Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические основы и практический опыт производства жидкого стекла и силикатных материалов на жидком стекле 9
1.1. Современное состояние производства жидкого стекла 9
1.2. Направления научных исследований и разработок по созданию новых технологий получения силикатных материалов на основе жидкого стекла . 13
1.3. Научные разработки по созданию теплоизоляционных материалов с использованием жидкого стекла 26
1.4. Способы отверждения жидкостекольных композиций и повышение водостойкости готовых изделий на их основе 34
1.5. Механизм твердения жидкостекольных композиций 38
Выводы 40
2. Методы исследований и характеристика исходных материалов . »41
2.1. Методы исследований 41
2.2. Характеристика кремнеземсодержащих материалов на основе кристаллического диоксида кремния 45
2.3. Характеристика природных материалов, содержащих кремнезем в аморфном виде 49
2.4. Характеристика щелочных материалов и отходов промышленности, использованных в данной работе 61
Выводы 63
3. Экспериментальные исследования по получению жидкого стекла . методом прямого низкотемпературного синтеза 64
3.1. Синтез жидкого стекла с использованием кремнеземсодержащих сырьевых материалов на основе кристаллического кремнезема 65
Выводы 87
3.2. Синтез жидкого стекла из кремнеземсодержащих материалов на основе аморфного диоксида кремния 89
Выводы 101
3.3. Технологическая реализация разработанных методов синтеза жидкого стекла 102
Выводы 107
4. Эффективность метода прямого низкотемпературного синтеза жидкого стекла 108
4.1. Производственные испытания жидкого стекла, полученного методом прямого низкотемпературного синтеза 108
4.2. Экономическая эффективность получения жидкого стекла методом прямого низкотемпературного синтеза 109
Выводы 114
5. Получение силикатных материалов на основе жидкого стекла 115
5.1. Технологические параметры образования теплоизоляционных материалов на жидком стекле без введения добавок 116
Выводы 122
5.2. Технологические параметры образования блочных теплоизоляционных материалов на жидком стекле с введением добавок 124
5.3. Технологические параметры образования гранулированного теплоизоляционного материала 126
Выводы 135
Основные выводы работы 136
Список использованной литературы
- Направления научных исследований и разработок по созданию новых технологий получения силикатных материалов на основе жидкого стекла
- Характеристика природных материалов, содержащих кремнезем в аморфном виде
- Синтез жидкого стекла из кремнеземсодержащих материалов на основе аморфного диоксида кремния
- Экономическая эффективность получения жидкого стекла методом прямого низкотемпературного синтеза
Введение к работе
Одним из направлений, способных улучшить экологическую обстановку и снизить вредное воздействие токсических веществ на человека, является разработка новых видов экологически чистых строительных и отделочных материалов и технологий их производства. Такими материалами могут стать строительные материалы на жидком стекле, синтезированном по низкотемпературному методу, исключающему высокотемпературную варку . Эта технология позволяет использовать кремнеземсодержащее сырье на основе аморфного и кристаллического диоксида кремния. Причем синтез жидкого стекла с использованием некристаллических кремнеземсодержащих горных пород сокращает технологическую цепочку его производства. Максимальное использование природного потенциала сырьевых компонентов, с минимальным техногенным воздействием, позволит снизить расход материальных и энергетических ресурсов и исключить вредные выбросы в атмосферу, образующиеся при сжигании топлива.
В связи с тем, что необходимо уменьшить потери тепловой энергии, которая теряется через ограждающие и несущие конструкции гражданских и промышленных зданий и сооружений, Коллегия Министерства строительства России с 1 июля 1996 г. внесла соответствующие изменения в строительные нормы [33, 93]. Реализация новых норм требует использования новых видов эффективных теплоизоляционных материалов, полученных по экологически чистым технологиям. Коллегия Министерства строительства России рекомендовала научно-исследовательским институтам уделить внимание организации производства новых видов теплоизоляционных материалов, отвечающих современным требованиям [77].
Использование и производство теплоизоляционных, лакокрасочных и других материалов на жидком стекле является перспективным и экологически безопасным. Однако получение и использование жидкого стекла, изделий на его основе связано с определенными затруднениями. Низкая химическая активность кристаллического кремнеземсодержащего
5 сырья, используемого для получения жидкого стекла приводит к необходимости высокотемпературного синтеза. Кроме того, материалы на жидком стекле имеют низкую стойкость к воздействию воды. В связи с этим возникает необходимость исследований по преодолению приведенных задач. Совмещение двух указанных направлений: развития технологии по использованию прямого низкотемпературного синтеза получения жидкого стекла и использование его для производства теплоизоляционных материалов и покрытий, так и для других материалов, способно привести не только к значительной экономии энергоносителей, материальных ресурсов, но и к улучшению экологической обстановки, расширению номенклатуры материалов с использованием жидкого стекла.
Низкотемпературным синтезом жидкого стекла занимаются многие ученые: д.т.н., проф. Мелконян Р.Г [65], Горемыкин А.В. и Пасечник'И.В. [25], Афанасьев В.А., Бондарев К.Т. и Шворнева Л.И. [8], Балаян М.А. и Балекаев А.Г. [11], Карнаухов Ю.П. [45].
Интерес к материалам на жидком стекле определяется, прежде всего, экологической чистотой и простотой производства и применения, негорючестью и нетоксичностью получаемых материалов, их биологической устойчивостью, а также доступностью исходного сырья.
Цель работы.
Выявление общих зависимостей низкотемпературного синтеза жидкого стекла из кремнеземсодержащего сырья с кристаллическим и аморфным диоксидом кремния, разработка основных технологических переделов низкотемпературного производства жидкого стекла и СМ, при технологических, параметрах приемлемых, для серийных машин и аппаратов.
В соответствии с целью определены следующие этапы работы: исследование сырьевых кремнеземсодержащих материалов; изучение фазовых изменений в щелочекремнеземистой смеси при механохимической и гидротермальной обработке; разработка технологических параметров получения жидкого стекла методом низкотемпературного синтеза с учетом выявленных особенностей кремнеземсодержащего сырья; определение экономической эффективности производства жидкого стекла по разработанной технологии; изучение процессов происходящих в жидкостекольных композициях; исследование влияния добавок на механические и физико-химические свойства силикатных материалов. Положения, выносимые на защиту.
1. Механизм механохимической активации взаимодействия кремнеземсодержащих горных пород.
Технология низкотемпературного гидротермального синтеза жидкого стекла, с использованием активированных горных пород.
Механизм поризации синтезированного жидкого стекла.
Способ повышения водостойкости теплоизоляционных материалов на синтезированном жидком стекле.
Научная новизна.
Установлен вероятный механизм взаимодействия кремнеземсодержащих горных пород с раствором гидроксида натрия. Сущность такого взаимодействия заключается в активизации начальной стадии деструкции кристаллической решетки кварца, образовании мономера кремниевой кислоты, образовании силикат-иона и последующего синтеза жидкого стекла гидротермальным способом. Механохимическая активация кремнеземсодержащих горных пород подтверждается снижением температуры гидротермального синтеза жидкого стекла на 60-90 С.
Анализ кинетики процесса образования жидкого стекла при механохимической активации показал, что его лимитирующим фактрром является интенсивность преобразования силоксановой связи в силонольную и концентрация гидроксида натрия в растворе.
Поризация структуры теплоизоляционного материала, полученного на основе синтезированного жидкого стекла, является специфичной для температур 90-100С и 280-290С. При этом до 100С адсорбционная вода формирует открытую пористость, а при температуре более 280С -кристаллизационная вода - закрытую пористость.
Показано, что на водостойкость теплоизоляционного материала в интервале порообразования 100-180С решающее влияние оказывает дефектность структуры дисили катов кальция, а в интервале 750-78 0С, более эффективны несвязанные оксиды трехвалентного железа и кальция.
Практическое значение работы.
Разработана низкотемпературная энергосберегающая технология производства жидкого стекла на основе кремнеземистого сырья, содержащего аморфный и (или) кристаллический кремнезем, методом прямого низкотемпературного синтеза.
Показана возможность низкотемпературного синтеза жидкого стекла на основе тонкомолотого кварцевого песка (800 м2/кг) при температуре 140С (давление 0,45-10б Н/м ) и продолжительности механохимической активации 4 ч. Эта технология может быть реализована в аппаратах промышленного производства.
На основе синтезированного жидкого стекла разработана технология получения блочных и гранулированных теплоизоляционных материалов. Теплофизические свойства блочных материалов - плотность 300-350 кг/м3, прочность при сжатии 1.1-3.2*10 Н/м , теплопроводность 0.О9-0.101 Вт/м'С, коэффициент водостойкости 1; гранулированных материалов - плотность 210-215 кг/м , прочность при сжатии 0,4 10 Н/м , теплопроводность 0.09 Вт/м'С, коэффициент водостойкости 1.
Апробация работы.
Результаты работы представлены на следующих международных научно-технических конференциях: "Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций" (Белгород, 1995г.), "Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений" (Белгород, 1997 г.), "Композиционные строительные материалы. Теория и практика" (Пенза, 2002г.), "Современные наукоемкие технологии" (Сочи, 2002 г.),
8 «Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения» (Самара, 2004 г.)
Результаты работы использованы при проведении опытных работ на Уфалейском заводе металлургического машиностроения, в сталелитейном производстве акционерного общества "Энергомаш", на Шебекинском химическом заводе, в производственных условиях ОАО "Диатомит-Инвест". При этом себестоимость жидкого стекла, полученного методом прямого низкотемпературного синтеза, ниже традиционного на 45 %, и условный годовой экономический эффект составляет более 1 млн. руб.
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Автор выражает благодарность заведующему кафедрой общей химической технологии Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова доктору технических наук, профессору Бесед ину П.В. и руководителю лаборатории рентгеноструктурного анализа Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова кандидату технических наук Шамшурову В. М. за содействие, оказанное при выполнении диссертационной работы.
Направления научных исследований и разработок по созданию новых технологий получения силикатных материалов на основе жидкого стекла
Жидкое стекло обладает рядом свойств, которые делают этот материал уникальным. В естественных условиях жидкое стекло способно образовывать прозрачные полимеры; при нагревании оно вспенивается с образованием мелкопористого материала. Из жидкого стекла легко образуются кристаллические силикаты натрия, хорошо растворимые в воде, а также из жидкого стекла выделяется аморфный кремнезем. Эти свойства обусловлены свойствами и строением кремнезема [90].
Растворы жидкого стекла по своим свойствам напоминают растворы кремнезоля. Наряду с частицами силикатов в растворах жидкого стекла присутствуют анионы типа Si40i 4 , в которых атомы кислорода расположены в вершинах правильного тетраэдра [122]. При содержании оксида натрия больше, чем в дисиликате натрия, в растворах находится дисиликат натрия -Na20 2Si02 и свободный гидроксид натрия - 2Na2S102 + H20=Na2Si205+2NaOH, при высоких значениях рН происходит деполимеризация полисиликатных анионов. Растворы силикатов, содержащие оксид натрия в количестве меньшем, чем в дисиликате натрия, состоят из дисиликата натрия и свободной кремневой кислоты. С понижением концентрации щелочи, процессы полимеризации усиливаются. В концентрированных силикатных растворах могут существовать в виде определенных химических соединений Na20 Si02 и Na20 2Si02 . Все остальные соотношения Na20:Si02 следует рассматривать как смесь мета - и дисиликата с избытком гидроксида натрия или коллоидного гидратированного кремнезема. При синтезе силикатов водным путем в обычных условиях не образуются продукты определенного химического состава, а происходит образование смесей, состоящих из гидратированнызс соединений, гидроксидов и комплексных образований силикатов с кремнеземом. Коллоидная мицелла кремнезема в концентрированных растворах щелочных силикатов с высоким содержанием кремнезема представляется в виде: [x(SiOj + nSI02) ySi03H]" +уН+. Коллоидная мицелла в щелочных растворах: [x(Si03 + пН20) ySi03H]- +yNa+ [29] .
Принцип образования коллоидного кремнезема в щелочных условиях при помоле в шаровой мельнице используется для получения комплексных шамотно-кварцевых [81, 82], кремнеземисто-алюмосиликатных [80. 83] вяжущих.
Наиболее широко используемое свойство жидкого стекла — высокая степень адгезии к большому числу материалов и полимеризации ч естественных условиях. Поэтому жидкое стекло принято относить к силикатным связующим материалам [127]. Жидкое стекло способно образовывать различные виды систем, от твердых растворов до истинных растворов, которые сохраняют способность к полимеризации [35, 122]. По мнению Богдановой В.И. даже при низких концентрациях кремния в водных растворах наряду с мономером присутствуют и полимерные кремнекислоты, при этом равновесные концентрации между всеми формами растворенного кремнезема устанавливаются очень медленно [14]. Для таких случаев следует употреблять понятие о концентрации тех или иных форм кремния в конкретных условиях. Большие катионы щелочных металлов стабилизируют высокополимерные формы кремне-кислородных анионов [122].
Свойство полимеризации жидкого стекла, способность выделять аморфный кремнезем, позволяет получать широкий спектр строительных материалов, например, стеновых [122], кровельных, фундаментных, штукатурных [17, 19, 25, 36, 85, 92, 98, 101, 107, 127]. Использование кварцевого песка в качестве наполнителя позволяет также повысить стойкость строительных материалов к истиранию. На рис. 1 представлена классификация строительных материалов, полученных на жидком стекле.
Все силикатные материалы, содержащие жидкое стекло и твердые силикаты натрия по назначению можно разделить на три основные группы (рис.1): конструкционные строительные материалы [29], теплоизоляционные материалы [18], клеи, краски, силикатные покрытия [52]. Эффективными и перспективными материалами являются строительные конструкции, сочетающие в себе все три группы перечисленных материалов.
В России самыми распространенными отделочными материалами остаются лакокрасочные материалы на основе органических связующих. Однако органические компоненты краски (пленкообразователи и растворители) оказывают токсическое воздействие на организм человека, как при синтезе
Характеристика природных материалов, содержащих кремнезем в аморфном виде
В представленной работе в качестве кремнеземсодержащего сырья также исследованы и использованы следующие горные породы: трепел Каменецк-Подольского месторождения (г. Каменецк-Подольский Хмельницкой обл.), трепел Кутейниковского месторождения (балка Круглик в 7 км к северо-востоку от станции Кутейниково, в 3,5 км к западу от меловых карьеров Амвросиевского цементного завода Донецкой обл.), трепел Фокинского месторождения (Брянская обл.), трепел Благодатенского месторождения (Курская обл.), а также диатомит Инзенского месторождения (Ульяновская обл.).
Кремнистые аморфные породы особо привлекают к себе внимание в связи с широким природным распространением. На территории железорудного бассейна Курской магнитной аномалии — Брянской, Орловской, Курской, Белгородской и Воронежской областей - промышленные месторождения кремнистых пород известны в отложениях туронского и сантонского ярусов верхнего отдела меловой системы, а также киевской и харьковской свит палеогеновой системы. Кремнистые породы туронского яруса распространены в пределах Курской, Орловской и Брянской областей, они представлены преимущественно трепелом и линзами опок. Кремнистые породы сантонского яруса имеют более широкое распространение и протягиваются широкой полосой от Воронежа до северных границ Брянской области. Трепелы и опоковидные глины сантона окрашены в серые и белесо-желтые тона. Трепелы глинистые, алевритистые. Кремнистые породы киевской свиты представлены опоками, глинами и песчаниками опоковидными. Распространены между городами Обоянь и Острогожск на территории, занимающей северную и северо-восточную части Белгородской, юго-восток Курской и запад Воронежской областей.
Трепел - рыхлая тонкопористая слабосцементированная осадочная горная порода, очень легкая, содержит мало или почти лишена органических остатков [23]. Кремнистые породы характеризуются алевропелитовой структурой глинисто-кремнистого материала с тонко распыленным кварцем и карбонатом. Сложены преимущественно сферическими опаловыми, иногда халцедоновыми тельцами (глобулами) размером 0,01-0,02-10"3 м. Карбонат состоит преимущественно из кальцита. В данных породах присутствуют глинистые минералы монтмориллонитового ряда. Редко наблюдается мусковит, каолинит, халцедон.
Отобранные образцы трепелов представляют собой светло-серую и желтовато светло-серую горную породу в виде рыхлых кусков размером от 5 до 250-10"3 м. Химический состав кремнеземсодержащих пород и отходов промышленный предприятий на основе аморфного диоксида кремния представлен в таблице 6.
Результаты химического анализа показывают, что содержание диоксида кремния в трепеле Каменецк-По дольского месторождения на 7-9 мас.% больше, чем в трепеле Кутейниковского и Благодатенского месторождений. В трепелах присутствуют оксиды алюминия от 2,17 до 10 мас.%, что свидетельствует о содержании глинистых минералов, содержание оксида кальция 0,49-1,47 мас.% подтверждает присутствие кальцита. По данным петрографического анализа установлено, диоксид кремния в перечисленных трепелах представлен, в основном, опаловой формой, по данным петрографического анализа и с учетом литературных данных содержание активного (растворимого или аморфного) кремнезема в тепелах Каменецк-Подольского, Кутейниковского и Благодатенского месторождений находится в пределах 45-50 мас.%, а в трепеле фокинского месторождения до 97 мас.%. При рентгенофазовом анализе горных пород (рис. 5), содержащих как аморфный кремнезем, так и другие минералами (например кварц, алюмосиликаты), установлено, что дифракционные отражения обусловлены наличием минералов, имеющих кристаллическое строение (низкотемпературная модификация кварца (в трепелах около от 3 до 50 мас.%), алюмосиликаты 7-15 мас.%). Поэтому на рентгенограмме трепела Кутейниковского месторождения (рис. 5) наиболее сильно выражены дифракционные отражения кварцевых и глинистых минералов. Вследствие того, что на ряду с присутствием кварца в трепеле содержаться и глинистые минералы, имеющие четкую кристаллическую структуру и содержаться в количестве 15-20 мае. %, аморфный кремнезем на рентгенограмме
Кутейниковского трепела (диффузный подъем) практически не зафиксирован. На рентгенограмме трепела Фокинского месторождения можно отметить наличие диффузного подъема в интервале двойных углов 18-22 29. Кроме того, на рис. 5 показаны рентгенограммы, полученные путем рентгеновской съемки кварцевого песка (Кичигинского месторождения) и трепела (Фокинского месторождения), и приведения интенсивности трепела к интенсивности кварцевого песка. Эти рентгенограммы наглядно показывают различие в структуре кристаллических решеток двух горных пород. Четко прослеживается наличие кристаллической структуры, соответствующей низкотемпературной модификации кварца, в песке Кичигинского месторождения. Присутствии диффузного подъема, на трепеле Фокинского месторождения показывает, что он представлен аморфным веществом.
Синтез жидкого стекла из кремнеземсодержащих материалов на основе аморфного диоксида кремния
Проведена серия экспериментов по определению режима и технологических параметров получения жидкого стекла методом прямого низкотемпературного синтеза на основе трепелов и диатомита.
Для синтеза жидкого стекла использованы трепела КутеЙниковского, Благодатенского, Фокинского месторождений и диатомит Инзенского месторождения природный и в виде пылевидного отхода диатомитового кирпича, обожженного при температуре 850С.
Перечисленные горные породы предварительно подвержены дроблению в щековой дробилке до получения зерен размером не более 4 мм, а затем механохимической обработке в шаровой мельнице либо гидротермальной обработке при атмосферном давлении и температуре кипения щелочекремнеземистой суспензии.
Синтез жидкого стекла на основе горных пород, содержащих аморфный кремнезем, проведен при соотношении диоксида кремния и гидроксида натрия обеспечивающем модуль 2.8-3.0. Составы исходных щелочекремнеземистых суспензий приведены в таблице 21.
Синтез жидкого стекла на основе горных пород осуществлен в шаровой мельнице периодического действия. Шаровая мельница является не только помольным агрегатом, но и химическим реактором. Продолжительность синтеза жидкого стекла в шаровой мельнице составлял от 2 до 10 часов. При этом в ходе эксперимента изучалось влияние содержания воды и времени измельчения на химическое взаимодействие исходных компонентов.
Установлено, что в соотношении трепел/вода =1/1 синтез жидкого стекла затруднен. Малое количество воды (51,25 мас.%) препятствует полному взаимодействию исходных компонентов, наличие свободной щелочи препятствует образованию адгезионных сил между поверхностями бумаги.
Для увеличения реакционной способности исходных компонентов увеличено содержание воды. Результаты повторного опыта приведены в таблице 23.
Несмотря на длительную механохимическуго обработку в шаровой мельнице Благодатенского трепела, полученные продукты не образованию адгезионных сил. Адгезионные свойства этой суспензии проявляются после дополнительной гидротермальной обработки при температуре кипения жидкостекольной смеси, при атмосферном давлении. Суспензия на основе трепела Кутейниковского месторождения проявляет адгезионную способность после 8 часов помола в щелочной среде. Проявление адгезионной способности связано с тем, что аморфный кремнезем переходит в раствор под действием щелочи. Дальнейшее увеличение времени механохимического взаимодействия не приводит к изменению физико химических свойств жидкого стекла.
В ходе эксперимента установлено, что для получения жидкого стекла на основе трепела Фокинского месторождения, необходимо осуществлять механохимическую обработку исходной щелочекремнеземистой смеси в течение 6 часов, хотя адгезионные свойства у суспензии проявляются уже после 1 часа механохимическоЙ обработки в шаровой мельнице (таблица 24).
Таким образом, показано, что количество воды влияет лишь на плотность продуктов помола и, следовательно, на плотность жидкого стекла, при этом продолжительность механохимического взаимодействия не изменяется рис. 22.
Для исследования процессов, происходящих в шаровой мельнице, отбирались небольшие порции полученной суспензии. Затем проводился рентгенофазовый анализ. На рис. 23 - 25 показаны рентгенограммы продуктов синтеза жидкого стекла на основе аморфных кремнеземеодержащих горных пород.
По рентгеновским порошковым дифрактограммам, установлено, что с увеличением продолжительности механохимического воздействия на трепел Благодатенского месторождения изменений в исходных кристаллических не происходит. В трепелах Кутейниковского и Фокинского месторождений уменьшается содержание исходных кристаллических фаз и возрастает содержание аморфной фазы. Как видно из представленных рентгенограмм, происходит уменьшение пиков соответствующих низкотемпературному тригональному кварцу, и после 8 часов механохимического воздействия эти отражения превратились в большой диффузный подъем в области 29 14-30 град, что соответствует веществу без кристаллической решетки, т. е. жидкому стеклу. В результате помола также происходит уменьшение пиков соответствующих монтмориллониту. Это уменьшение связано с тем, что в результате механохимического воздействия на частицы монтмориллонита происходит его механическое и химическое разрушение. По своей природе монтмориллонит является адсорбентом, и при помоле увеличивается его удельная поверхность, на которую хорошо адсорбируются молекулы силиката натрия. Исчезновение пиков на рентгенограмме связано также с особенностью его структуры.
Экономическая эффективность получения жидкого стекла методом прямого низкотемпературного синтеза
Жидкое стекло, полученное по методу прямого низкотемпературного синтеза на основе песка Кичигинского месторождения с модулем от 2.44 и 3.05, апробировано на Уфалейском заводе металлургического машиностроения (УЗММ) для изготовления жидко-подвижных смесей (Приложение 1). По технологии чугунолитейного цеха УЗММ изготовлены стержни весом 20-30 кг. Проведена установка в форму, заливка, выбивка в соответствии с технологией. Стержни с применением синтезированного жидкого стекла удовлетворяют техническим требованиям для жидко-подвижных смесей, предусмотренных нормативно-техническими документами Уфалейского завода металлургического машиностроения. При этом модуль жидкого стекла должен быть в пределах 2,4-2,7.
В отраслевой научно-исследовательской лаборатории технологии литейных процессов Челябинского Государственного технического университета, проведены испытания составов стержневых смесей и противопригарных покрытий для производства стальных отливок, приготовленных на жидком стекле, полученном по методу прямого низкотемпературного гидротермального синтеза на основе кварцевого песка Кичигинского месторождения. Испытания проводились на смесях, отверждаемых как тепловой сушкой, так и С02-газом. Составы испытуемых смесей приведены в прил. 2. Физико-механические свойства смесей определялись действующими методами, применяемыми для оценки составов в литейном производстве. Отмечено, что стержни из опытных смесей не отличаются от стержней, изготовленных по цеховой технологии. Про веденные испытания показали возможность применения синтезированного жидкого стекла для изготовления жидкостекольных форм и противопригарных покрытий, предоставленное жидкое стекло рекомендовано для производственных целей при производстве литья на машиностроительных заводах (Приложение 2).
Для получения чистого жидкого стекла необходима дополнительная стадия разделения готового жидкого стекла и непрореагировавших зерен кварцевого песка. Очищенное жидкое натриевое стекло с модулем 2.55-2.76 использовано в рецептурах синтетических стиральных порошков, вырабатываемых на АО Шебекинском химзаводе (Приложение 3). Результаты испытаний показали возможность использования жидкого стекла, полученного методом прямого низкотемпературного синтеза, для производства синтетических стиральных порошков,
В условиях экспресс-лаборатории сталелитейного цеха Белгородского Ajt АО «Энергомаш» проведены испытания проб жидкого стекла, синтезированного методом низкотемпературного синтеза на основе формовочных отходов.. С использованием жидкого стекла были приготовлены сухие образцы. Согласно данным испытаниям физико-механические свойства смеси на предоставленном жидком стекле соответствуют свойствам используемых смесей на жидком стекле, изготовленном из силикат-глыбы в сталелитейном цехе АО «Энергомаш».
Таким образом, промышленные испытания показали возможность использования жидкого стекла, синтезированного низкотемпературным гидротермальным способом, в металлургической и химической отраслях.
На территории Белгородской области в благоприятных горно-геологических условиях широко развиты полтавские пески, перспективные в качестве кварцевого сырья. Поэтому синтез жидкого стекла произведен на основе кварцевых песков. Ориентировочный расчет экономической эффективности также проведен для производства жидкого стекла методом низкотемпературного синтеза на основе кварцевого песка.
Капитальные вложения к1тв жм = А + kмои. + Ал » где кд - прейскурантная стоимость деталей и узлов, необходимых для производства, тыс.руб.; кмон - затраты на монтаж, равные 15% d , тыс.руб.; к» - затраты на неучтенное оборудование, равные 10% , тыс.руб.; А: = 1713,5 + 257 +171,35 = 2141,85 тыс.руб. Режим работы предприятия - непрерывный. Количество обслуживающего персонала 11 человек.
С целью определения эффективности получения жидкого стекла, методом прямого низкотемпературного синтеза, произведен сравнительный анализ затрат по сырью и энергозатратам на получение жидкого стекла как методом прямого низкотемпературного синтеза, так и традиционным способом сплавления кварцевого песка с содой и растворением в автоклаве. Для этого в таблице 34 приведены цены на сырье и энергоносители в период 01-02.2005 года.
На получение 1000 кг жидкого стекла расходуется 320 кг силикат-глыбы с модулем 2.8. В таблице 35 приведен расчет удельных затрат на сырье при получении жидкого стекла традиционным способом.
Для получения жидкого стекла с модулем 2.4 из кварцевого не измелчен-ного песка необходима автоклавная обработка в течение не менее 6 часов при давлении не менее 0,5 10 Н/м , выход автоклава в рабочий режим 1 час.
При измельчении кварцевого песка на струйной мельнице затрачивается 0,5 часа, при этом расходуется 88-10 Вт ч. Затраты на растворение кремнезема в автоклаве приняты равными затратам на растворение силикат-глыбы. Учи тывая вышеизложенное, произведен ориентировочный расчет удельных затрат на сырье и энергоносители, при производства жидкого стекла методом прямого низкотемпературного синтеза.
