Алгоритм технологического процесса изготовления пеностекла

Стеклянный гранулят и стеклянный бой размалывают, используя шаровые мельницы в смеси с газообразователем, в тонкий порошок, загружают в формы из жароупорной стали с каолиновой обмазкой. Формы на вагонетках и по роликовому конвейеру подают в муфельную, туннельную или шахтную печь. Под действием высокой температуры происходит размягчение частиц стеклянного порошка и его спекание. Газы, выделяющиеся при сгорании и разложении газообразователя, вспучивают вязкую стекломассу. При охлаждении образуется материал с ячеистой структурой. Медленное охлаждение (отжиг) способствует равномерному остыванию изделий по объему, поэтому в них не возникают внутренние напряжения и не образуется трещин. Охлажденные изделия распиливают, оправляют на опиловочном оборудовании и упаковывают.

В результате данных этапов производства и получается пеностекло. Его химический состав на 100% совпадает с химическим составом классического стекла и включает в себя оксиды кремния, кальция, натрия, магния, алюминия. Газовая среда полностью замкнутых стеклянных ячеек не взаимодействует с атмосферой и представляет собой, в основном, оксиды и соединения углерода. Давление газовой среды в ячейках на порядок ниже атмосферного давления, т.к. процесс вспенивания происходит за счет выделения газов коксом, антрацитом и сажей при температуре порядка 1000°С. Благодаря газообразованию и вспениванию объем стекла увеличивается в 15 раз.

Пеностекло имеет сотовую структуру, где стенки и узлы ячеек состоят из такого прочного материала, как стекло, что обусловило его уникальную прочность и способность противостоять механическим нагрузкам. Матрица узлов и связей структуры представляет собой наиболее оптимальную пространственно-объемную конфигурацию, способную при минимальной плотности выдерживать максимальные нагрузки. Основные параметры ячейки такого стекла характеризуются следующими показателями: при среднем диаметре ячейки 2 000 мкм толщина стенок ячеек варьируется в интервале от 20 до 100 мкм.

Технология пеностекла, как известно, всегда была и остается достаточно сложной и энергоемкой по сравнению с другими теплоизоляционными материалами. В связи с этим первоочередного решения требуют проблемы совершенствования технологии получения пеностекол. Поскольку существующие технологии пеностекла были направлены, прежде всего, на получение теплоизоляционных материалов, обширные исследования проведены в отношении пеностекол с низким пока­зателем средней плотности. Недостаточно изученным является вопрос о повышении конструктивных свойств пеностекол, что и обусловило направление проведенных исследований по совершенствованию технологии пеностекла с позиций повышения его конструктивных свойств. Предпосылкой к этому послужила склонность уплотнению структуры пеностекла при непосредственном вспенивании алюмосиликатных расплавов на основе эффузивных пород и боя тарного стекла. Весьма важным при этом являлось обеспечение условий создания оптимальной поровой структуры пеностекла, обусловливающей качество синтезируемого материала.

В данной работе показана целесообразность использования композиций из стеклобоя с подшихтовкой природными щелочными алюмосиликатами для получения пеностекла при энергетически выгодных температурных режимах. Основанием к этому служит исходная энергонасыщенность эффузивных пород и стеклобоя, обус­ловленная повышенным содержанием в них стеклофазы и окси­дов щелочных металлов. В качестве сырьевых компонентов рассматривались перлиты Мухор-Талинского, базальты Селендумского месторож­дений Республики Бурятия и бой тарных стекол. При использовании вышеуказанных пород и стеклобоя количество до­полнительно вводимого щелочного компонента (NaОН) удалось понизить до 3-5%.

Представляло интерес изучение влияния способа измельче­ния на структуру исходных пород и свойств пеностекла. Сухой по­мол эффузивных пород в вибрационной мельнице применялся для повышения реакционной способности этих пород путем разруше­ния их структуры, а также развития в них процессов выщелачива­ния. О преимуществе сухой механоактивации, заключающейся в образовании дефектов кристаллической решетки, тогда как при мокрой механоактивации наблюдается простое диспергирование.

При одинаковом содержании стеклобоя в пеностекольной шихте в диапазоне 70-90%, в зависимости от соотношения в шихте пер­лита и базальта, получены пеностекла с регулируемыми свойства­ми. Оптимальные температуры обжига пеностекла для разрабо­танных составов находятся в пределах 825-850°С. Путем измене­ния соотношения перлита и базальта при содержании в шихте 70% стеклобоя получены пеностекла со средней плотностью ρ_ср = 631,8-681,2 кг/м³ и пределом прочности при сжатии R= 4,6-5,6 МПа; при содержании в шихте 80% стеклобоя получены пеностекла со средней плотностью 598,5-645,2 кг/м³ и пределом прочности при сжатии 3,4-4,7 МПа, а при содержании в шихте 90% стеклобоя средняя плотность и предел прочности при сжатии составили ρ_с =576,6-603,1 кг/м³ и R= 3,3-3,6 МПа.

Таким образом, можно сделать вывод о возможности повышения эффективности использования минерального сырья при применении композиций из стеклобоя и природного алюмосиликатного сырья, что способ­ствует интенсификации температурных процессов при получении пеностекол и экономии природных ресурсов. Применение механо- и щелочной активации исходных компонентов позволяет по­лучить пеностекло с улучшенными физико-механическими свой­ствами при энергетически выгодных температурных режимах вспе­нивания, без предварительной энергоемкой варки стекла.