Строительные материалы на основе опаловых пород

Одним из возможных путей решения проблемы снижения тепловых потерь в таких районах, как Сибирь, и особенно Крайний Север, может быть разработка теплоизоляционных материалов на основе водных растворов щелочных силикатов, извлеченных из опалового сырья, в сочетании с отходами производства [3]. Это позволит обеспечить выпуск конкурентоспособных, несгораемых изделий. Как показывает российский и зарубежный опыт, использование отходов промышленности в производстве строительных материалов позволяет покрыть потребность в сырьевых ресурсах, сократить затраты на изготовление строительных материалов и снизить техногенные нагрузки на окружающую среду. Так как в Тюменской области значительно развита деревообрабатывающая промышленность, то и объем отходов имеет довольно ощутимый размер. В основном это стружка и опил, которые скапливаются в отвалах, и лишь за редким исключением применяются в производстве древесно-стружечных плит. По официальным данным, с предприятий деревообработки в области за год вывозится 500 тыс. тонн отходов. По факту же эта цифра больше в несколько раз. Пусть опил, щепа и нетоксичны, но не будучи должным образом утилизированы, они так или иначе представляют угрозу для здоровья и безопасности населения. Кроме того, невостребованные отходы могут приносить прибыль в качестве топлива, сырья для производства удобрений и стройматериалов.

В связи с этим задачи по разработке энергоэффективных строительных материалов с использованием отходов промышленного производства являются актуальными. Нами был разработан материал, заполнителем в котором является опил или стружка, а в качестве вяжущего используется суспензия жидкого стекла, полученная в результате гидротермального выщелачивания диатомита [2].

Выбор жидкого стекла, изготовленного из диатомитов, в качестве вяжущего объясняется тем, что оно в 2-3 раза дешевле жидкого стекла, полученного по традиционной технологии методом сплавления. Кроме того, жидкое стекло способно склеивать целлюлозу с образованием прочного каркаса и, в отличие от портландцемента, не разрушается от воздействия органических кислот, содержащихся в древесине.

В качестве исходного сырья используется диатомит Камышловского месторождения Свердловской области. Для получения жидкого стекла диатомит смешивают с натриевой щелочью и водой до получения жидкой массы и выдерживают при температуре 90-95 °C в течение 4 часов, при этом происходит растворение аморфного кремнезема в щелочи с образованием силикатов натрия. Кроме того, из гуминовых кислот, содержащихся в диатомите, образуются гуматы натрия.

При обжиге происходит выгорание органических веществ и дополнительная активация кремнезема [1]. На рис. 1 показана зависимость растворения кремнезема от количества введенной щелочи. Расход щелочи составляет от 1 до б г на 10 г диатомита, время обработки - б часов. При этом, как видно из графиков, расход щелочи более 0,4 г на 1 г диатомита не вызывает значительного роста растворимости кремнезема.

Также была определена наиболее эффективная продолжительность гидротермальной обработки (рис. 2), которая составляет 4 часа. Причем обожженный при 700 °C диатомит показывает большую активность при образовании жидкого стекла. Силикатный модуль получаемого жидкого стекла составляет для обожженного диатомита 2,1, а для необожженного - 1,6. Для получения материала необходимо смешать опил или стружку с суспензией жидкого стекла в соотношении 1:2 по массе. В качестве отвердителя жидкого стекла применяется кремнефтористый натрий в количест-

Рис. 1. Растворимость кремнезема в зависимости от расхода щелочи: 1 - необожженный диатомит; 2 - обожженный диатомит

Рис. 2. Растворимость кремнезема в зависимости от времени гидротермальной обработки: 1 - необожженный диатомит; 2 - обожженный диатомит

Рис. 3. Прочностные характеристики материала: 1,3- пределы прочности при изгибе и сжатии соответственно для материала на обожженном диатомите; 2, 4 - то же, на необожженном диатомите

Рис. 4. Коэффициент теплопроводности: 1 - необожженный диатомит; 2 - обожженный диатомит

ве 15 % от массы стекла. Из полученной массы формуются изделия с небольшим уплотнением, твердеющие в дальнейшем при нормальных условиях в течение 6 часов. Далее следует распалубка и высушивание их до постоянной массы. На рис. 3 и 4 представлены механические и теплофизические характеристики материала. Составы 1, 2 и 3 соответствуют соотношению суспензии жидкого стекла к опилу 1:1,8; 1:2 и 1:2,2 соответственно.

Готовый материал аналогичен арболиту и может иметь как плотную, так и пористую структуру в зависимости от вида применяемых отходов деревообработки и степени уплотнения.

Также на основе суспензии жидкого стекла, полученной при гидротермальном выщелачивании диатомита, разрабатывается жароупорный бетон с пористым заполнителем. Необходимость разработки жароупорного бетона возникла в связи со сложностью доставки и высокой стоимостью элементов футеровки тепловых агрегатов. В результате предварительных исследований получен жароупорный бетон с пределами прочности при изгибе и сжатии 6,5 и 10 МПа соответственно. Температура применения до 1000 °C. В настоящее время проводятся исследования с целью улучшения физикомеханических характеристик жароупорного бетона.

Таким образом, в результате исследования установлено:

• 1.    Опаловые породы могут быть использованы как сырье для приготовления суспензии жидкого стекла, применяемого как местное вяжущее.

• 2.    Получен стеновой материал, аналогичный арболиту, позволяющий утилизировать отходы деревообработки.

• 3.    На основе суспензии жидкого стекла может быть получен жароупорный бетон, позволяющий использовать местные материалы, а также отходы некоторых производств.