Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья - файл n1.doc

Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья
скачать (5269.4 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc6985kb.13.05.2011 16:30скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17


УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ХИМИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

ТЕХНОЛОГИЙ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

«ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР «АЛТАЙ»
АССОЦИАЦИЯ РАЗРАБОТЧИКОВ ТЕХНОЛОГИЙ

И ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ИЗ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ «РОСМИНИЗОЛЯЦИЯ»
АДМИНИСТРАЦИЯ Г. БИЙСКА – НАУКОГРАДА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ИЗ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ


Доклады X Всероссийской научно-практической конференции

26 –28 мая 2010 года

(г. Бийск Алтайского края)

Бийск  2010

УДК 699.86:691.21(042.3)

Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья: Доклады X Всероссийской научно-практической конференции (26 – 28 мая 2010 г., г. Бийск).Бийск: БТИ АлтГТУ, 2010. 212 с.
Х Юбилейная Всероссийская научно-практическая конференция посвящена обсуждению широкого круга вопросов, касающихся переработки природного и техногенного сырья в современные теплоизоляционные и конструкционные материалы и изделия, способные конкурировать с зарубежными аналогами.

В сборник включены доклады, отражающие современные тенденции в развитии технологий получения непрерывных и штапельных волокон из природных и синтезированных алюмосиликатных материалов, изготовления изделий строительного и промышленного назначения на их основе. Приведены результаты научных исследований по расширению отечественной сырьевой базы для выработки минеральных волокон и улучшению качества выпускаемой из них продукции. Предложены альтернативные способы получения расплавов из горных пород и техногенных отходов. Рассмотрены вопросы повышения производительности установок по выпуску утеплителей благодаря использованию новых технологических приемов и совершенствованию оборудования. Большое внимание уделено разработке рецептур и технологий получения пеносиликатов и газобетонов, методам оценки эксплуатационных свойств изделий из стеклопластика, изучению физико-механических характеристик полимерных композитов, армированных базальтовыми и стеклянными непрерывными волокнами, базальтовой чешуей и фиброй.

Обмен информацией, планирование научных и технических проектов, привлечение сырьевых ресурсов различных регионов страны и ближнего зарубежья к развитию производств теплоизоляционных и конструкционных материалов и изделий стали еще актуальнее, что подтверждает интерес, проявленный к проводимому форуму со стороны ученых, производственников, руководителей предприятий и администраций, преподавателей вузов, менеджеров и др.


Оргкомитет конференции:

академик РАН Г.В. Сакович, член-корр. РАН А.С. Жарков, докт. хим. наук С.В. Сысолятин, докт. техн. наук О.С. Татаринцева, канд. техн. наук Н.В. Козырев, канд. техн. наук А.В. Литвинов, С.С. Крыжановский




Организация конференции и подготовка сборника докладов к публикации проведены при финансовой поддержке РФФИ (грант № 10–08–06019)




Часть докладов воспроизведена

в виде, представленном авторами



ISBN 978–5–9257–0148–5


 Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, 2010 г.

 ФГУП «Федеральный научно-производственный центр «Алтай», 2010 г.

 Ассоциация разработчиков технологий и производителей изоляционных

материалов из минерального сырья «Росминизоляция», 2010 г.

 Администрация г. Бийска – наукограда РФ, 2010 г.

Содержание


МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЁ СИБИРИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БАЗАЛЬТОВОЙ ВАТЫ И ПЕНОСТЕКЛА 5

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БАЗАЛЬТОВЫХ ВОЛОКОН, ПОЛУЧЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ 9

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ НАГРЕВ В ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ БАЗАЛЬТОВЫХ ВОЛОКОН 12

Контроль диаметра высокотемпературной струи расплава в процессе 16

производства базальтового волокна 16

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ БАЗАЛЬТОВОГО НЕПРЕРЫВНОГО ВОЛОКНА 19

ВЛИЯНИЕ ОКСИДА МАГНИЯ НА СВОЙСТВА АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ СТЕКОЛ И НЕПРЕРЫВНЫХ ВОЛОКОН НА ИХ ОСНОВЕ 23

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬЮ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ НА НАЗАРОВСКОМ ЗАВОДЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ 25

Физические закономерности процесса волокнообразования при производстве супертонкого базальтового волокна 31

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ МИНЕРАЛЬНЫХ РАСПЛАВОВ 35

ЭЛЕКТРОПЛАЗМЕННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ РАСПЛАВОВ 39

БЕСШОВНАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ ИЗ СУПЕРТОНКОГО БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА 43

СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА УТЕПЛИТЕЛЯ ИЗ БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА В ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО РАЗВИТИЯ 46

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПЛИТ ИЗ БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА 48

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ПОЛУЖЕСТКИХ БАЗАЛЬТОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ 50

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗЛУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 53

ГИДРОФОБИЗАЦИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ СИЛИКОНОВЫМИ ЭМУЛЬСИЯМИ 57

КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕГО 60

ПОЛУЧЕНИЕ ПОРИСТЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ 62

ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА 62

СИСТЕМЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ И ОГНЕЗАЩИТЫ НА ОСНОВЕ БАЗАЛЬТОВОГО СУПЕРТОНКОГО ВОЛОКНА «MAGMAWOOL» ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ УКЛАДКИ 65

ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕСТКИХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПЛИТ ИЗ МИНЕРАЛЬНОГО 70

ВОЛОКНА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ СВЯЗУЮЩИХ 70

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МУЛЛИТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ КИАНИТА 72

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА НЕКОНДИЦИОННОГО МАРГАНЕЦСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ С ИСКЛЮЧЕНИЕМ СТАДИИ ОБОГАЩЕНИЯ 75

ПОЛУЧЕНИЕ КОЛЛОИДНОГО КРЕМНЕЗЕМА ИЗ ПЕНОСИЛИКАТА 78

АЛЮМОСИЛИКАТНОЙ СИСТЕМЫ 78

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ РЕНТГЕНОАМОРФНОГО ПЕНОСИЛИКАТА 82



МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЁ СИБИРИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БАЗАЛЬТОВОЙ ВАТЫ И ПЕНОСТЕКЛА


В.А. Кутолин, В.А. Широких

Институт геологии и минералогии СО РАН, г. Новосибирск
The calculations of melt viscosity according to Persikov’s method (1984) are shown to give the results similar to the experimental determinations of the melt’s characteristics.

Thus such calculations are very useful for a rapid forward estimate of the basalts’ usability for the rockwool manufacture out of them.

Picrite-basalts which are well-known in the Republic of Khakassia were found out to be a good raw product for the rockwool manufacture.

Effective aggregate of granulated foamglass type for light concretes can be manufactured of granite stone rubble screening and pulverized fuel ash caused by mineral coal burning at a fuel-burning power plant. That would allow reviving the large-panel house-building and construct inexpensive apartments.
Наиболее распространенным теплоизоляционным материалом из минерального сырья является базальтовая (минеральная) вата. Кроме того, как показали наши исследования, из щебеночных отсевов гранитов и зол-уноса от сжигания на ТЭС каменных углей можно изготавливать теплоизоляционный материал типа пеностекла, но его промышленное получение пока не организовано.

Для производства минеральной ваты применяются базальты, долериты, порфириты, диабазы, габбро и др. К сожалению, специальное геологическое и петрологическое изучение месторождений этих пород как сырья для изготовления минеральной ваты обычно не проводится, поэтому большинство производителей минераловатной продукции довольствуются использованием месторождений, разведанных для получения щебня. Однако требования к щебеночному сырью совершенно другие, чем к породам для производства минеральной ваты, вследствие чего получаемая продукция оказывается невысокого качества или её выпуск сопровождается повышенными затратами энергии на плавление шихты. Этих недостатков легко избежать, если проводить геологическое и петрологическое изучение намечаемых к эксплуатации месторождений магматических пород. В настоящее время на территории Алтайского края, Новосибирской, Кемеровской и Томской областей геологами выделено 232 комплекса магматических пород, причем в состав 100 из них входят базальты, долериты, порфириты, диабазы или габбро.

Геологическое изучение месторождений минераловатного сырья, прежде всего, должно выяснить степень их однородности, так как состав магматических пород иногда значительно меняется по разрезу одного и того же геологического тела. Если при разработке таких неоднородных массивов не учитывать этого обстоятельства, разные партии сырья будут отличаться по своему составу и вязкости получаемых из них расплавов, что приведет к нестабильному качеству продукции.

В целях предварительной оценки пригодности магматических пород для производства минеральной ваты нами используются петрологические методы. Так, вязкость расплавов рассчитывается по методу Э.С. Персикова. Точность расчетов вязкости расплавов по этому методу составляет ±30 %, а точность вычисления модуля вязкости, обычно практикуемого технологами минераловатного производства, – всего лишь ±55 %.

Большое достоинство метода Персикова – возможность учитывать изменение вязкости расплавов при переходе в них FeO в Fe2O3 в результате окисления расплавов. Как известно, Fe2O3 является в расплавах сеткообразователем, а FeO – модификатором, поэтому при окислении базальтовых расплавов их вязкость значительно возрастает. Для иллюстрации точности метода Персикова в таблице приведены полученные нами данные по расчету вязкости расплава среднего состава диабазов Круторожинского месторождения в зависимости от степени его окисления (соотношения в нем FeO и Fe2O3) и экспериментальные данные Н.П. Беляковой и др. о вязкости расплава этих пород.

Вязкость расплавов диабазов Круторожинского месторождения, определенная экспериментально (Беляковой Н.П. и др.) и рассчитанная по методу Персикова Э.С.

Т, С

Значения вязкости, Пас

экспериментальные

рассчитанные*

1

2

3

1350

33,0

19,1

5,3

75,4

1400

18,3

12,8

3,7

48,6

1450

11,0

8,8

2,6

32,2

1500

6,5

6,2

1,9

21,8

1550

4,0

4,4

1,4

15,1

1600

2,6

3,2

1,1

10,6

1700

1,7

1,8

0,6

5,7

Примечания. * – Варианты расчета вязкости: 1 – по среднему составу диабазов с содержанием FeO и Fe2O3, определенным химическими анализами (среднее из 10 анализов); 2 – по среднему составу диабазов, в котором все оксиды железа представлены в виде FeO (восстановленный расплав диабаза); 3 – по среднему составу диабазов, в котором все оксиды железа представлены в виде Fe2O3 (окисленный расплав диабаза).

Как видно из таблицы, до температуры 1450 °С экспериментальные данные Н.П. Беляковой находятся в вилке между нашими расчетными значениями по варианту 2 (восстановленный расплав, оксиды железа представлены только FeO) и варианту 3 (окисленный расплав, оксиды железа представлены только Fe2O3). При температурах 1500...1700 С экспериментальные данные хорошо совпадают с рассчитанными по варианту 1 (расплав не окисляется и не восстанавливается, содержания FeO и Fe2O3 в нем отвечают тем средним значениям, которые определены при химическом анализе 10 образцов диабаза). Полученные результаты согласуются с выводом американского петролога Дж. К. Кеннеди, установившего, что наиболее интенсивно базальтовый расплав окисляется на воздухе при температуре до 1400 С. По-видимому, при определении вязкости расплава диабазов Круторожинского месторождения в экспериментах Н.П. Беляковой до 1450 С происходило некоторое окисление этого расплава, поэтому его вязкость оказалась выше, чем по нашим расчетам по варианту 1 с природным соотношением FeO и Fe2O3 в среднем составе диабаза. Проведенное сравнение хорошо иллюстрирует применимость метода Персикова для быстрой предварительной оценки вязкости расплавов.

Точное инструментальное определение вязкости расплавов горных пород очень важно при окончательном решении вопроса о их пригодности для производства минеральной ваты высокого качества, так как именно от вязкости расплавов зависит их способность образовывать длинные и тонкие волокна. По данным Г.Ф. Тобольского, оптимальная вязкость расплавов должна составлять от 0,3 до 1,5 Пас, если для производства минеральной ваты используются вагранки. Точные измерения вязкости расплавов проводятся на уникальной установке в лаборатории О.С. Татаринцевой (ИПХЭТ СО РАН, г. Бийск).

Магматические породы с низкой вязкостью расплавов, необходимой для получения из них длинных и тонких волокон, встречаются редко, поэтому при производстве минеральной ваты на вагранках для понижения вязкости расплавов часто приходится использовать двухкомпонентную шихту, добавляя к базальтам известняки, доломиты или металлургические шлаки. Однако эти добавки имеют серьёзные недостатки. Например, введение известняков и доломитов повышает расход энергии, так как только на разложение 1 т карбонатных пород необходимо дополнительно затратить 370 кг кокса. Кроме того, при разложении 1 т известняков или доломитов в атмосферу улетает 400 кг углекислого газа, что почти вдвое увеличивает затраты на транспортировку карбонатных добавок. При добавке в шихту металлургических шлаков ухудшаются экологические характеристики минеральной ваты.

Для понижения вязкости расплавов базальтов, диабазов или порфиритов, по нашему мнению, лучше всего применять серпентиниты. Они будут разлагаться в расплаве при температуре на 200 С ниже, чем известняки или доломиты, причем при этом будет выделяться не углекислый газ, а пары воды в количестве 100...150 кг на 1 т серпентинитов.

Недостатки, присущие производству минеральной ваты из двухкомпонентной шихты, устраняются, если использовать однокомпонентную шихту из пикритовых базальтов, долеритов или меланократовых габброидов. Эти породы содержат в своем составе более 10...12 % оксида магния, поэтому их расплавы имеют низкую вязкость, что и обеспечивает высокое качество минеральной ваты. К сожалению, такие породы встречаются гораздо реже обычных базальтов и габброидов. На территории Алтайского края, Новосибирской, Томской и Кемеровской областей известно только 17 комплексов магматических пород, в состав которых входят пикритовые базальты или меланократовые долериты и габброиды. Эталоном месторождений пикритовых базальтов является Свиягинское (Приморье), породы которого, по заключению Вильнюсского ВНИИ теплоизоляции, считались лучшим сырьем в СССР для производства минеральной ваты

Магматические породы с высоким содержанием оксида магния, близкие по этому качеству к пикритовым базальтам Свиягинского месторождения, есть и в некоторых районах Сибири. Так, в Норильском районе известны пикритовые базальты Талнахского покрова, расчетные вязкости расплавов которых близки к вязкости расплавов свиягинских пород. В Копьевском районе Республики Хакасии имеются пикритовые базальты, аналогичные породам Свиягинского месторождения. К сожалению, они не разрабатываются, хотя условия их залегания благоприятны для устройства там карьера, который мог бы снабжать высококачественным сырьем многие заводы для производства минеральной ваты из однокомпонентной шихты на вагранках с горячим дутьём.

В Институте геологии и минералогии СО РАН разработана технология производства нового легковесного теплоизоляционного строительного материала типа пеностекла из отвальных хвостов и шламов ГОКов и щебеночных отсевов дробильно-сортировочных заводов. По аналогии с керамзитом этот материал назван «петрозитом», что означает «пористый камень». Для его изготовления пригодны те горные породы, расплавы которых имеют вязкость 103...105 Пас при температуре их ликвидуса, так как эта вязкость обеспечивает получение из расплава устойчивой силикатной пены с радиусом пузырьков не более 1 мм. Такая пена при остывании превращается в петрозит с высокой механической прочностью и минимальной объёмной массой. Этому требованию удовлетворяют граниты, диориты, сиениты, риолиты, дациты, андезиты и трахиты. Необходимо подчеркнуть, что петрозит изготавливается из тонкозернистых и пылевидных отходов переработки магматических пород, которые сейчас не находят практического применения.

Насыпная плотность гранулированного петрозита составляет 200...350 кг/м3, прочность при сдавливании в цилиндре 1...1,5 МПа, следовательно, он может использоваться как эффективный пористый заполнитель легких бетонов, значительно превосходящий по своим качествам керамзит. Бетонные изделия на петрозитовом заполнителе имеют прочность при сжатии от 2 до 5 МПа, плотность 600...800 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,2...0,3 Вт/ (м∙К), поэтому они будут удовлетворять требованиям СНиП 23–02–2 о повышении теплозащиты стеновых материалов.

В Институте геологии и минералогии СО РАН также разрабатываются научные основы утилизации зол-уноса для производства эффективных пористых заполнителей легких бетонов, которые мы по аналогии с пеностеклом назвали пенозолом.

Нами изготовлен гранулированный пенозол из золы-уноса, полученной при сжигании каменных углей Кузбасса на Новосибирской ТЭЦ-5, где её суточный выход составляет около 1000 т, и пока она не находит применения. Насыпная плотность полученного пенозола 300 кг/м3, а его прочность при сдавливании в цилиндре 1,2 МПа.

С использованием петрозита и пенозола можно было бы изготавливать однослойные крупные стеновые панели, удовлетворяющие своей низкой теплопроводностью требованиям СНиП 23–02–02, что позволило бы возродить крупнопанельное домостроение и строить недорогое социальное жильё.

Ещё одно перспективное направление использования петрозита и пенозола – изготовление из него легкобетонных блоков для индивидуального малоэтажного строительства, о необходимости которого говорил В.В. Путин ещё в 2007 г. Широкое внедрение результатов наших исследований в промышленное производство способствовало бы успешному выполнению Национального проекта «Доступное и комфортное жильё – гражданам России».

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации