Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

МИКРОКРЕМНЕЗЕМ КАК СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО СТЕКЛА

Авторы:
Город:
Кострома
ВУЗ:
Дата:
21 апреля 2018г.

Микрокремнезем – пылевидный отход кремниевого и ферросплавного производства представляет собой ультрадисперстный материал, состоящий из частиц сферической формы, основным компонентом которого является диоксид кремния аморфной модификации.

Ультрамелкий побочный  продукт промышленных кремниевых сплавов имеет по крайней мере 17 различных названий, которые приведены в специальной литературе. В научном мире (в большинстве исследований) общепринятым стал термин «микрокремнезем».

Кремневые сплавы вырабатываются в электродуговых печах. Чистый кварц плавится с углем и рудами при очень высоких температурах, а пылевидные отходы собираются путем охлаждения и фильтрования печных газов.

Первые сведения о применении микрокремнезема в технологии бетона относятся к началу 50-х гг. ХХ века, когда усилиями специалистов Норвежского Технологического университета была показана принципиальная возможность и эффективность улучшения комплекса технически важных свойств бетона за счет сведения в их состав микрокремнезема.

Первое подкрепленное технической документацией массовое применение микрокнемнезема для бетона осуществлено в 1971 г. на металлургическом комбинате в г. Фиска (Норвегия). С середины 70-х гг в скандинавских странах (Швеция, Норвегия, Дания) организовано крупномасштабное производство бетонных смесей с микрокремнеземом для возведения монолитных конструкций.

Расширение применения микрокнемнезема в бетонных смесях с 1975 г. привело к принятию норвежских стандартов для микрокремнезема в цементе (1976г.) и бетоне (1978г.) В Канаде использование микрокремнезема в бетоне было одобрено в 1981г. В том же году первые промышленные смеси «портландцемент – микрокремнезем» были произведены в Исландии, а в 1982 г.- в Канаде. К этому времени микрокремнезем стал использоваться везде – от бетонных блоков до нефтяных сооружений, а его свойства применялись и проверялись по всему миру.

В 1983 г. в США установлены основные технические требования к микрокремнезему, а в 1989 г. организовано производство бетонной смеси с микрокремнеземом в Канаде.

Важной вехой в применении микрокремнезема является опыт Японии, где с учетом нормативов США возведены морские платформы.

В настоящее время в разных странах построен ряд уникальных объектов с применением микрокремнезема. Это такие известные строения, как тоннель под проливом Ламанш, комплекс высотных зданий в Чикаго, мост через пролив Нортумберленд в Канаде, буровые платформы в Северном море (Норвегия), мосты в Японии, Московская кольцевая дорога, комплекс «Москва-Сити», подземные сооружения на Манежной площади в Москве и др. Быстрота, с которой микрокремнезем завоевал внимание как научных кругов, так и специалистов–практиков, может быть объяснима уникальными свойствами материала. Однако, несмотря на бесспорную эффективность применения микрокремнезема в бетонах и растворах, по нашему мнению, утилизация отхода возможна в производстве жидкого стекла, где микрокремнезем может выступать не только в качестве добавки (5-20%) от массы цемента, но и в роли основного сырьевого компонента.

Для решения вопроса использования микрокремнезема в технологии жидкого стекла необходимо изучить его свойства.

Частицы микрокремнезема имеют гладкую поверхность и сферическую форму. Средний размер зерен составляет 0,1-0,2 мкм, т.е. они в 50-100 раз мельче цемента, а удельная площадь поверхности составляет от 13000 до 35000 м2/кг. Порошок, собранный в фильтрах, характеризуется высоким содержанием SiО2 (до 98%) и фактически состоит из рыхлых агломератов с очень низкой насыпной плотностью (120-430 кг/м3). Истинная плотность составляет примерно 2200-2300 кг/м3. Основные физические характеристики микрокремнезема приведены в табл.1.

Таблица 1.         Основные физические характеристики микрокремнезема

 

Наименование показателей

Значение

Средний размер частиц, мкм (статистический расчет)

0,1

Истинная плотность, т/м3

2,1-2,2

Насыпная плотность, т/м3

0,12-0,39

Удельная поверхность, м2/г (по методу БЭТ)

13-35

Статический угол откоса, градус

78

Динамический угол откоса, градус

52

Слипаемость, Па

900

Удельное электросопротивление, Ом*м

>1012

 

Для детальныx исследований в работе использован микрокремнезем, образующийся на Новолипецком металлургическом комбинате (табл.2)

Таблица 2. Свойства микрокремнезема Новолипецкого металлургического          комбината

 

 

Внешний вид

Массовая

доля SiO2,

%, не менее

Массовая

доля п.п.п,

%, не более

Массовая

доля воды,

%, не более

Массовая

доля CaO, %,

не более

Насыпная

плотность, кг/м3

Высокодисперсный

порошок серого цвета

95,3

1,35

0,89

1,41

161,3

 

Как известно выбор способа получения жидкого стекла, прежде всего зависит от вида кремнеземистого сырья. Микрокремнезем Новолипецкого металлургического комбината представляет собой аморфную разновидность кремнезема, отличающуюся высокой дисперсностью и высоким содержанием в составе SiО2. Поэтому вполне очевидно, что жидкое стекло наиболее целесообразно получать мокрым безавтоклавным способом – путем прямого растворения микрокремнезема в растворе щелочи NaOH при температуре ниже 100℃  и  при  постоянном  перемешивании.  Технологическая  схема  поучения  жидкого  стекла  из микрокремнезема Новолипецкого металлургического комбината представлена на рисунке 1.


Как видно, технология получения жидкого стекла из микрокремнезема Новолипецкого металлургического комбината, довольно проста и малоэнергоемка. Однако исключительно высокая дисперсность микрокремнезема и его структура объясняют пониженную насыпную плотность. Эти показатели предопределяют трудности при его применении и транспортировке. Так например, цементовозы, вмещающие 35 т цемента, могут принять всего 7-9 т. микрокремнезема, что соответственно увеличивает расходы на его транспортировку.

Нами предлагается технология транспортирования и дозирования микрокремнезема в виде пульпы (рис. 2). Для этого в автобетоносмесители загружается микрокремнезем из бункера-накопителя пылеулавливателя при одновременной подаче воды во вращающийся барабан автобетоносмесителя, в результате чего образуется пульпа. Для предотвращения расслоения и оседания пульпы смесь необходимо барботировать сжатым воздухом. На предприятии по производству жидкого стекла автобетоносмеситель разгружается в приемные баки, из которых затем пульпу перекачивают пневмонасосами в расходные баки. В них должно быть предусмотрено ее непрерывное перемешивание при помощи специального перемешивающего устройства – мешалки с электроприводом. По мере необходимости в эти же баки может подаваться вода для получения пульпы необходимой концентрации. Трубопроводы подачи пульпы должны быть закольцованы, что обеспечит постоянную циркуляцию и исключит застаивание и расслоение пульпы.




Таким образом, все выполненные эксперименты показали не только возможность, но и целесообразность получения жидкого стекла из микрокремнезема Новолипецкого металлургического комбината.

Список литературы

 

1.    Генералов Б.В., Афанасьев Р.С. Крифукс О.В. Повышение эффективности производства жидкого стекла // Строительные материалы.-2001.-№3.-С.40-41.

2.    Проняхин А.Ю., Павлова А.Б. Производство и использование силиката натрия на базе отходов металлургии // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.-2002.-№11.-С.36.

3.     Русина В.В. Закономерности формирования состава и свойств микрокремнезема // Бетон и железобетон.-2009.-№3.-С.20-23.