ЭНЕРГОСБЕЕРГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТ-ГЛЫБЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖИДКОГО СТЕКЛА
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Использование низкотемпературной плазмы в различных отраслях промышленности на сегодняшний день является перспективным направлением. Разработана энергосберегающая технология получения силикат-глыбы с использованием плазменной струи. Исследовано вли-яние предварительной термической обработки на прочностные характеристики таблеток шихты. Экспериментально подтверждено, что с увеличением температуры термообра-ботки с 400 С до 620 С прочность на сжатие возрастала с 0,8 МПа до 2,1 МПа.

Ключевые слова:
энергосберегающая технология, силикат-глыба, плазменная струя, термообработка шихты.
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

В настоящее время важнейшей задачей нашего общества является развитие отечественной экономики на основе современных достижений науки, техники и технологии. Использование нетрадиционных источников энергии, в частности, низкотемпературной плазмы, позволяет не только существенно снизить энергозатраты и экологическую нагрузку на природу, но и интенсифицировать технологические процессы, повысить качество конечного продукта и снизить его себестоимость.

Низкотемпературную плазму используют в различных отраслях промышленности: при синтезе синтетических минералов и тугоплавких стекол, получении защитно-декоративных покрытий, стекломикрошариков, микросфер, оптических волокон и др. [1–8].

Индустрия строительных материалов является достаточно энергоемкой отраслью, в том числе и в технологии получения силикат-глыбы для производства жидкого стекла.

Соли кремниевой кислоты натрия или калия представляют собой продукты производства предприятий стекольной промышленности России, общий выпуск которых более 700000 т/год. Основную долю производства, свыше 90 %, составляет натриевая силикат-глыба [9, 10].

Силикат-глыбу получают путем плавления кварцевого песка и кальцинированной соды и/или поташа, которая в зависимости от наличия солей в ее составе бывает одно- или двухкомпонентной [11]. Повышенное внимание к силикатным продуктам вызвано такими характеристиками, как огнеустойчивость и нетоксичность [11]. Однако современное производство силикат-глыбы представляет собой весьма энергоёмкий, длительный и многостадийный процесс, который также требует специального оборудования.

На сегодняшний день, существует ряд технологий изготовления силикат-глыбы, вместе с тем каждая из них имеет ряд недостатков. Получение силикат-глыбы и дальнейшее её дробление на мелкие куски требует дополнительных энергетических затрат и оборудования [12]. Разработанная плазменная технология позволяет сразу получить необходимую мелкую фракцию силикат-глыбы.

Варка силикат-глыбы осуществляется в газопламенных и электростекловаренных печах представляет собой наиболее известные технологии [13–15]. Недостатком газопламенных печей является большой расход топлива, низкий КПД и ухудшение экологической обстановки в процессе производства. Снижение экологического прессинга решает использование стекловаренных печей с электрообогревом, однако не отменяет проблему энергосбережения.

Обобщая вышеуказанное, можно заключить, что современные технологии получения силикат-глыбы являются длительными во времени, требующими специализированного оборудования и энергозатрат.

Целью исследований являлась разработка энергосберегающей технологии получения силикат-глыбы с использованием низкотемпературной плазмы.

В качестве исходных материалов для подготовки шихт использовали:

– кварцевый песок марки Б-100-1 по ГОСТ 22551–77;

– сода кальцинированная марки Б по ГОСТ 5100–85;

– поташ 1-го сорта по ГОСТ 10690–73.

Для синтеза использовали кварцевый песок Грушевского месторождения (табл. 1).

 

Таблица 1

Химический состав кварцевого песка

Наименование сырьевого материала

Содержание оксида, мас. %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

Песок Грушевского месторождения

98,55

1,20

0,25

 

В соответствии с требованиями нормативных документов в России предусмотрено получение силикат-глыбы со следующим содержанием щелочей (табл. 2).

Согласно данным, представленным в таблице 2, для плазменного синтеза выбраны четыре состава: натриевая силикат-глыба, натриево-калиевая силикат-глыба, калиево-натриевая силикат-глыба и калиевая силикат-глыба (табл. 3).

 

Таблица 2

Виды силикат-глыбы регламентируемые нормативными документами

Наименование глыбы

Силикатный модуль

Содержание щелочей, %

Натриевая

2,7–3,0

25,3–27,9

Калиево-натриевая 75/25

2,85–3,25

28,5–33,2

Натриево-калиевая 70/30

2,75–3,1

25,9–29,9

Калиевая

2,65–2,85

28,1–34,4

Таблица 3

Расчётные составы силикат-глыбы

Содержание компонентов, %

Na2O

K2O

SiO2

1

26

74

2

8

24

68

3

19

8

73

4

31

69

 

 

Необходимые компоненты шихты усредняли в лабораторном смесителе. Для предотвращения расслоения шихты и проведения более эффективного плазменного синтеза силикат-глыбы прессовали таблетки диаметром 10 мм и толщиной 5–7 мм (рис. 1). Для точности и чистоты эксперимента было отпрессовано 4 партии.

После формования проводили термообработку отформованных таблеток (рис. 2).

 

 

 

Рис. 1. Отпрессованные таблетки исследуемых шихт, четырех составов:

1 – натриевых; 2 – натриево-калиевых; 3 – калиево-натриевых; 4 – калиевых

 

Рис. 2. Отпрессованные термообработанные таблетки шихты

 

 

Термическую обработку таблеток производили с целью повышения их прочности, т.к. плазменные струи обладают не только высокой температурой, порядка 5000–10000 К, но и значительным динамическим напором при скорости истечения струи 150 м/с.

Исследование прочности образцов на сжатие определяли на лабораторном прессе.

Влияние температуры термообработки на прочность образцов представлена на рисунке 3.

 

 

 

 

Рис. 3. Зависимость прочности образцов на сжатие от температуры термообработки

 

 

 

С увеличением температуры термообработки с 400 °С до 620 °С прочность на сжатие возрастала с 0,8 МПа до 2,1 МПа. При более высокой температуре образцы деформировались, растрескивались и разрушались.

Плазменный синтез силикат-глыбы проводили с использованием электродугового плазмотрона Мультиплаз 2500 и температурой плазменного факела 5000 К. Полученный силикатный расплав охлаждали в резервуаре с водой. В связи с тем, что расплав образовывался за весьма короткие промежутки времени и обладал температурой 1600 °С, низкой вязкостью, образовывался высококачественный однородный по свойствам стеклогранулят размером 750–2500 мкм. Схема синтеза силикат-глыбы представлена на рисунке 4.

После синтеза образцы извлекали из тиглей и подвергали рентгенофазовому и рентгенофлуоресцентному анализу. Силикат-глыба шихты № 1 с содержанием 26 % Na2O, представлена на рисунке 5.

Энергозатраты на синтез 1 кг силикат-глыбы по разработанной технологии составляют
1900 кДж, что в три раза ниже, чем по традиционной технологии с использованием стекловаренных печей.

 

 

Рис. 4. Схема синтеза силикат-глыбы:

1 – плазменная горелка; 2 – плазменный факел;

3 – силикатный расплав, 4 – корпус тигля

 

 

 

Рис. 5. Силикат-глыба с 26 % Na2O

 

Разработанная плазменная технология является не только экологически чистой, но и энергосберегающей, что позволяет получить конкурентоспособную продукцию.

Список литературы

1. Bessmertny V.S., Krokhin V.P., Panasen-ko V.A., Drichd N.F., Dyumina P.S., Kolchina O.M. Plasma rod dekorating of household class // Glass and Geramics. 2001. Vol. 58. Issue 5-6. P. 214-215.

2. Bessmertnyi V.S., Minko N.I., Krokhin V.P., Semenenko S.V., Osykov A.I. Trend in contemporary methods for decoration of glass and class articles // Glass and Geramics. 2003. Vol. 60. Issue 11-12. P. 364-366.

3. Степанова М.Н. Разработка составов и технологии защитно-декоративных покрытий для теплоизоляционного пеностекла: автореф. дис. канд. техн. наук. Белгород, 2008. 20 с.

4. Бессмертный В.С., Бондаренко Н.И., Борисов И.Н., Бондаренко Д.О. Получение защитно-декоративных покрытий на стеновых строительных материалах методом плазмен-ного оплавления. Белгород: Изд. БГТУ, 2014. 104 с.

5. Федосов С.В., Акулова М.В., Щепоч-кина Ю.А. Стекловидное покрытие для бетона // Строительные материалы. 2000. № 8. С. 28.

6. Федосов С.В., Акулова М.В., Щепоч-кина Ю.А., Подлозный Э.Д., Науменко Н.Н. Плазменное оплавление строительных компо-зитов. М.: Изд. АСВ, Иваново: Изд. ИГАСУ, 2009. 228 с.

7. Пучка О.В., Вайсера С.С., Сергеев С.В. Плазмохимические методы получения покры-тий на поверхности пеностекла // Белгород-ского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 3. С. 147-150.

8. Здоренко Н.М., Ильина И.А., Бонда-ренко Н.И., Гащенко Э.О., Бондаренко Д.О., Изофатова Д.И. Защитно-декоративные по-крытия для стеновых строительных материа-лов автоклавного твердения // Международ-ный журнал экспериментального образования. 2015. № 9. С. 81-82.

9. Исследование материалов на основе силикатных вяжущих материалов (жидких стекол) [Электронный ресурс]. Систем. тре-бования: Microsoft Word. URL: http://allbeton.ru/upload/iblock/9eb/issledovanie-materialov-na-osnove-silikatnih-vyajuschih-materialov-ajidkih-stekolc.doc. (дата обраще-ния: 04.09.2017).

10. Виноградов Б.Н. Сырьевая база про-мышленности вяжущих веществ СССР. М.: Изд. Недра, 1971. 486 с.

11. Куатбаев К.К., Пужанов Г.Т. Строи-тельные материалы на жидком стекле. Алма-Ата: Изд. Казахстан; 1968. 62 с.

12. Корнеев В.И., Данилов В.В. Раство-римое и жидкое стекло. СПб.: Стройиздат, 1996. 216 c.

13. Пат. 2156222 Российская Федерация. МПКC 01B33/32. Способ получения «сили-кат-глыбы» / Дубинин Н.А., Дигонский С.В., Кравцов Е.Д., Тен В.В.; заявитель и патенто-обладатель ОАО МНПО «Полиметалл». - № 99104641/03, заявл. 04.03.1999, опубл. 20.09.2000. Бюл. № 26.

14. Пат. 2053970 Российская Федерация. МКИ С 03 С 6/02, С 03 В 1/02. Способ приго-товления стекольной шихты / Везенцев А.И.; заявитель и патентообладатель Научно-производственное предприятие «Силиколл». - № 92014433/33, заявл. 23.12.1992; опубл. 10.02.96, Бюл. № 4.

15. Китайгородский И.И. Технология стекла. М.: Стройиздат, 1961. 564 с.


Войти или Создать
* Забыли пароль?