ВЛИЯНИЕ КРЕМНЕЗЕМА НА ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА И СВОЙСТВА ПОРИСТОГО СТЕКЛОКОМПОЗИТА
Аннотация
Статья посвящена разработке состава и получению пористого стеклокомпозита теплоизоляционного назначения по одностадийной технологии с пониженным содержанием NaOH при температурах не более 850 °С. Для синтеза стеклокомпозита использовано кремнеземсодержащее природное (трепел) и техногенное (микрокремнезем) сырье. Предложен состав шихты на основе трепела и микрокремнезема, обеспечивающий получение пористого стеклокомпозита по энергосберегающей технологии. Активированная гидроксидом натрия смесь трепела и микрокремнезема является альтернативой традиционному способу получения пеностекольных материалов. Высокая дисперсность сырья, аморфно-кристаллическое строение трепела и аморфное строение микрокремнезема обеспечивают высокую реакционную способность шихты. Новизна исследования заключается в снижении количества щелочи до 10,5 % и получении материала с повышенной механической прочностью (до 4 МПа). Установлено, что повышенная механическая прочность материала обусловлена растворением остаточного кварца и кристаллизацией кристобалита, а также получением однородной мелкопористой структуры пористого стеклокомпозита со средним размером пор 0,6+ 0,2 мм. Добавление в шихту SiO2 в виде микрокремнезема в количестве от 10 до 50 мас.% снижает температуру вспенивания с 860 до 820 °C и повышает прочность материала с 1,5 МПа (без микрокремнезема) до 4 МПа (30 мас.% микрокремнезема). Полученный пористый стеклокомпозит отличается от традиционных теплоизоляторов типа пеностекла повышенной прочностью и рассматривается в качестве теплоизоляционно-конструкционного материала. Статья имеет большое практическое значение, так как решает две задачи. С одной стороны – расширение сырьевой базы производства пористых материалов с привлечением отходов. С другой стороны – расширение области применения за счет увеличения прочности материала.
Для цитирования:
Скирдин К.В., Мисковец А.Ю., Казьмина О.В. Влияние кремнезема на процесс производства и свойства пористого стеклокомпозита. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 1. С. 84-92. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6704.
Литература
Kurtulus C., Kurtulus R., Kavas T. Foam glass derived from ferrochrome slag and waste container glass: Synthesis and extensive characterizations. Ceram. Internat. 2021. V. 47. N 17. P. 24997–25008. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.05.228.
Miryuk О.A. Influence of fillerson properties of liquidglass compositions. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 12. P. 51-55 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20196212.5915.
Lebullenger R., Chenu S., Rocherullé J., Merdrignac-Conanec O., Cheviré F., Tessier F., Bouzaza A., Brosillon S. Glass foams for environmental applications. J. Non-Crystal. Solids. 2010. V 356. N 44-49. P. 2562-2568. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2010.04.050.
Dov M., Pears N., Hormadaly J. Synthesis of Pyrextype porous glass made with calcium carbonate as pore forming material. J. Non-Crystal. Solids. 2021.V 564. N 120788. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2021.120788.
Sasmal N., Garai M., Karmakar B. Preparation and characterization of novel foamed porous glass-ceramics. Mater. Charact. 2015. V. 103. P. 90–100. DOI: 10.1016/j.matchar.2015.03.007.
Lamri Y., Benzerga R., Ayadi A., Gendre L.Le, El-Assal A. Glass foam composites based on tire’s waste for microwave absorption application. J. Non-Crystal. Solids. 2020. V. 537. N 120017. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2020.120017.
Zhang J., Liu B., Zhang S. A review of glass ceramic foams prepared from solid wastes: Processing, heavy-metal solidification and volatilization, applications. Sci. Total Environ. 2021. V. 781. N 146727. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.146727.
Marangoni M., Secco M., Parisatto M., Artioli G., Bernardo E., Colombo P., Altlasi H., Binmajed M., Binhussain M. Cellular glass–ceramics from a self foaming mixture of glass and basalt scoria. J. Non-Crystal. Solids. 2014. V. 403 P. 38-46. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2014.06.016.
Erofeev V., Rodin A., Bochkin V., Ermakov A. The formation mechanism of the porous structure of glass ceramics from siliceous rock. Mag. Civil Eng. 2020. V. 100. N 8. A6. DOI: 10.18720/MCE.100.6.
Ivanov K.S. Optimization of the structure and properties of foam-glass ceramics. Mag. Civil Eng. 2019. V. 89. N 5. P. 52-60. DOI: 10.18720/MCE.89.5.
Zhai C., Zhang J., Zhong Y., Tao X., Wang M., Zhu Y., Yeo J. Producing light, strong foam glass under a low sintering temperature with insights from molecular simulations. J. Non-Crystal. Solids. 2022. V. 582. N 121447. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2022.121447.
Souza M.T., Maia B.G.O., Teixeira L.B., de Oliveira K.G., Teixeira A.H.B., Novaes de Oliveira A.P. Glass foams produced from glass bottles and eggshell wastes. Proc. Safety Environ. Protect. 2017. V. 111. P. 60-64. DOI: 10.1016/j.psep.2017.06.011.
Mugoni C., Montorsi M., Siligardi C., Andreola F., Lancelotti I., Bernardo E., Barbieri L. Desing of glass foams with low environmental impact. Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 3400-3408. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.10.127.
Zhai C., Zhong Y., Liu J., Zhang J., Zhu Y., Wang M., Yeo J. Customizing the properties of borosilicate foam glasses via additions under low sintering temperatures with insights from molecular dynamics simulations. J. Non-Crystal. Solids. 2022. V. 576. N 121273. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2022.121447.
König J., Petersen R.R., Yue Y. Influence of the glass particle size on the foaming process and physical characteristics of foam glasses. J. Non-Crystal. Solids. 2016. V. 447. P. 190–197. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2016.05.021.
Kazmina О.V., Vereshchagin V.I., Abiyaka A.N. Prospects for use of finely disperse quartz sands in production of foam-glass crystalline materials. Steklo Reram. 2008. V. 65. N 9-10. P. 319–321 (in Russian). DOI: 10.1007/s10717-009-9070-5.
Chen B., Luo Z., Lu A. Preparation of sintered foam glass with high fly ash content. Mater. Lett. 2011. V. 65. P. 3555–3558.
Kourti I., Cheeseman C.R. Properties and microstructure of lightweight aggregate produced from lignite coal fly ash and recycled glass. Res., Conser. Recycl. 2010. V. 54. P. 769–775.
Papa Е., Medri V., Kpogbemabou D., Vaccari A., Rossignol S. Porosity and insulating properties of silica-fume based foams. Energy Buildings. 2016. V. 131. P. 223–232. DOI: 10.1016/j.enbuild.2016.09.031.
Erofeev V.T., Rodin A.I., Bochkin V.S., Ermakov A.A. Properties of porous glass ceramics based on siliceous rocks. Mag. Civil Eng. 2021. V. 102. N 2. P. 10202. DOI: 10.34910/MCE.102.2.
Erofeev V.T., Rodin A.I., Kravchuk A.S., Kaznacheev S.V., Zaharova E.A. Biostable silicic rock-based glass ce-ramic foams. Mag. Civil Eng. 2018. V. 84. N 8. P. 48-56. DOI: 10.18720/MCE.84.5.
Manevich V.E., Subbotin R.K., Nikiforov E.A., Senik N.A., Meshkov A.V. Diatomite - silica material for glass in-dustry. Glass and Ceramics. 2012. V. 69. P. 168–172. DOI: 10.1007/s10717-012-9438-9.
Ivanov K.S. Preparation and properties of foam glass-ceramic from diatomite. J. Wuhan Univ. Technol., Mater. Sci. Ed. 2018. V. 33. P. 273-277. DOI: 10.1007/s11595-018-1817-8.
da Silva R.C., Kubaski E.T., Tenorio-Neto E.T., Lima-Tenorio M.K., Tebcherani S.M. Foam glass using sodium hydroxide as foaming agent: study on the reaction mechanism in sodalime glass matrix. J. Non-Crystal. Solids. 2019. V. 511. P. 177-182. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2019.02.003.
Bento A.C., Kubaski E.T., Sequinel T., Pianaro S.A., Varela J.A., Tebcherani S.M. Glass foam of macroporosity using glass waste and sodium hydroxide as the foaming agent. Ceram. Int. 2013. V. 39. P. 2423-2430. DOI: 10.1016/j.ceramint.2012.09.002.
Guo H.W., Gong Y.X., Gao S.Y. Preparation of high strength foam glass–ceramics from waste cathode ray tube. Mater. Lett. 2010.V. 64. P. 997–999. DOI: 10.1016/j.matlet.2010.02.006.
Bernardo E., Scarinci G., Bertuzzi P., Ercole P., Ramon L. Recycling of waste glasses into partially crystallized glass foams. J. Porous Mater. 2010. V. 17. P. 359–365. DOI: 10.1007/s10934-009-9286-3.
Taurino R., Lancellotti I., Barbieri L., Leonelli C. Glass-ceramic foams from borosilicate glass waste. Internat. J. Appl. Glass Sci. 2014. V. 5. N 2. P. 136–145. DOI: 10.1111/ijag.12069.
Tulyaganov D.U., Fernandes H.R., Agathopoulos S., Ferreira J.M.F. Preparation and characterization of high compressive strength foams from sheet glass. J. Porous Mater. 2006. V. 13. N 2. P. 133–139. DOI: 10.1007/s10934-006-7014-9.
Huang K., Li Y., Li S., Wang L., Wang S. Effects of microsilica addition on the microstructure and properties of alu-mina foams. Ceram. Int. 2016. V. 42. N 14. P. 16401–16404. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.07.134.
