Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология тугоплавких неметаллических материалов

Диссертационная работа:

Антипина Светлана Анатольевна. Составы и технология термостойких материалов на основе композиций волластонита с известково-кремнеземистым вяжущим : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.11.- Томск, 2005.- 180 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/816

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

1 Современное состояние и перспективы развития технологии силикатных материалов на основе известково-кремнеземистых вяжущих 11

1.1 Общая характеристика силикатной системы состава CaO-Si02-H20.. 11

1.2Физико-химические процессы синтеза гидросиликатов кальция при тепловлажностной обработке силикатных систем состава известь-кремнезем-вода 13

1.2.1 Характеристика сырьевых материалов и их влияние на фазовый состав и свойства силикатных материлов 14

1.2.1.1 Химически активное сырье силикатных масс кальциевый компонент 14

1.2.1.2 Химически активное сырье силикатных масс -кремнеземистый компонент 15

1.2.1.3 Известково-кремнеземистые вяжущие силикатных систем 18

1.2.1.4 Механически активное сырье - заполнители силикатных систем 21

1.2.1.5 Влияние добавок техногенных материалов на формирование структуры и свойств силикатных материалов 26

1.2.2 Особенности синтеза гидросиликатов кальция в системе состава известь-кремнезем-вода 27

1.2.2.1 Механизм образования гидросиликатов кальция в системе состава известь-кремнезем-вода 31

1.2.2.2 Процессы, протекающие при термообработке силикатных изделий после тепловлажностной обработки 33

1.2.2.3 Синтез волластонита 36

1.3 Анализ состояния и тенденций развития теплоизоляционных материалов для алюминиевой промышленности 38

1.3.1 Анализ состояния алюминиевой промышленности в России 38

1.3.2 Общая характеристика теплоизоляционных материалов для алюминиевой промышленности

1.3.2.1 Традиционные виды теплоизоляции для алюминиевой промышленности 41

1.3.2.2 Новые виды теплоизоляционных материалов зарубежного производства

1.3.3 Развитие технологий теплоизоляционных материалов для алюминиевой промышленности на основе волластонита 45

1.3.4 Перспективы применения силикатных материалов на основе известково-кремнеземистых вяжущих для алюминиевой промышленности 48

1.4 Постановка задач исследований 51

2 Характеристика сырьевых материалов. Методы и методики исследования

2.1 .Характеристика сырьевой базы материалов 53

2.1.1 Общие сведения о сырьевой базе волластонита 55

2.1.2 Месторождения антофиллитового асбеста 56

2.1.3 Общие сведения о кремнеземистом компоненте силикатных масс - кварцевом песке 57

2.1.4 Месторождения диатомита 58

2.1.5 Способы получения микрокремнезема 59

2.2 Характеристика сырьевых материалов 60

2.1.1 Волластонит 60

2.2.1 Антофиллитовый асбест 62

2.2.2 Кварцевый песок 64

2.2.3 Диатомит 65

2.2.4 Строительная воздушная известь " 66

2.2.5 Технологические добавки

2.2.6.1 Нефелиновый шлам 67

2.2.6.2 Микрокремнезем 68

2.2.6.3 Строительный гипс 69

2.2.6.4 Жидкое стекло 70

2.2.6.5 Мылонафт 71

2.3 Методы и методики исследований 71

2.3.1 Химический анализ 72

2.3.2 Рентгенофазовый анализ 72

2.3.3 Термофизические методы анализа 73

2.3.4 Электронная и оптическая микроскопияпия 75

2.3.5 Инфракрасный спектроскопический анализ 76

2.3.6 Методы исследований физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств 77

2.4 Структурно-методологическая схема работы 78

3 Физико-химические процессы формирования фазового состава и свойств известково-кремнеземистых вяжущих при тепловлаж ностной обработке 79

3.1 Исследование свойств сырьевых материалов и процессов, протекающих при их тепловлажностной и термической обработке 80

3.1.1 Особенности структуры и минералогический состав сырьевых материалов 80

3.1.2 Физико-химические свойства сырьевых материалов 88

3.1.3 Физико-механические свойства сырьевых материалов и их гранулометрический состав

3.2 Исследование поведения сырьевых материалов при тепловлажностной и термической обработке 99

3.3 Особенности гидротермального синтеза новообразований

в известково-кремнеземистом вяжущем 108 Выводы по главе 117

4 Формирование фазового состава, структуры и свойств термостойких материалов на основе композиций волластонита с извест ково-диатомитовым вяжущим при тепловлажностной и термической обработке 120

4.1 Физико-химические процессы формирования свойств силикатных материалов на основе композиций волластонита с известково диатомитовым вяжущим 121

4.1.1 Выбор компонентного состава и изучение технологических свойств силикатных материалов 121

4.1.2 Выбор водотвердого отношения силикатных масс 123

4.1.3 Влияние дисперсности волластонитового заполнителя на свойства силикатных материалов 125

4.1.4 Влияние режима тепловлажностной обработки на свойства силикатных материалов 128

4.2 Разработка составов и технологии термостойких силикатных мате

риалов на основе композиций волластонита с известково диатомитовым вяжущим 129

4.2.1 Влияние технологических добавок на фазообразование, структуру и свойства силикатных материалов 130

4.2.1.1 Строительный гипс 130

4.2.1.2 Белитсодержащая добавка 137

4.2.1.3 Микрокремнезем 143

4.2.1.4 Комплексная добавка 1

4.3 Исследование термомеханических свойств термостойких силикатных материалов на основе композиций волластонита с известково-диатомитовым вяжущим 152

4.4 Технология плотных термостойких силикатных материалов на основе композиций волластонита с известково-диатомитовым вяжущим 159

4.5 Технология пористых термостойких силикатных материалов

на основе композиций волластонита с известково-диатомитовым вяжущим 161

4.6 Технологическая схема и практические рекомендации к применению термостойких материалов на основе композиций волластонита с известково-диатомитовым вяжущим 163

Общие выводы 164

Литература 168

Приложения 176 

Введение к работе:

Актуальность работы обусловлена высокой потребностью в термостойких безасбестовьк материалах для литьевой оснастки в алюминиевой промышленности и связанной с этим острой необходимостью создания более полного и конкурентоспособного ассортимента отечественных теплоизоляционных футеровочных материалов, важнейшими свойствами которых являются стойкость к действию расплавленного алюминия и улучшенные показатели прочностных и теплофизических свойств.

Силикатные материалы на основе известковогкремнеземистых вяжущих и асбестового заполнителя, называемые асботермосиликатами, широко используются в настоящее время в алюминиевой промышленности для футеровки изложниц приема расплавленного алюминия, металлотракта и литьевой оснастки и изготавливаются по двухстадиинои технологии, включающей тепловлажностную обработку насыщенным паром высокого давления и последующую термическую - сушкой при 300 °С.

Однако асботермосиликатные изделия независимо от условий эксплуатации имеют низкие показатели термо- и химической стойкости по отношению к расплавам алюминия от 3 до 8 теплосмен, а срок службы до 1-1,5 месяца, кроме того, антофиллит-асбест, используемый в асботермосиликатах и относящийся к группе амфиболовых, полностью запрещен к использованию, поэтому объективно необходима его замена на другое сырье.

Замена асбеста на волластонит предполагает улучшение эксплуатационных свойств теплоизоляционных изделий из-за особенностей состава, структуры и свойств волластонитового минерала, характеризующегося высокой термо- и химической стойкостью к действию алюминиевого расплава и позволит исключить импорт волластонитсодержащих материалов для производства алюминия на отечественный рынок. Поэтому вопросы выбора и детального исследования исходного сырья, подбора качественного и количественного составов известково-кремнеземистого вяжущего, изучения физико-химических процессов, протекающих в композициях волластонита с известково-кремнеземистым вяжущим при тепловлажностной и термической обработке, выявления закономерностей формирования эксплуатационных свойств силикатных изделий с повышенными значениями прочности и термостойкости являются своевременными и актуальными.

Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетной темы: 1.29.01 «Изучение физико-химических закономерностей процессов переработки минерального сырья и получения продуктов на их основе».

Цель работы: разработка составов и технологии термостойких материалов различной плотности на основе композиций волластонита с известково-кремнеземистым вяжущим.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- комплексное исследование свойств природных (волластонит, диатомит) и техногенных сырьевых материалов (нефелиновый шлам, микрокремнезем) с целью выбора физико-химического критерия оценки качества и пригодности природных и техногенных сырьевых материалов;

- разработка рациональных составов известково-кремнеземистого вяжущего и силикатных масс с учетом особенностей минерального состава, строения и технологических свойств сырья и эксплуатационных характеристик термостойких силикатных материалов;

- исследование физико-химических процессов формирования фазового состава и свойств известково-кремнеземистых вяжущих при тепловлажностной и последующей термической обработке;

- исследование особенностей протекания гидротермального синтеза низкоосновных соединений в силикатной композиции на основе известково кремнеземистого вяжущего и природного волластонита;

- исследование физико-химических процессов формирования фазового состава, структуры и свойств волластонитсодержащих силикатных материалов гидротермального синтеза при термической обработке;

- исследование влияния различных технологических факторов на физико-химические процессы формирования структуры волластонитсодержащих силикатных материалов при тепловлажностной и термической обработке;

- разработка технологии и практических рекомендаций по изготовлению и применению термостойких волластонитсодержащих силикатных материалов; определение их эксплуатационных свойств при контакте с расплавленным алюминием.

Научная новизна

1 Установлен гидротермальный модифицирующий эффект диатомито-вых пород, заключающийся в формировании предкристаллизационного состояния, что обеспечивает повышение его гидравлической активности и обусловливает полноту взаимодействия кремнеземистой составляющей диатомита с гидроксидом кальция с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, трансформирующихся при дегидратации в волластонит без объемных изменений.

2 Установлено, что дисперсный волластонит (50-80 мкм) в композициях с известково-диатомитовым вяжущим при тепловлажностной обработке способствует интенсивному образованию и кристаллизации волластонитопо-добных гидросиликатов кальция - CSH (I) и С68бН, которые переходят в волластонит при последующей термообработке при температурах до 800 °С.

3 Установлено, что добавки микрокремнезема (3-5 мае. %) в известко-во-диатомитовое вяжущее увеличивают на 10-15 % образование гелеобраз-ных низкоосновных гидросиликатов кальция тоберморитовой группы, обеспечивающих прочное связывание игольчатых кристаллов волластонита в термосиликатных изделиях после тепловлажностной и термической обработки до 800 °С. 4 Установлено, что добавки белитсодержащих (нефелиновых) шламов (3-5 мае. %) в известково-диатомитовое вяжущее активируют процессы синтеза высокоосновных гидросиликатов и гидроалюмосиликатов кальция на начальных стадиях изотермической выдержки, что обеспечивает увеличение прочности на 35-40 % волластонито-термосиликатных материалов после теп-ловлажностной и термической обработки до 800 °С.

5 Установлено, что совместное введение в известково-диатомитовое вяжущее добавок микрокремнезема и белитсодержащего шлама в количествах до 5 % обеспечивает образование волластонитоподобных гидросиликатов кальция с высокой степенью насыщения оксидами кальция и кремния, что приводит к дополнительному увеличению прочности на 50 % и термостойкости изделий в 1,5 раза.

Практическая значимость работы

1 Разработаны составы волластонитсодержащих теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных материалов с объемной плотностью 750-1500 кг/м3 и пределом прочности при сжатии от 6 до 30 МПа на основе известково-кремнеземистого вяжущего и силикатных масс, позволяющие получать термостойкие (более 30 теплосмен в режиме нагрев-воздух) изделия.

2 Предложены оптимальные количества добавок: микрокремнезема, нефелинового шлама и гипса 3-5 мае. %, жидкого стекла - 3 %, обеспечивающие устойчивость формовочной массы и повышенные эксплуатационные характеристики изделий.

3 Разработана технология волластонитсодержащих термосиликатных материалов с объемной плотностью до 1000 кг/м , включающая процесс по-ризации формовочной массы с использованием воздухововлечения с помощью интенсивного перемешивания массы в высокоскоростном смесителе, формование изделий методом литья или полусухого прессования (при давлении прессования до 1 МПа), подсушивание изделий, тепловлажностную (t=174 °С, Р=0,8 МПа и режим 2-8-2,5 час) и термическую (800 °С) обработки. Автор защищает:

- физико-химические критерии оценки качества и пригодности природного и техногенного сырья для формирования прочных структур силикатного камня на основе известково-кремнеземистого вяжущего;

- закономерности формирования фазового состава и свойств в извест-ково-диатомитовом вяжущем при тепловлажностной обработке (t=174 °С, Р=0,8 МПа и режим 2,5-8-2,5 час) и последующей термообработке до 800 °С;

- влияние добавок микрокремнезема и белитсодержащего нефелинового шлама на фазообразование и формирование свойств композиций волла-стонита с известково-диатомитовым вяжущим при тепловлажностной и термической обработке;

- особенности гидротермального образования и кристаллизации волла-стонитоподобных гидросиликатов кальция - CSH (I), тоберморитов и С68бН, которые при последующей термической обработке при температурах до 800 °С трансформируются в волластонит;

- составы и технологию термостойких волластонитсодержащих силикатных материалов с высокой стойкостью к действию алюминиевого расплава.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на VI, VII, VIII и IX Международных научно-технических симпозиумах имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2002-2005 гг.); П Всероссийской научной конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий» (г. Томск, 2002, 2004 гг.); Уральской научно-практической конференции «Строительство и образование» г. Екатеринбург, 2003 г.); Российской научно-практической конференции «Получение и свойства полифункциональных материалов, диагностика, технологический менеджмент» (г. Томск, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Наука, технология и производство силикатных материалов - настоящее и будущее» (г. Москва, 2003 г.); X юбилейной Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2004 г.); 61-й научно-технической конференции НГАСУ (СИБСТРИН) (г. Новосибирск, 2004 г.); IV Всероссийской научно-практической конференции «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья» (г. Бийск, 2004 г.); Международной научной конференции «Новые перспективные материалы и технологии их получения» (г. Волгоград, 2004 г.); V Всероссийской научно-практической конференции «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья» (г. Белокуриха, 2005 г).

Публикации по работе

По материалам диссертационной работы опубликованы 21 работа в сборниках тезисов и докладов, трудах и материалах Всероссийских и Международных конференций, в том числе 4 статьи в специализированных научных журналах, получен 1 патент.

Структура и объем диссертационной работы

Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 141 наименований; содержит ISO страниц машинописного текста и включает 56 рисунков, 30 таблиц и приложение. 

Подобные работы
Черкасов Андрей Викторович
Малоэнергоемкая технология вяжущих композиций с управляемым расширением на основе магнийсодержащих материалов
Морева Ирина Юрьевна
Искусственные керамические вяжущие на основе активированных материалов в технологии тонкой керамики
Субочев Иван Григорьевич
Разработка технологии теплоизоляционных материалов и изделий на основе волокон из природного алюмосиликатного сырья и волокон, модифицированных Cr2O3 и ZrO3
Бородина Инна Александровна
Технология и физико-химические свойства композиционных материалов на основе природных силикатов и ненасыщенных полиэфирных смол
Борило Лариса Николаевна
Технология и физико-химические свойства тонкопленочных материалов на основе системы двойных оксидов ZrO2-GeO2
Лисеенко Ольга Владимировна
Технология и физико-химические свойства тонкопленочных материалов на основе двойных оксидов Ta2O5La2O3
Заболотская Анастасия Владимировна
Технология и физико-химические свойства пористых композиционных материалов на основе жидкого стекла и природных силикатов
Селиванов Юрий Витальевич
Теплоизоляционные керамические материалы на основе композиций глин с техногенным силикатным сырьем
Земляная Елена Борисовна
Разработка составов и технологии грунтовых и однослойных эмалей для стали с использованием глиноземсодержащего отхода
Кулинич Екатерина Александровна
Составы и технология лейцит-гидроксиапатит-флюоритовых покрытий для стоматологии и медицинских изделий

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net