In this work gives the analysis of suitability of use of by-product processing aluminum for manufacture of heat-insulating material construction purpose

Azzam, Rafig

Fernández-Steeger, Tomás Manuel

Golz, N.

Kempka, Thomas

Kunz, E.

Schlüter, Ralf

Душкина, Мария Алексеевна

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

XII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Россия, Томск, 21– 24 Апреля 2015 г.       ХИМИЯ  374 ОЦЕНКА ПРИГОДНОСТИ СИШТОФА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКОЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ М.А. Душкина Научный руководитель: профессор, д.т.н. О.В. Казьмина  Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, 634050 E-mail: dushkinama@tpu.ru   ASSESSMENT OF SUITABILITY OF SI-STOFF FOR FOAM GLASS PRODUCTION  М.А. Dushkina Scientific adviser: professor, DPil O.V. Kazmina Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk, Lenin str., 30, 634050 E-mail: dushkinama@tpu.ru  Annotation. In this work gives the analysis of suitability of use of by-product processing aluminum for manufacture of heat-insulating material construction purpose.   В настоящее время наблюдается тенденция к комплексному безотходному использованию природных минеральных ресурсов. Наряду с разработкой и внедрением эффективных способов обогащения минерального сырья большое внимание уделяется поиску возможных путей использования и утилизации побочных продуктов и отходов обогащения. Одним из таких материалов является сиштоф — побочный продукт кислотной переработки алюминий-содержащего сырья (нефелин, бокситы). В зависимости от перерабатываемой породы химический состав сиштофа несколько отличается, но является  высококремнеземистым с содержанием аморфного SiO2 более 75 %. Сиштоф характеризуется большой дисперсностью и реакционной способностью, что делает перспективным его применение в производстве строительных силикатных материалов [1-2].  Целью настоящего исследования — оценить пригодность сиштофа в качестве основного сырья для получения пеностекольного материала по низкотемпературной технологии при температурах, не превышающих 900 ºС. Согласно данной технологии материал получается через две стадии. На первом этапе синтезируется  гранулят, представляющий собой стеклообразный продукт с содержанием остаточной кристаллической фазы не более 25 %. На второй стадии готовиться пенообразующая смесь с последующим ее вспениванием и получением пеноматериала [3]. Ранее было установлено, что для синтеза гранулята пригодными являются различные кремнеземистые материалы природного и техногенного происхождения, например, такие как диатомит, опока, маршалит, микрокремнезем и др [4]. Учитывая высокую активность сиштофа, обусловленную наличием аморфного SiO2, частицы которого характеризуются большой дисперсностью, и высокое содержание SiO2, можно предположить, что данный материал возможно использовать в производстве пеностекла. Однако наряду с этими факторами, на процесс получения пеноматериала оказывает влияние состав исходной шихты, присутствие примесей XII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Россия, Томск, 21– 24 Апреля 2015 г.       ХИМИЯ  375 окислительного и восстановительного характера, вязкость расплава. Поэтому оценка пригодности сиштофа проводилась предварительно по расчетным данным с последующей экспериментальной проверкой. В работе исследован сиштоф со следующими характеристиками. Химический состав материала на 90% представлен оксидом кремния с незначительными примесями оксидов алюминия, железа и титана (таб. 1). Фазовый состав сиштофа на 80 % состоит из аморфной составляющей и 20 % кристаллической фазы в виде кварца. По гранулометрическому составу материал является тонкодисперсным. Согласно данным лазерного дисперсионного анализа исследуемый сиштоф на 100 % состоит из частиц диаметром до 100 мкм. Данные показатели являются благоприятной предпосылкой для никзотемпературного синтеза стеклогранулята.  Таблица 1. Химический состав сиштофа Содержание оксидов, мас.% SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO ППП 90,5 2,2 0,2 0,7 0,1 3,7  Проведенные с использованием трехкомпонентной системы Na2O – CaO – SiO2 расчеты, позволили выбрать составы стекол, подходящие для синтеза низкотемпературного гранулята (таб. 2). Для данных стекол рассчитаны составы шихт, использованные в работе. Таблица 2. Граничные составы стекла Состав стекла, мас.% Na2O CaO SiO2 Обозначение шихты 16 11 73 ШС-1 21 5 74 ШС-2  В качестве компонентов шихты, помимо сиштофа как основного стеклообразователя, для введения щелочных и щелочно-земельных оксидов использовали соду и доломит. Как показал термический анализ шихт (рис. 1), основные реакции силикатообразования заканчиваются при температурах до 800 ºС, о чем свидетельствует выход термогравиметрической кривой на горизонталь при 760 ºС. 76.9°C105.7J/g 702.7°C648.0°C203.5J/g648.7°C1.451µV·min/mg88.3°C75.8°C0.911µV·min/mg0.1530mg0.4595mg0.2859mg0.4074mg1.196mg1.698mgОстаток:14.10mg(77.02%)757.8°C570.1°C127.2°C63.7°C255.4°C-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1Разность температур (µV/mg)-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0Тепловой поток (W/g)14.014.515.015.516.016.517.017.518.018.5Вес (mg)0 200 400 600 800 1000Температура (°C)Экзо вверх 675.°C630.4°C140.9J/g73.7°C108.4J/g87.2°C72.4°C1.046µV·min/mg631.4°C1.022µV·min/mg570.1°C249.3°C505.5°C751.7°C776.9°C0.1990mg0.3009mg0.2592mg0.3707mg0.9318mg0.5751mg0.4547mg40.5°C127.2°CОстаток:10.75mg(77.75%)-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1Разность температур (µV/mg)-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0Тепловой поток (W/g)10.511.011.512.012.513.013.514.0Вес (mg)0 200 400 600 800 1000Температура (°C)Экзо вверх а) б) Рис. 1. TG, DTA, DTG кривые сырьевых шихт: а) ШС-1; б) ШС-2 XII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» Россия, Томск, 21– 24 Апреля 2015 г.       ХИМИЯ  376 Подготовленные шихты уплотнялись методом полусухого прессования и подвергались термической обработке при различных температурах. Анализ рентгенограмм синтезированного гранулята показал, что при температурах 900 ºС для шихты ШС-1 и при 830 ºС для шихты ШС-2 получается стеклогранулят с содержанием стеклофазы в количестве 90 и 95 % соответственно. Это является достаточным количеством для получения пеноматериала. Стеклогранулят измельчали до удельной поверхности 6000 см2/гр и готовили пенообразующую смесь с использованием сажи в количестве 0,5 мас.%. Гранулы пенообразующей смеси, полученные с использованием воды в качестве связки подвергали вспениванию в температурном диапазоне 800 – 850ºС при изотермической выдержке 10-15 минут. Анализ структуры получаемых гранул показал необходимость введения дополнительного окислителя в виде сульфат иона для более активного протекания процессов вспенивания, которые схематично можно представить уравнением: стеклоSO3+2C → стеклоS2-+CO+CO2 Указанные условия позволили получить пеноматериал с плотностью 250-300 кг/ м3, с водопоглощением 2-2,5 %, теплопроводностью 0,08-0,09 Вт/(м·К) и прочностью не менее 2 МПа, что указывает на возможность применения материала как теплоизоляционного. Выполненные исследования показали принципиальную возможность использования сиштофа в качестве основного кремнеземистого компонента шихты для получения низкотемпературного гранулята, с содержанием стеклофазы порядка 90 % при температурах не превышающих 900 ºС. Данный гранулят пригоден для получения качественного пеноматериала при условии корректировки пенообразующей смеси компонентом, содержащим сульфат-ион. Комплексный термический анализ и определение гранулометрического состава проведены на оборудовании ЦНИО (ТПУ).  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ  1. Лайнер Ю.А. Комплексная переработка алюминий-содержащего сырья кислотными способами — М.: «Наука», 1982. — 208 c. 2. Cуворова О.В., Манакова Н.К. Утилизация горнопромышленных отходов Кольского полуострова с получением гранулированного пористого материала.  // Экология промышленного производства. ‒ 2014. Т.1. ‒ С. 2–5. 3. Казьмина О.В., Верещагин В. И., Семухин Б.С., Абияка А.Н. Низкотемпературный синтез стеклогранулята из шихт на основе кремнеземсодержащих компонентов для получения пеноматериалов // Стекло и керамика. ‒ 2009. ‒ № 10. ‒ С. 5–8. 4. Казьмина О.В., Верещагин В. И., Абияка А.Н. Пеностеклокристаллические материалы на основе природного и техногенного сырья. Изд-во Томского политехнического университета. ‒ 2014. ‒ 246 с.  

Оценка пригодности сиштофа для получения пеностекольных материалов

RWTH Publications

A combined approach for in situ coal conversion and carbon management

Оценка пригодности сиштофа для получения пеностекольных материалов

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

RWTH Publications