Л- 7 11.03.2021 З числа активних мінеральних наповнювачів, що використовуються в світовій практиці, найпоширенішими є кремнеземні, які, як правило, за якістю перевершують інші мінеральні наповнювачі. Зараз відомі 22 модифікації двохксиду кремнію, що мають той самий хімічний склад [8]. До таких наповнювачів відносять: природний мікрокристалічний SiO2, склоподібний SiO2 (плавлений кварц), мікрокремнезем, силікагель, пірогенний аморфний SiO2. ПРИРОДНИЙ КВАРЦОВИЙ НАПОВНЮВАЧ – ПИЛОПОДІБНИЙ КВАРЦ Маршаліт - пилоподібний кварц (гірська мука, кварцовий меліт, пилоподібний кремнезем) - борошниста маса тонкодисперсного кварцу, зазвичай чисто білого кольору. Складається з кутоподібних зерен кварцу з домішкою халцедону, опалу, карбонатів і глинистих мінералів. Маршаліт відрізняється високою дисперсністю і низьким вмістом оксидів заліза. Переважною фракцією (пр. 80%) є зерна менше 0,01 мм. Питома поверхня 1130-1500 см2/г, вогнетривкість 1650-17100 С. Застосування маршаліта засноване на його хімічному складі, що наближається до складу кварцу, і високої дисперсності при низькому вмісті оксидів заліза. Маршаліт - універсальний дрібнодисперсний наповнювач, його застосовують при виробництві сухих будівельних сумішей, наливних підлог, штучного каменю, бетонів та розчинів. Завдяки своїй високій твердості і низькому стиранню маршаліт підходить і для виробництва дорожніх фарб. ПРИРОДНИЙ КВАРЦОВИЙ НАПОВНЮВАЧ –ДІАТОМІТ Діатоміт (діатомітів кремнезем, целіт) - природний мінерал, належить до класу опалінів. Його джерелом є скелетні залишки планктону. Назва цього мінералу – діатоміт – походить від терміна «діатоми», використовуваного в біології для одноклітинних водних рослин. Одержання та основні властивості діатоміту. Природний діатоміт являє собою м’яку, схожу на крейду, породу, характеризується дуже низькою щільністю. Процес отримання наповнювачів із діатоміту складається з ряду послідовних операцій: фракціонування породи з кар’єру, збагаченої діатомітом, транспортування до місця переробки, подрібнення, зменшення розмірів, сушіння в струмені гарячого повітря, розділення в циклоні й прожарювання в печах з обертовою камерою. Одержані в реультаті порошки білого кольору фракціонують за розмірами частинок за допомогою використання повітряної як добавок, системи. Для спеціальної мети, наприклад для перешкоджають злипанню плівкових полімерних матеріалів, випускається діатоміт з дуже вузьким розподілом частинок щодо розміру. ПРИРОДНИЙ КВАРЦОВИЙ НАПОВНЮВАЧ - КВАРЦ МІКРОКРИСТАЛІЧНИЙ МЕЛЕНИЙ Мелений кварцовий наповнювач (кварцова борошно) виробляються з хімічно чистого жильного кварцу. Кварц є одним з найбільш міцних мінеральних наповнювачів. Твердість за шкалою Мооса – 7, температура плавлення 1713°С. Твердість кварцу пояснюється будовою його кристалічної гратки. Кварц є хімічно стійким мінералом, розчиняється тільки в фтористоводневій кислоті. Основною перевагою кварцу є хімічна та механічна стійкість, електро-і теплоізоляційні властивості. Чистий кристалічний двохокид кремнію є тривимірним сітчастим полімером і являє собою міцний ланцюжок кремнійкисневих тетраедрів. Цей ланцюжок утворює тверді просторові ґрати й сітки, які й формують кристали. Стрічкова будова тетраедрів SiO2 в структурі кварцу сприяє утворенню витягнутих, гострокутних частинок при дробленні або помелі. Кварцове борошно являє собою чітко фракціонований продукт з різними показниками білизни та вмістом барвних сполук, залежно від сфери застосування. 2 Мелений кварц отримують 2х фракцій: • К 60 - кварц пилоподібний має ступінь помелу 60 мкм. • К 10 - кварц тонкомелений фракції 10 мкм. Мелений кварц використовується в багатьох галузях промисловості: у скляній промисловості, у металургії використовують в якості наповнювача при виготовленні формувальних сумішей, як вогнетривкий матеріал при литті по виплавлюваних моделях і при литті в кокіль (металева ливарна форма). Вогнетривкі вироби. Кварц пилоподібний використовують для отримання вогнетривкої динасової цегли і динасового будівельного розчину з вмістом кремнезему не менше 93%. Керамічна промисловість. Кварц пилоподібний використовується при виробництві керамічної глазурі, як добавка під фритту. При виробництві керамічних виробів для зменшення усадки пластичних матеріалів і для отримання високонаповненої керамічної маси при виробництві плитки. Кварцовий наповнювач як хімічно стійкий мінерал використовують для отримання кислотостійкої кераміки. Пластичні маси Кварц тонкомелений використовується при виробництві термореактивних пластмас, для надання їм заданих експлуатаційних властивостей. Кварцове борошно підвищує теплостійкість, електроізоляційні властивості композиції, створюючи при цьому високонаповнені системи з заданою щільністю упакування частинок. Широке застосування кварцове борошно отримало в термопластах при виробництві полівінілхлориду (ПВХ) і екструдованих склопластиків. Використання в якості наповнювача тонкомеленого кварцу дозволяє надати конструкції підвищені міцнісні властивості, високу атмосферо-, водо-хімічну стійкість і низьку теплопровідність. Будівельні суміші та бетони. Витягнута, гострокутна форма частинок кварцу утворює «жорстке» зчеплення частинок, що в комплексі з низьким коефіцієнтом водопоглинення зменшує рухливість суміші Використання меленого кварцу сприяє створенню високонаповненої системи, з певними технологічними властивостями. Застосування кварцового наповнювача збільшує міцнісні властивості будівельних сумішей, підвищує зносостійкість і атмосферостійкість одержуваних покриттів. 3 Кварц тонкомелений використовується в якості мінеральної добавки (кам'яного борошна) в бетонні суміші та розчини. Використання кварцовою борошна дозволяє надати бетонним розчинів додаткові міцнісні характеристики і зменшити усадку. Володіючи підвищеною кислотостійкістю, кварцовий наповнювач використовується для отримання кислототривкого бетону. Використання кварцового наповнювача з високим ступенем білизни (не менще 92%) дозволяє значно зекономити білі пігменти і зв'язуюче, створити високоякісні сухі суміші. ШТУЧНИЙ КВАРЦОВИЙ НАПОВНЮВАЧ МІКРОКРЕМНЕЗЕМ Рисунок 3 – Схема получения микрокремнезема C:\Users\Валентина\Desktop\Наполнители для Ультрадисперсные кремнеземы в технологии бетона.pdf композиционных материалов\2014\Нап для в’яжучих/ Одним з найбільш перспективних напрямків у технології одержання надміцних бетонів, газо - і пінобетонів на основі портландцементів є застосування мікрокремнезему як активного мікронаповнювача.. Перші відомості про застосування мікрокремнезему (далі – «МК») у сучасній технології виробництва бетонів відносяться до початку 50-х років, коли фахівцями Норвезького Університету була показана принципова можливість і ефективність поліпшення комплексу 4 технічно важливих властивостей бетонів уведенням до їхнього складу ультрадисперсних відходів металургійних виробництв, що містять кремній. На території колишнього СРСР МК застосовувався із середини 80-х років. З розпадом СРСР основні виробництва феросплавів залишилися в основному в Україні й Казахстані, де велися основні розробки з впровадження МК. Унікальні властивості МК роблять його сполучення з портландцементом ефективним. За даними рентгенофазового аналізу, двоксид кремнію аморфної модифікації відіграє важливу роль у механізмі взаємодії активних мікронаповнювачів з мінералами цементу, що гідратуються. Аналіз отриманих даних показує, що кількість двохоксида кремнію в ультрадисперсних відходах залежить від його вмісту в сплавах, а гідравлічна активність напряму залежить від кількості SiO 2 і дисперсності, яку характеризує розмір часток і питома поверхня. Відомо, що найбільш ефективними є відходи виробництва кристалічного кремнію й феросиліцію високих марок, що містять SiO 2 у кількості вище 89%. Менш ефективні відходи виробництва сілікомарганцю й ферохрому. Механізм дії МК у цементних системах грунтується на тому,що легкі частинки МК можуть заміняти деяку кількість води між флокульованими цементними зернами. Встановлено, що висока активність МК впливає на процеси гідратації, структуроутворення й, в остаточному підсумку, структуру затверділого цементного каменю й бетону. Вона обумовлена наявністю двохоксида кремнію аморфної модифікації й характером ультрадисперсних часток. Основним фактором у механізмі дії МК є реакція взаємодії двохоксида кремнію й гидроксида кальцію з утворенням низькоосновних гідросилікатів типу CSH і співвідношенням CaO/SiO 2 від 0,9 до 1,3. Взаємодія часток МК із продуктами гідратації цементу починається на ранніх стадіях твердіння бетону й закінчується в 28-мі добовому віці. При автоклавной обробці введення до складу суміші ультрадисперсного МК у кількості 10% приводять до зміни фазового складу цементного каменю, збільшенню на 30-40% кількості кристалів низькоосновних гідросилікатів і відповідно контактів між ними в одиниці об'єму матеріалу, а сам матеріал характеризується високою міцністю й низькою теплопровідністю. Отримані дані про вплив МК на властивості цементного тіста, бетонної суміші й бетону 5 показали реальну можливість економії цементу до 40%, при збереженні міцнісних характеристик, що зараз, при постійно зростаючій ціні на цемент має важливе значення. А збереження співвідношень цемент/МК (100/5-10-15%) дозволяє одержувати 12% приріст міцності. Силікагель являє собою порошкоподібний SiO2, що складається з пористих частинок розміром 2-25 мкм, що утворюються в результаті реакції силікату з мінеральними кислотами. Осаджений SiO2 вводиться як антиадгезійна добавка до складу ПКМ, при цьому підвищуються твердість і жорсткість композицій без помітного погіршення фізико-механічних властивостей. Застосовується у виробництві прозорих КМ на основі термопластів; для наповнення феноло-формальдегідних смол при виготовленні гальмівних прокладок, підвищуючи стійкість до теплового старіння й опір до стирання. Уведення в термопласти силікагелю перешкоджає злипанню листових і плівкових матеріалів, полегшує диспергування пігментів, регулює в'язкість, поліпшує технологічні властивості композицій. ШТУЧНИЙ КВАРЦОВИЙ НАПОВНЮВАЧ - БІЛА САЖА Біла сажа, або активный двохксид кремнию, (mSiO2·nH2O) представляє собою тонкодисперсний осаджений гідратований двохоксид кремнию, який має 85-95% SiO2, а також домішки оксидів заліза, алюмінію, магнію і натрію. Біла сажа – активний мінеральний наповнювач, що використовується в шинній, гумотехнічній, хімічній, легкій та інших галузях промисловості. Застосування білої сажі як напвнювача базується на її властивості утворювати безперервну сіткову структуру. Способи виробництва білої сажі Для одержання білої сажі застосовується технологія, заснована на взаєвмодії силікату натрію Na 2 O mSiO2 з розчином хлористого кальцію і кислотами (рідкофазний спосіб). 6 Технологія виробництва білої сажі включає кілька основних стадій: 1. Приготування водних розчинів силікату натрію. При розчиненні силікату натрію в гідротермальних умовах відбувається його гідратація, тобто приєднання води до його складових частин. Далі відбувається процес гідролізу й розщеплення силікату під дією води після чого слідує процес пептизації – розпад агрегатів і колоїдне розчинення двохоксиду кремнію у водних розчинах гідроксиду натрію й електролітична дисоціація молекул силікатів, що перейшли у водний розчин. 2. Одержання суспензії напівпродукту – силікату кальцію: Na2O·mSiO2 + CaCl2 + pH2O = CaO·mSiO2·nH2O + 2NaCl + (p-n)H2O. 3. Одержання суспензії білої сажі за рівнянням: CaO·mSiO2·nH2O + 2HCl = mSiO2·nH2O + CaCl2 + H2O. Однак у ряді випадків замість соляної кислоти на даному етапі застосовують сірчану кислоту. 4. Фільтрація й відмивання осаду білої сажі від іонів кальцію, натрію й хлору. 5. Сушіння білої сажі. Синтетичний двохоксид кремнію ("белая сажа") - наповнювач у виробництві гум і становить до 70% виробленого двохоксиду кремнію. Переважно використовують осаджені гідратовані кремнеземи, що містять 85-95% SiO2 з питомою поверхнею 60-300 м2/г, в меншій мірі - безводні кремнеземи типу аеросилу. Залежно від призначення й показників якості, відповідно до Держстандарту 18307-78, біла сажа повинна випускатися чотирьох марок: БС-30, БС-50, БС-100 і БС-120. Середній розмір часток білої сажі: • для марки • для марки • для марки • для марки БС-30 БС-50 БС-100 БС-120 становить становить становить становить 60-108 50-77 23-34 19-27 нм. нм; нм; нм; 7 8
