Розділ 2. Розробка технологічних основ отримання штучного пористого заповнювача
із гідросилікатів
Постановка задачі даного розділу направлена на розробку технологічних основ
отримання економічно дешевого, екологічно чистого штучного пористого
заповнювача із гідросилікатів для використання в будівництві, при виконанні
таких умов:
наявність сировини в Україні, причому з максимально можливим розміщенням її по
регіонах;
низька вартість сировини з врахуванням витрат на доставку;
мінімальні енергетичні витрати при виробництві пористого заповнювача;
можливість практичного використання отриманого заповнювача як без, так і у
сумісництві з різними технологічними матеріалами.
2.1 Технологічні засади отримання сиоліту
Серед сировинних матеріалів, які найбільш підходять для виробництва штучних
пористих заповнювачів, є неорганічні полімери – водорозчинні силікати
(гідросилікати). До них відносяться і водорозчинні силікати лужних металів.
Одним з таких неорганічних полімерів є склоподібний силікат натрію з змінним
складом SiO2 і Na2O – гідросилікат натрію.
Одержання гідросилікату натрію зв'язане з використанням розповсюдженої на
Україні сировини - кремнезему (в Україні більше ніж в 12 регіонах в наявності
32 розвіданих родовищ, в яких присутній аморфний кремнезем). Гідросилікат
натрію нетоксичний, негорючий і при нагріві до відносно високих температур не
виділяє будь-яких шкідливих речовин.
Наявність природної сировини, яка включає кремнезем, в багатьох регіонах
України; невисока її вартість; можливість реалізації екологічно чистої і
безвідходної технології отримання нетоксичного і негорючого матеріалу; досвід
досліджень в плані отримання на основі порід, які мають в складі кремнезем,
різних матеріалів при температурах на 450-500 °С нижче, ніж при виробництві
традиційними методами; можливість утворення водостійких з‘єднань алюмосилікатів
в лужних розчинах; твердження, що суміш розчину силікату натрію і доля
колоїдного кремнезему в співвідношенні SiO2 : Nа2O = 10:1 при 150 °С
перетворюється в прозоре водостійке покриття. Перераховані висновки є основними
факторами спроби реалізації задачі: розробити технологічні основи отримання
гідросилікату для виробництва штучних пористих заповнювачів.
Вважається, що гідросилікати задовольняють основним вимогам поставлених задач
розділу, але, по перше, при виробництві рідкого скла процес розчину кремнезему
потребує достатньо енерговитрат і технічно складний, по друге, при виробництві
випалювальних виробів із гідросилікатів необхідна термообробка при 650-700°С.
Разом з тим відомо, що в природних умовах в результаті низькотемпературних
гідротермальних реакцій утворюються атмосферостійкі гідроалюмосилікати –
цеоліти, слюди і т.д. Ці факти стали основою для синтезу природного аналогу
шляхом гідратації лужних і лужноземельних систем при частковому заміщенні лугів
гідроксилами.
На основі вищеописаного ЗАТ «КСВ» (м. Київ) зроблена успішна спроба синтезувати
низьководний силікат натрію з кремнеземистим модулем mі3,0, що одержав назву –
матеріал силікатний колоїдний (КСВ-глиба) або сиоліт [99, 101]. Матеріал
захищений Євразійським патентом № 000616 “Строительный теплоизоляционный
материал”
У якості вихідних матеріалів використовується натр технічний їдкий (водний
розчин каустичної соди 42 - 48% концентрації) і трепел (для дослідів -
Коноплянського родовища Кіровоградської обл.) – порода з вмістом до 75 %
аморфного кремнезему (опала – SiO2 mH2O) у виді часток сферичної форми розміром
8-12 мкм, іноді 15-20 мкм, зцементованих тонким шаром (1-2 мкм) глинистої
речовини, переважно, каолініту. Крім того, у трепелі присутні уламки кварцу
розміром до 200 мкм у кількості близько 15% і незначна кількість магнетиту.
Хімічний склад трепелу характеризується: SiО2 – 79...85%, Al2O3– 5...6,7%,
Fe2O3– 2,3...3,7%, СаО+MgO - 1,5...4,5%.
Дослідження сиоліту проводились за замовленням ЗАТ „КСВ” сумісно Інститутом
проблем матеріалознавства НАН України та Інститутом газу НАН України.
Методами досліджень були: рентгенодифракційний (на установці типу ДРОН-0,5) і
петрографічний (імерсійний метод з використанням оптичного мікроскопу МІН-8 та
стандартного набору імерсійних рідин ІР-1) аналіз.
Одержання сиоліту здійснюється, як і у відомому [100] мокрому способі
виробництва рідкого скла, при інтенсивному перемішуванні трепелу з технічним
їдким натрієм (водний розчин каустичної соди 42-48 % концентрації) при
температурі 80 - 90°С на протязі 15 хв. Далі проходить процес охолодження. У
результаті взаємодії аморфного кремнезему з лугом утворюється напівпродукт у
вигляді монолітної гомогенної твердої маси маслинового кольору густиною
1450-1700 кг/м3, вологістю 35 - 42%, що містить у собі кристалогідрати типу
Na2OЧmSiО2ЧnН2O. В сиоліті присутня також незначна кількість непрореагованих
частинок трепелу розміром 0,5 - 2 мм.
Щодо вологості: дослідженнями визначено, що в складі сиоліту 80 % води
знаходиться в сорбованому стані, 19 % - хімічно зв’язана вода
(кристалогідратна), 1% - механічно включена.
Сиоліт являє собою ламку масу, що легко подрібнюється, плавиться навіть при
адсорбції вологи повітря.
Розрізняють два етапи розм'якшення: умовне і фактичне плавлення. Умовне
плавлення обумовлене адсорбцією вологи повітря. Фактичне плавлення зв'язане з
нагрівом сиоліту.
Для контролю розм‘якшення і спучування зразка при його нагріві було виготовлено
прилад. Схема приладу представлена на рис.2.1. Для фіксації величини (степені)
розм‘якшення зразків і процесу спучування вага штока індикатора була зменшена
до 1...2 г.
Нагрів зразка сиоліту відбувавсь з швидкістю 7-10 °С/хв.
При нагріві зразка діаме
- Киев+380960830922