Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ КРЕМНЕЗЕМИСТОГО СЫРЬЯ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР, ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЙ 8
1.1. Сырье для пеностекольных материалов 9
1.2 Технология получения пеностекольных материалов 19
1.3 Функциональные свойства и области применения пеностекольных
материалов 29
1.4 Постановка целей и задач работы 37
2. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДОЛОГИЯ
РАБОТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 42
2.1. Характеристика сырья и исходных материалов 42
2.1.1 Кремнеземистое сырье 42
2.1.2. Вспомогательные материалы 50
2.2. Методология работы и методы исследования 54
2.2.1. Методология работы 54
2.2.2. Физико-химические методы исследования 56
2.2.3 Методы исследования характеристик стеклогранулята и готового
ПСКМ 60
3. ТОНКОДИСПЕРСНОЕ КРЕМНЕЗЕМИСТОЕ СЫРЬЕ И ФИЗИКО
ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ СИНТЕЗЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СТЕКЛОГРАНУЛЯТА НА ЕГО ОСНОВЕ 64
3.1 Сравнительный анализ тонкодисперсных песков 65
3.2. Теоретическое обоснование составов низкотемпературного
стеклогранулята 69
3.3 Определение граничных значений химического состава кремнеземистого сырья для получения низкотемпературного стеклогранулята 74
3.4. Исследование процессов силикато- и стеклообразования в шихтах на основе кремнеземистого сырья 85
3.4.1 Термообработка шихт на основе стекольных песков 85
3.4.2 Термообработка шихты на основе строительных песков 89
3.4.3 Термообработка шихт на основе аморфно-кристаллического сырья .. 92
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 96
4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ВСПЕНИВАНИЯ НА
СВОЙСТВА ПЕНОСТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ 98
4.1 Особенности вспенивания пенообразующих смесей из стеклогранулята на
основе кварцевых песков, их структура и свойства 98
4.2 Особенности вспенивания пенообразующих смесей из гранулята на
основе строительных песков, их структура и свойства 107
4.3 Технологические особенности получения ПСКМ на основе кварцевых и
строительных песков 114
4.3.1 Технологические особенности подготовки стекольных песков 114
4.3.2. Технология получения ПСКМ 125
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 132
5. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ К ВНЕШНИМ ФАКТОРАМ
ПЕНОСТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ МОДЕЛЬНЫХ СОСТАВОВ 134
5.1 Исследование устойчивости пеностеклокристаллических материалов к
биокоррозии 135
5.2 Устойчивость пеностекольных материалов к агрессивным средам 145
5.3 Перспективы применения пеностеклокристаллических материалов как
поглотителя электромагнитного излучения 153
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 164
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 166
Список литературы 169
Приложение 1 187
Приложение 2 188
Приложение 3 189
Приложение 4 190
Приложение 5 191
Приложение 6 193
Приложение 7 195
Приложение 8 196
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР, ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЙ 8
1.1. Сырье для пеностекольных материалов 9
1.2 Технология получения пеностекольных материалов 19
1.3 Функциональные свойства и области применения пеностекольных
материалов 29
1.4 Постановка целей и задач работы 37
2. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДОЛОГИЯ
РАБОТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 42
2.1. Характеристика сырья и исходных материалов 42
2.1.1 Кремнеземистое сырье 42
2.1.2. Вспомогательные материалы 50
2.2. Методология работы и методы исследования 54
2.2.1. Методология работы 54
2.2.2. Физико-химические методы исследования 56
2.2.3 Методы исследования характеристик стеклогранулята и готового
ПСКМ 60
3. ТОНКОДИСПЕРСНОЕ КРЕМНЕЗЕМИСТОЕ СЫРЬЕ И ФИЗИКО
ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ СИНТЕЗЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СТЕКЛОГРАНУЛЯТА НА ЕГО ОСНОВЕ 64
3.1 Сравнительный анализ тонкодисперсных песков 65
3.2. Теоретическое обоснование составов низкотемпературного
стеклогранулята 69
3.3 Определение граничных значений химического состава кремнеземистого сырья для получения низкотемпературного стеклогранулята 74
3.4. Исследование процессов силикато- и стеклообразования в шихтах на основе кремнеземистого сырья 85
3.4.1 Термообработка шихт на основе стекольных песков 85
3.4.2 Термообработка шихты на основе строительных песков 89
3.4.3 Термообработка шихт на основе аморфно-кристаллического сырья .. 92
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 96
4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ВСПЕНИВАНИЯ НА
СВОЙСТВА ПЕНОСТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ 98
4.1 Особенности вспенивания пенообразующих смесей из стеклогранулята на
основе кварцевых песков, их структура и свойства 98
4.2 Особенности вспенивания пенообразующих смесей из гранулята на
основе строительных песков, их структура и свойства 107
4.3 Технологические особенности получения ПСКМ на основе кварцевых и
строительных песков 114
4.3.1 Технологические особенности подготовки стекольных песков 114
4.3.2. Технология получения ПСКМ 125
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 132
5. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ К ВНЕШНИМ ФАКТОРАМ
ПЕНОСТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ МОДЕЛЬНЫХ СОСТАВОВ 134
5.1 Исследование устойчивости пеностеклокристаллических материалов к
биокоррозии 135
5.2 Устойчивость пеностекольных материалов к агрессивным средам 145
5.3 Перспективы применения пеностеклокристаллических материалов как
поглотителя электромагнитного излучения 153
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 164
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 166
Список литературы 169
Приложение 1 187
Приложение 2 188
Приложение 3 189
Приложение 4 190
Приложение 5 191
Приложение 6 193
Приложение 7 195
Приложение 8 196
Актуальность темы. В настоящее время актуальными являются вопросы разработки эффективных материалов полифункционального назначения, получаемые по технологиям, основанным на принципах ресурсосбережения и энергоэффективности. Реализация энергоэффективности осуществляется путем использования теплоизоляционных материалов и уменьшения энергоемкости их производства. Эффективными теплоизоляторами, обладающими важным комплексом свойств, являются пеностекольные материалы. Наряду с низкой теплопроводностью и плотностью при относительно высокой прочности материал относится к классу экологически безопасных и долговечных.
Ресурсосбережение предполагает использование отходов и побочных продуктов обогащения минерального сырья, которое имеется в значительных объемах. Предварительные исследования, проводимые в Томском политехническом университете, показали, что предпочтительны тонкодисперсные (менее 100 мкм) кремнеземистые материалы с высокой долей аморфной составляющей. На основе такого сырья синтез стеклогранулята, являющегося исходным сырьем для пеностеклокристаллических материалов, можно осуществлять при температурах ниже 950 оС без применения стекловаренных печей, что значительно снижает энергозатраты. В случае расширения сырьевой базы за счет использования кристаллического кремнеземистого сырья с дисперсностью до 300 мкм необходимо проведение дополнительных исследований по разработке составов и технологии получения пеностеклокристаллических материалов.
Актуальными также являются исследования других функциональных свойств пеностекольных материалов, например, способности поглощать электромагнитное излучение, что расширяет области применения и предполагает широкий спектр свойств многофункционального материала.
Объекты исследования - пеностеклокристаллические материалы из низкотемпературного стеклогранулята, синтезированного на основе отсевов стекольных, строительных песков и сиштофа.
Предмет исследования - физико-химические процессы силикато- и стеклообразования, протекающие при термообработке шихт на основе тонкодисперсного кремнеземистого сырья, особенности его подготовки, состав и свойства пеностеклокристаллических материалов.
Цель работы: разработка составов и технологии получения
пеностеклокристаллических материалов c повышенными физико-техническими характеристиками на основе кремнеземистого сырья.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены задачи:
• Исследование возможности использования кремнеземистого сырья для низкотемпературного синтеза стеклогранулята;
• Разработка составов стеклогранулята и шихт для его получения;
• Исследование физико-химических процессов синтеза стеклогранулята;
• Установление оптимальных параметров подготовки кремнеземистого компонента и получения стекольных шихт на его основе;
• Разработка технологии получения пеностеклокристаллических материалов на основе кремнеземистого сырья и определение их основных свойств,
• Исследование биостойкости, химической устойчивости пеностекольных материалов модельных составов к действию различных реагентов и радиопоглощающей способности материала.
Научная новизна
1. Установлены области составов гранулята по основным оксидам Na2O 16 - 21, CaO 5 - 11, SiO2 73 - 74 мас. %, обеспечивающие получение стеклофазы более 75 мас. % при температуре 850 ± 20 °С с использованием стекольного песка (SiO2 > 98 мас. %) и сиштофа (SiO2 > 92 мас. %). Синтез гранулята на основе строительного песка (SiO2 > 75 %), отличающегося повышенным содержанием СаО (> 7 мас. %) и Al2O3 (> 7 %), осуществляется из двухкомпонентной шихты при более высоких температурах 930 ± 20 °С.
2. Установлено, что гранулят с необходимым количеством стеклофазы при температурах синтеза до 900 °С не образуется из шихты на основе кварцсодержащего сырья с дисперсностью до 300 мкм. Достаточное количество стеклофазы (85 ± 5 %) достигается при совместной механоактивации песка с содой песка в соотношении 95:5 мас. % соответственно, что интенсифицирует процессы силикатообразования, при этом температура плавления шихты снижается с 864 до 776 оС, а содержание стеклофазы в среднем на 5 и 15 % выше по сравнению с использованием отдельно активированного песка и активированной смеси песка с содой в полном объеме.
3. Установлено, что коэффициент поглощения электромагнитного излучения (26 - 260 ГГц) пеностеклокристаллического материала увеличивается в 1,6 раза, по сравнению с пеностеклом, и приближается к коэффициенту поглощения пеностекла с добавкой ильменита (FeTiO3) в количестве 1,5 мас. %, что связано с присутствием в межпоровой перегородке материала частиц остаточной кристаллической фазы с дефектной структурой.
4. Практическая значимость работы
1. Предложены составы стекольных шихт для синтеза гранулята по низкотемпературной технологии (при температурах, не превышающих 950 °С) при содержании стеклофазы не менее 75 %;
2. Предложен способ механоактивации тонкодисперсного стекольного
песка совместным помолом с содой в соотношении 95:5 мас.%, позволяющий синтезировать из шихты на его основе не менее 75 % стеклофазы при
температурах 850 ± 20 °С;
3. Предложена технология получения пеностеклокристаллических материалов, предусматривающая в зависимости от используемого кремнеземистого сырья синтез гранулята путем низкотемпературной обработки шихты или с использованием энергии низкотемпературной плазмы.
Апробация работы. Результаты исследований, проведенных в результате написания диссертационной работы, представлены и обсуждены на научнотехнических конференциях и симпозиумах регионального, всероссийского и международного уровней: ХК, XX Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные техника и технологии» (Томск, 2013, 2014); Х!У, ХУ, Всероссийских научнопрактических конференциях студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2013, 2014); 1st International Conference on the Chemistry of Construction Materials: October (Berlin, 2013); X Международная конференция студентов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2013) Всероссийская научная конференция с международным участием «Полифункциональные материалы и технологии» (Томск, 2013), 24-ая Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Севастополь, 2014); Международная конференция многоуровневых систем-2014. «Моделирование, эксперимент, приложения» (Томск, 2014 г); 2nd International Conference on Structural Nano Composites (NANOSTRUC 2014) (Madrid, 2014); I Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Молодежь, наука, технологии: идеи и перспективы» (Томск, 2014), а также на семинарах кафедры технологии силикатов и наноматериалов ТПУ.
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликована 21 работа в сборниках тезисов и докладов, трудах и материалах всероссийских и международных конференций, в том числе 8 статей в журналах по списку ВАК, получено 2 патента РФ. Результаты исследований являются оригинальными и получены лично Душкиной М.А. или при ее непосредственном участии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы из165 наименований и 8 приложений. Работа изложена на 197 стр. машинописного текста, включая 94 рисунка, 44 таблицы.
Ресурсосбережение предполагает использование отходов и побочных продуктов обогащения минерального сырья, которое имеется в значительных объемах. Предварительные исследования, проводимые в Томском политехническом университете, показали, что предпочтительны тонкодисперсные (менее 100 мкм) кремнеземистые материалы с высокой долей аморфной составляющей. На основе такого сырья синтез стеклогранулята, являющегося исходным сырьем для пеностеклокристаллических материалов, можно осуществлять при температурах ниже 950 оС без применения стекловаренных печей, что значительно снижает энергозатраты. В случае расширения сырьевой базы за счет использования кристаллического кремнеземистого сырья с дисперсностью до 300 мкм необходимо проведение дополнительных исследований по разработке составов и технологии получения пеностеклокристаллических материалов.
Актуальными также являются исследования других функциональных свойств пеностекольных материалов, например, способности поглощать электромагнитное излучение, что расширяет области применения и предполагает широкий спектр свойств многофункционального материала.
Объекты исследования - пеностеклокристаллические материалы из низкотемпературного стеклогранулята, синтезированного на основе отсевов стекольных, строительных песков и сиштофа.
Предмет исследования - физико-химические процессы силикато- и стеклообразования, протекающие при термообработке шихт на основе тонкодисперсного кремнеземистого сырья, особенности его подготовки, состав и свойства пеностеклокристаллических материалов.
Цель работы: разработка составов и технологии получения
пеностеклокристаллических материалов c повышенными физико-техническими характеристиками на основе кремнеземистого сырья.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены задачи:
• Исследование возможности использования кремнеземистого сырья для низкотемпературного синтеза стеклогранулята;
• Разработка составов стеклогранулята и шихт для его получения;
• Исследование физико-химических процессов синтеза стеклогранулята;
• Установление оптимальных параметров подготовки кремнеземистого компонента и получения стекольных шихт на его основе;
• Разработка технологии получения пеностеклокристаллических материалов на основе кремнеземистого сырья и определение их основных свойств,
• Исследование биостойкости, химической устойчивости пеностекольных материалов модельных составов к действию различных реагентов и радиопоглощающей способности материала.
Научная новизна
1. Установлены области составов гранулята по основным оксидам Na2O 16 - 21, CaO 5 - 11, SiO2 73 - 74 мас. %, обеспечивающие получение стеклофазы более 75 мас. % при температуре 850 ± 20 °С с использованием стекольного песка (SiO2 > 98 мас. %) и сиштофа (SiO2 > 92 мас. %). Синтез гранулята на основе строительного песка (SiO2 > 75 %), отличающегося повышенным содержанием СаО (> 7 мас. %) и Al2O3 (> 7 %), осуществляется из двухкомпонентной шихты при более высоких температурах 930 ± 20 °С.
2. Установлено, что гранулят с необходимым количеством стеклофазы при температурах синтеза до 900 °С не образуется из шихты на основе кварцсодержащего сырья с дисперсностью до 300 мкм. Достаточное количество стеклофазы (85 ± 5 %) достигается при совместной механоактивации песка с содой песка в соотношении 95:5 мас. % соответственно, что интенсифицирует процессы силикатообразования, при этом температура плавления шихты снижается с 864 до 776 оС, а содержание стеклофазы в среднем на 5 и 15 % выше по сравнению с использованием отдельно активированного песка и активированной смеси песка с содой в полном объеме.
3. Установлено, что коэффициент поглощения электромагнитного излучения (26 - 260 ГГц) пеностеклокристаллического материала увеличивается в 1,6 раза, по сравнению с пеностеклом, и приближается к коэффициенту поглощения пеностекла с добавкой ильменита (FeTiO3) в количестве 1,5 мас. %, что связано с присутствием в межпоровой перегородке материала частиц остаточной кристаллической фазы с дефектной структурой.
4. Практическая значимость работы
1. Предложены составы стекольных шихт для синтеза гранулята по низкотемпературной технологии (при температурах, не превышающих 950 °С) при содержании стеклофазы не менее 75 %;
2. Предложен способ механоактивации тонкодисперсного стекольного
песка совместным помолом с содой в соотношении 95:5 мас.%, позволяющий синтезировать из шихты на его основе не менее 75 % стеклофазы при
температурах 850 ± 20 °С;
3. Предложена технология получения пеностеклокристаллических материалов, предусматривающая в зависимости от используемого кремнеземистого сырья синтез гранулята путем низкотемпературной обработки шихты или с использованием энергии низкотемпературной плазмы.
Апробация работы. Результаты исследований, проведенных в результате написания диссертационной работы, представлены и обсуждены на научнотехнических конференциях и симпозиумах регионального, всероссийского и международного уровней: ХК, XX Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные техника и технологии» (Томск, 2013, 2014); Х!У, ХУ, Всероссийских научнопрактических конференциях студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2013, 2014); 1st International Conference on the Chemistry of Construction Materials: October (Berlin, 2013); X Международная конференция студентов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2013) Всероссийская научная конференция с международным участием «Полифункциональные материалы и технологии» (Томск, 2013), 24-ая Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Севастополь, 2014); Международная конференция многоуровневых систем-2014. «Моделирование, эксперимент, приложения» (Томск, 2014 г); 2nd International Conference on Structural Nano Composites (NANOSTRUC 2014) (Madrid, 2014); I Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Молодежь, наука, технологии: идеи и перспективы» (Томск, 2014), а также на семинарах кафедры технологии силикатов и наноматериалов ТПУ.
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликована 21 работа в сборниках тезисов и докладов, трудах и материалах всероссийских и международных конференций, в том числе 8 статей в журналах по списку ВАК, получено 2 патента РФ. Результаты исследований являются оригинальными и получены лично Душкиной М.А. или при ее непосредственном участии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы из165 наименований и 8 приложений. Работа изложена на 197 стр. машинописного текста, включая 94 рисунка, 44 таблицы.
1. Стеклогранулят, полученный на основе отсевов стекольных песков
(дисперсность до 300 мкм) при температурах до 950 °С, обладает повышенным содержанием остаточной кристаллической фазы (более 25 %) и требует
дополнительной активации. Стеклогранулят, полученный на основе сиштофа (дисперсность до 40 мкм) и отсевов строительных песков (дисперсность до 90 мкм) при температурах до 950 °С, содержит достаточное количество
стеклофазы (более 75 %).
2. Механоактивация отсевов стекольных песков (до 300 мкм) с различным количеством соды ускоряет процессы силикатообразования и обеспечивает содержание стеклофазы в грануляте более 80 % при температуре синтеза 900 ± 10 °С. При совместной активации песка с содой в соотношении 95:5 по массе количество стеклофазы на 5 и 15 % выше по сравнению с активацией одного песка и песка с содой в полном объеме. Механоактивация смеси снижает температуру плавления шихты с 864 до 776 оС, что обусловлено увеличением поверхности контакта частиц песка с содой и образованием высококремнеземистых силикатов, имеющих более низкую температуру плавления (874 °С) по сравнению с мета- и ортосиликатами (плавление 1086 оС и 1118 оС).
3. Стеклогранулят, полученный при температуре 900 оС, на основе сиштофа (дисперсность до 40 мкм), содержит от 80 до 97 % стеклофазы для низкощелочного (Na2O 13 - 16 мас. %) и высокощелочного (Na2O 16 - 20 мас. %) состава соответственно, что обеспечивает пиропластическое состояние композиции при температурах 840 ± 20 оС и создает условия для вспенивания системы.
4. Стеклогранулят, полученный из двухкомпонентной шихты на основе отсевов строительных песков (дисперсность до 90 мкм) с содержанием и дисперсностью менее 90 мкм, содержит необходимое количество стеклофазы 75 % при температуре синтеза 900 оС и вспенивается при температуре 950 ± 20 оС, что обусловлено повышенным содержанием Al2O3 8 мас.% и пониженным - SiO2 75 ± 2 %.
5. Допустимое содержание оксидов железа и алюминия в кремнеземистом сырье пригодном для получения стеклогранулята составляет 11 мас. % Fe2O3 и 14 мас. % Al2O3 при содержании SiO2 не менее 74 мас.%. Количество остаточной кристаллической фазы в грануляте, полученном при температуре 900 оС из шихт модельных составов, с повышенным содержанием Fe2O3 и Al2O3 не превышает 25 % и обеспечивает пиропластическое состояние при температурах 930 ± 20 оС.
6. Отличительной технологической особенностью низкотемпературного (850 ± 50 оС) синтеза стеклогранулята на основе кварцсодержащего сырья дисперсностью до 300 мкм является стадия механоактивации тугоплавкого компонента с содой, или плавление предварительно спеченной при 650 - 750 оС шихты в низкотемпературной плазме. Для трехкомпонентных шихт низкощелочных составов и двухкомпонентных шихт на основе кварцсодержащего сырья (содержание SiO2 75 ± 2 %) с повышенным содержанием оксидов алюминия Al2O3 (8 мас.%) синтез гранулята рекомендуется осуществлять с применением низкотемпературной плазмы.
7. Температура вспенивания смеси из гранулята высокощелочного состава с содержанием Na2O 16 - 20 мас. %, в среднем на 35 ± 5 оС ниже по сравнению с низкощелочным составом, содержащим Na2O 13 - 16 мас. %, что связано с более низким значением вязкости гранулята. При вспенивании гранулята на основе сиштофа необходимо введение дополнительного окислителя (K2SO4 в количестве 1 мас. %). Температура вспенивания смеси из гранулята на основе строительных песков смещается в более высокую область (950 оС), что обусловлено низким содержанием стеклофазы в грануляте (75 мас. %) и ее высокой вязкостью (значение модуля вязкости 1,8).
8. Пеностеклокристаллический материал, полученный на основе механоактивированного кварцсодержащего сырья (синтез гранулята 850± 50 °С) характеризуется пониженной плотностью (220 - 280 кг/см3) и повышенным по сравнению с пеностеклом коэффициентом поглощения, на основе кремнеземистого сырья с аморфной составляющей (синтез гранулята 850+ 20 °С) повышенной плотностью (310 - 400 кг/см3) и прочностью (4,2 - 4,8 МПа), на основе кварцсодержащего сырья (синтез гранулята в плазме) пониженной плотностью (до 170 кг/м3), на основе не активированного кварцсодержащего сырья повышенной плотностью (580 - 600 кг/см3) и прочностью (5,3 -5,4 МПа).
9. Пеностеклокристаллический материал обладает более высокой химической устойчивостью по отношению к реагентам с рН менее 7 и меньшим значением сорбционной влажности (в 3,5 раза ниже) по сравнению с пеностеклом, что обусловлено присутствием в межпоровой перегородке кремнеземсодержащей кристаллической фазы. Потери массы образцов после обработки в кислой и щелочной среде составляют от 1 до 10 % для пеностекла и от 1 до 8 % для пеностеклокристаллического материала соответственно.
10. Коэффициент поглощения электромагнитного излучения (26 - 260 ГГц) увеличивается для пеностеклокристаллического материала в 1,6 раза по сравнению с пеностеклом и приближается к коэффициенту поглощения пеностекла с добавкой ильменита в количестве 1,5 мас. %, что связано с присутствием в межпоровой перегородке частиц остаточной кристаллической фазы с дефектной структурой.
11. Пеностеклокристаллический материал более устойчив по сравнению с пеностеклом к плесневым грибам Aspergillus niger, действие которых связано с разрушением поверхности и ростом сорбционной способности материала, что подтверждается данными ИК - спектроскопии и увеличением сорбционной влажности после воздействия мицелиальной среды в три раза для пеностекла и в два раза для пеностеклокристаллических материалов.
(дисперсность до 300 мкм) при температурах до 950 °С, обладает повышенным содержанием остаточной кристаллической фазы (более 25 %) и требует
дополнительной активации. Стеклогранулят, полученный на основе сиштофа (дисперсность до 40 мкм) и отсевов строительных песков (дисперсность до 90 мкм) при температурах до 950 °С, содержит достаточное количество
стеклофазы (более 75 %).
2. Механоактивация отсевов стекольных песков (до 300 мкм) с различным количеством соды ускоряет процессы силикатообразования и обеспечивает содержание стеклофазы в грануляте более 80 % при температуре синтеза 900 ± 10 °С. При совместной активации песка с содой в соотношении 95:5 по массе количество стеклофазы на 5 и 15 % выше по сравнению с активацией одного песка и песка с содой в полном объеме. Механоактивация смеси снижает температуру плавления шихты с 864 до 776 оС, что обусловлено увеличением поверхности контакта частиц песка с содой и образованием высококремнеземистых силикатов, имеющих более низкую температуру плавления (874 °С) по сравнению с мета- и ортосиликатами (плавление 1086 оС и 1118 оС).
3. Стеклогранулят, полученный при температуре 900 оС, на основе сиштофа (дисперсность до 40 мкм), содержит от 80 до 97 % стеклофазы для низкощелочного (Na2O 13 - 16 мас. %) и высокощелочного (Na2O 16 - 20 мас. %) состава соответственно, что обеспечивает пиропластическое состояние композиции при температурах 840 ± 20 оС и создает условия для вспенивания системы.
4. Стеклогранулят, полученный из двухкомпонентной шихты на основе отсевов строительных песков (дисперсность до 90 мкм) с содержанием и дисперсностью менее 90 мкм, содержит необходимое количество стеклофазы 75 % при температуре синтеза 900 оС и вспенивается при температуре 950 ± 20 оС, что обусловлено повышенным содержанием Al2O3 8 мас.% и пониженным - SiO2 75 ± 2 %.
5. Допустимое содержание оксидов железа и алюминия в кремнеземистом сырье пригодном для получения стеклогранулята составляет 11 мас. % Fe2O3 и 14 мас. % Al2O3 при содержании SiO2 не менее 74 мас.%. Количество остаточной кристаллической фазы в грануляте, полученном при температуре 900 оС из шихт модельных составов, с повышенным содержанием Fe2O3 и Al2O3 не превышает 25 % и обеспечивает пиропластическое состояние при температурах 930 ± 20 оС.
6. Отличительной технологической особенностью низкотемпературного (850 ± 50 оС) синтеза стеклогранулята на основе кварцсодержащего сырья дисперсностью до 300 мкм является стадия механоактивации тугоплавкого компонента с содой, или плавление предварительно спеченной при 650 - 750 оС шихты в низкотемпературной плазме. Для трехкомпонентных шихт низкощелочных составов и двухкомпонентных шихт на основе кварцсодержащего сырья (содержание SiO2 75 ± 2 %) с повышенным содержанием оксидов алюминия Al2O3 (8 мас.%) синтез гранулята рекомендуется осуществлять с применением низкотемпературной плазмы.
7. Температура вспенивания смеси из гранулята высокощелочного состава с содержанием Na2O 16 - 20 мас. %, в среднем на 35 ± 5 оС ниже по сравнению с низкощелочным составом, содержащим Na2O 13 - 16 мас. %, что связано с более низким значением вязкости гранулята. При вспенивании гранулята на основе сиштофа необходимо введение дополнительного окислителя (K2SO4 в количестве 1 мас. %). Температура вспенивания смеси из гранулята на основе строительных песков смещается в более высокую область (950 оС), что обусловлено низким содержанием стеклофазы в грануляте (75 мас. %) и ее высокой вязкостью (значение модуля вязкости 1,8).
8. Пеностеклокристаллический материал, полученный на основе механоактивированного кварцсодержащего сырья (синтез гранулята 850± 50 °С) характеризуется пониженной плотностью (220 - 280 кг/см3) и повышенным по сравнению с пеностеклом коэффициентом поглощения, на основе кремнеземистого сырья с аморфной составляющей (синтез гранулята 850+ 20 °С) повышенной плотностью (310 - 400 кг/см3) и прочностью (4,2 - 4,8 МПа), на основе кварцсодержащего сырья (синтез гранулята в плазме) пониженной плотностью (до 170 кг/м3), на основе не активированного кварцсодержащего сырья повышенной плотностью (580 - 600 кг/см3) и прочностью (5,3 -5,4 МПа).
9. Пеностеклокристаллический материал обладает более высокой химической устойчивостью по отношению к реагентам с рН менее 7 и меньшим значением сорбционной влажности (в 3,5 раза ниже) по сравнению с пеностеклом, что обусловлено присутствием в межпоровой перегородке кремнеземсодержащей кристаллической фазы. Потери массы образцов после обработки в кислой и щелочной среде составляют от 1 до 10 % для пеностекла и от 1 до 8 % для пеностеклокристаллического материала соответственно.
10. Коэффициент поглощения электромагнитного излучения (26 - 260 ГГц) увеличивается для пеностеклокристаллического материала в 1,6 раза по сравнению с пеностеклом и приближается к коэффициенту поглощения пеностекла с добавкой ильменита в количестве 1,5 мас. %, что связано с присутствием в межпоровой перегородке частиц остаточной кристаллической фазы с дефектной структурой.
11. Пеностеклокристаллический материал более устойчив по сравнению с пеностеклом к плесневым грибам Aspergillus niger, действие которых связано с разрушением поверхности и ростом сорбционной способности материала, что подтверждается данными ИК - спектроскопии и увеличением сорбционной влажности после воздействия мицелиальной среды в три раза для пеностекла и в два раза для пеностеклокристаллических материалов.