Опока негізінде көбікті шыны өндірісінің заманауи технологияларын зерттеу



Мақала минералды шикізаттың жаңа түрін таңдауға және жылу оқшаулағыш көбікті шыны технологиясын зерттеуге арналған.

Кілт сөздер: көбікті шыны, жылу оқшаулағыш материал, опока.

Статья посвящена выбору нового вида минерального сырья и разработке технологии теплоизоляционного пеностекла.

Ключевые слова: пеностекло, теплоизоляционный материал, опока.

Құрылыс материалдары өндірісінде экологиялық қауіпсіз, берік және жылу оқшаулағыш материалдарды өндіру өзекті мәселе. Синтетикалық байланыстырғыштардағы минералды өнімдер, полистирол және басқа да жасанды органикалық материалдар тәжірибелерде көрсетілгендей уақыт өте келе жылу сақтау қасиеттерін жоғалтады [1].

Жылу оқшаулағыш материалдардың нақты нарығы өнімнің үш түрімен шектелген: пенопластпен, газ бетондармен және минералды мақталармен. Қазіргі жылу оқшаулағыш материалдар көптеген пайдалану сипаттамалары бойынша құрылысшылардың қажеттіліктерін қанағаттандырмайды. Мұндай материалдардың негізгі кемшіліктері беріктігінің төмендігі болып табылады. Сонымен қатар кейбір материалдар жанғыш және улы болып табылады.

Қоршау құрылымдарының энергия үнемдеуіне қойылатын заманауи талаптар ғимараттардың тиімді жылу оқшаулау мәселелерін шешуге мүмкіндік беретін жоғары технологиялық материалдар мен жүйелерді қолдануға негізделген.

Көбікті шыны — шыны ұнтағы мен көбікті түзуші қоспаны жентектеу жолымен алынатын көбікті, жылу оқшаулағыш материал [13–14].

Көбікті жылу оқшаулағыш материалдың бұл түрінің көп жылдық даму тарихы бар және әлемнің көптеген елдерінде құрылыс саласында кеңінен қолданылды.

Алғашқы рет көбікті шыны өткен ғасырдың отызыншы жылдарында Кеңес Одағында шыны саласындағы беделді ғалым және маман И. И. Китайгородскиймен алынған [15]. Сол кезде бұрынғы КСРО аумағында көбікті шыны өндіретін төрт зауыт жұмыс жасаған. Кейінірек бұл материал әртүрлі себептермен ұмытылды.

Көбікті шынының басқа жылу оқшаулағыш материалдармен салыстырғанда негізгі артықшылықтары: суға төзімділік салыстырмалы түрде жоғары механикалық беріктік, жанбайтын және биологиялық төзімділік. Бұл перспективалы материалға біздің елімізде де, шетелде де көп көңіл бөлінеді [5]. Атап айтқанда, соңғы жылдары шолу сипатындағы бірқатар монографиялар мен мақалалар жарияланды. Көбікті шыны өнеркәсібінің табысты дамуы үшін минералды-шикізат базасын кеңейту өте маңызды. Осыған байланысты жоғары кремнийлі аморфты тау жыныстарын шикізат ретінде пайдалану ерекше қызығушылық тудырады [16].

Авторлар сәйкесінше 1:0,3:0,35 ингредиенттердің қатынасы бар опока, кальцийленген сода және бор негізінде оңай балқитын әйнектің құрамын, сондай-ақ блоктық шыны алу әдісін жасады [3].

Челябинск облысында «Баскей Керамик» кәсіпорнында Потанин кен орнының трепелдерінен оларды алдын ала шыныға қайта балқытпай бір сатылы технология бойынша түйіршіктелген пеноматериалдар өндірісі жолға қойылған [2]. Қазіргі уақытта жеке жылу оқшаулағыш өнімдерді — блоктарды, плиталар мен панельдерді өндіру технологиялары жасалды.

Б. Е. Жақыпбаев және бірлескен авторлары шыныны пісіру процесін болдырмайтын технология бойынша жылу оқшаулағыш көбікті шыны алу үшін Кынграк кен орнының опокасын қолданудың қағидатты мүмкіндігін көрсетті [4].

Кремнийлі жыныстардан көбікті шыныны алу саласындағы зерттеулердің қазіргі жағдайын К. С. Иванов және бірлескен авторлары диатомиттерге негізделген түйіршіктелген көбікті шыныны тәжірибелік өндіруге негізделген негізгі технологиялық принциптерді тұжырымдады [6]. 5–10 мм фракцияларының «ДиатомИК» түйіршіктелген көбікті шыны керамикалық материалы мынадай сипаттамаларға ие: үйілмелі тығыздық 350 кг/м ³ ; сығылу кезіндегі беріктік 1,9 МПа; көлемі бойынша су сіңіру 2,8 %; жұмсарту коэффициенті 0,98; жылу өткізгіштік 0,11 Вт/м*к [7].

Диатомит негізінде көбікті шыныны алу технологиясының мәселелері, зарядтың өзіндік құнын төмендету, көбікті қоспаларын дайындау ерекшеліктері, дайын көбікті әйнегінің көлемдік салмағының белгілі бір беттің көлеміне және қолданылатын ұнтақтау жабдықтарының түріне тәуелділігі, көбікті әйнегін өндіруге арналған шыны төсенішті өндірудің технологиялық желісі В. Е. Маневич пен Р. К. Субботин жұмыстарының циклінде ұсынылған [8–10].

Ғалымдардың зерттеулерінің талдауы көрсеткендей, көбікті әйнегін өндіруде негізгі шикізат компоненттері кремний жыныстары болып табылады, ал натрий гидроксиді көбікті түзетін қоспа ретінде қолданылады.

Осыған байланысты, жоғарыда аталған бағдарламаға сәйкес, жылу оқшаулағыш көбікті материалының негізгі компоненті ретінде Технологиялық және экономикалық жағынан қолайлы минералды шикізатты таңдау бойынша зерттеу жұмыстары және дәстүрлі технология схемасынан соңғы өнімнің өзіндік құнын төмендету үшін арнайы шыны массасын дайындау мен түйіршіктеудің энергияны көп қажет ететін және экономикалық тұрғыдан тиімсіз процесін алып тастай отырып, оны өндіру технологиясын әзірлеу қажет.

Монтаев С. А. және бірлескен авторлардың ғылыми-тәжірибелік жұмыстардың нәтижелері бойынша көбікті түзгіштің тұрақты құрамымен көбікті шынының физика-механикалық қасиеттерінің өзгеруінің негізгі заңдылықтары анықталды.

Қазақстан Республикасында кремнеземнің және құрамында шыны бар Силикат шикізатының кварц құмы, шыны сынықтары түріндегі, сондай — ақ 90–95 % шыны фазадан тұратын металлургиялық, фосфорлы түйіршіктелген шлактардың орасан зор қорлары бар [11]. Бұл материалдар көбікті әйнегін өндіруге дайын силикат шикізаты болып табылады. Бұдан басқа, Қазақстанда салыстырмалы түрде арзан энергия тасығыштардың (газ, мазут) бай қоры бар, бұл перспективада бәсекеге қабілетті көбікті шыны өндірісін жолға қоюға мүмкіндік береді.

Ресей мен Қазақстанның зерттеушілері Шипов кен орнынан алынған опока негізінде түйіршіктелген және блоктық көбікті шыны алудың құрамдары мен термиялық режимдерін зертханалық-технологиялық оңтайландыру нәтижелерін ұсынды (Қазақстан Республикасы, Оңтүстік Орал) [7]. Зертханалық жағдайда 17–22 % массалық құрамындағы натрий гидроксидінің концентрациясы кезінде (шикіқұрамның құрғақ бөлігіне) опока шикізатынан түйіршіктелген және блоктық пеностекл дайындау үшін түйіршіктерді дайындаудың оңтайлы құрамдары мен тәсілдері әзірленді. Кейінгі жартылай өнеркәсіптік сынақтар осы шикізаттан түйіршіктелген көбікті әйнегін отандық жабдықты қолдана отырып өнеркәсіптік масштабта алуға болатындығын көрсетті.

Дәстүрлі технологиялық схемасынан арнайы көпкомпонентті шыны массасын пісіру мен түйіршіктеудің энергияны көп қажет ететін және экономикалық тұрғыдан тиімсіз процесін алып тастап, шөгінді-химиялық шығу тегі кең қол жетімді кремнийлі табиғи опокалардан жылу оқшаулау үшін көбікті шыны технологиясы алынды.

Әдебиет:

1. Иванов К. С. Изоляционный материал для термостабилизации грунтов // Криосфера Земли. 2011. Т. XV. № 4. С. 120–122.
2. Шутов А. И., Воля П. А., Мосьпан В. И., Алексеев С. В. Пеностекло: Монография — Белгород: Изд-во БГТУ, 2009. — 109 с.
3. Шилл Ф. Пеностекло. — Москва: Изд-во литературы по строительству, 1965. — 307 с.
4. Жакипбаев Б. Е., Спиридонов Ю. А., Сигаев В. Н. Использование горных пород для получения пеностекла // Стекло и керамика. 2013. № 4. С. 47–50.
5. Демидович Б. К. Пеностекло. — Минск: Наука и техника, 1975. — 248 с.
6. Мелконян Р Г. Аморфные горные породы и стекловарение. М., 2002. 258 с.
7. Никитин А. И., Стороженко Г. И., Казанцева Л. К., Верещагин В. И. Теплоизоляционные материалы и изделия на основе трепелов Потанинского месторождения // Строительные материалы. 2014. № 8. С. 34–36.
8. Жималов А. А., Бондарева Л. Н., Игитханян Ю. Г., Иващенко Ю. Г. Использование аморфных кремнистых пород — опок для получения пеностекла с пониженной температурой вспенивания // Стекло и керамика. 2017. № 1. С. 14–16.
9. Жакипбаев Б. Е., Спиридонов Ю. А., Сигаев В. Н. Использование горных пород для получения пеностекла // Стекло и керамика. 2013. № 4. С. 47–50.
10. Иванов К. С., Радаев С. С., Селезнева О. И. Диатомиты в технологии
11. гранулированного пеностекла // Стекло и керамика. 2014. № 5. С. 15–19.
12. Смирнов П. В., Иванов К. С., Константинов А. О. Литология пород Туртасской свиты и возможности их использования в качестве сырья для производства пеностеклокерамики на примере Успенской площади (Тюменская область) //Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 7. С. 112–120.
13. Маневич В. Е., Никифоров Е. А., Виницкий А. Л., Мешков А. В, Сеник Н. А., Субботин Р. К. Высокоэффективный теплоизоляционный материал на основе диатомового сырья //Строительные материалы. 2012. № 11. С. 18–21.
14. Маневич В. Е., Никифоров Е. А., Мешков А. В, Сеник Н. А., Субботин Р. К. Подготовка пенообразующей смеси для получения пеностекла на основе диатомита //Строительные материалы. 2012. № 7. С. 100–102.
15. Маневич В. Е., Субботин Р. К., Никифоров Е. А., Сеник Н. А., Мешков А. В. Диатомит — кремнеземосодержащий материал для стекольной промышленности // Стекло и керамика. 2012. № 5. С. 34–39.
16. Монтаев С. А., Таскалиев А. Т., Монтаева А. С. Технология пеностекла, модифицированного волластонитосодержащими сырьевыми материалами // Теория и практика повышения эффективности строительных материалов: матер. VI междунар. Конф.студентов, аспирантов и молодых ученых. — Пенза, 2011. — С.143–146.
17. Казанцева Л. К., Стороженко Г. И, Никитин А. И., Киселёв Г. А. Теплоизоляционный материал на основе опоки // Строительные материалы. 2013.№ 5. С. 85–89.