WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

На основании результатов проведенного анализа выдвинута гипотеза о возможности получения зернистого теплоизоляционного материала на основе модифицированной жидкостекольной композиции из микрокремнезема, сочетающего низкие плотность и теплопроводность гранул с высокими прочностью, водо- и морозостойкостью путем использования научно-обоснованных технологических приемов формирования дифференцированной пористости.

Оптимальная поровая структура зернистых теплоизоляционных материалов может быть получена при двухуровневом размещении пор разных диаметров с соблюдением принципов плотной гексагональной упаковки и микропоризации при одновременном повышении прочности межпоровых перегородок (несущего каркаса).

Эффективным способом регулирования поровой структуры материалов является введение в жидкостекольную композицию алюмосиликатных добавок, а также промежуточных и попутных продуктов сульфатно-целлюлозной переработки древесины.

В соответствии с рабочей гипотезой сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе представлена характеристика сырьевых компонентов и описаны методы исследований.

Для получения зернистых теплоизоляционных материалов использовались следующие сырьевые компоненты:

  • микрокремнезем конденсированный IV поля – отход производства кристаллического кремния. Свойства микрокремнезема: насыпная плотность 225 кг/м3, истинная плотность 2300 кг/м3, удельная поверхность 2950 м2/кг. Химический состав микрокремнезема, масс. %: SiO2 - 87,07; Al2O3 - 0,79; Fe2O3 - 0,44; CaO - 0,68; MgO - 0,78; Na2O - 0,37; K2O - 0,54; потери при прокаливании - 3,28. Всего в работе применялось 6 партий микрокремнезема конденсированного. Микрокремнезем соответствует требованиям ТУ 5743-048-02495332-96.
  • глиеж Богучанского месторождения – порода осадочного происхождения, образовавшаяся в процессе пирометаморфизма углесодержащих глинистых пород при подземных пожарах. В работе глиеж использовался в порошкообразном состоянии. Свойства глиежа: насыпная плотность 1100 кг/м3, истинная плотность 2620 кг/м3, удельная поверхность 270 м2/кг. Химический состав глиежа, масс. %: SiO2 - 64,42; Al2O3, (в т.ч. акт.Al2O3) - 18,42 (3,65); Fe2O3 - 6,93; CaO - 2,21; MgO - 1,85; Na2O - 1,38; K2O - 3,39; SO3 - 0,14; потери при прокаливании - 0,56. Глиеж соответствует требованиям ОСТ 21-9-81.
  • зола-уноса II поля, образующаяся при сжигании бурых углей. Свойства золы-уноса: насыпная плотность 900 кг/м3, истинная плотность 2750 кг/м3, удельная поверхность 410 м2/кг. Химический состав золы-уноса, масс. %: SiO2 - 50,13; Al2O3 - 12,51; Fe2O3 - 7,87; CaO - 22,69; MgO - 3,43; Na2O - 0,31; K2O - 0,44; SO3 - 1,01; потери при прокаливании - 1,04. Всего в работе применялось 7 партий золы-уноса II поля. Зола-уноса соответствует требованиям ГОСТ 25818-91.
  • сульфатное мыло – промежуточный продукт сульфатно-целлюлозной переработки древесины. Сульфатное мыло соответствует требованиям ТУ 13-0281078-28-118-88 и характеризуется плотностью 935 кг/м3, температурой вспышки 264 С, температурой воспламенения 316 С.
  • пек талловый – попутный продукт сульфатно-целлюлозной переработки древесины. Пек талловый соответствует требованиям ОСТ 13-145-82 и характеризуется плотностью 1200 кг/м3, температурой вспышки 240 С, температурой воспламенения 370 С.
  • пек талловый омыленный, соответствующий требованиям ТУ 2453-003022195725-2001 и характеризующийся плотностью в куске 1300 кг/м3, температурой размягчения 55 С, температурой вспышки 270 С, температурой воспламенения 383 С.
  • гидроксид натрия соответствует требованиям ГОСТ 2263-79. В работе гидроксид натрия использовался в виде водного раствора плотностью 1480 кг/м3 и концентрацией 45,22 %.

В работе для изучения и оценки свойств сырьевой смеси, параметров технологических процессов, а также показателей качества получаемых материалов использовались стандартные и нестандартные методики исследований.

Для оптимизации функциональных и строительно-эксплуатационных свойств зернистых теплоизоляционных материалов использовались методы математического планирования эксперимента.

Получение регрессионных моделей и проверка их адекватности осуществлялись с привлечением методов математической обработки данных на ЭВМ PC (использовался интегрированный статистический пакет STADIA 6.2).

В третьей главе приведены результаты исследований по изучению влияния силикатного модуля (n=35) и модифицирующих добавок на свойства и структурные изменения жидкостекольной композиции из микрокремнезема.

Жидкостекольная композиция – это высоковязкая масса (продукт гидротермальной обработки водной суспензии, включающей микрокремнезем, гидроксид натрия и добавки в установленных соотношениях), которую гранулируют и сортируют по фракциям после охлаждения до температуры 1820 °С.

По качественным характеристикам жидкостекольная композиция для получения зернистого теплоизоляционного материала отличается от традиционно используемого натриевого жидкого стекла по ГОСТ 13078-81*. Для оценки состава и свойств жидкостекольной композиции использовались значения силикатного модуля.

Выявлено, что при введении модифицирующих добавок ускоряется процесс получения жидкостекольной композиции с 10 до 6-7 мин. Тонкодисперсные активные минеральные добавки (глиеж Богучанского месторождения и зола-уноса ИТЭЦ-7) являются дополнительным источником SiO2, а промежуточные и попутные продукты сульфатно-целлюлозной переработки древесины (сульфатное мыло, пек талловый и пек талловый омыленный) способствуют снижению поверхностного натяжения на границе раздела фаз жидкостекольной композиции.

При введении добавок глиежа и золы-уноса (до 20 масс. %) увеличивается кинематическая вязкость и снижается поверхностное натяжение жидкостекольной композиции. Поверхностно-активные добавки сульфатного мыла, пека таллового и пека таллового омыленного (до 2 масс. %) способствуют снижению кинематической вязкости (с 3,717,7 до (2,911,5) · 10-6 м/с) и поверхностного натяжения жидкостекольной композиции (с 43,437,5 до (22,519,0) · 10-3 Н/м) при различных значениях силикатного модуля.

По причине малой продолжительности процесса получения и требуемой высокой вязкости для дальнейших исследований при получении зернистых теплоизоляционных материалов была выбрана жидкостекольная композиция с силикатным модулем 5.

Результаты рентгенофазового анализа свидетельствуют о том, что модифицированная жидкостекольная композиция состоит, преимущественно, из рентгеноаморфной фазы. Кристаллическая фаза присутствует в незначительном количестве и представлена -кристобалитом и -кварцем.

Установлено, что введение добавок сульфатного мыла, пека таллового и пека таллового омыленного способствует увеличению рентгеноаморфной, а добавки глиежа и золы-уноса – увеличению кристаллической фазы жидкостекольной композиции из микрокремнезема (дополнительные рефлексы -кварца).

Результаты ИК-спектроскопического анализа свидетельствуют о наличии в жидкостекольной композиции сгруппированных кремнекислородных тетраэдров [SiO4] с высокой степенью полимеризации. Введение добавок глиежа и золы-уноса способствует увеличению содержания твердой фазы в жидкостекольной композиции и большей степени полимеризации кремнекислородных анионов. ИК-спектры жидкостекольной композиции, модифицированной добавками сульфатного мыла, пека таллового и пека таллового омыленного, свидетельствуют о наличии в нем эфирных составляющих целлюлозы.

В четвертой главе представлены результаты исследований по управлению пористостью зернистых теплоизоляционных материалов на основе модифицированной жидкостекольной композиции из микрокремнезема.

Введение до 20 масс. % тонкодисперсных активных минеральных добавок (золы-уноса ИТЭЦ-7 и глиежа Богучанского месторождения) способствует увеличению закрытой и, соответственно, снижению открытой пористости на 18,3847 % и теплопроводности материалов на 1012 %. За счет этого уменьшается объемное водопоглощение материала, а входящие в состав глиежа и золы-уноса алюмосиликатные соединения способствуют повышению на 38,843,3 % прочности и морозостойкости зерен. Коэффициент вариации показателей качества материалов составляет 89 %. Зернистые теплоизоляционные материалы с добавками промежуточных и попутных продуктов сульфатно-целлюлозной переработки древесины (до 2 масс. % сульфатного мыла, пека таллового и пека таллового омыленного) по причине их термической деструкции при термообработке отличаются низкими насыпной плотностью (113,69135,37 кг/м3), теплопроводностью (0,040,05 Вт/(м·°С)) и высокой пористостью зерен (91,0292,5 %).

Результаты исследований зернистых теплоизоляционных материалов на основе модифицированной жидкостекольной композиции с силикатным модулем 5 приведены в таблице 1. На рисунках 1 и 2 представлены графические зависимости насыпной плотности и общей пористости материала от количества добавки сульфатного мыла и силикатного модуля жидкостекольной композиции.

Физико-химические исследования свидетельствуют о том, что кристаллическая фаза зернистых теплоизоляционных материалов на основе модифицированной жидкостекольной композиции из микрокремнезема представлена, главным образом, -кварцем и -кристобалитом. Введение добавок глиежа и золы-уноса (до 20 масс. %) способствует увеличению кристаллической фазы материалов.

Установлено, что для зернистых теплоизоляционных материалов при термообработке характерно постепенное удаление воды без разрушения силикатного каркаса. Удаление свободной и физически связанной воды происходит в интервале 130 150 С. ИК-спектры зернистых теплоизоляционных материалов свидетельствуют о наличии кремнекислородных тетраэдров [SiO4] с различной степенью полимеризации, а также кристаллизационной (химически связанной) воды.

Результаты микроскопического анализа зернистых теплоизоляционных материалов, представленные в таблице 2, свидетельствуют о том, что модифицирующие добавки сульфатного мыла и глиежа способствуют снижению среднего диаметра внутризерновых пор на 33,3339,22 %, среднего диаметра пор в межпоровых перегородках на 16,436,1 % и более равномерному их распределению по объему зерен (рисунки 3 и 4), а межпоровые перегородки близки между собой по толщине.

Таблица 1 – Свойства зернистого теплоизоляционного материала фракции 10-20 мм

Показатели

качества

Расход добавки, масс. %

без добавки

глиеж

(10-20)

зола-уноса

(10-20)

сульфатное

мыло

(1-2)

пек

талловый

(1-2)

пек талловый

омыленный

(1-2)

Насыпная

плотность, кг/м3

151,32

180,17216,49

175,75205,74

130,18113,69

132,85115,82

135,37120,0

Средняя плотность

зерен, кг/м3

211,96

253,24299,83

249,07294,59

180,41150

184,42158,6

186,43160,72

Пористость зерен

- общая, %

- открытая, %

- закрытая, %

89,91

8,0

81,91

88,5586,99

6,214,24

82,3482,75

88,6487,14

6,534,74

82,1182,40

91,2092,50

10,6712,63

80,5379,87

91,0792,14

10,1611,66

80,9180,48

91,0292,09

10,0511,42

80,9780,67

Водопоглощение зерен

по объему, %

8,0

6,214,24

6,534,74

10,6712,63

10,1611,66

10,0511,42

Теплопровод-ность,Вт/(м·°С)

зерен

0,059

0,053

0,052

0,04

0,048

0,05

фракции

0,07

0,0660,079

0,0640,075

0,0470,045

0,0480,046

0,0490,047

Прочность при сжатии, МПа

0,67

0,961,35

0,931,3

0,490,34

0,510,38

0,520,39

Потеря массы при

испытании на

морозостойкость

(15 циклов),%

5,0

3,82,1

4,02,2

6,98,9

7,38,1

7,18,0

Рисунок 1 – Зависимость насыпной плотности зернистого

теплоизоляционного материала от расхода добавки

сульфатного мыла

Рисунок 2 – Зависимость общей пористости зернистого

теплоизоляционного материала от расхода добавки

сульфатного мыла

Таблица 2 – Характеристики поровой структуры

зернистых теплоизоляционных материалов

Характеристики

поровой структуры

Вид модифицирующей добавки

(расход, % от массы

микрокремнезема)

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»