ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Возведение промышленных объектов из мелкоштучных огнеупорных материалов весьма трудоемко и затрудняет механизацию работ. Поэтому при сооружении тепловых агрегатов находят все большее применение жаростойкие бетоны. Они дают возможность готовить блоки любой конфигурации и формы.

В настоящее время проводятся интенсивные работы по созданию жаростойких бетонов на фосфатных связках, которые обладают рядом преимуществ: они термостойки, хорошо сопротивляются истирающим воздействиям, имеют высокую прочность в нагретом состоянии не только при сжатии, но и при изгибе.

При исследованиях была поставлена задача получения материала повышенной термостойкости с использованием ортофосфорной кислоты местной глины и отходов Брянского фосфоритного завода в виде флотационных и рудомоечных песков. Температура применения легких жаростойких бетонов не превышает 1400°С. Поэтому заключительным этапом в достижении поставленной цели явились исследования направленные на определение термостойкости полученного материала.

Основная цель применения ортофосфорной кислоты - исключение процесса обжига при изготовлении термостойкого материала. Взаимодействие ортофосфорной кислоты с глиноземистыми материалами (глинами) происходит как при нормальной, так и при повышенной температуре. При этом образуются прочные связки, стойкие к воздействиям высоких температур. С кремнеземом при комнатной температуре кислота не реагирует, при 350°С образует временную (растворимую в воде) связку, а при 700°С получается стабильная кремнеземфосфатная связка, нерастворимая в воде.

Свойства глины определяли по стандартной методике. При этом были получены следующие результаты:

- цвет глины - красный, что свидетельствует о наличии гидроксидов железа;

- структура - крупнодисперсная, излом породы - слабошероховатый, текстура - беспорядочная (комковатая, плотная);

- примеси СаСОз находятся в допустимых пределах, примеси кварца присутствуют в виде окатанных, слегка окрашенных зерен.

Гранулометрический состав определяли косвенным методом Б.И. Рутковского. Содержание глинистых частиц составило 60,07% массы, песчаных частиц - 21%, количество пылевидных частиц -19%.

Полученные данные нанесли на тройную диаграмму Б.В. Охотина и установили тип глины, которая относится к пластичным глинам. Верхний предел пластичности составил 64%, нижний предел - 48%. Таким образом, показатель пластичности глины П 16 - это значит, что исследуемая глина является среднепластичной. Следовательно, исследуемая глина пригодна для приготовления жаростойкого бетона и не требует введения специальных добавок.

В результате переработки сырья на Брянском фосфоритном заводе образуются промышленные отходы в виде флотационных фосфоритных «хвостов» и рудомоечных песков. 'По своему составу эти отходы приближаются к кварцевым пескам. Содержание кремнезема составляет 90,23 % массы с дополнительными включениями глауконитов, фосфоритов (2,16 %) и слюды в допустимых пределах. Усредненные пробы песка подвергались комплексу испытаний по ГОСТ 8735-89.

Полученные результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика отходов фосфоритного производства

Калориметрическая проба показала, что песок выдержал испытания на содержание органических примесей.

На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что отходы фосфоритного производства следует отнести к группе очень мелких песков с содержанием глинистых, илистых и пылевидных частиц в допустимых пределах. Следовательно, их можно использовать для приготовления бетонной смеси без предварительного обогащения, измельчения и обработки.

В результате проведенного патентного поиска для изучения составов были использованы рекомендации а.с. № 1158540, разработанного в ЦНИИСКе под руководством Ю.Г. Дудерова, в которых в отличие от наших составов (см. табл. 2) присутствует шамот.

Таблица 2

Составы бетонной смеси, % массы

Примечание: Для всех составов концентрация кислоты составила 70 %.

К технологии приготовления бетонов с повышенными термическими свойствами предъявляют более жесткие требования, чем для обычных бетонов. Требуется повышенная чистота заполнителя и наполнителя, влажность исходных компонентов не должна превышать 1,5 % массы, необходима высокая точность дозирования, соблюдение регламента последовательности смешения компонентов и их выдерживания в процессе твердения. При затворении составов ортофосфорной кислотой был обнаружен процесс вспучивания смеси, что привело к решению о продолжении исследований, направленных на возможность получения теплоизоляционного материала с повышенными термическими свойствами.

Известно, что повысить огнеупорность жаростойких бетонов можно путем введения добавки фосфорного ангидрида, который уже присутствует в исследуемых промышленных отходах.

Из предложенных нами составов были отформованы стандартные образцы (кубы) и подвергнуты испытаниям, анализ которых показал, что состав ii может быть рекомендован для дальнейших исследований.

Было подробно изучено влияние ряда факторов на прочность и усадку состава ii до и после воздействия высоких температур. Скорость подъема температуры составила 200°С в час. Полученные результаты представлены в табл. 3.

Таблица 3

Свойства состава ii

Средняя плотность в основном определяет теплотехнические свойства бетона. В процессе воздействия высоких температур происходит уменьшение средней плотности, что свидетельствует об образовании химических соединений в виде алюмофосфатных и кремнийфосфатных связок, которые обеспечивают жаростойкость полученного материала.

На долговечность футеровки тепловых агрегатов большое влияние оказывает прочность материала. Для жаростойких бетонов предел прочности при сжатии определяют после выдержки в сушильном шкафу при температуре 110 ± 5°С. Эта прочность является контрольной. При сушке происходит удаление свободной влаги, содержащейся в порах и структура бетона становится стабильной. Однако, обезвоживание возможно и при более высоких температурах. Именно в этом можно найти объяснение прироста прочности при температуре около 900°С, которая является критической для применения состава ii.

Поскольку полученный материал отличается низкой плотностью, он может быть рекомендован при изготовлении многослойных жаростойких панелей. Это позволит применять их при температурах свыше 1200°С, располагая слои в такой последовательности, при которой снижаются теплопотери каждого из них.