Замена глинозема в составе шихты тарного стекла на глиноземсодержащие отходы газохимического комплекса

Replacement of aluminous in the composition of the shield of the target glass on the aluminum-containing waste of the gas-chemical complex
Цитировать:
Замена глинозема в составе шихты тарного стекла на глиноземсодержащие отходы газохимического комплекса // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Бабаев З.К. [и др.]. 2018. № 5 (50). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/5922 (дата обращения: 31.10.2020).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье приведены данные по замене технического глинозёма в составе тарного стекла на глинозём содержащий отход газохимического комплекса. В ходе эксперимента установлено, что содержащие ингредиенты в составе отхода на свойства тарного стекла отрицательное влияние не оказывают. Методом химического, дифференциально-термического и рентгенографического анализа установлены пригодность данного отхода в процессе варки стекла. Предложенное инновационное решение приводит к снижению себестоимости стекла, а также к оздоровлению окружающей среды.

ABSTRACT

The article contains data on the replacement of technical alumina in the composition of container glass with alumina containing the waste of the gas chemical complex. In the course of the experiment, it was established that the ingredients containing in the waste composition do not have a negative effect on the properties of the container glass. The suitability of this waste in the process of glass cooking is established by methods of chemical, differential-thermal and radiographic analysis. The proposed innovative solution leads to a reduction in the cost of glass and also to the improvement of the environment.

 

Ключевые слова: Тарное стекло, глинозём содержащий отход, полевой шпат, дифференциально-термический и рентгенографический анализ.

Keywords: Tarnish glass, alumina containing waste, feldspar, differential-thermal and radiographic analysis.

 

Оксид алюминия (Al2O3) применяется в произ­водстве тарных (3–12 мас.%), химико-лабораторных и электротехнических (2–25 мас.%) термометри­ческих, листовых и других типов стекол [8], что позволяет повысить их термическую и химическую стойкость, увеличить прочность и твердость, а также снизить склонность стекла к кристаллизации. Однако, при введении высокого содержания Al2O3 в состав стекла повышается высокотемпературная вязкость и затрудняется варка стекла. Поэтому оксид алюминия вводят в состав стекла в ограниченных количествах, например для оконных и полированных стекол не больше 1,7 масc. %.

В составы шихты для промышленных стекол оксид алюминия вводят посредством технического глинозема или природных глинозем содержащих материалов – полевых шпатов, пегматитов и каолинов.

Технический глинозем представляет собой порошок белого цвета, содержащий до 99 масc.% Al2O3. Его получают путем химической переработки алюминий содержащего сырья [4]. Применение технического глинозема в стекольной промыш­ленности ограничено из-за его высокой стоимости. В данной работе рассматриваются результаты исследо­вания замены технического глинозема в составе шихты тарных стекол на глиноземсодержащий отходы газохимического комплекса.

Глиноземсодержащий отход – отработанный катализатор – образуется в процессе полимеризации за счет адсорбции алюминий содержащим катализатором титановых солей, поглощения летучих компонентов HCl, CH3COOH и некоторых других соединений. По внешнему виду гранулы глиноземсодержащего отхода имеют форму шарика и являются неогнеопасными [7]. Химический состав отработанного катализатора (обоженнного при 1200 °С) включает, мас. %: 95,11 Al2O3; 0,87 Na2O; 0,84 SiO2; 0,26 Fe2O3; 0,095 TiO2; 0,30 MgO; 0,01 MnO; 0,42 CaO; 0,17 K2O; 0,01 P2O5; 0,30 SO3; 1,77 прочие примеси. Как видно из химического анализа представленная проба удовлетворяет требованиям для использования в производстве стеклоизделий. Вредные примесные оксиды, вошедщие в состав шихты с глиноземсодержащим отходом при условии введения его в количестве до 2,0 мас. % будут незаметными.

На кривых ДТА исходного глинозем­содержащего отхода (рис.1) наблюдается эндотерми­ческий эффект при 98,6 °С, который может быть обусловлен удалением физически связанной воды, что согласуется с данными [2].

 

Рисунок 1. Кривая ДТА глинозем содержащего отхода

 

Экзотермический эффект при 340 °С может быть связан со сгоранием и удалением примесей органических соединений типа циклогексана и др. Экзоэффект при 526 °С может быть обусловлен формированием низкотемпературных фаз Al2O3 (с Fe2O3). Появление размытого эндоэффекта при 823 °С в соответствии с данными [1; 6] связано с полиморфным переходом γ-Al2O3 в α-Al2O3.

На штрихдифрактограмме исходного глиноземсодержащего отхода (рис. 2, кривая 1) присутствуют рефлексы с межплоскостными расстояниями d/n=0,3160; 0,2810; 0,2340; 0,1993; 0,1856; 0,1656; 0,1526; 0,1447; 0,1433; 0,1391 нм, относящиеся к кристаллическим фазам θ-Аl2O3 и γ-Al2O3.

На дифрактограмме термообработанного при 1000 °С глиноземсодержащего отхода (рис. 2, кривая 2) установлены рефлексы кристаллических фаз, которые характерны для безводной формы θ-Al2O3 (d/n =0,3480; 0,2820; 0,2560; 0,2310; 0,2080; 0,1900; 0,1741; 0,1603; 0,1536; 0,1401нм) и γ-Al2O3 (d/n=0,2380; 0,1993; 0,1390), что согласуется с данными [6;3;5].

Для алюмосодержащего отхода, обожжённого при 1200 °С (рис. 2, кривая 3) в результате происходящих термических превращений наблюдается формирование кристаллических фаз, состоящих из θ-Al2O3, γ-Al2O3 и α-Al2O3, о чем свидетельствует появление характерных для θ-Al2O3 дифракционных отражений с d/n =0,2740; 0,2590; 0,1603, для γ–Al2O3 d/n =0,2280; 0,1998; 0,1395), для α–Al2O3 (d/n= 0,3490; 0,2410; 0,2090; 0,1537; 0,1406 нм). В соответствии с данными [6] при нагревании технического Al2O3 в условиях достаточно высокой температуры (например, 1200 °С и выше) модификация γ–Al2O3 быстро переходит в альфа-форму, однако при меньших температурах может вызвать, вероятно, укрупнение кристаллов без заметного образования α-Al2O3.

На дифрактограмме образца, термообра­ботанного при 1400 °С (рис. 2, кривая 4), отмечено присутствие отражений кристаллической фазы α-Al2O3 с d/n = 0,3490; 0,2790; 0,2690; 0,2550; 0,2390; 0,2170; 0,2080; 0,1742; 0,1603; 0,1550; 0,1514; 0,1406; 0,1374.

 

Рис. 2. Штрихи дифрактограмм исходного (1) и термообработанного при 1000 (2); 1200 (3) и 1400 (4) °С глиноземсодержащего отхода

 

На основании проведенных исследований можно предположить, что глиноземсодержащий отход в процессе термообработки на стадиях получения стекла претерпевает ряд изменений, окончательно приводящий к получению глинозема в форме α-Al2O3. Это предположение служило основанием замены технического глинозема в составе шихты тарного стекла на глиноземсодержащий отход. Для этих целей в лабораторных условиях был проверен синтез ряда составов стекла, состоящих из технического глинозема (как прототип) и глиноземсодержащего отхода, содержание которого варьировалось в пределах от 0 до 100 %, с шагом вариации 25 %. Составы опытных шихт приведены в табл.1.

Таблица 1.

Составы шихт (на 1000 г) для варки тарного стекла

Компоненты шихты

Содержание компонентов шихты, г

ТС

ОС–1

ОС–2

ОС–3

ОС–4

1

Кварцевый песок

598,9

598,9

598,9

598,9

598,9

2

Доломит

173,7

173,7

173,7

173,7

173,7

3

Кальцинированная сода

215,0

215,0

215,0

215,0

215,0

4

Сульфат натрия

9,9

9,9

9,9

9,9

9,9

5

Технический глинозем

2,5

1,875

1,25

0,625

0

Глиноземсодержащий отход

0

0,625

1,25

1,875

2,5

Примечание: ТС – промышленный состав шихты тарного стекла

 

Подготовка исходных сырьевых материалов осуществлялось по заводской технологии. Глиноземсодержащие отходы измельчались в шаровой мельнице до прохождения через сито №1,1. Варка стекла осуществлялась в лабораторной электрической печи с силлитовыми нагревателями при температуре 1450 °С, с выдержкой при максимальной температуре в течение 1 ч. Стекло отжигалось в муфельной печи при температуре 600–650 °С. Физико-технические характеристики синтезированных стекол приведены в табл.2.

Таблица 2.

Физико-технические свойства опытных стекол

Составы стекол

Показатели свойств

Плотность, кг/м3

Химическая устойчивость (расход 0,01 моль/дм3 раствора НСl на 1 г стеклянных гранул) см3

ТКЛР,

α·107,

 °С–1

Оптическое светопро-пускание, %

Термо-стойкость,

°С

ТС

2480

0,58

92

86

120

ОС–

2479

0,58

92

86

120

ОС–2

2480

0,59

92

86

120

ОС–3

2479

0,59

92

86

120

ОС–4

2480

0,58

92

86

120

 

Как видим из приведенных данных все составы удовлетворяю требованиям ГОСТ Р 52022–2003 «Тара стеклянная для пищевой и парфюмерно–косметической продукции». Кроме того такое инновационное решение приемлемо как в экономическом, так и технологическом плане.

Таким образом, установлена возможность замены технического глинозема в составе шихты тарного стекла на глиноземсодержащие отходы газохимического комплекса. Показатели свойств полученных стекол полностью соответствуют нормативным требованиям, а в экономическом плане представленная инновационная разработка является высокорентабельным, ресурсосберегающим техническим решением.

 

Список литературы:
1. Берг Л.Г. Введение в термографию. – М.: Наука, 1969. – 396 с.
2. Иванова В.П., Касаттов Б.К., Красавина Т.Н., Розина Е.Л. Термический анализ минералов и горных пород. – Л.: Недра, 1974. – 254 с.
3. Липсан Г., Стипл М. Интерпретация порошковых рентгенограмм. – М.: Мир, 1972. –384 с.
4. Логинова И.В., Кырчиков А.В., Пенюгалова Н.П. Технология производства глинозема. Екатеринбург: Изд–во Урал. ун–та, 2015. – 336 с.
5. Павлушкин Н.М., Сентюрин Г.Г, Ходаковская Р.Я. Практикум по технологии стекла и ситаллов. – М.: Из-дательство литературы по строительству, 1970. – 512 с.
6. Папко Л. Ф. Физико-химические методы исследования неорганических веществ и материалов. Минск: БГТУ, 2013. – 95 с.
7. Хакимова Г.Н. Состав, свойства и применение стеклоэмалевых покрытий на основе глауконитсодержаще-го песка Крантауского месторождения. Дисс. канд.техн.наук. Ташкент, 2012.
8. Химическая технология стекла и ситаллов / Под.ред. Н.М. Павлушкина. –М.: Стройиздат, 1983. – 432 с.

 

Информация об авторах

профессор Ургенчский государственный университет, 220100, Узбекистан, г. Ургенч, улица Х. Алимджан, 14

professor Urgench State University, 2201000, Uzbekistan, Urgench, H. Alimjan street, 14 

преподаватель Ургенчского государственного университета, 220100, Узбекистан, г. Ургенч, ул. Х. Алимджана, д.14

Teacher of Urganch State University, 220100, Uzbekistan, Urgench, H. Alimjon street, 14

координатор по делам предпринимательства молодежи Хорезмской области, 220100, Узбекистан, г. Ургенч, ул. A. Tемур

Coordinator for business development of the enterprise, low income Khorezm region, 220100, Uzbekistan, Urgench, H.A. Temur

студент Ургенчского государственного университета, 220100, Узбекистан, г. Ургенч, ул. Х. Алимджана, д.14

Student of Urganch State University, 220100, Uzbekistan, Urgench, H. Alimjon street, 14

студент Ургенчского государственного университета, 220100, Узбекистан, г. Ургенч, ул. Х. Алимджана, д.14

Student Urganch State University, 220100, Uzbekistan, Urgench, H. Alimjon Street, 14

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top