Введение к работе
Актуальность темы. Силикаты натрия получили широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства, как одни из самых крупнотоннажных и доступных неорганических связующих. Интерес к этим техногенным продуктам, значительно возросший в последние годы, определяется их ценными свойствами, экологической чистотой производства и применения, негорючестью и нетоксичностью, а также доступностью исходного сырья. Растворимое стекло необходимо в строительной индустрии для производства высокопрочных строительных материалов, укрепления грунтов и защиты фундаментов, металлургии, машиностроении, бумажной промышленности, при производстве моющих средств, негорючих силикатных красок, катализаторов крекинга нефти, флюсов сварочных электродов, для производства тарного и листового стекла. Потребность в силикат-глыбе для регионов Северного Кавказа в 2003...2006 гг. оценивается в 400...600 тыс. т. в год. Однако этот ценный материал производится по содовой технологии и вследствие этого имеет высокую отпускную цену, что сильно ограничивает его применение в народном хозяйстве.
Наряду с этим в ряде областей существует проблема утилизации огромных накоплений сульфатов натрия - отходов химпроизводств. В настоящее время на Волгодонском химическом комбинате и на Новочеркасском заводе синтетических продуктов накоплено более 1,5 млн. т сульфатных отходов.
Высокая себестоимость синтеза традиционных вяжущих заставляет обращаться к разработкам новых связующих материалов, получаемых с использованием ресурсосберегающих технологий их производства.
Таким образом, представляет особый интерес способ получения растворимого стекла по сульфатной технологии, позволяющей значительно снизить себестоимость продукта синтеза, благодаря использованию в качестве исходного сырья сульфатных отходов производства алкилсульфоната натрия. Это дает возможность применить более дешевое растворимое стекло в качестве связующего компонента в производстве отделочных декоративных вя-
4 жущих материалов. Исследование этих процессов легло в основу предлагаемой диссертации. В связи с этим тема данной диссертационной работы является актуальной. Данная работа выполнена в рамках плановой темы фундаментальной НИР научного направления 1.14 Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института): «Разработка теоретических основ ресурсосберегающих технологий новых тугоплавких неметаллических и силикатных материалов: композиционных, керамических, стекломатериалов и вяжущих», имеющей важное народнохозяйственное значение.
Целью работы является разработка новой ресурсо- и энергосберегающей технологии растворимого стекла с использованием в качестве щелочного компонента сульфатных вторичных продуктов алкилсульфонатного производства и получение отделочных декоративных вяжущих на основе синтезированного жидкого стекла.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
произвести термодинамические расчёты с целью изучения основных закономерностей синтеза силикат-глыбы из песка и сульфатных отходов химических производств;
изучить механизм влияния органических примесей, содержащихся в новом щелочном компоненте стекольной шихты, на кинетику синтеза натриевой силикат-глыбы;
— создать на базе проведенных исследований наиболее эффективную
технологию и выработать оптимальные технологические параметры произ
водства растворимого стекла;
разработать составы отделочных декоративных композитов на основе кальций-алюмосиликатных отходов с применением жидкого стекла, синтезированного по новой технологии;
создать технологию управления цветностью строительных материалов с использованием ЭВМ.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем: - В результате исследования термодинамики реакций взаимодействия диоксида кремния с сульфатсодержащими продуктами алкилсульфонатного производства установлена теоретическая возможность синтеза силиката натрия без применения восстановителя благодаря интенсивному протеканию твёрдофазовых реакций.
Установлено, что при синтезе силиката натрия на основе сульфатсо-держащих вторичных продуктов производства апкилсульфоната натрия на начальном этапе происходит образование твёрдых растворов замещения апкилсульфоната в силикатной матрице, которые при более высоких температурах за счёт протекания реакций самовосстановления-самоокисления переходят в твёрдые растворы вычитания. При этом наблюдается начальное образование высокомодульных силикатов натрия, которые на последующих стадиях синтеза превращаются в более низкомодульные.
Разработана термодинамическая модель, позволяющая определить оптимальные параметры синтеза растворимого стекла со значением силикатного модуля 3 на основе сульфатсодержащих отходов производства алкил-сульфоната натрия.
'Практическая значимость работы состоит в следующем:
Разработана новая эффективная ресурсо- и энергосберегающая технология растворимого стекла на основе кварцевого песка и сульфатных отходов производства синтетических моющих средств, которая прошла производственные испытания и рекомендована к промышленному использованию. Техническая новизна разработки подтверждена патентами РФ Xs 2266775 и №2151100.
Разработаны химические составы и технология отделочных декоративных вяжущих (ОДВ) на основе различных техногенных отходов с использованием в качестве связующего — силиката натрия. ОДВ обладают высокими строительно-техническими и эстетическими свойствами и рекомендованы для использования'в современном строительстве.
— Выполнено компьютерное дизайн-проектирование и разработана
технология управления цветностью новых декоративных отделочных материалов.
— Материалы диссертации использовались в подготовке лекционного и -
практического материала, а также лабораторных курсов (практикумов) спе
циальных дисциплин «Химическая технология тугоплавких неметаллических
и силикатных материалов», «Основы технологии новых стекломатериалов и покрытий», «Физико-химические методы исследования тугоплавких неметаллических и силикатных материалов». За период с 2001...2005 гг. выполнено три студенческих научно-исследовательских работы.
- Ожидаемый расчетный экономический эффект от внедрения новой
сульфатной технологии растворимого стекла составит 10,38 млн. рублей при
производстве 8840 тУгод.
Апробация работы: Материалы работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях ЮРГТУ(НПИ), Новочеркасск, 1998...2006 гг.; Научно-технической конференции «Наука и технология силикатных материалов в условиях рыночной экономики» (г. Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 1999г.); Международных научно-практических конференциях: «Проблемы строительной экологии» (г. Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2000г.); «Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге XXI века», (Белгород: БелГТАСМ, 2000г.); Седьмых академических чтениях РААСН «Современные проблемы строительного материаловедения» (Белгород: РААСН и БелГТАСМ, 2001г.); II Международном совещании по химии и технологии цемента (Москва: НИИЦемент и РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2000г.), Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород: БелГТАСМ, 2003г.); II Международном форуме «Образование, наука, производство» (Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 научных работ, в том числе получено два патента РФ.
Объём диссертации: Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, включающей три раздела, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 189 страницах машинописного текста, включает 44 рис., 58 табл. и 11 стр. приложений.
Автор выражает глубокую благодарность Верещаке Владимиру Викторовичу, кандидату технических наук, доценту кафедры «Технология керамики, стекла и вяжущих веществ» Южно-Российского государственного технического университета (НПИ) за помощь в постановке, проведении и оформлении диссертационной работы.
