Способ получения вермикулита с пониженной температурой вспучивания

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Способ получения вермикулита с пониженной температурой вспучивания
0.Н. Крашенинников, С. В. Бастрыгина, А.Д. Журбенко
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева КНЦРАН, Апатиты
Аннотация. Показана возможность получения вермикулита с коэффициентом вспучивания не менее 3 при температуре обжига 300 °C за счет обработки раствором NH4NO3. Установлены зависимости вспучиваемости модифицированного вермикулита от концентрации и продолжительности насыщения раствором соли при фиксированной температуре обжига.
Abstract. The possibility of producing vermiculite with an expanding coefficient 3 by treating it with NH4NO3 solution at roasting temperature of 300 °C has been shown. The dependences of the modified vermiculite expansion degree on salt concentration and time of solution saturation at a fixed roasting temperature have been found.
1. Введение
Вермикулит относится к алюмосиликатам слоистой структуры, образующимся в природе из слюд, преимущественно флогопита и биотита. Отличительной его особенностью является способность вспучиваться при обжиге, многократно увеличиваясь в объеме. Низкие насыпная плотность вспученного вермикулита (как правило, не более 150 кг/м3) и коэффициент теплопроводности, негорючесть, химическая и биологическая стойкость, высокая звукопоглощающая способность, достаточно высокая рабочая температура применения (не менее 1000°С) предопределяют эффективность его использования для получения ряда строительных материалов, в первую очередь теплоизоляционных и огнестойких (Вермикулит, 1965- Ковдорский вермикулит, 1966- Дубенецкий, Пожнин, 1971). Вспучиваемость вермикулита существенно зависит от температуры обжига. В промышленных условиях для получения вермикулита с наибольшим коэффициентом вспучивания обжиг вермикулитового концентрата (ВК) осуществляется при достаточно высоких температурах (в пределах 700−900°С). При температурах ниже 300−400°С вспучивание природного вермикулита практически не происходит. Однако для производства некоторых видов специальных материалов необходимо, чтобы для обеспечения их самоуплотнения при воздействии температуры вермикулит начинал вспучиваться при сравнительно низких температурах -ниже 400 °C. Решение указанной задачи является предметом настоящих исследований.
Поиску новых путей вспучивания вермикулита и изучению происходящих при этих процессов посвящен ряд публикаций. Так, представляет интерес изучение вспучивания вермикулита предварительной обработкой раствором пероксида водорода (Мамина и др., 1987- Муромцев и др., 1990- Муромцев, Нелидов, 1991). Исследована возможность повышения коэффициента вспучивания вермикулита и высказано предположение о механизме действия фосфатных связующих: Н3РО4, АХФС, АБФС, АБФК (Корольков и др., 1990). Для снижения температуры вспучивания вермикулитовую породу предлагается подвергать воздействию солей, содержащих ионы калия (Сусуми и др., 1981). Достоинством модифицирования вермикулита солями является возможность образования устойчивой формы во времени, в то время как пероксид водорода разлагается, а фосфатные связующие затвердевают. Основная задача наших исследований состоит в изучении влияния ряда аммонийных и нитратных солей на снижение температуры вспучивания ВК.
2. Методика исследований
Для работы в качестве исходного сырья использовался ВК ОАО & quot-Ковдорслюда"- по ТУ 21−25−73−87 рабочей фракции 0. 14−1. 25 мм и соли: NH4NO3, NaNО2, NaNО3.
Для насыщения проб ВК готовились растворы солей требуемой концентрации. Исследуемые пробы после насыщения в растворе соли в течение суток высушивались при температуре около 100 °C до постоянной массы, после чего замерялся их объем. Следует отметить, что при увеличении концентрации раствора соли объем пробы ВК увеличивался (соответственно уменьшалась насыпная плотность) — для обработанных в насыщенных растворах солей увеличение объема ВК достигает 40%.
Для определения вспучиваемости пробы модифицированного ВК, помещенные в металлические поддоны, нагревались до требуемой температуры в силитовой печи. После выдержки при заданной
Вестник МГТУ, том 9, № 2, 2006 г. стр. 344−346
температуре в течение 15 мин. вермикулит охлаждали до комнатной температуры, определяли объем вспученного материала и рассчитывали объемный коэффициент вспучивания (Кв).
3. Результаты исследований
Одним из требований к применяемым для обработки вермикулита солям является их разложение при заданной температуре, в данном случае начиная с 300 °C. При этом Кв должен составлять не менее 1.5 (исходный вермикулит при этой температуре практически не вспучивается). Изучение свойств солей и их бинарных смесей (Ефимов, Белорукова, 1983- Посыпайко, Алексеева, 1977) показало, что некоторые из них имеют низкую температуру разложения. Следует отметить, что соли нитратов в большинстве случаев являются сильными окислителями и сами по себе имеют склонность детонировать при сильном нагревании. При смешивании с такими веществами как сера, графит и др., они образуют взрывчатые вещества (Демидов, 1939).
После обжига при 300 °C ВК, обработанного насыщенными растворами солей МаМ03, №N02, N^N0^ получается вермикулит, имеющий коэффициент вспучивания 1. 6, 2. 9, 3. 1, соответственно. При этом прослеживается зависимость Кв от температуры разложения этих солей, которые составляют 380, 320 и 210 °C. Дальнейшие исследования проводились с КН03, дающей сравнительно более высокий Кв.
Для нахождения оптимальных условий модифицирования вермикулита солевыми водными растворами, содержащими ионы КН4+ и N03, были изучены зависимости Кв от концентрации раствора соли и продолжительности насыщения при фиксированном значении температуры обжига. С этой целью проведена серия экспериментов по модификации вермикулита растворами КН^О3 различной концентрации. Опыты проводились в статических условиях контакта вермикулита с растворами указанной соли при комнатной температуре и атмосферном давлении. Результаты приведены на рис. 1.
Из рис. 1 видно, что повышение концентрации раствора МНфЫ03 до 50% приводит к увеличению коэффициента вспучивания модифицированного вермикулита. Дальнейшее снижение Кв, по всей видимости, обусловлено образованием на поверхности вермикулита излишнего количества вязкого расплава соли, препятствующего естественному процессу вспучивания.
На рис. 2а приведена кривая, характеризующая зависимость Кв, модифицированного 50%-м раствором NH. N0 ВК от температуры обжига- вспучивание модифицированного
вермикулита начинается уже при 140 °C. Данные рис. 2а подтверждаются наблюдениями за вспучиванием частиц модифицированного вермикулита на высокотемпературном микроскопе.
4 -I
3 —
2 —

1
& quot-Г
& quot-Г
о
150
мас. %
-1−1-
50 100
Концентрация раствора NH4N03.
Рис. 1. Зависимость Кв В К от концентрации раствора КН03
200
4 -I
1
1
ч /-

Т-1−1-1−1-1−1-
1 2 3 4 5 Продолжительность насыщения, ч
-Г& quot-
24
П 1 I 1 Г
0 200 400 600 800 -0
Температура обжига, °С
Рис. 2. Зависимость коэффициента вспучивания модифицированного вермикулита: а) от температуры обжига- б) от продолжительности насыщения в растворе КНфЫ03
Для исследования зависимости Кв от продолжительности насыщения исходный вермикулит выдерживался в 50%-м растворе NH. N0 определенное время и обжигался при Т = 300 °C. Результаты экспериментов приведены на рис. 2б- по мере насыщения ВК раствором соли, коэффициент вспучивания увеличивается. После получасового насыщения Кв изменяется незначительно.
По данным (Хвостенков и др., 1971- Маковчук и др., 1971) предполагалось, что в основе механизма модифицирования вермикулита солевыми растворами лежат сорбционные процессы на поверхности частиц, в частности, ионный обмен межпакетных магниево-водных комплексов на другие ионы солей-модификаторов.
4
б
3
3
2
2
Как видно на рис. 3 (кривая 1), исходному вермикулиту присущи характерные низкотемпературные эффекты, обусловленные удалением свободной (187°С) и связанной (264°С) воды, а также высокотемпературные эффекты (785, 840 и 885°С), связанные с удалением ОН-групп и перекристаллизацией вермикулита. За счет модифицирования вермикулита 50%-м раствором нитрата аммония в течение 3 ч (рис. 3, кривая 2) первый эндоэффект сдвигается в область более низких температур (130°С), а второй — захватывает значительно большую область 220−385°С, что обусловливается, по-видимому, процессами, происходящими в вермикулите в присутствии МНфЫ03: плавление соли, разложение, взаимодействие с вермикулитом и др.
1) Показана возможность получения вермикулита с коэффициентом вспучивания не менее 1.5 при пониженной температуре обжига ВК в интервале 300−400°С за счет обработки растворами солей: №N0^ МаМ03, N^N03. После обжига при 300 °C коэффициент вспучивания вермикулитового концентрата, обработанного насыщенными растворами указанных солей, составил 1. 6, 2. 9, 3. 1, соответственно.
2) Установлено, что для получения ВК с коэффициентом вспучивания не менее 3 при температуре обжига 300 °C рекомендуется 50%-я концентрация раствора КН03 при продолжительности насыщения не менее 0.5 ч.
Вермикулит (свойства, технология вспучивания, комплексные ограждающие конструкции и изделия). Под ред. А. А. Марченко. М., Стройиздат, 216 с., 1965.
Демидов А. Н. Введение в пиротехнику. М., НКО СССР, 100 с., 1939.
Дубенецкий К. Н., Пожнин А. П. Вермикулит (свойства, технология и применение в строительстве). Л. ,
Стройиздат, 175 с., 1971.
Ефимов А. И., Белорукова И. В. Свойства неорганических соединений. Справочник. Л., Химия, 392 с., 1983.
Ковдорский вермикулит. Сб. научн. трудов под ред. Д. Д. Теннера, С. И. Хвостенкова. М. -Л., Наука, 149 с., 1966.
Корольков А. П., Факторович Г. С., Хинская Г. И. Применение фосфатных связующих для повышения коэффициента вспучивания вермикулита. Тез. докл. всес. семинара & quot-Фосфатные материалы& quot-, ч. II. Апатиты, КНЦРАН, 200 с., 1990.
Маковчук В. П., Журбенко А. Д., Хвостенков С. И. Исследование кинетики ионообменной сорбции никеля вермикулитом. В кн.: Химия и технология силикатных материалов. Л., Наука, с. 130−140, 1971.
Мамина А. Х., Муромцев В. А., Золотухина Н. М. Химическое расщепление слюды и перспективы его использования в технике и технологии. Тез. докл. конф. молодых ученых. Апатиты, КФАН СССР, 81 с., 1987.
Муромцев В. А., Золотухина Н. М., Мамина А. Х. Рентгеновский, ИК-спектроскопический и химический анализы продуктов взаимодействия вермикулита с раствором пероксида водорода. Изв. АН СССР, Неорганические материалы, т. 26, № 5, с. 1031−1034, 1990.
Муромцев В. А., Нелидов А. Ю. Применение растворов Н2О2 в процессе получения слюдобумаг. Изв. АН СССР, Неорганические материалы, т. 27, № 11, с. 2463−2464, 1991.
Посыпайко В. И., Алексеева Е. А. Диаграммы плавкости солевых систем. М., Металлургия, 259 с., 1977.
Сусуми Аоки, Хироси Асуами, Мицуоки Сирапси. Вспучивающийся материал в форме пластин. Япон. заявка, С 04 В 25/02, С 04 В 21/08, № 56−104 769 от 25. 01. 80, опубл. 20. 08. 81.
Хвостенков С. И., Журбенко А. Д., Шандрик Л. Л. Исследование катионзамещенных форм вермикулита. В кн.: Химия и технология силикатных материалов. Л., Наука, с. 117−130, 1971.
Рис. 3. Термограммы исходного вермикулита (1) и вермикулита, обработанного 50%-м раствором КН4Ш3 (2)
285
4. Выводы
Литература

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой