качестве еще одного достоинства плазменной технологии производства минеральной ваты следует отметить, что происходит переработка зо-лошлаковых отходов мусоросжигательных заводов с получением конечного продукта, улучшающего экологические показатели таких предприятий и окружающей среды.

Таким образом, минеральные волокна, полученные из смеси базальта Енхорского месторождения и золошлаковых отходов мусоросжигательных заводов КНР, соответствуют показателям по теплопроводности для минеральных ват и могут быть использованы для производства теплоизоляционных материалов по технологиям, схожими для каменной, шлаковой и стеклово-локонной ваты.

Библиография

1. Buratti C., Moretti E., Belloni E. et al. Thermal and acoustic performance evaluation of new basalt fiber insulation panels for buildings // Energy Procedia. - 2015. - Vol. 78. - Р. 303-308.

2. Luo L., Zhang Q., Wang Q. et al. Effect of the iron reduction index on the mechanical and chemical properties of continuous basalt fiber // Materials. - 2019. - Vol. 12 (15). - Р. 2472.

3. Bauer F., Kempf M., Weiland F. et al. Structure-property relationships of basalt fibers for high performance applications // Composites Part B: Engineering. - 2018 - Vol. 145 - P. 121-128.

4. Маркетинговое агентство ABARUS. Рыночные исследования. Российский рынок минеральной (каменной) ваты в середине 2023 года. - URL: http://www.abarus.ru/cnt/complete/rawmaterials/StroitMaterials/ (дата обращения 20.12.2023). - Текст: электронный.

5. Сравнение основных характеристик различных утеплителей: теплопроводности и плотности, гигроскопичности и толщины. - URL: http://dymohod-msk.ru/teploprovodnost-uteplitelej/ (дата обращения 01.08.2024). - Текст: электронный.

6. ГОСТ 31913-2011 Материалы и изделия теплоизоляционные. Термины и определения. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200101310 (дата обращения 01.08.2024). - Текст: электронный.

7. Теплопроводность минеральной ваты. - URL: https://stroy-podskazka.ru/uteplenie/mineralnaya-vata/teploprovodnost/ (дата обращения 01.08.2024). - Текст: электронный.

8. Цветков, Ф.Ф. Тепломассообмен. - М.: Изд-во МЭИ, 2011. - 562 c.

9. Сравнение основных характеристик различных утеплителей: теплопроводности и плотности, гигроскопичности и толщины. - URL: https://eco-kotly.ru/sravnenie-uteplitelej-svojstva-i-tablica-teploprovodnosti/ (дата обращения 24.12.2023). - Текст: электронный.

10. ГОСТ 7076-99 Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200005006 (дата обращения 07.08.2024). - Текст: электронный.

11. Патент RU 2764506. Плазменный способ получения минеральной ваты из золошлаковых отходов мусоросжигательных заводов и установка для его осуществления / Буянтуев С.Л., Шишулькин С.Ю., Малых А.В., Иванов А.А., Педынин В.В. Патентообладатели: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления». - Заявл. 03.11.2020; опубл. 18.01.2022.

- Бюл. № 2.

12. Танганов Б.Б., Багаева Т.В., Бубеева И.А. и др. Чувствительная установка для измерения теплопроводности строительных и сыпучих материалов, тары и упаковок // Вестник БГУ. - 2012. - № 3.

- С.131-134.

13. Чан Ф.Л., Буянтуев С.Л., Шишулькин С.Ю. и др. Исследование минеральных волокон, полученных путем смешения базальта и золошлаковой смеси с помощью электромагнитного технологического реактора // Вестник ВСГУТУ. - 2023. - № 1 (88). - С. 95-102.

14. Чан Ф.Л., Буянтуев С.Л., Шишулькин С.Ю. и др. Влияние примеси золошлаковых отходов на плавление базальтовошлаковой смеси // Вестник ВСГУТУ. - 2023. - № 3 (90). - С. 83-90.

15. Буянтуев С.Л., Урханова Л.А., Кондратенко А.С. и др. Исследование свойств базальтоволокнистых полужестких плит, полученных с помощью электромагнитного технологического реактора // Вестник ВСГУТУ. - 2015. - № 1 (52). - С. 44-51.

Bibliography

1. Buratti C., Moretti E., Belloni E. andAgosti F. Thermal and acoustic performance evaluation of new basalt fiber insulation panels for buildings // Energy Procedia - 2015. - Vol. 78. - Р. 303-308.

2. Luo L., Zhang Q., Wang Q. et al. Effect of the iron reduction index on the mechanical and chemical properties of continuous basalt fiber // Materials. - 2019. - Vol. 12 (15). - Р. 2472.

3. Bauer F., Kempf M., Weiland F. et al. Structure-property relationships of basalt fibers for high performance applications // Composites Part B: Engineering. - 2018 - Vol. 145 - P. 121-128.

4. Marketing agency ABARUS. Market research. Russian market of mineral (stone) wool in middle of 2023. - URL: http://www.abarus.ru/cnt/complete/rawmaterials/StroitMaterials/ (date of access 12/20/2023). -Text: electronic.

5. Comparison of the main characteristics of various insulation materials: thermal conductivity and density, hygroscopicity and thickness. - URL: http://dymohod-msk.ru/teploprovodnost-uteplitelej/ (access date 01.08.2024). - Text: electronic.

6. GOST 31913-2011. Thermal insulation materials and products. Terms and definitions. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200101310 (access date 01.08.2024). - Text: electronic.

7. Thermal conductivity of mineral wool. - URL: https://stroy-podskazka.ru/uteplenie/mineralnaya-vata/teploprovodnost/ (access date 01.08.2024). - Text: electronic.

8. Tsvetkov, F.F. Heat and mass transfer. - M.: MEI Publishing House, 2011. - 562 p.

9. Comparison of the main characteristics of various insulation materials: thermal conductivity and density, hygroscopicity and thickness. - URL: https://eco-kotly.ru/sravnenie-uteplitelej-svojstva-i-tablica-teploprovodnosti/ (access date 12.24.2023). - Text: electronic.

10.GOST 7076-99. Construction materials and products. Method for determining thermal conductivity of thermal resistance under steady-state thermal conditions. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200005006 (access date 07.08.2024). - Text: electronic.

11. Patent RU 2764506. Plasma method for producing mineral wool from ash and slag waste of waste incineration plants and an installation for its implementation / Buyantuev S.L., Shishulkin S.Yu., Malykh A.V., Ivanov A.A., Pedynin V.V. Patent Holders: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "East Siberian State University of Technology and Management". -Applied 03.11.2020; published 18.01.2022.

- Bulletin N 2.

12. Tanganov B.B., Bagaeva T.V., Bubeeva I.A. et al. Sensitive installation for measuring thermal conductivity of building and bulk materials, containers and packages // Bulletin of BSU. - 2012. - N 3. - P. 131-134.

13. Tran Ph.L., Buyantuev S.L., Shishulkin S.Yu. et al. The study of mineral fibers produced from a mixture of Chinese ash and basalt using an electromagnetic technological reactor // ESSUTM Bulletin. - 2023.

- N 1 (88). - P. 95-102.

14. Tran Ph.L., Buyantuev S.L., Shishulkin S.Yu. et al. Influence of additive ash and slag waste on the melting of a basalt-slag mixture // ESSUTM Bulletin - 2023. - N 3 (90). - P. 83-90.

15. Buyantuev S.L., Urkhanova L.A., Kondratenko A.S. et al. Investigation of basalt fibrous semi-rigid slabs obtained by electromagnetic process reactors // ESSUTM Bulletin. - 2015. - N 1 (52). - P. 44-51.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.