Пеностеклокристаллические материалы из композиций стеклобоя и высококальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ

• Автор: Портнягин, Денис Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.23.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Абакан
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Состояние производства и применения теплоизоляционных материалов
1.2 Виды теплоизоляционных материалов на основе стекла, их состав и свойства. Поиск путей повышения экономичности пеностекольных материалов
1.3 Технологические особенности получения теплоизоляционных материалов на основе стекла
1.4 Применение высококальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ в производстве пеностекла и вспененных стеклокристаллических материалов
1.5 Постановка цели и задач исследований
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТОДОЛОГИЯ РАБОТЫ
2.1 Объекты исследований и их характеристики
2.1.1 Химический и минеральный состав стеклобоя
2.1.2 Химический и минеральный состав высококальциевого шлака
2.1.3 Состав и свойства высококальциевой золы
2.1.4 Состав и свойства жидкого стекла
2.1.5 Состав и свойства глицерина
2.2 Методы исследований
2.2.1 Методы исследований сырья
2.2.2 Методы исследования свойств пеностеклокристаллических материалов52
2.2.3 Специальные методы исследования сырья и
пеностеклокристаллического материала
2.2.4 Теоретические методы исследования
2.2.4.1 Методика исследования фазового состава и динамики нарастания рашлава при обжиге сырья и композиций
2.2.4.2 Методика определения вязкости композиций при различных температурах
2.2.4.3 Методика оценки влияния совокупности факторов на изменение свойств пеностеютокристшишческих материалов
2.3 Структурно-методологическая схема работы
3 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ
ПЕНОСТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
3.1 Влияние количества, свойств сырьевых компонентов и температуры обжига на вспенивание -и формирование структуры пеиостеклокриеталлических материалов
3.2 Физико-химические процессы при обжиге пеностеклокристаллических материалов

3.4 Оценка комплексного влияния состава композиций и температуры
обжига на свойства пеностеклокристаллических материалов
Выводы по главе
4 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ
ПЕНОСТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Свойства пеностеклокристаллических материалов из композиций оптимального состава
4.2 Технология изготовления блочного пеностеклокристаллического материала в лабораторных условиях
4.3 Технология получения гранулированных пеностеклокристаллических материалов и результаты опытно-промышленного испытания
4.4 Технология изготовления полых гранул
4.5 Технико-экономическая эффективность получения и применения пеностеклокристаллических материалов
Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Сочетание высоких теплозащитных свойств, пожаробезопасности и долговечности дает основание считать пеностекло и пеностеклокристаллические материалы наиболее перспективными компонентами теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений. Накоплен значительный научный и практический опыт их получения и применения. Однако остаются актуальными вопросы обеспечения изготовления таких материалов сырьем в виде вторичного стеклобоя.
Обеспечить сырьем производство подобных пеностеклу материалов можно путем полной или частичной замены стеклобоя и введением добавок. К настоящему времени известны виды альтернативного сырья, способные полностью или частично заменить стеклобой и гарантировать свойства пеностекла после обжига при температуре 800 - 850 °С, среди которых выделяют породы преимущественно аморфного строения с наличием небольшого количества кристаллофазы. Это такие сырьевые материалы, как диатомит, опока, перлит и кислые золошлаковые отходы ТЭЦ.
Имеются данные по получению пеностеклокристаллических материалов с использованием малопригодных для утилизации высококальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ, работающих на бурых углях Канско-Ачинского бассейна. Однако получение легких и прочных заполнителей достигается при использовании их в тонкомолотом виде с размером частиц менее 0,063 мм и после обжига при температуре 1120 °С, достаточно высокой относительно температуры обжига пеностекла, соответствующей 800 - 850 °С, что требует больших энергетических затрат. Поэтому вопросы поиска сырьевых материалов и снижения энергетических затрат на стадиях подготовки сырья и обжига при получении пеностеклокристаллических материалов являются актуальными.
Диссертационная работа выполнялась в рамках грантов Сибирского федерального университета: «Школа научного резерва» (2007-2008 гг.); «Инновационные экотехнологии в области сооружения и эксплуатации объектов урба-

Е.А. Галибиной, М.И. Хигеровича, В.Х. Кикаса, И.А. Рыбьева, Т.М. Гольдиной, Г.И. Горчакова, С.И. Павленко, и многих других отечественных и зарубежных исследователей. Однако, высококальциевые золы до настоящего времени еще не нашли широкого применения и, как правильно указывают М. А. Савинкина и А. Т. Логвиненко, все, даже самые простые предложения по утилизации ЗШО, представляют значительный интерес [127]. Особое значение приобретают предложения и разработки, позволяющие получать качественные, подчас дефицитные строительные материалы, например, пеностекло.
Поэтому разработку строительных материалов с использованием высоко-кальциевых золошлаковых отходов ТЭЦ необходимо вести с позиций комплексного регионального подхода, при котором можно максимально использовать возможности местной сырьевой базы и создать реальные условия для ре-сурсо- и энергосбережения.
Идея о максимальном использовании шлака в композиции рассмотрена в работе [33]. Показано, что в шлакоситаллах кристаллизуются обычно волласто-нит, анортит и другие минералы, упрочняющие материал.
В работе [128] для получения легкого заполнителя (аналога пеностекла) предлагается использовать золошлаковые отходы Красноярской ТЭЦ, работающей на бурых углях Канско-Ачинского бассейна. В композицию предложено вводить следующие компоненты: высококальциевая зола Красноярской ТЭЦ (75%), шлак ТЭЦ (10%), жидкое стекло (15%), нитрат натрия (1% сверх 100%). Температура обжига шихты составила 1120°С, насыпная плотность гранул 413 - 427 кг/м°, прочность при сжатии 2,13-2,30 МПа. Недостатками этой шихты являются высокая температура обжига, высокая насыпная плотность гранулированного заполнителя, высокий коэффициент теплопроводности. По существу этот материал по своим свойствам является аналогом керамзита, имеющим в настоящее время весьма ограниченное применение вследствие высокой насыпной плотности и неудовлетворительных теплотехнических показателей.