авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Облицовочные строительные стеклокристаллические материалы, полученные с использованием низкотемпературной плазмы

На правах рукописи

Луценко Александр Валерьевич ОБЛИЦОВОЧНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ 05.23.05 – Строительные материалы и изделия 05.17.11 – Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск – 2013 2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет» Научные руководители: доктор технических наук, профессор Скрипникова Нелли Карповна;

кандидат технических наук, Волокитин Олег Геннадьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кафедры «Технология силикатов и наноматериалов», НИ «Томский политехнический университет» Верещагин Владимир Иванович;

доктор техническихнаук, профессор, заведующий кафедрой «Неорганиче ская химия» НИ «Томский государственный университет» Козик Владимир Васильевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет» (Сибстрин)

Защита состоится «15» марта 2013 года в 14 ч. 00 мин на заседании диссерта ционного совета Д 212.265.01 в Томском государственном архитектурно строительном университете по адресу:

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, корп. 5, ауд. 307.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственно го архитектурно-строительного университета по адресу: 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.

Автореферат разослан « 15 » февраля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Копаница Н.О.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Развитие строительного материалове дения связано с разработкой новых высокоэффективных функцио нальных материалов и изделий с широким диапазоном свойств, от вечающих требованиям строительной индустрии.

Стеклокристаллические материалы – это неорганические ма териалы на силикатной основе, позволяющие изготавливать изделия методами литья (из расплава), спекания, прессования, проката. Они имеют микрокристаллическую структуру и обладают рядом важных эксплуатационных свойств. В последнее время уделяется много вни мания совершенствованию технологии производства стеклокристал лических материалов, использованию в технологическом процессе нетрадиционного и техногенного сырья.

Эксплуатационные качества стеклокристаллических материалов, по лученных на основе золы ТЭС, обладающих комплексом повышенных физи ко-механических и химических свойств, эффективность технологии их полу чения являются основными факторами обоснования темы работы.

Актуальным является применение плазменных технологий при получении стеклокристаллических материалов, что позволит сделать существующие производства более экономичными и экологически чистыми.

Об актуальности исследований говорит тот факт, что, несмот ря на некоторые успехи, широкомасштабное внедрение плазменных технологий в области производства стеклокристаллических материа лов сдерживалось из-за отсутствия теоретических и технологических предпосылок по созданию специализированных высокопроизводи тельных аппаратов, информативных данных о свойствах получения силикатного расплава.

Работа выполнялась в рамках целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» по теме № 2.1.06 «Теплофи зические и физико-химические процессы в строительных материа лах при воздействии на них высококонцентрированных тепловых потоков» № ГР 01.200804433, а также по Государственному кон тракту № 457/1 от 13.10.2010 г. «Разработка технологии утилизации зол ТЭС отходов с целью получения различных видов строитель ных материалов», в соответствии с планами и программами НИР НИИСМ ТГАСУ.

Объект исследования – строительные стеклокристаллические об лицовочные материалы, полученные на основе отходов теплоэнер гетики по плазменной технологии.

Предмет исследования – выбор и анализ исходного сырья;

физи ко-химические процессы, протекающие при получении стеклокри сталлического материала с использованием зол ТЭС.

Цель работы – разработка составов сырьевых смесей и подбор технологических режимов получения строительных стеклокристал лических материалов из силикатсодержащих расплавов с использо ванием низкотемпературной плазмы.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

1. Обоснование использования плазменного нагрева в процессе плавления тугоплавкой шихты для получения силикатного распла ва;

2. Определение энергетических параметров плазменной установки и составов сырьевых смесей для получения силикатного расплава.

3. Подбор оптимального состава сырьевой смеси для получения стеклокристаллического материала с использованием золы ТЭС.

4. Исследование физико-химических процессов, протекающих при получении стеклокристаллического материала из силикатного рас плава.

5. Определение условий термообработки полученного силикатного расплава, при которых возможно получение плотной однородной структуры стеклокристаллического материала с наибольшей степе нью кристалличности.

6. Исследование физико-механических свойств полученного стек локристаллического материала.

7. Разработка технологической схемы получения стеклокристалли ческих материалов и изделий из них с использованием отходов те плоэнергетики.



Научная новизна:

1. Установлено, что в системе «зола ТЭС – известняк – кварцевый песок» в условиях низкотемпературной плазмы при вольтамперных характери стиках, находящихся в пределах: I = 240–260 А, U = 120–140 В, образует ся силикатный расплав, обогащенный анортитом следующего химиче ского состава: SiO2 – 61,89 40,22;

Al2O3 – 20,4 30,3;

CaO – 9,8 20;

MgО – 1,7 1,89;

Fe2O3 – 4,9 5,32;

NaO – 0,51 1,15;

TiО2 – 0,8 1,12.

2. Установлено, что для получения стеклокристаллического материала с повышенной степенью кристалличности необходимо полученный сили катный расплав подвергать двухстадийной термической выдержке с тем пературами 1-й ступени 700 С в течение 1 часа, 2-й ступени 950 С в те чение 2 часов. При этом степень кристалличности возрастает до 60–65 %.

3. Установлено, что для получения стеклокристаллического материала необходимо следующее соотношение компонентов сырьевой смеси: зола – 70 %;

известняк –20 %;

кварцевый песок – 10 %, позволяющее полу чить силикатный расплав с высокой кристаллизационной способностью при этом образуются анортито- и волластонитоподобные соединения в виде кристаллов размером до 90 нм, придающих прочность изделиям при сжатии Rсж = 530 МПа, и изгибе Rизг = 110 МПа.

Практическая значимость работы:

1. Предложено использование плазменного нагрева в процессе плавления тугоплавкой шихты и утилизации техногенных отходов. Разработаны схемы получения расплава из силикатсодержащих компонентов.

2. Разработаны и предложены составы сырьевых смесей для получения силикатного расплава, позволяющего после проведения термической об работки получить стеклокристаллический материал, отличающийся от известных химическим составом и позволяющий получить на его основе облицовочные строительные материалы. Получен патент № Российская Федерация. МПК2006 C04B33/00. Стеклокристаллический материал для напольной и облицовочной плитки / Луценко А.В., Скрип никова Н.К.,– опубл. 27.09.2009, Бюл. № 27. – 5 с.

3. Разработана технологическая схема производства строительных стек локристаллических материалов с использованием отходов теплоэнерге тики.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований ис пользуются в учебном процессе Томского государственного архитек турно–строительного университета по направлению 270800 «Строи тельство». По результатам оценки физико-механических свойств стеклокристаллических материалов в ООО "Сибирский силикатный центр", рекомендовано использовать данную технологию в промыш ленном производстве.

Личный вклад автора состоит в формировании цели эксперимента и постановки соответствующих задач, непосредственном участии при про ведении исследований, обработке результатов и выводов по работе.

Достоверность основных положений обеспечивается необходимым объ емом статистики, применением современных методов расчета и лабора торного оборудования, обеспечивающих достаточный уровень надежно сти измерений.





На защиту выносится:

1. Экспериментальные данные по режимам плазменного способа получе ния силикатного расплава на основе зол ТЭС.

2. Результаты исследований сырьевых материалов, способа получения расплава и планирование эксперимента по влиянию режимов термообра ботки на плотность материала и количество содержания анортитоподоб ной фазы в стеклокристаллическом материале, полученном в условиях низкотемпературной плазмы.

3. Результаты исследований физико-механических характеристик строи тельных стеклокристаллических материалов.

4. Результаты исследований физико-химических процессов, протекаю щих при получении стеклокристаллических материалов из силикатного расплава на основе зол ТЭС в условиях низкотемпературной плазмы.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты работ, составляющих содержание диссертации, обсуждались на семина рах, конференциях различного уровня: І Всероссийская научно практическая конференция «Техника и технология производства тепло изоляционных материалов из минерального сырья» (Бийск, 2009 г);

III Всероссийская конференция «Взаимодействие высококонцентрирован ных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и ме дицине» (Новосибирск, 2009 г);

Всероссийская конференция «Современ ные проблемы производства и использования композиционных строи тельных материалов», НГАСУ (Сибстрин), посвященная 100-летнему юбилею проф. Г.И. Книгиной и 80-летнему юбилею проф. В.М. Хрулева (Новосибирск 2009 г.);

Всероссийская конференция «Актуальные про блемы строительной отрасли», 65-я научно-техническая конференция НГАСУ (Сибстрин) (Новосибирск, 2009 г);

І Международная конферен ция «Развитие нанотехнологий: задачи международных и региональных научно-образовательных и научно-производственных центров» (Барнаул, 2012 г).

По материалам диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 2 статьи в рекомендованных ВАК изданиях, получен 1 патент РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов по работе, списка литературы из 172 наименований. Работа изложена на 160 страницах, включая рисунков и 16 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований, поставлена цель работы, определены задачи исследования, показана научная но визна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе («Состояние и перспективы развития производства стеклокристаллических материалов в современных условиях») со держится анализ научной литературы, в котором изложены сведения о направлениях работ и достигнутых результатах в области получения строительных стеклокристаллических материалов и изделий из них с ис пользованием силикатных и карбонатных отходов. Исследованиям по изучению и использованию техногенных отходов для получения строи тельных стеклокристаллических материалов и изделий посвящены рабо ты: Полака Л.С., Шульца М.М., Горшкова В.С., Павлушкина Н.М., Саркисова П.Д., Верещагина В.И., Бурученко А.Е., Тюльнина В.А., Волокитина Г.Г. и многих других. На основании этих работ установлено влияние многих факторов на процесс формирования структуры стеклокри сталлического материала в зависимости от вводимых корректирующих добавок. Однако в рассмотренных работах нет результатов исследования структуры и свойств стеклокристаллических материалов полученных по плазменной технологии с использованием зол ТЭС от сжигания каменных углей определенного химического состава. На основании анализа литера турных данных сформулирована цель и задачи исследований.

Во второй главе («Методы исследования, характеристика ис ходных материалов, методология работ») приведены характери стики сырьевых материалов, используемых в работе, и описаны ме тоды их исследований. Обоснован выбор сырьевых компонентов.

Приведены результаты химического и минералогического анализа сырьевых материалов. Оценена их экологическая безопас ность. Произведен расчет оптимальных составов сырьевых смесей.

В работе была установлена возможность получения стекло кристаллических материалов из силикатсодержащих расплавов с использованием низкотемпературной плазмы. В качестве техноген ного сырья для получения силикатного расплава использовалась зола ТЭС Томской области, полученная от сжигания каменных уг лей Кузбасского угольного бассейна, а в качестве природных мате риалов – известняк Майлысорского месторождения р. Казахстан и кварцевый песок. Их усредненный химический состав представлен в таблице 1.

По химическому составу (таблица 1) зола близка к составу высокоглиноземистых силикатных систем, суммарное количество основных стеклообразующих оксидов SiO2, Al2O 3 и CaO превышает 90 %, это дает основание утверждать, что она представляет собой перспективный материал для получения силикатного расплава по плазменной технологии.

Известняк и кварцевый песок использовали в качестве кор ректирующих добавок. Известняк придает химическую стойкость стеклокристаллическому материалу, повышает основность расплава и может служить стимулятором кристаллизации. Основным стекло образующим оксидом является SiO2, скорректировать его количест во в шихте позволяет добавка кварцевого песка.

Таблица 1 – Усредненный химический состав исследуемых мате риалов Содержание оксидов в материале, мас.% Наименование ок сида Зола ТЭС Известняк Кварцевый песок SiO2 51,16 1,12 98, Al2O3 34,57 0,43 0, Fe2O3 3,62 0,28 0, CaO 8,33 55,62 0, MgO 0,91 0,03 0, mпрк 1,41 42,46 0, Опытно-аналитическим путем было подобрано процентное содер жание компонентов сырьевой смеси таким образом, чтобы данный состав отвечал стехиометрическому соотношению компонентов, отвечающих составу анортитоподобных соединений. В таблице 2 представлены соста вы сырьевой смеси для получения стеклокристаллических материалов.

Таблица 2 – Составы сырьевой смеси на основе золы ТЭС, известняка и кварцевого песка Количество сырьевых материалов, мас.% № состава Кварцевый пе Зола ТЭС Известняк сок 1 100 – – 2 60 20 3 60 17 4 70 20 5 75 25 – 6 78 22 – 7 90 10 – Составы сырьевых смесей на диаграмме состояния располага ются в области кристаллизации анортита. Для определения области температур плавления, были построены кривые плавкости. Исходя из кривых плавкости следует, что температура плавления сырьевых сме сей снижается благодаря сбалансированному количеству сырье вых компонентов. Данные сырьевые смеси подвергались плавлению с использованием низкотемпературной плазмы.

Рисунок 2 – График термообра ботки силикатного расплава.

Рисунок 1 – Экспериментальная установка с использованием НТП: В плазменную пла 1 – узел катодный;

2 – гранулиро- вильную печь осуществлялась ванная сырьевая смесь, частичный дозированная подача предва расплав;

3 – плазменный поток;

4 – рительно подготовленной источник питания;

5 – печь, 6 – анод сырьевой смеси.

Нагрев шихты осуществлялся воздушной плазмой в рабочем ин тервале температур 2000–3000 С, скорость нарастания температуры ших ты 10–15 С/сек. При работе данной установки вольтамперные характери стики находились в пределах: I = 240–260 А, U = 120–140 В и удельной концентрации энергии до 1,8–2,6106 Вт/м2, что позволяло произвести полное проплавление сырьевой смеси и удалить выделяющиеся газы. Спе цифическим процессом получения стеклокристаллических материалов является процесс направленной кристаллизации расплава. Опытно аналитическим путем был подобран график термической обработки (рису нок 2) полученного силикатного расплава. При определении оптимальных параметров термообработки отбирали пробы расплава массой 250 г мето дом свободного литья в графитовую форму. Для предотвращения термо удара форма предварительно подогревалась до температуры 700 С. Отли тые в форму образцы подвергались изотермической выдержке, в соответ ствии с графиком термообработки.

Оценка свойств образцов расплава золы ТЭС, после термообра ботки показала, что кристаллизация проходит более интенсивно при двух ступенчатом режиме с изотермической выдержкой 1 час при 700 С и часа при 950 С, что хорошо согласуется с результатами ДТА зол ТЭС.

Кристаллическая фаза формируется из муллита и анортита. Рентгенограм мы термообработанных образцов отражают присутствие только лишь кри сталлического муллита, анортита и аморфной фазы, кристаллизация рас плава золы проходит в поверхностных слоях образцов, при этом степень кристалличности образцов не превышает 20 %.

Результаты электронно-микроскопических исследований показали, что структура продуктов плавления золы является вполне однородной, с отдельно сосредоточенными микровключениями, представляющими со бой частично закристаллизованные алюмосиликатные соединения. Нали чие неоднородностей ликвационного характера, подтверждают сложив шееся представление о том, что в основе кристаллизации лежит предкри сталлизационная микроликвация, обусловливающая получение материала с тонкозернистой структурой. Структура материала характеризуется нали чием мелких кристаллических блоков, они являются центрами начала кри сталлизации.

В третьей главе («Физико-химические процессы, протекаю щие при получении стеклокристаллического материала в зависимо сти от состава») с целью получения картины структурных изменений в стеклокристаллическом материале проводились комплексные исследова ния. Исследование основных физико-механических свойств образцов стеклокристаллического материала, полученного в условиях низкотемпе ратурной плазмы, проводились в соответствии с нормативными докумен тами на данный вид продукции.

На рисунке 3 представлены результаты исследований прочности на сжатие и изгиб, определения плотности и группы истираемости в зави симости от состава сырьевой смеси.

Рисунок 3 – Физико-механические свойства стеклокристаллического материала:

–прочность на изгиб, МПа;

–прочность на сжатие, МПа;

–плотность, кг/м3 ;

–группа истираемости.

При соотношении ком понентов сырьевой смеси, соответствующих составу 4 (70 % золы, 20 % известняка, 10 % кварцево го песка), и при соблюдении режимов термообработки возможно полу чение стеклокристаллического материала с максимальными физико механическими показателями: Rсж=530 МПа;

Rизг = 110 МПа;

= кг/м3;

группа истираемости –5.

РФА проб на основе сырьевых смесей составов 2, 3, 4 (отличаю щихся содержанием кварцевого песка, см. таблицу 2) после отжига при температуре 570–610 С показали незначительное содержание кристал лов анортита.

При дальнейшей 2 – х ступенчатой термообработке (1-я ступень – 700 С в течение 1 часа, и 2-я ступень – 950 С в течение 2 часов) в образ це сформировалась плотная кристаллическая структура представленная анортитом, волластонитом и геленитом. О чем свидетельствуют данные рентгенофазового анализа образцов 2, 3, 4 (рисунок 4).

Степень кристалличности указанных составов составляет 60–65 %.

Образцы состава 5, 6, 7 (отличались отсутствием в составе кварцевого песка) полностью расплавляются в процессе воздействия на них плаз менной струи. Полученный и застывший расплав, после отжига в му фельной печи при температуре 600 С оставался аморфным. При даль нейшей двухступенчатой термообработке возникала поверхностная кри сталлизация образцов.

По соотношению элементов кристаллическая фаза имеет алюмо силикатный состав, сопоставимый с соотношением элементов в структу ре анортита, рентгенофазовый анализ данного состава, показывает нали чие пиков с межплоскостным расстоянием d=0,320, 0,293, 0,251, 0,215 нм, соответствующих структурной модификации анортита.

ДТА сырьевой смеси состава 4 показал в области 850–1000 С наибольший экзотермический эффект, обусловленный повышением скорости кристаллизации силикатных соединений. ДТА образца стек локристаллического материала, прошедшего термообработку, показы вает отсутствие каких либо термических эффектов, что свидетельст вует о том, что в материале произошли фазовые превращения, процес сы стабилизировались, материал является конечным продуктом кри сталлизации.

3 2 Рисунок 4. – Рентгенограммы стеклокристаллического материала на основе зол ТЭС, известняка и кварцевого песка:

2,3,4 – образцы на основе зол ТЭС, известняка и кварцевого песка;

5,6,7 – образец на основе зол ТЭС и известняка;

– анортит;

– волластонит;

– кварц Микроскопические исследования образцов стеклокристалли ческого материала, после двухстадийной термообработке, (рисунок 5) показали наличие плотной однородной кристаллической структуры.

Форма кристаллов вытянутая, с размерами 90 нм. Анортит кристалли зуется в триклинной сингонии. Это хорошо коррелирует с предшест вующими анализами.

а – увеличение в 24000 раз. б – увеличение в 2500 раз.

Рисунок 5 – Микрофотографии поверхности продукта плавления сырьевой смеси на основе золы (состав 4), подвергавшегося термической выдержке Таким образом, анализ экспериментальных данных показыва ет, что электроплазменный способ плавления при получении силикат ного расплава, значительно сокращает время плавления, обеспечивает высокую химическую однородность расплава и, как следствие, более широкий интервал выработки и лучшее качество стеклокристалличе ского материала, о чем свидетельствуют представленные в таблице сравнительные свойства известных аналогов.

Таблица 4 – Сравнение свойств стеклокристаллического материала и известных аналогов СКМ, полу Зольное Петроситал- Шлакоси- ченные по Показатели стекло лы таллы плазменной «Марблит» технологии Средняя плотность, 2670–2690 2880–2900 2730–2760 2900– кг/м Предел прочности при 60–70 50–100 40–60 90– изгибе, МПа Предел прочности при 300–400 350–450 300–400 450– сжатии, МПа Твердость по Моосу Около 6 Около 6 Около 6 Около Водопоглощение, % 0 0 0 Глава четвертая («Исследование технологических параметров получения стеклокристаллических материалов и изделий из них с использованием отходов теплоэнергетики») посвящена описанию технологии получения стеклокристаллического материала из силикат ного расплава и анализу его свойств.

Технологический процесс производства стеклокристалличе ских материалов заключается в измельчении и тщательном перемеши вании компонентов, плавлении и формовании изделий. Специфиче ским процессом получения стеклокристаллических материалов явля ется процесс направленной кристаллизации расплава.

При использовании нетрадиционных источников нагрева – низкотемпературной плазмы (НТП), для которой характерна интенсифи кация процесса минералообразования при температуре выше 3000 С, важным становится режим термообработки и химико-минералогический состав сырьевых компонентов.

Произведена оценка производительности и энергозатрат при получении расплава из тугоплавких силикатсодержащих материалов.

Экспериментально установлены значения удельных тепловых потоков, необходимых для получения расплава на основе сырьевой смеси, содержащей до 70 % отходов энергетических производств, и формирования качественного силикатного расплава – 1,8106 Вт/м2.

На основании проведенной работы была разработана техноло гическая схема производства стеклокристаллического материала на основе отходов теплоэнергетики с использованием низкотемператур ной плазмы.

Разработанная технология получения стеклокристаллического материала предусматривает комплексное решение нескольких важных социально-экономических проблем: экономии материальных и при родных ресурсов, снижения стоимости инновационного строительно го материала, улучшения экологической обстановки в регионе.

Внедрение в производство стеклокристаллического материала таких отходов, как зола ТЭС, позволяет получать строительные стек локристаллические материал с улучшенными физико-механическими свойствами по ресурсо- и энергосберегающей технологии. При этом данная технология не требует серьезных переделов и снижает себе стоимость изделий с попутным решением экологических проблем, связанных с большим ростом объема накопленных зол ТЭС. Техноло гическая схема производства стеклокристаллических материалов при ведена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Технологическая схема производства облицовочных строительных стеклокристаллических материалов, полученных с использо ванием низкотемпературной плазмы Отличительной особенностью технологической схемы произ водства стеклокристаллического материала (рисунок 6) является оп ределенная последовательность подготовки смеси, заключающаяся в предварительном дозировании компонентов, последующем помоле и гомогенизации. При этом обязательным технологическим этапом при плазменном способе является грануляция сырьевой смеси, что необ ходимо для устранения ее раздува при воздействии высококонцентри рованного теплового потока. Рекомендуемый для промышленного внедрения тепловой агрегат, представляет собой прямоточный узел.

Который включает в себя плазмотрон прямого действия источник пи тания, системы газоподачи и охлаждения.

На основании проведенных экономических расчетов, исполь зование золы в производстве стеклокристаллических материалов по плазменной технологии позволит снизить себестоимость продукции в целом на 25–30 %, с учетом цен за 2012 г.

Результаты исследований используются в учебном процессе Томского государственного архитектурно–строительного университета по направлению 270800 «Строительство». По результатам исследований ООО "Сибирский силикатный центр" рекомендует использование дан ную технологию в промышленном производстве стеклокристаллических материалов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Установлено, что исследуемые зола ТЭС Томского региона пред ставляют собой алюмосиликатные соединения, состоящие из кварца, железисто-магнезиальных силикатов, алюмосиликатов, стекловидного вещества, кальцитов, которые могут быть использованы совместно с карбонатами и кварцевым песком для получения силикатного распла вов в условиях низкотемпературной плазмы.

2. Сырьевая смесь, состоящая из: золы – 70 %;

известняка – 20 %;

кварцевого песка – 10 %, позволяет получить расплав, обогащенный анортито- и волластонитоподобными соединениями.

3. Плавление исследуемых сырьевых смесей при удельных тепловых по токах q = 1,8–2,6106 Вт/м2, и температуре 2000–3000 С, вольтамперных характеристиках находящихся в пределах: I = 240–260 А, U = 120–140 В, позволяет получить силикатный расплав, обогащенный анортитом, сле дующего химического состава: SiO2 – 61,89 40,22;

Al2O3 – 20,4 30,3;

CO – 9,8 20;

MgО – 1,7 1,89;

Fe2O3 – 4,9 5,32;

NaO – 0,51 1,15;

TiО2 – 0,8 1,12.

4. Термообработка полученного силикатного расплава, при которой обеспечивается получение стеклокристаллического материала с наи большей степенью кристалличности (60–65 %) осуществляется в два этапа: 1-я ступень – 700 С в течение 1 часа, и 2-я ступень – 950 С в течение 2 часов.

5. Использование зол ТЭС в количестве до 70 % (патент РФ 2448918) совместно с известняком и кварцевым песком позволяет получить строи тельный стеклокристаллический материал с прочностью до 530 МПа за счет образования анортитоподобных соединений.

6. Основными кристаллическими фазами в стеклокристаллическом материале являются анортит, волластонит и геленит. Размеры кри сталлов игольчатой формы не превышают 90 нм, это свидетельствует о наноструктурированности полученного стеклокристаллического ма териала.

7. Строительный стеклокристаллический материал, полученный в ус ловиях низкотемпературной плазмы, обладает повышенными эксплуа тационными качествами, соответствует группе износостойкости 5, Rсж=530 МПа;

Rизг=110 МПа.

8. Разработана технологическая схема и технологические решения по лучения стеклокристаллических материалов с использованием низко температурной плазмы из тугоплавких силикатсодержащих материа лов.

9. Экономический эффект от производства стеклокристаллического материала, полученного с использованием низкотемпературной плаз мы, по сравнению с материалами, полученными по традиционным технологиям, составляет 30 % за счет использования техногенных от ходов и снижения времени и затрат на получение силикатного распла ва. Полученный материал может найти самое широкое применение в качестве облицовочного строительного стеклокристаллического ма териала.

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

В изданиях входящих в перечень ВАК 1. Луценко, А.В. Получение стеклокристаллических материалов из силикатсодержащих расплавов с использованием низкотемпературной плазмы / А.В. Луценко, Н.К. Скрипникова, Г.Г. Волокитин, А.С. Ту рашев //Вестник ТГАСУ. – 2012. – № 3 – С.126–132.

2. Луценко, А.В. Наноструктурированные стеклокристаллические материалы, синтезируемые в условиях низкотемпературной плазмы / А.В. Луценко, Н.К. Скрипникова, Г.Г. Волокитин // Вестник ТГАСУ.

– 2012. – № 4. – С. 133–139.

Патент РФ 3. Пат. 2448918 Российская Федерация, МПК51 С03 С 10/00. Стекло кристаллический материал для напольной и облицовочной плитки/ Скрипникова Н.К., Луценко А.В.: заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ТГАСУ». – опубл. 27.04.12, Бюл. № 17. – 5 с.

В общероссийских журналах 4. Луценко, А.В. Получение стеклокристаллического материала из силикатсодержащих расплавов с использованием высококонцентри рованных источников нагрева / Сборник научных трудов Лесотехни ческого института. – 2009. – № 4. – С. 131 – 140.

В сборниках международных и всероссийских конференций 5. Луценко, А.В. Стеклокристаллические материалы, полученные из силикат-содержащих материалов / А.В. Луценко // Материалы Все российской конференции «Актуальные проблемы строительной от расли»;

65-я научно-техническая конференция НГАСУ, Новосибирск, 2008. – С. 36 – 38.

6. Луценко, А.В. Получение стеклокристаллического материала на основе отходов теплоэнергетики с использованием высококонцентри рованных источников нагрева / А.В. Луценко, Н.К. Скрипникова // Материалы 9-й Всероссийской научно–практической конференции «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья». – Бийск, 2009. – С. 80–83.

7. Луценко, А.В., Получение стеклокристаллического материала на основе отходов теплоэнергетики с использованием высококонцентри рованных источников нагрева / А.В. Луценко, Н.К Скрипникова // Мате риалы X Всероссийской научно–практической конференции «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минераль ного сырья» - Бийск, 2010. - С.89–92.

8. Луценко, А.В., Получение стеклокристаллического материала на основе отходов теплоэнергетики с использованием высококонцен трированных источников нагрева / А.В. Луценко, Н.К.Скрипникова, Г.Г. Волокитин // Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине:

Материалы ІІІ Всероссийской конференции. – Новосибирск, 2009. – С. 39–40.

9. Луценко, А.В. Получение стеклокристаллического материала на ос нове отходов теплоэнергетики с использованием высококонцентриро ванных источников нагрева / А.В. Луценко, О.Ю. Михеева // 56-я научно техническая конференция студентов и молодых ученых, 2010. – С. 283.

10. Луценко, А.В. Получение стеклокристаллического материала на основе отходов теплоэнергетики с использованием высококонцентри рованных источников нагрева/ А.В. Луценко, Н.К. Скрипникова // X Всероссийская научно-практическая конференция «Техника и техно логия производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья». – Бийск, 2010. – С. 89–92.

11. Луценко, А.В. Получение стеклокристаллического материала на ос нове отходов теплоэнергетики/ А.В. Луценко // Современные проблемы производства и использования композиционных строительных материа лов: Всероссийская конференция, НГАСУ (Сибстрин), посвященная 100 летнему юбилею проф. Г.И. Книгиной и 80-летнему юбилею проф.

В.М. Хрулева. – Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин). – 2008. – С. 32.

12. Луценко, А.В. Плазмохимический синтез стеклокристаллических материалов /А.В. Луценко, Н.К. Скрипникова, Д.Е. Жарченко // Акту альные вопросы: реальность и перспективы: Международная заочная научно-практическая конференция. – Тамбов.–2011. – С. 88–90.

13. Луценко, А.В. Получение стеклокристаллического материала на ос нове отходов теплоэнергетики с использованием высококонцентриро ванных источников нагрева /А.В.Луценко, Н.К. Скрипникова // Материа лы ІІX научно-практической конференции. – Бийск. – 2012. – С. 70–72.

14. Луценко, А.В. Исследование наноструктурированного стеклокри сталлического материала, полученного по плазменной технологии /А.В. Луценко, О.Г. Волокитин, В.В. Шеховцов // Развитие нанотех нологий: задачи международных и региональных научно образовательных и научно-производственных центров: материалы первой международной конференции. – Барнаул. – 2012. – С. 20–22.

15. Луценко, А.В. Плазмохимический синтез стеклокристаллических материалов /А.В. Луценко, Д.Е. Жарченко // Материалы 58-й научно технической конференции студентов и молодых ученых. – Томск, 2010. – С. 200–201.

16. Луценко, А.В. Состояние вопроса использования вторичных ресур сов в производстве стеклокристаллических материалов /А.В. Луценко, Д.Е. Жарченко, Е.Н. Борисова //Актуальные проблемы науки и образова ния: прошлое, настоящее, будущее. – Тамбов. – 2012. – С. 80–81.

17. Луценко, А.В. Исследование наноструктурных фрагментов силика тов в матрице стеклокристаллического материала, полученного в усло виях низкотемпературной плазмы / А.В. Луценко, О.Г. Волокитин, В.В.

Шеховцов // Наноматериалы и технологии: Материалы ІV Всероссий ской научной конференции с международным участием. – Улан-Удэ. – 2012. – С. 222–223.

Подписано в печать 10.02.2013. Формат 6084.

Бумага офсет. Гарнитура Таймс. Уч.-изд.л. 1,15.

Тираж 100 экз. Заказ № Изд-во ТГАСУ, 634003, г.Томск, пл. Соляная,2.

Отпечатано с оригинал-макета автора в ООП ТГАСУ.

634003,г. Томск, ул. Партизанская, 15.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.