Ситаллы и литые изделия из шлаков и отходов разработки горных пород

Ситаллы — стеклокристаллические материалы, получающиеся путем направленной кристаллизации стекла, т. е. структура ситаллов— вид кристаллов, их размер и количество — регулируются в процессе производства. Особенность структуры ситаллов характеризуется тем, что между весьма мелкими кристаллами (несколько мкм) равномерно распределена стекловидная фаза (прослойкой около 1 мкм), количество которой в хорошо закристаллизованных материалах составляет 5... 10 %. Структура ситаллов, обеспечивая сохранение положительных свойств стекла, придает им повышенную механическую прочность, термическую и химическую стойкость, диэлектрические свойства, уменьшает хрупкость. Материалы и изделия из шлаковых расплавов являются разновидностью изделий, получаемых из расплавленных горных пород. Огненно-жидкие шлаки металлургической промышленности являются ценным сырьем для получения различных материалов и изделий. Производство изделий из шлаковых расплавов выгодно и экономически, поскольку для их получения не требуется дополнительных затрат топлива, отпадает необходимость в специальных плавильных печах, значительно снижаются удельные капитальные вложения и себестоимость единицы продукции. Однако для надлежащего качества выпускаемых изделий шлаковые расплавы нуждаются в обогащении специальными добавками, что несколько усложняет производство изделий. Из огненно-жидких шлаков получают изделия для покрытий полов промышленных предприятий, облицовочные плитки, используемые в коррозионных средах, тюбинги для крепления горных выработок, легкие материалы — термозит, шлаковую вату и др.

Термозит представляет собой ячеистый материал, получаемый в результате вспучивания расплавленного шлака при быстром его охлаждении. Вспучивание шлака осуществляется на специальных машинах центробежным способом, на каскадных лотках или в бассейнах. При центробежном способе расплавленный шлак сливается в приемный бункер, из которого затем поступает в центробежную машину, в которую одновременно подается и вода. Расплавленный шлак под действием вращающейся крыльчатки распыляется, вспучивается парами воды и под действием центробежной силы отбрасывается на охлаждающий экран. Под ним устанавливается приемный бункер и транспортер для удаления готового термозита.

Производство термозита на каскадных лотках основано на том, что струя шлакового расплава, стекая с полки на полку, оказывается между двумя струями воды, которая, испаряясь, вспучивает расплав. Каскадный лоток представляет собой металлическую четырехступенчатую конструкцию с наклонными полками, перед которыми расположены перфорированные трубы для подачи воды.

Сущность бассейнового способа заключается в том, что в металлический ящик размером 6X6 м поступает шлаковый расплав. В днище ящика имеются отверстия, а под ящиком — специальные карманы, в которые под давлением поступает вода. Струи воды, поступающие снизу, пронизывают слой расплавленного шлака и вспучивают его под действием образующегося пара и выделяющихся газов.

Объемный вес термозита колеблется от 300 до 1100 кг/м³ в зависимости от размера кусков и степени вспучивания.

Щебень из термозита является хорошим заполнителем для получения легких термозитобетонов. При заливке расплавленного шлака в специальные формы можно, получать изделия различного профиля и конфигурации. Для уменьшения напряжений и предотвращения образования трещин в период кристаллизации и последующего охлаждения изделий в формы перед заливкой укладывается стальная арматурная сетка.

Проведенные исследования показывают, что в местах размещения металлургических заводов и близлежащих районах преимущественное применение в ограждающих и несущих легкобетонных конструкциях должна найти шлаковая пемза, как весьма эффективный в экономическом отношении материал. Себестоимость шлаковой пемзы составляет 1,5—1,7, а керамзита 2—6 руб/м³.

Шлаковая вата —это материал, состоящий из тончайших волокон, получаемых из расплавленных огненно-жидких доменных шлаков или других минеральных расплавов с модулем кислотности больше единицы. Технологический процесс производства шлаковой ваты заключается в следующем: в вагранку загружают доменный шлак соответствующего состава и определенной крупности (до 50—70 мм) и топливо, обладающее высокой механической и термической прочностью: кокс, термоантрацит, древесный уголь. При температуре 1200—1400° С образуется шлаковый расплав, он вытекает через летку вагранки, раздувается струей пара и осаждается в виде тонких нитей в камере осаждения. Отсюда минеральная вата с помощью транспортера перемещается в камеру охлаждения и поступает на пост изготовления матов. Здесь перемещаемый слой шлаковой ваты выравнивают, обклеивают бумагой или картоном, режут на куски заданной длины и отправляют на склад готовой продукции. Объемный вес матов колеблется от 250 до 300 кг/м³, средний коэффициент теплопроводности равен 0,05 ккал м • ч • град.

Ситаллы представляют собой стеклокристаллические материалы, получаемые из стекла в результате его полной или частичной кристаллизации. По внешнему виду ситаллы могут быть темного, коричневого, серого и кремового цветов, глухие (непрозрачные) и прозрачные. Материал обладает большой прочностью (до 5000 кг/см²) и высокой стойкостью к химическим и тепловым воздействиям, хорошими диэлектрическими свойствами и может широко использоваться для производства различных электро- и термостойких изоляторов.

Ситаллы получают методом вытягивания, выдувания, прокатки и прессования, добавляя к стеклянным расплавам специальные вещества (минерализующие катализаторы), улучшающие кристаллизацию: соединения фторидов или фосфатов щелочных или щелочноземельных металлов, способных легко кристаллизоваться из расплавов. По сравнению с производством изделий из стекла технология ситаллов несколько сложнее — требуется дополнительная термическая обработка, в процессе которой происходит превращение стекла в стеклокристаллическое состояние.

На основе ситаллов получают различные клей для склеивания металла, стекла, керамики. Ситаллы могут использоваться и в виде конструктивного и отделочного материала в промышленном и гражданском строительстве.

Ситаллопласты — материалы, получаемые на базе пластических масс (фторопластов) и ситаллов. Они обладают высокой износоустойчивостью и химической стойкостью. Для изготовления ситаллопластов ситаллы измельчаются до получения порошка заданного гранулометрического состава. В дальнейшем процесс не отличается от технологии изготовления пластмасс, с той, однако, разницей, что с добавкой ситалла усадка пластмассы меньше. Ситаллопласты находят применение в качестве антифрикционных и конструктивных материалов, а также могут использоваться в промышленности, где ни ситаллы, ни пластмассы, отдельно взятые, не удовлетворяют требованиям высокой пластичности, износоустойчивости и химической стойкости.

Шлакоситаллы и изделия из них. Большое внимание в производстве строительных материалов уделяется использованию местного сырья и отходов других отраслей промышленности. Одним из новых микрокристаллических материалов, получаемых из огненно-жидких металлургических шлаков, являются шлакоситаллы. В настоящее время освоен выпуск листового и прессованного шлакоситалла и изоляторов на основе холодных гранулированных металлургических доменных шлаков. Шлакоситалловые изделия характеризуются высокими физико-техническими свойствами, обладают высокой износоустойчивостью, прочностью, стойки к химической агрессии, хорошо сопротивляются атмосферным воздействиям, не обладают токсичностью.

Сочетание физико-механических свойств шлакоситаллов обуславливают возможность их широкого использования в строительстве: для полов промышленных и гражданских зданий, декоративной и защитной облицовки наружных и внутренних стен, перегородок, цоколей, футеровки строительных конструкций, подверженных химической агрессии или абразивному износу, кровельных покрытий отапливаемых и неотапливаемых промышленных зданий, облицовки слоистых панелей навесных стен зданий повышенной этажности; все большее развитие получают пеношлакоситалловые конструкции, трубы и другие изделия. Экономический эффект использования изделий из шлакоситаллов обуславливает дальнейшее расширение номенклатуры изделий.

Контрольные вопросы

4.1 Перечислить сырьевые материалы и объяснить основы производства стекла.

4.2 Как классифицируются стеклянные материалы.

4.3 Охарактеризовать ситаллы и литые изделия из шлаков и отходов разработки горных пород.

Лекция 4 (Продолжение)