Международный
научный журнал

Технология получения стекла и стеклокристаллических материалов с применением отходов производства


The production technology of glass and glass-crystalline materials using waste products

Цитировать:
Сидикова Т.Д. Технология получения стекла и стеклокристаллических материалов с применением отходов производства // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2018. № 4(46). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/5701 (дата обращения: 14.10.2019).
 
Прочитать статью:


АННОТАЦИЯ

Обобщены данные о синтезе метастабильных стекол и стеклокристаллических материалов на основе золошлаков Ангренской (ТЭЦ), флотоотходов флюоритовой обогатительной фабрики (ФОФ). Показан состав и технологически параметры.

ABSTRACT

Data on the synthesis of metastable glasses and glass-crystalline materials based on Angren bottom-ash (CHP), flotation waste from a fluorite factory (FF) are summarized. The composition and technological parameters are shown.

 

Ключевыеслова: стекло,стеклофаза,процессспекания, расплав, кристаллизация.

Keywords: glass;glass phase; sintering process; melting; crystallization.

 

В настоящее время доказана практическая возможность и экономическая целесообразность использования отходов флюоритовой обогатительной фабрики (ФОФ) и золошлаков ТЭЦ для изготовления декоративно-облицовочных стеклокристаллических материалов, при производстве которых обычно используют дефицитные сырьевые материалы и дорогостоящие глушители стекла [1].

Выбор этих материалов обусловлен тем, что золошлаки содержат в среднем 8-10% топливных остатков, что позволяет снизить температуру, и ускоряет стеклование.

Флотоотходы представляют собой тонкодисперсный кремнеземистый материал, образующийся при обогащении флюоритовой руды методом флотации. По основным характеристикам флотоотходы близки к природному сырью, используемому в производстве стекла для получения стеклокристаллических материалов.

В процессе переработки на рудный материал воздействуют флотореагентами, являющимся поверхностно-активными веществами. В результате поверхность флотоотходов становится активированной [3]. Это способствует лучшему перемешиванию шихты в смесителях, обеспечивает высокое качество приготовляемой шихты и повышает варочные характеристики стекла.

Основными стадиями процесса стеклообразования являются силикатообразование и растворение остаточного кремнезема. Скорость протекания данных процессов можно значительно повысить путем замены кварцевого песка на флотоотходы.

Для синтеза стекол готовили шихты, варьируя содержание исходных веществ через 10% (здесь и далее массовое содержание).

Технология получения стеклокристаллических материалов на основе вышеуказанных отходов полностью соответствует общепринятым технологическим регламентам производства декоративно-облицовочных стеклокристаллических плит.

Установлено, что все стекла провариваются при температуре 1250-1300 °С с выдержкой в течение 1-2 ч.

Заданный состав стекол соответствовал, масс.%: 69 SiO2; 7,8 Al2O3; 0,35-1,56 Fe2O3; 3,65 CaO; 0,10 MgO; 12,17,0 Na2O; 1,85 K2O; 4,50 CaF2; 4,00 криолит.

При этом из традиционного заводского состава был полностью исключен кварцевый песок и значительно сокращено количество инициатора кристаллизации стекла.

Анализ шихт показал, что провар стекломассы с использованием флотоотходов проходит более интенсивно.

Рисунок 1. Рентгенограмма стеклокристаллов

а – при температуре 700 °С

б - при температуре 750 °С

в - при температуре 850°С

г - при температуре 900°С

д - при температуре 950°С

 

Для определения кристаллизационных свойств образцы стекол подвергали термической обработке в электрической печи при температуре 860 °С в течение 30 мин.

Рентгенограмма закристаллизованных стекол показала, что основной кристаллической фазой этих стекол является β-кристоболит, разница лишь в интенсивности и скорости образования кристаллических фаз (рис-1). На рентгенограмме закристаллизованных образцов содержащих 50-70% флото- отхода, при температуре 850 оС отмечены интенсивные дифракционные максимумы, соответствующие анортиту, волластониту, который, судя по их интенсивности, является преобладающей кристаллической фазой.

Характерно, что с повышением температуры выше 900 оС кристаллические фазы уменьшаются. Об этом свидетельствует снижение дифракционных максимумов на рентгенограмме образцов.

В связи с появлением жидкой фазы выше 900°С, интенсивность линий всех соединений уменьшается, что свидетельствует о растворении их в жидкой фазе образующиеся при высокой температуре. Результаты рентгенофазового анализа подтверждались данными петрографического анализа. Петрографическое ис- следование закристаллизованных стекол при температуре 850 °С, показало, что микроструктура неоднородна. (Рис.2).

Среди основной массы, образованной стеклом β-кристоболитом и анортитом с показателем преломления ng= 1,589, np+1,576, нередко встречается игольчатые зёрна волластонита с ng= 1,65, np+1,63.На рис.2 отчетливо видны области соответствующие выше указанным кристаллическим фазам.

 

Рисунок 2. Электронно-микроскопические снимки образцов (х3400);

а) Т – 750 °С; б) Т – 850 °С; в) Т-900 °С

 

Практика применения фтористых соединений показывает большое влияние их на процессы варки стекол, стеклообразование и структуру готовых изделий. Благодаря положительному воздействию ионов фтора при увеличении содержания флотоотходов, (который содержат до 5% CaF2) происходит объемная кристаллизация стекол. Ниже приведены кристаллизационные способности стекол в зависимости от температуры.

 

Рисунок 3. Кристаллизационные способности стекол в зависимости от температуры

1 – кристаллизации нет;

2 – поверхностная опалесценция;

3 – кристаллическая тонкая пленка;

4 – кристаллическая корка;

5 – объемная кристаллизация;

6 – начало расплавления кристаллов;

7 - расплавление кристаллов;

8 – полное расплавление кристаллов.

 

Также реакции силикатообразования, в случае использования флотоотходов, заканчиваются при более низких температурах (снижение температуры в среднем на 100 оС), что приводит к более раннему появлению жидкой фазы и дальнейшему растворению кварца. В целом это ускоряет процесс стеклообразования.

Полученные стеклокристаллиты имеют гладкую поверхность. Структура закристаллизованных материалов стекловидной фазы, на поверхности которой наблюдается, образование капевидных фаз - CaF2.

Увеличение кристаллизации анортита из аморфной фазы (β-кристоболитом, волластонитом) способствует созданию прочного каркаса структуры, обеспечивающего достаточную прочность стеклокристаллита.

По основным свойствам полученные изделия не уступали производственным и имели при этом более высокие показатели плотности, термический коэффициент линейного расширения и низкие значения водопоглащения.

Химическую стойкость измельченного закристаллизованных материалов определяли в кипящих растворах серной кислоты различной концентрации (25 и 75%-ной) в течении 2 ч. Установлено, что относительные массы проб после испытания составили 99,1 и 99,5% соответственно при исходной навеске в 50 г.

Была исследована стабильность по отношению к щелочным средам (2 н раствору NaOH). Выбор щелочных реагентов объясняется тем, что большинство известных золошлаков обладает повышенной химической стойкостью к кислым средам. Поэтому устойчивость к щелочным агрессивным средам наиболее показательно.

Установлено, что закристаллизованные материалы по сравнению с исходным стеклами отличаются повышенной химической стойкостью по отношению к принятым реагентам. Потери массы материала после кипячения в 2 н растворе NaOH не превышала 0,8 – 1%. Закономерно, что повышенная химическая стойкость закристаллизованных материалов является результатом образования в них кристаллической фазы. При этом химическая стойкость зависит от общего количества кристаллической фазы. Например у материала, содержащего больше количество золошлака и термообработанного при 850 °С, потери массы в 2 н растворе NaOH составляют 0,86%, а у материала с меньшим содержанием золошлака и термообработанного при той же температуре – 1,05%.

Таким образом, отходы флюоритовой обогатительной фабрики и золошлаки можно использовать для синтеза стекол и стеклокристаллических материалов.

Это позволит не только расширить сырьевую базу, но и утилизировать отходы, что имеет большое экономическое и экологическое значение.

Таким образом, реакции силикатообразования в случае использования флотоотходов заканчиваются при более низких температурах (снижение температуры в среднем на 100 оС), что приводит к более раннему появлению жидкой фазы и дальнейшему растворению кварца. В целом это ускоряет процесс стеклообразования.

Основными стадиями процесса стеклообразования являются силикатообразование и растворение остаточного кремнезема. Скорость протекания данных процессов можно значительно повысить путем замены кварцевого песка на флотоотходы.

Таким образом, установлено возможность применение золошлаков ТЭЦ и флотоотходов (ФОФ) для получения стеклокремнезита без изменения технологических режимов производства.

 

Список литературы:
1. Волынкина Е.П. Анализ состояния и проблем переработки техногенных отходов в России //Вестник Сибир-ского государственного индустриального университета 2017 № 2 (20), С. 43-49.
2. Крашенинникова Н.С. Использование нетрадиционных сырьевых материалов с учетом их окислительно-восстановительных характеристик // Стекло и керамика. – 2003. - № 8, С. 20–22.
3. Сидикова Т.Д. Строительные материалы из отходов производства. // Современное строительство и архи-тектура, 2016. № 1(01), С. 50-52.

 

Информация об авторах:

Сидикова Тахира Далиевна Tahira Sidikova

канд. техн. наук, доцент кафедры «Естественных наук» Ташкентский институт по проектированию, строительству и эксплуатации автомобильных дорог, 100060 Узбекистан, г. Ташкент, проспект Амира Темура, 20

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of “Natural Sciences” Chair, Tashkent Institute of Design, Construction and Operation of Highways, 100060 Uzbekistan, Tashkent, Amir Temur Avenue, 20


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5459

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66239 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в:

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

ROAR

OpenAirediscovery

CiteFactor

 

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.