CC BY
23
УДК 666.263.2
ВОЗМОЖНОСТЬ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА В ВИДЕ ГРАНУЛ НА ОСНОВЕ ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩИХ ПОРОД РЕСПУБЛИКИ ТЫВА ОДНОСТАДИЙНЫМ СПОСОБОМ ТЕРМООБРАБОТКИ
Саая Б.О., Саая С. С.
Томский политехнический университет, Томск Тувинский государственный университет, Кызыл
THE POSSIBILITY OF OBTAINING POROUS HEAT-INSULATING MATERIAL IN THE FORM OF GRANULES ON THE BASIS OF ZEOLITE ROCKS IN REPUBLIC OF TUVA WITH SINGLE-STAGE METHOD OF HEAT TREATMENT
Saaya B.O., Saaya S.S.
TomskPolytechnicUniversity, Tomsk TuvanstateUniversity, Kyzyl
На основе цеолитсодержащей породы Республики Тыва с добавлением кальцинированной соды понижающий температуры плавления ЦСП и газообразователяполучен гранулированный пористый заполнитель. Применен одностадийный способ термообработки.
Ключевые слова: цеолитсодержащая порода, измельчение, вспенивание, пористый заполнитель, насыпная плотность, водопоглощение.
Based on zeolite-containing rocks of the Republic of Tuva with the addition of soda ash decreasing the melting temperature TSSP, and the blowing agent granulated porous filler is obtained. One-step method of heat treatment is applied.
Key words: zeolit, crushing, swelling, porous aggregates, bulk density, water absorption.
Согласно требованиям СНиП сопротивление теплопередаче стен для средней полосы России, Сибири и Дальнем Востоке должно быть в среднем не менее 3,0-3,75м2'°С/Вт, что соответствует примерно 1м толщины кирпичной стены. Для снижения расхода на строительные материалы и нагрузки на основания фундаментов следует применять эффективные теплоизоляционные материалы в ограждающих конструкциях.
В настоящее время производиться большое количество теплоизоляционных материалов: минеральная вата, ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), пенопласт, керамзит, пеностекло.
Вышеуказанные виды теплоизоляционных материалов, кроме пеностекла, имеют ограниченный срок службы, высокое водопоглощение, а также неустойчивость к воздействию кислот и щелочей. Наиболее эффективным является пеностекло, сочетающий в себе такие свойства как, низкая теплопроводность (0,03-0,05Вт/(м'К)), высокая стойкость к воде, кислотам, щелочам, негорючесть и долговечность, присущий к стеклу. Следует отметить, что пеностекло обладает такими важными свойствами как экологичность и пожаробезопасность.
Разновидность форм и простота обработки пеностекла позволяет применить его не только в изоляции конструкций стен, кровли и полов зданий и сооружений, а
также для изоляции холодильников, кораблей и морских нефтяных терминалов, где имеются жесткие требования к пожаробезопасности и т.д. [1].
Производства пеностекла является сложным и энергозатратным процессом и выполняется двухстадийным способом, который независимо от вида и метода их получения включает в себя следующие технологические операции: подготовка сырьевых материалов - порошка, получение промежуточного материала -стеклогранулята (фриттирование - первичный обжиг), получение газообразующей смеси, вспенивание (первичный обжиг) и отжиг.
Исследования показали, что предварительная термообработка - получение стеклогранулята, позволяет снизить температуры вспенивания газообразующей смеси до 750°С с ведением в состав порошка кальцинированной соды. Полученный стеклогранулят имеет аморфно-кристаллическую структуру с содержанием стеклофазы. Установлено, что чем меньше количества кристаллической фазы, тем лучше переход смеси в пиропластичное состояние.
Пеностекло выпускается в виде плит, блоков и гранул. Гранулированное пеностекло изготавливают из шихты, которые гранулируются в тарельчатых и барабанных грануляторах с добавлением связующего. После сушки гранулы вспенивают во вращающейся печи.
Гранулированное пеностекло с высокими эксплуатационными свойствами позволяет применить в качестве легкого заполнителя для тяжелых бетонов и засыпного утеплителя для чердачных перекрытий и полов.
В настоящее время одним из главных проблем для производства пеностекла, в том числе и гранулированного, является ограниченность сырьевой базы. Исследование местной минеральной базы, как дешевого сырья для производства пеностекольных теплоизоляционных материалов, возможно, приведет к решению данной проблемы.
Для создания пористой структуры пеностекольных теплоизоляционных материалов решающую роль играет количество щелочных оксидов (К2О и N820), которые очень важно для образования жидкой фазы (плавень). Выбор сырьевого материала с содержанием щелочных оксидов более 5%, привело к применению цеолитсодержащих пород (ЦСП) Республики Тыва, позволяющие расширить использование местной сырьевой базы.
В данной работе рассмотрена возможность получение одностадийным способом пористого заполнителя, которое является аналогом гранулированного пеностекла, на основе ЦСП месторождения Каменное.
При выполнении работы поставлены следующие задачи: получить пористый заполнитель насыпной плотностью не более 350-400кг/м3; водопоглощением не более 5%; температурой вспенивания не более 850°С; прочностью при сжатии не менее 1,0 МПа.
Одностадийный способ получения пористого заполнителя значительно уменьшает затраты на электроэнергию, что позволяет снизить себестоимость готового материала.
ЦСП месторождения Каменное расположена в 30км от г. Кызыла в юго-западном направлении и представлена песчаником красно-коричневого цвета с
мелкокристаллической структурой. Средняя насыпная масса песчаной фракции (до 3мм) составляет 1540-1650кг/м3, а механическая прочность при сжатии - 28-32МПа. Минеральный состав ЦСП, по данным рентгенофазового анализа, представлен клиноптилолитом, монтмориллонитом, кварцем, ортоклазом. При этом содержание основных минералов породы следующее: цеолита - 16-20%, монтмориллонита - 810%, кварца - 22-26%, ортоклаза - 32-37%, гидроксидов железа - 6-7% [2].
Выявлено, что вспучивание ЦСП происходит при температуре 1100-1200°С, и при добавлении плавни возможно снижение температуры вспучивания до 700-850 °С [3].
В работе также рассмотрено влияние тонкости помола на температуру вспенивания и свойства полученного заполнителя.
Анализ химического состава ЦСП месторождения Каменное показывает, что наряду с высоким содержанием железистых соединений и щелочно-земельных элементов (СаО и МgО более 6%) в значительном количестве присутствуют щелочные оксиды (К2О и Na20), что очень важно для спекания массы. Химический состав компонентов шихты представлен в таблице №1.
Таблица 1
Химический состав ЦСП
Массовое содержание, % Si02 АЪ0э ТЮ2 Fe20з Ca0 Mg0 ^0 60,43 11,64 0,40 6,12 5,45 1,92 2,49
- - - - 53,0 - -
Материал
ЦСП
Известняк хайыраканский Кальцинированная сода
Na20 1,99
56,2
П.п.п. 10,478
46,0 43,8
Работа выполнена по методике аналогичной при производстве гранулированного пеностекла. ЦСП предварительно измельчалась в щековой дробилке до размеров частиц 5мм, подвергались тонкому помолу в шаровой мельнице в течение 2, 4 и 6 часов. Измельченная ЦСП смешивали плавнем и газообразователем. Затем из газообразующей смеси с добавлением воды формовали гранулы на тарельчатом грануляторе. Полученные гранулы после сушки подвергались вспениванию в различных температурах с изометрической выдержкой 15 минут. Далее проводились испытания по определению физико-механических свойств полученных образцов, согласно ГОСТу 9758-86. Технологическая схема производства пористого заполнителя представлена на рис. 1.
Сырьевой состав газообразующей смеси представлен в таблице 2.
Таблица 2
Сырьевой состав газообразующей смеси Сырьевые материалы Процентное соотношение компонентов, %
ЦСП 80
Кальцинированная сода 20
Известняк Хайыраканский 5
Рис. 1. Технологическая схема производства
В качестве плавни, понижающего температуру плавления ЦСП, использована кальцинированная сода в количестве 20 % от массы ЦСП. Увеличение содержания кальцинированной соды нецелесообразно, т.к. повышается себестоимость конечной продукции.
Использованная в качестве газообразователя Хайыраканский известняк имеет плотную кристаллическую структуру и среднюю плотность в пределах 2240-2620 кг/м3. Предел прочности при сжатии составляет 460-710 кг/см2 [4].
Результаты испытания по определению физико-механических свойств пористого заполнителя представлены в таблице 3.
Таблица 3
Свойства пористого заполнителя и продолжительность помола, час
Температура вспенивания, °С Насыпная плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Водопоглощение, %
2 4 6 2 4 6 2 4 6
700 396 416 499 0,8 0,9 1,0 39,1 32,1 27,8
750 336 373 221 0,9 1,0 0,7 31,5 27,6 59,1
800 367 414 258 1,2 1,3 1,1 39,4 52,6 46,9
Из таблицы 3 видно, что наименьшую насыпную плотность имеют образцы вспененные при температуре 750°С, где тонкий помол производился в течении 6 часов. Водопоглощение данных образцов имеет наибольшее значение - 59,1 %, по сравнению с остальными образцами. Увеличение водопоглощения данных образцов связано, с тем, что при 6 часовом помоле удельная поверхность порошка ЦСП
увеличивается, и соответственно чем она больше, тем ниже температура спекания газообразующей смеси. В связи с этим на поверхности гранул имеются много открытых пор, а толщина межпоровых перегородок уменьшается. Эти изменения способствуют уменьшению прочности при сжатии гранул.
Образцы вспененные при температуре 750°С имеют меньшее водопоглощение, за счет наличия закрытых пор, чем остальные образцы. Насыпная плотность этих образцов находится в пределах 336-221кг/м3.
Существенное влияние на свойства готовых гранул оказывает температура вспенивания. Вспенивание гранул при температуре 800°С приводит к увеличению насыпной плотности и водопоглощения, за счет выхода газа выделяемого известняком за пределы образцов, что привело к уплотнению гранул.
Гранулы вспененные при температуре 700°С имеют водопоглощение до 39,1% и насыпную плотность до 500кг/м3. При температуре 700°С из-за не достаточного образования количества стеклофазы (расплавление ЦСП) вспучивание гранул не наблюдается.
Все полученные образы имеют прочность при сжатии менее 1,3МПа. Меньшая прочность при сжатии гранул связана с тем, что при спекании сырьевой смеси образовались недостаточные количества стеклофазы. Для образования достаточного количества стеклофазы (не менее 70%) требуется предварительное фриттование порошка из ЦСП.
При получении одностадийным методом пористого заполнителя на основе ЦСП месторождения Каменное необходимо в состав шихты вести 20% плавни и 5% газообразователя. Для получения пористой структуры гранул с меньшими значениями водопоглощения и насыпной плотности необходимо произвести вспенивание при температуре 750°С с изометрической выдержкой 15 минут. Оптимальное время тонкого помола ЦСП является 4 часа, дальнейшее увеличение времени помола приводит к ухудшению физических свойств готового пористого заполнителя.
Библиографический список
1. Маневич В.Е., Субботин К.Ю. Пеностекло и проблемы энергосбережения // Стекло и керамика. - 2008. - № 2. - С. 3-6.
2. Кучерова Э.А., Сат Д.Х., Кара-сал Б.К.. Цеолитсодержащая порода -полуфункциональная добавка для производства керамических стеновых материалов // Строительство. - 2011. - №8-9. - С. 21-26.
3. Верещагин В.И., Соколова С.Н. Влияние технологических параметров на свойства гранулированного пористого стеклокристаллического материала на основе цеолитсодержащих пород // Стекло и керамика. - 2009. - № 2. - С. 6-9.
4. Кара-сал Б.К. Минеральное сырье Тувы для производства строительных материалов. Монография. - Кызыл: Ред.-издат. Отдела ТывГУ. - 2009. - 169 С.
Bibliograficheskij spisok
1. Manevich V. E., Subbotin Y. K. Foam glass and energy-saving problem // Glass and ceramics. - 2008. - No. 2. - P. 3-6.
2. Kucherov E. A., Sat D.H., Kara-Sal B.K. Zeolite - containing rocks- polyfunctionally additive for the production of ceramic wall materials // Construction. - 2011. - No. 8-9. - P. 21-26.
3. Vereshchagin V.I., Sokolov S.N. The influence of technological parameters on the properties of granulated porous glass-ceramic material based on zeolite-containing rocks // Glass and ceramics. - 2009. - No. 2. - P. 6-9.
4. Kara-Sal B. K. Mineral resources of Tuva for the production of building materials. Monograph. - Kyzyl: Ed.-publishing. Department Of TuvSU. - 2009. - 169 р.
СааяБуянОюн-оолович- соискательТомскогополитехническогоуниверситета, e-mail: saaya-buyan@yandex.ru,
Саая Светлана Сергеевна-кандидат технических наук, доцент, Тувинский государственный университет
Saaya Buyan - the applicant of Tomsk Polytechnic University, e-mail: saaya-buyan@yandex.ru
Saaya Svetlana - Ph.D., Associate Professor, Tuvan State University
УДК 666.715
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ФОРМОВАНИЯ НА ОБЪЕМНОЕ ОКРАШИВАНИЕ
КЕРАМИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ МАРГАНЕЦСОДЕРЖАЩИМ КОМПОНЕНТОМ
Столбоушкин А.Ю., Акст Д.В., Фомина О.А., Иванов А.И.
Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк
INFLUENCE OF MOLDING METHODS ON VOLUME COLOURING OF CERAMIC SAMPLES BY MANGANESE CONTAINING COMPONENTS
Stolboushkin A.Yu., AkstD.V., Fomina O.A., IvanovA.I.
SiberianStateindustrialUniversity, Novokuznetsk
Представлены результаты исследований по объемному окрашиванию керамических образцов на примере суглинков сибирского региона. Выявлены различия в степени влияния красящего компонента на насыщенность и равномерность окраски в зависимости от пластического или полусухого способа формования изделий. Установлена зависимость физико-механических свойств керамических образцов от количества марганецсодержащей добавки в составе шихты.
Ключевые слова: керамический образец, объемное окрашивание, полусухое прессование, пластическое формование, марганецсодержащий компонент.
The study results of volume colouring of ceramic samples by the example of loams from the Siberian region are presented. The differences in the degree of influence of a colouring component on the colour intensity and uniformity in dependence on plastic or semi-dry method of molding are revealed. The dependence of physical and mechanical properties of ceramic samples on the quantity of manganese-containing additive in the batch composition is established.
Key words:ceramic sample, volume colouring, semi-dry molding, plastic molding, manganese-containing component.
На современном этапе развития строительной индустрии, характеризующимся информатизацией средств производства, определяющими факторами являются возрастающие требования к качеству и внешнему виду готовой продукции. На фоне сокращения запасов кондиционного природного сырья одним из основных прогнозных
