Электронная библиотека по теме:

"Производство и применение пеностекла"

Составитель: Калинченкова С.Ю.

Авторы: Калинченкова С.Ю., Беломеря Н.И.
Время и место издания: Сборник докладов VI Международной научной конференции аспирантов и студентов "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" – Донецк:ДонНТУ, 2007.

ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ ПЕНОСТЕКЛА

Пеностекло изобрел в 1930-е гг. советский академик И.И.Китайгородский. Но в СССР широкого распространения оно не получило, а технология производства в 1990-е годы и вовсе была практически утрачена. В отличие от США и Европы, где из пеностекла делают даже цельнолитые элементы домов.

Пеностекло представляет собой материал, состоящий из герметично замкнутых гексагональных и сферических ячеек. Такая структура материала исключает взаимодействие газовой среды ячеек с атмосферой и обуславливает неизменность во времени характеристик материала. Благодаря такой структуре оно обладает очень низкой теплопроводностью (для сравнения: 5см пеностекла заменяют полуметровую кирпичную кладку). Пеностекло самый прочный из всех эффективных теплоизоляционных материалов. Прочность на сжатие в несколько раз выше, чем у волокнистых материалов и пенопласта. Благодаря тому, что пеностекло состоит исключительно из стеклянных ячеек, этот материал не дает усадки и не изменяет своих геометрических размеров с течением времени под действием веса строительных конструкций эксплутационных нагрузок.

Оно очень легкое, его объемный вес составляет 140-200 кг/м3. Пеностекло имеет очень низкий коэффициент линейного температурного расширения, что позволяет без ущерба для структуры материала переносить суточные и годовые колебания температуры.

Пеностекло негорючий и огнестойкий материал, при нагревании пеностекла до высоких температур оно лишь плавится как обычное стекло без выделения газов или паров. Этот фактор важен для противопожарных свойств конструкции. Пеностекло не меняет своих химических и физических свойств во времени, поэтому его гарантийный срок эксплуатации превышает 100 лет. Оно не впитывает влагу и не пропускает ее, что очень важно для сохранения теплоизоляционных свойств. Пеностекло является химически стойким ко всем реагентам (кроме плавиковой кислоты), не поддается действию плесени, микроорганизмов и грызунов, а также полностью экологически безопасно.

Технология его производства состоит в следующем: стеклянный гранулят или стеклянный бой размалывают, используя шаровые мельницы в смеси с пенообразователем в тонкий порошок, загружают в формы из жароупорной стали с каолиновой обмазкой. Формы на вагонетках или по роликовому конвейеру подают в туннельную печь. Под действием высокой температуры происходит размягчение частиц стеклянного порошка и его спекание. Газы, выделяющиеся при взаимодействии пенообразователя с компонентами стекла вспенивают вязкую стекломассу. Температура, при которой это происходит, различна для различных пенообразователей, начиная от 550С0 и заканчивая 900С0 . При охлаждении образуется материал с ячеистой структурой. Медленное охлаждение (отжиг) способствует равномерному остыванию изделий по объему, поэтому в них не возникают внутренние напряжения и не образуется трещин. Именно процесс вспенивания – очень сложная технологическая операция, над которой нами были проведены исследования. Мы провели эксперименты с использованием в качестве пенообразователя коксика, печной сажи и активной сажи. Использование последней дало интересные результаты: для вспенивания хватает 0,1% пенообразователя, при этом получаются ячейки замкнутой формы, которые полностью не пропускают воду. Подобные результаты мы получили и при использовании мелкого кокса, но поры получаются большего размера, кокса требуется от 1% до 3%. Вариации с использованием боя оконного, бутылочного (цветного и прозрачного) стекла дали одинаковые результаты, следовательно, состав боя не имеет большого значения. Нашими последующими задачами является уточнение состава шихты с использованием активной сажи и изучение температурного режима вспенивания.

Что касается применения, то оно очень разнообразно и обусловлено уникальными свойствами пеностекла. В основном его применяют как теплоизоляционный материал при гражданском строительстве, создании огнепреградительных конструкций, для изоляции трубопроводов и иного оборудования, работающего при температурах до 500С0. Стойкость пеностекла к гниению и отсутствие питательной среды для распространения плесени и грибков особенно важно при использовании пеностекла в замкнутом, невентилируемом пространстве кровли, стен, цоколя и фундамента. Отсутствие органики позволяет гарантированно избежать ситуаций, связанных с разрушением и деструкцией теплоизоляционного материала под влиянием биологически активной среды. Использование пеностекла позволяет на 25 % экономить на строительстве зданий и до 30 % на их отоплении.

Водопоглащение пеностекла меньше 5%, что позволяет его использовать для теплоизоляции во влажных средах. Экологическая и санитарная безопасность пеностекла позволяет осуществлять утепление ограждающих конструкций не только для помещений, в которых необходима повышенная чистота воздуха (здания образовательного и медицинского назначения, высокотехнологичные производства и т.п.), но и для зданий со специальными санитарно-гигиеническими требованиями (пищевая и фармакологическая промышленность; бани, сауны и бассейны).

В зависимости от рецептуры и технологии изготовления пеностекло может иметь закрыто- или открытопористую структуру, за счет чего может использоваться как эффективный фильтр и даже в качестве защиты от опасных электромагнитных излучений.

Его также применяют при изготовлении химических реакторов, строительстве резервуаров и трубопроводов для кислот и нефтепродуктов из-за его высокой химической стойкости.

Его производство и применение очень важно с экологической точки зрения. В технологии используются бой стекла или стекло, сваренное из низкосортных песков, вследствие чего территории начнут освобождаться от этого вида отходов, которые фактически не утилизируются, засоряют территории городов и полигонов и препятствует переработке бытовых отходов в компосты.

Одна из технологий сбора разлитой нефти предусматривает засыпку пятна кусками пеностекла. За счет чрезвычайно пористой поверхности и адгезионных свойств материала нефть в него хорошо впитывается. Затем пеностекло помещают в печь и выжигают, а очищенное от нефти используется еще многократно, до тысячи циклов.

Отходы производства пеностекла также не засоряют окружающую среду, а используются в качестве абразивного материала, который не теряет своих абразивных свойств в процессе эксплуатации.

Промышленное производство пеностекла ведется в США, Японии, Китае, Бельгии, Чехии, Германии, но, к сожалению, не на Украине.Мы надеемся, что наши разработки помогут способствовать совершенствованию технологии производства пеностекла в условиях предприятий Украины.