Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Традиционная технология получения силикат-глыбы является достаточно энергоёмкой и длительной во времени. Использование низкотемпературной плазмы в различных отраслях промышленности на сегодняшний день является перспективным направлением. В работе пред-ставлены результаты исследований влияния температуры термообработки таблетированной шихты на её фазовый состав, а также синтеза силикат-глыбы с использованием плазменной струи. Проведённые исследования позволили установить закономерности плазменного синтеза силикат-глыбы с использованием плазменного нагрева.

Ключевые слова:
синтез, силикат-глыба, плазменная струя, плазменный нагрев, шихта.
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Жидкое стекло представляет собой общедоступный ресурс растворимого кремнезема, используемого при синтезе неорганических и кремнийорганических соединений, который не имеет природных аналогов [1–3]. Известны три способа производства жидкого стекла: сухой способ, мокрый способ и способ возгонки [3–4]. Однако современные технологии получения силикат-глыбы являются достаточно энергоёмкими, длительными во времени, требующими значительного количества дробильно-помольного оборудования [5–7]. Использование низкотемпературной плазмы позволило создать высокоэффективные, экологически чистые технологии синтеза минералов, получения защитно-декоративных покрытий на бетоне, силикатном кирпиче, пеностекле, изделиях из стекла и др. [8–14].

В работе представлены результаты исследований синтеза силикат-глыбы с использованием плазменной струи. Для синтеза силикат-глыбы использовали соду кальцинированную марки Б по ГОСТ 5100–85, поташ первого сорта по ГОСТ 10690–73 и кварцевый песок марки Б-100-1 по ГОСТ 22551–77. В качестве высокотемпературного источника использовали многофункциональный прибор Мультиплаз–2500.

Разработанная технология синтеза силикат-глыбы предусматривает следующие технологические операции:

 

 

Ранее проведенными исследованиями [15] доказано, что важным технологическим этапом является стадия таблетирования и последующая термообработка таблеток шихты. Таблетирование шихты связано с особенностями плазменного факела, истекающего из плазменной горелки со скоростью 150 м/с. В случае использования порошковой шихты, последняя будет выдуваться плазменной струёй из тигля и расслаиваться.

Количественный химический состав до и после плазменной обработки определяли рентгенофлуоресцентным методом анализа с использованием спектрометра APL 9900 «Thekmoscientific».

Таблетки шихты термообрабатывали при температурах 400 °С и 500 °С. После термообработки таблетки подвергали рентгенофазовому анализу. Фазовый состав термообработанных шихт определяли на дифрактометре ARLXTRA.

 

 

Рис. 1. Порошковая рентгеновская дифрактограмма натриевой шихты при 400 °С

 

 

 

Рис. 2. Порошковая рентгеновская дифрактограмма натриевой шихты при 500 °С

 

 

На рисунках 1 и 2 представлены фазовые составы шихт термообработанных при 400 °С и
500
°С с содержанием в пересчёте на силикат-глыбу 26 % Na2O и 74 % SiO2.

С увеличением температуры термообработки с 400 °С до 500 °С помимо пиков кварца и соды увеличивается интенсивность пиков NaHCO3, CHNaO2. Повышение прочности на сжатие с 0,8 МПа до 1,5 МПа связано с твердофазными реакциями с образованием пространственного каркаса.

На рисунках 3 и 4 представлен фазовый состав термообработанных шихт при температурах 400 °С и 500 °С с содержанием в пересчёте на силикат-глыбу 31 % K2O и 69 % SiO2.

С увеличением температуры термообработки с 400 °С до 500 °С помимо основных пиков SiO2 и K2CO3 увеличивается интенсивность пиков K4H2(CO3)3. Это также способствует образованию пространственного каркаса и увеличению прочности с 0,85 МПа до 1,6 МПа.

После термообработки таблеток шихт проводили синтез силикат-глыбы в керамических тиглях с использованием плазменной струи с температурой 5000 °С.

 

Рис. 3. Порошковая рентгеновская дифрактограмма калиевой шихты при 400 °С

 

Рис. 4. Порошковая рентгеновская дифрактограмма калиевой шихты при 500°С

 

 

 

 

а  б

в  г

Рис. 5. Силикат-глыба:

а – с 26 % Na2O; б – с 8 % Na2O и 24 % K2O; в – с 19 % Na2O и 8% K2O; г – с 31 % K2O

 

 

Как известно, высокие температуры плазменной струи приводят к диссоциации и испарению оксидов [16]. При высоких температурах происходит инконгруэнтное испарение оксидов. Так, в работе [17] рассчитаны величины суммарного давления паров ΣР(SiО2) и парциальные давления монооксида кремния Р(SiО) и молекулярного кислорода Р(О2) (атм) над диоксидом кремния.

Результаты исследований представлены в таблице 1, по сравнению с исходным химическим составом при плазменном синтезе силикат-глыбы расплав обогащался оксидом кремния и обеднялся оксидами калия и натрия за счёт процесса испарения.

 

Таблица 1

Химический состав синтезированной силикат-глыбы до и после плазменного синтеза

Na2O, %

K2O, %

SiO2, %

до

после

до

после

до

после

1

26,0

2,0

74,0

75,3

2

8,0

7,5

24,0

23,4

68,0

79,1

3

19,0

18,1

8,0

7,4

73,0

74,5

4

31,0

29,8

69,0

71,2

 

 

Традиционная технология получения силикат-глыбы предусматривает последовательные стадии образования силикатов, растворение тугоплавких компонентов, образование гетерогенного расплава и его гомогенизации. Синтез силикат-глыбы с использованием плазменной струи существенно отличается от данной технологии. На первой стадии происходит одновременное образование силикатов, растворение тугоплавких компонентов с образованием гетерогенного расплава, а на второй – гомогенизация расплава. Это сокращает время синтеза в 2,5–3 раза, уменьшает энергозатраты.

Проведённые исследования позволили установить закономерности плазменного синтеза силикат-глыбы с использованием плазменного нагрева.

Список литературы

1. Корнеев В.И., Данилов В.В. Раствори-мое и жидкое стекло. СПб.: Стройиздат, 1996. 216 c.

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

3. Обзор рынка силикат-глыбы и жидкого стекла в СНГ [Электронный ресурс]. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. URL: http://www.infomine.ru/files/catalog/176/file_176.pdf (дата обращения: 11.10.2017).

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

5. Китайгородский И.И. Технология стек-ла. М.: Стройиздат, 1961. 564 с.

6. 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.

7. 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.

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

9. 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.

10. Пучка О.В., Вайсера С.С., Сергеев С.В. Плазмохимические методы получения покрытий на поверхности пеностекла // Бел-городского государственного технологиче-ского университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 3. С. 147-150.

11. Пучка О.В., Минько Н.И., Степанова М.Н. Разработка неорганических декоратив-но-защитных покрытий для теплоизоляцион-ного пеностекла // Техника и технология си-ликатов. 2009. Т. 16. № 2. С. 9-10.

12. Бессмертный В.С., Минько Н.И., Дю-мина П.С., Соколова О.Н., Бахмутская О.Н., Симачев А.В. Получение лицевого кирпича методом плазменной обработки с использо-ванием сырья техногенных месторождений // Стекло и керамика. 2008. № 1. С. 17-19.

13. 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.

14. 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.

15. Бондаренко Д.О., Бондаренко Н.И., Бессмертный В.С., Изофатова Д.И., Дюмина П.С., Волошко Н.И. Энергосбеергающая тех-нология получения силикат-глыбы для произ-водства жидкого стекла // Белгородского гос-ударственного технологического университе-та им. В.Г. Шухова. 2017. № 10. С. 111-115.

16. Куликов И.С. Термодинамика окси-дов: справочник. М.: Металлургия, 1984, 324 с.

17. Куликов И.С. Термическая диссоциа-ция соединений. М.: Металлургия, 1966. 250 с.


Войти или Создать
* Забыли пароль?