Статья: Установление оптимальных параметров изготовления брикетов для получения пеностекла

Магнитогорский государственный технический университет

УСТАНОВЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БРИКЕТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА

Кулаева Н.С., аспирант

Производство ячеистого стекла - высокоэффективного универсального теплоизоляционного материала, относится к достаточно сложным и энергоемким процессам. Предварительное брикетирование пеностекольной шихты позволит отказаться от использования форм и тем самым упростить традиционный порошковый способ получения пеностекла.

Свойства брикетов и получаемого из них пеностекла зависят от ряда факторов, главными из которых являются давление прессования, вид и количество связки.

Для изготовления брикетов бесцветный стеклобой измельчали в центробежно-ударной мельнице до удельной поверхности 400 м²/кг. Преимущество центробежно-ударного измельчения по сравнению с помолом в шаровой мельнице заключается в получении порошка узкого гранулометрического состава с однородными по форме частицами высокой дефектности. Газообразователь - доломит (CaMg(CO₃)) с удельной поверхностью 250 м²/кг.

В качестве технологических связок использовали водный раствор силиката натрия плотностью 1120 кг/м³ в количестве 8 - 12 % от массы сухого вещества, портландцемент М500 и молотую негашеную известь в количестве 1 - 9 % от массы сухого вещества. Оптимальную влажность определяли по изменению пластической прочности брикета 1.

Формование образцов-цилиндров диаметром 5 см и высотой 4,5-5 см осуществляли методом двустороннего прессования в скользящей пресс-форме. Брикеты сушили в нормальных условиях в течение 24 часов. Вспучивание производили при температуре 750 ⁰С, скорость нагрева 4,8 ⁰С/мин. Продолжительность выдержки при максимальной температуре 30 мин. брикет пеностекло измельчение плотность

На рис.1 и 2 показано влияние давления прессования и количества связки на плотность брикетов и полученного из них пеностекла. При постоянном количестве связки с увеличением давления прессования плотность брикетов растет, т.к. степень деформации частиц возрастает и, как следствие, контактная поверхность увеличивается (рис.1). Сопоставление данных рис.1 и рис. 2 показывает, что из более плотных брикетов получается пеностекло меньшей плотности, т.к. чем лучше и равномернее уплотнена шихта, тем выше вероятность получения пеностекла (при прочих равных условиях) с более низкой плотностью и равномерно организованной структурой. Механические воздействия при брикетировании изменяют и активизируют процессы структурообразования, способствуя сближению частиц и увеличению площади контакта между ними, поэтому существенно снижаются потери газа, нежели при свободно засыпанной сырьевой шихте 2. Кроме того, при получении пеностекла предварительное уплотнение шихты в форме позволяет сформировать слой с равномерной пористостью по объему и с меньшим начальным размером пор, что способствует более равномерной поризации слоя при нагреве, интенсифицирует спекание шихты в период ее прогрева 3. Процесс поризации предопределяется теплофизическими свойствами шихты и прежде всего ее теплопроводностью, которая существенно возрастает при уплотнении [2]. Однако это утверждение справедливо только в том случае, когда увеличение плотности брикета достигается только изменением давления прессования. Увеличение содержания связки в шихте так же ведет к увеличению плотности брикета, т.к. жидкость смачивает и разделяет частицы, уменьшая трение между ними, однако плотность пеностекла в этом случае заметно возрастает.

Увеличение количества жидкостекольной связки в брикете повлекло за собой снижение вязкости и поверхностного натяжения стекломассы, что, в свою очередь, способствовало развитию процесса коалесценции пор и росту плотности пеностекла.

В случае использования известковой связки вспучиванию стекломассы препятствует процесс ожелезнения извести, который тем заметнее, чем больше извести в сырьевой шихте. Кроме того, в температурном диапазоне спекания шихты гидроксид кальция начинает терять воду, вследствие чего формируется пеностекло с неравномерной пористостью (рис. 3, а). Образующиеся пары воды разрывают поры и деформируют структуру пеностекла, увеличивая его плотность.

Спекание компонентов портландцемента в меньшей степени препятствует процессу вспучивания стекломассы. Химически связанную воду цемент теряет при температуре 200 ⁰С, т.е. до температуры спекания шихты, пары воды беспрепятственно выходят из брикета, не нарушая его структуры. Формируется пеностекло с равномерной замкнутой пористостью (рис. 3, б).

Вид связки практически не влияет на плотность брикетов (рис. 1) При постоянном давлении прессования влияние вида связки заметно отражается на свойствах полученного пеностекла. Например: пеностекло плотностью 250 кг/м³ в случае использования жидкостекольной связки получается из брикетов плотностью 1360 кг/м³ с содержанием связки 8%; в случае использования цементной связки в количестве 1% из брикетов плотностью 1375 кг/м³; при использовании известковой связки решающее значение имеет только количество связки, которое не должно превышать 3,5%.

Рис. 3 Структура пеностекла, полученного из брикетов на известковой (а) и цементной (б) связках

Из всего вышесказанного следует, что пеностекло с минимальной плотностью и равномерной пористостью возможно получить из брикетов плотностью не менее 1350 кг/м³ с минимальным количеством связки, способным обеспечить брикетам прочность, необходимую для транспортировки в печь вспенивания.

Таким образом, изменяя давление прессования, вид связки и ее количество, можно направленно в широком диапазоне изменять характеристики и свойства пеностекла.

Список литературы

1. Круглицкий Н.Н. Основы физико-химической механики. Ч. 3. Киев: Вища школа, 1977. 136 с.

2. Лотов В.А., Кривенкова Е.В. Кинетика процесса формирования пористой структуры пеностекла // Стекло и керамика. 2002. №3. С. 14-17.

3. Лотов В.А. Контроль процесса формирования структуры пористых материалов // Строительные материалы. 2000. №9. С. 26-28.