Использование щелочной активации для получения пористого стеклокерамического материала из глинистого сырья

Abstract

Целью исследования являлось определение возможности использования местной легкоплавкой глины месторождения Кустиха и техногенного отхода производства гранитного щебня для получения экологически безопасного пористого теплоизоляционного материала с использованием метода щелочной активации. Изучено влияние щелочной активации на формирование пористого стеклокерамического материала из смеси легкоплавкой глины и отходов гранитного производства. Показано, что смесь глины месторождения Кустиха с гранитоидным отсевом, содержащая свободный диоксид кремния, способна вспучиваться под действием щелочи при температурах обжига до 950 градусов Цельсия. Методами термогравиметрии и ИК-анализа установлено, что под действием щелочной активации вода удерживается в исходной смеси за счет образования дополнительных гидроксильных связей вплоть до 500 градусов Цельсия. При дальнейшем обжиге наличие таких гидроксильных связей способствует переходу материала в пиропластическое состояние и его вспучиванию. Установлено, что полученный гранулированный стеклокерамический материал обладает высокой пористостью (коэффициент вспучивания 4,2), при этом его плотность в 5,4 раза меньше, чем у материала, полученного из неактивированной смеси глины с гранитоидным отсевом. По данным элементного и фазового анализа полученная стеклокерамика не содержит органических и других токсичных примесей, что позволяет отнести ее к экологически безопасным теплоизоляционным материалам. The objective of this study was to determine the possibility of using local low-melting clay from the Kustiha deposit and technogenic waste from the production of crushed granite to obtain an environmentally friendly porous heat-insulating material using the alkaline activation method. The alkaline activation's effect on the formation of a porous glass-ceramic material from a mixture of low-melting clay and granite waste was studied. It was shown that the clay mixture from the Kustiha deposit with granitoid’s screenings containing free silicon dioxide is able to swell under the action of alkali at calcination temperature up to 950 degrees Celcius. Using methods of thermogravimetry and IR analysis, it was found that under the action of alkaline activation water is retained in the initial mixture due to the formation of additional hydroxyl bonds up to 500 degrees Celcius. With further firing, such hydroxyl bonds contribute to the transition of the material into the pyroplastic state and its expansion. It was found that the obtained granular glass-ceramic material has high porosity (expansion coefficient is 4.2 plus/minus 0.2), while its density (0.26 plus/minus 0.03 gram/cubic centimeter) is 5.4 times lower than that of the material obtained from an inactive mixture clay with granitoid's screening. According to elemental and phase analysis, the glass ceramic obtained does not contain organic and other toxic impurities, which allows it to be attributed as an environmental friendly heat-insulating material.