Жаростойкий фосфатный газобетон на связующем из техногенного алюмосиликатного сырья

С целью сокращения потерь тепла и экономии энергоресурсов, затрачиваемых на такие технологические процессы, как нагрев, научноисследовательскими и производственными организациями постоянно ведется работа по поиску наиболее эффективных способов теплоизоляции агрегатов и расширению номенклатуры материалов. Широкое распространение в качестве теплоизоляционного материала получили безобжиговые материалы (главным образом, бетоны) [1]. В отличие от термообработанных (обожженных) материалов, технология безобжиговых бетонов и изделий освобождает от дополнительных затрат на обжиг при сохранении аналогичных эксплуатационных свойств. Особое место среди безобжиговых материалов занимают ячеистые бетоны на фосфатных связующих, обладающие высокими теплоизоляционными свойствами и повышенными (до 1500 °С на корундовом заполнителе) температурами применения [2–4].

Фосфатные связки, обладая высокими жаростойкими свойствами, повышенной термостойкостью, отсутствием существенного снижения прочности практически во всем интервале температур (от температуры сушки до температуры применения), позволяют получать наиболее эффективные материалы. Однако стоимость чистых фосфатных связующих высока. Для снижения стоимости, повышения степени замещения производят модифицирование фосфатных связок алюмо-, хром-, борсодержащими материалами [5–8]. Помимо сокращения затрат модифицирование позволяет расширить номенклатуру фосфатных связующих и повысить эффективность материалов, изготавливаемых на их основе.

Известны работы по модифицированию фосфатных и алюмофосфатных связующих алюмоси-ликосодержащими материалами [9–13]. Взаимодействие огнеупорных глин с ортофосфорной кислотой позволило получить глинофосфатную связку. Технология такой связки обычно подразумевает кипячение и последующее удаление непрореагировавших примесей (песчаные примеси). На основе глинофосфатной связки разработаны тяжелые бетоны. Применение глинофосфатной связки в технологии ячеистых бетонов не изучено и является перспективным направлением [14].

Материалы и методы

Глины, прошедшие обжиг при умеренных температурах, обладают повышенной химической активностью [15, 16]. В настоящей работе в качестве глинистого сырья было использовано техногенное алюмосиликатное сырье – побочный продукт, образующийся при изготовлении шамота, производства ООО «Мечел-Материалы» (г. Челябинск). Данный продукт представляет собой дисперсный порошок (удельная поверхность в пределах 600–700 см2/г), состоящий из смеси обожженной и дегидратиро- ванной глины. Отбор продукта произведен из системы аспирации (с электрофильтров) туннельных печей, в которых производят обжиг глин для последующего получения шамота. Содержание оксида алюминия в продукте свыше 35–37 %, в связи с высокой дисперсностью порошка дополнительное измельчение не требуется.

В качестве сырьевых материалов для ячеистого бетона в работе использовали дисперсный отработанный алюмохромовый катализатор ИМ-2201 по ТУ 2173-017-73776139-2009 – отходы производства АО «Синтез-Каучук» (г. Стерлитамак), шамотный заполнитель фракции 0–1,25 мм производства ООО «Мечел-Материалы», алюминиевую пудру марки ПАП-2 по ГОСТ 5494-95. Отработанный катализатор содержит 70–75 % Al 2 O 3 , до 14 % Cr 2 O 3 и до 12 % SiO 2 , a также незначительные примеси оксидов железа и кальция. Он стабилен по составу.

Шамотный порошок содержит 28–30 % Al2O3, кремнезем и незначительные примеси оксидов железа, кальция, магния и щелочных.

Для получения 1-замещенного модифицированного алюмофосфатного связующего использовали ортофосфорную кислоту (термическую) по ГОСТ 10678-76 и шамотный продукт с электрофильтров. Приготовление связующего производили путем кипячения смеси из ортофосфорной кислоты с концентрацией 60 % и указанного продукта. После кипячения смесь охлаждали, отстаивали и отделяли жидкую фазу.

Свойства разработанного ячеистого бетона оценивали согласно ГОСТ 20910-2019 [17].

Результаты

Связующее (модифицированное АФС), полученное на основе побочного продукта производства шамота, прозрачно, сохраняет стабильность при хранении в течение 10–12 месяцев. Плотность связующего составляет 1,52 г/см3.

На основе приготовленной алюмофосфатной связки были разработаны составы ячеистого бетона – газобетон со средней плотностью 600–800 кг/м3.

Свойства полученного газобетона на алюмо-фосфатной связке представлены в табл. 1.

Исследование методами рентгенофазового анализа и дериватографии фазового состава газобетона на модифицированной АФС показало, что при нагревании до температуры 260 °С ступенчато удаляется адсорбционная и химически связанная вода, происходит образование водных алюмофосфатов. При нагревании до температуры 520 °С отмечается образование метафосфата алюминия. К 680 °С зафиксирован экзоэффект, свидетельствующий об окислении алюминиевой пудры. Конечными продуктами при температуре 1400 °С отмечены высокоогнеупорные соединения – корунд и фосфат алюминия тридимитовой и кристобалитовой форм. Рентгенофазовый анализ подтвердил наличие фаз, зафиксированных на дерива-

Таблица 1

Основные свойства жаростойкого ячеистого фосфатного бетона на модифицированном АФС

Таблица 2

Жаростойкие свойства ячеистого фосфатного бетона на модифицированном кремнием АФС