20.07.2018
В ходе возведения частного жилого здания и разработке интерьера, необходимо принимать во внимание все требования, которые...


20.07.2018
Биметаллическими радиаторами называют батареи, созданные из нескольких сплавов: стального и алюминиевого. Сталь применяют с целью...


19.07.2018
Гибка металла, в особенности, листового, считается технологичной процедурой, в ходе которой из прокатного листа можно получить ту...


18.07.2018
Металлические изделия самой разной функциональности для краткости называются метизы. Группа охватывает широчайший ассортимент,...


18.07.2018
Сегодня на рынке выбор покрытий для пола является попросту колоссальным, среди самых востребованных вариантов следует отметить...


17.07.2018
Инверсионная крыша является «кровлей наоборот». Если говорить простыми словами, то основным её отличием, сравнивая со стандартной...



Легковесные наполнители

18.06.2018
Обжигом некоторых глин и сланцев при высоких температурах могут быть получены легковесные наполнители для бетонов, строительных растворов и штукатурки. Производится несколько видов таких наполнителей, имеющих торговые марки «хайдит», «роклит», «гравелит», «сел-сил» и др. Обжиг осуществляется во вращающихся печах или в специальных машинах. В обоих случаях сырье быстро нагревается до температуры между спеканием и полным плавлением. Вспучивание глин вызывается выделением газов в вязкой, частично расплавленной глине или сланце. Глины и сланцы подвергаются обжигу в естественном виде или в смеси с окислами железа, карбонатным материалом и соединениями, содержащими серу. Иногда глины и сланцы обжигаются без предварительного дробления, но часто перед обжигом они дробятся до частиц размером 1—1,5 дюйма. После обжига клинкер дробится до требуемых размеров. В некоторых случаях, особенно при добавках, перед обжигом сырье дробится, замачивается в воде и в пластичном виде продавливается через многомундштучные прессы для получения цилиндров, которые режутся на отрезки требуемого размера, подвергающиеся затем обжигу. В некоторых способах производства легковесных наполнителей разрезанные цилиндры глиняной массы подвергаются до обжига окатыванию во вращающихся барабанах. Эти окатанные модули могут быть покрыты тонкодисперсным кремнеземом или глинами другого типа, чтобы в процессе обжига они не слипались.

Обжиг ведется при температурах порядка 2000—2200° F. Насыпной вес сухого грубого наполнителя обычно колеблется в пределах 35—50 фунт/куб. фут, хотя в некоторых случаях может быть получен гораздо более легкий материал с насыпным весом до 15 фунт/куб. фут. Из легковесных наполнителей может быть получен очень хороший строительный бетон с объемным весом 50—100 фунт/куб. фут и сопротивлением раздавливанию 1000—5000 фунт/кв. дюйм. Этот бетон устойчив к многократному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высушиванию. Расширение бетона в результате реакции наполнителя со щелочами незначительное.

Несмотря на изучение процессов изготовления наполнителей и причин, контролирующих вспучивание глин и сланцев, в литературе мало сведений о сущности процессов, происходящих при этом. Наиболее полные данные содержатся в работах Конли, Уилсона и Клинефелтера, Рили и Уайта. Для вспучивания необходимо содержание в глине одного или нескольких веществ, способных выделять газ после частичного оплавления материала, чтобы предотвратить его быструю утечку. Необходимо также, чтобы расплавленный материал имел достаточную вязкость и задерживал выделяющиеся газы. Рили нашел зависимость между валовым химическим составом сырья и вязкостью образующегося расплава. Использовав данные, опубликованные Конли и др., а также оригинальные материалы, он установил, что из 80 изученных глин и сланцев все вспучивающиеся породы содержат по крайней мере 5% железа, щелочей и щелочных земель. Повышение содержания глинозема увеличивает огнеупорность и уменьшает вспучивание. «Вспучивающиеся» глины и сланцы содержат менее 25% Al2O3, но три четверти невспучивающихся глин и сланцев также содержат меньше 25% глинозема. Эта работа показала, что определение pH обычно позволяет отмечать вспучивающийся материал. Невспучивающиеся глины и сланцы дают водную суспензию с pH меньше 5, а вспучивающиеся — больше 5. Муррей и Смит показали, что есть глины, состав которых, по Рили, благоприятен для вспучивания, но тем не менее они не вспучиваются. Следовательно, не только химический состав определяет вспучиваемость глин или сланцев.

В составе газовой фазы обожженных глин и сланцев Остин, Нумес и Салливан определили H2O, CO2 и SO3. Кроме того, в газовой фазе пузырей вспученных глин и сланцев, вероятно, присутствуют CO, O2 и, возможно, H2. Рили показал, что среди реакций, приводящих к образованию газа, наиболее важна реакция частичного восстановления окиси железа, протекающая по следующему уравнению:

6Fе2О3 = 4FeFе2О3 + O2.


В исходных глинах окись железа присутствует в виде лимонита и гематита или образуется при разложении с окислением либо без него первичных окисных или закисных соединений железа, биотита, амфиболов и глинистых минералов монтмориллонитового и иллитового ряда. Расчет показывает, что если газовая фаза образуется только в результате этой реакции, то для достаточного вспучивания необходимо по крайней мере 7,6 вес.% Fe2O3. Уайт показал, однако, что в изученных им глинах и сланцах вполне достаточно для вспучивания присутствия 3—4% Fe2O3. Сложные силикаты, такие, как слюды, амфиболы и глинистые минералы, вероятно, выделяют O2, H2 и H2O и в результате других реакций. Эксперименты Конли и др. и Рили показали, что в процессе вспучивания глин и сланцев большую роль могут играть газы, выделяющиеся в результате термических реакций из доломита, пирита, сульфатов и карбонатов щелочей и щелочных земель, а также, вероятно, и кальцита. Для вспучивания глин и сланцев необходимо меньше 1 вес.% этих минералов. Можно ожидать, что при быстром обжиге некоторое количество гидроксильной воды глинистых минералов сохранится вплоть до высоких температур. Более того, сера, освобождающаяся из соединений, распадающихся при более низких температурах (например, сульфидов железа), вероятно, будет реагировать с другими компонентами в глине и, таким образом, сможет сохраниться в породе и при более высоких температурах.

При быстром обжиге легковесных наполнителей органический материал, если он присутствовал в исходной породе, сохранится, вероятно, до температуры расстекловывания и будет участвовать в газообразовании. Уайт пишет, что наиболее желательно содержание органического материала в пределах 0,3—1%. Более высокое содержание органики (выше 2%) вызывает дополнительные проблемы при обжиге. Самое лучшее вспучивание наблюдается в том случае, когда органическое вещество присутствует в адсорбированной форме на поверхности частиц глинистых минералов.

По данным Миленца и Кинга, в процессе вспучивания имеет значение также структура исходных глин или сланцев. Наиболее пригодны плотные, слабопроницаемые структуры, препятствующие усадке в процессе нагревания и выделению паров и газов до того, как оплавление не закупорит частицы. Структура имеет особое значение при обжиге карбонатных глин и сланцев. Открытые поры облегчают выделение углерода, а плотность породы препятствует его окислению в атмосфере печи и способствует сохранению CO и СО2, образовавшихся в результате реакции с водой, находящейся в порах, или с водой и кислородом, выделяющимся при дегидратации или распаде водных соединений или гидроксилсодержащих силикатов. Согласно Муррею и Смиту, важное значение имеет также размер частиц. Крупные частицы пирита, доломита и кальцита могут явиться причиной местного вспучивания.

Уайт показал, что ленточные сланцы вспучиваются лучше, чем неслоистые глины, причем вспучивание в направлении, перпендикулярном слоистости, наибольшее. В общем слоистость перпендикулярна к базальным плоским поверхностям частиц глинистых минералов, которые имеют грубо параллельную ориентировку во многих сланцах. Это ориентированное вспучивание связано с меньшей проницаемостью слоистых материалов, препятствующей проникновению кислорода и удалению реакционных газов. Уайт также показал, что выветривание понижает способность к вспучиванию, вероятно, благодаря уменьшению содержания органического материала.

Можно ожидать, что глины и сланцы, содержащие иллит, монтмориллонит, хлорит, вермикулит или аттапульгит-сепиолит, будут хорошо вспучиваться в результате того, что они содержат щелочи, щелочные земли и железо. При отсутствии этих компонентов в каолините и галлуазите последние обнаруживают неудовлетворительную вспучиваемость. Сланцы, состоящие главным образом из иллита и хлорита, широко используются в производстве легковесных наполнителей. Присутствие небольших количеств неглинистых минералов, содержащих флюсы и газообразующие компоненты, в некоторых случаях может дать удовлетворительное вспучивание глин, даже если сами глинистые минералы породы имеют неблагоприятный состав. В общем желательно сырье с высоким содержанием глинистых минералов. Так, очень кремнеземистые глины или сланцы с высоким содержанием кварца не очень пригодны, поскольку кварц будет действовать в качестве разбавителя. Кроме того, нежелательно высокое содержание кальция, так как в этом случае глины будут иметь слишком короткий интервал плавления. Такие количества железа, щелочей и щелочных земель, которые приводят к очень быстрому плавлению породы и дают жидкий расплав, также нежелательны. Присутствие умеренного количества калия полезно, поскольку этот элемент мешает трехслойным глинистым минералам образовывать высокотемпературные кристаллические фазы, а также увеличивает интервал плавления. Поэтому же материалы, содержащие иллит, особенно желательны при производстве легковесных наполнителей. Состав иллита, содержащего около 5% К2О при общем содержании окисного железа, щелочей и щелочных земель, равном примерно 10%, лежит в пределах требований, предъявляемых к глинам для получения легковесных наполнителей. Из вышеизложенного ясно, что глины и сланцы, имеющие неподходящий состав, обычно могут быть использованы для получения вспученных продуктов при применении добавок.