ДИАТОМИТ. Истинная плотность диатомитов 1,82,0 гсм

• Название: Истинная плотность диатомитов 1,82,0 гсм
• Дата: 31.03.2019
• Размер: 177.09 Kb.
• Имя файла: ДИАТОМИТ.docx
• Тип: Документы; #72106

ДИАТОМИТ
Диатомит (от позднелат. Diatomeae – диатомовые водоросли), инфузорная земля, кизельгур, горная мука – осадочная горная порода, состоящая преимущественно из скопления кремнеземных панцирей диатомовых водорослей, некогда обитавших в древних морях; обычно рыхлая или слабо сцементированная, светло-серого или желтоватого цвета. В различных количествах в диатомите встречаются шарики (глобулы) опала, не имеющие органогенной структуры, а также обломочные и глинистые минералы. Химически диатомит на 96% состоит из водного кремнезёма (опала). Диатомит обладает большой пористостью, способностью к адсорбции, плохой тепло- и звукопроводностью, тугоплавкостью и кислотостойкостью .

Диатомит как вид продукции вырабатывается путем усреднения горной породы, добытой из разных горизонтов и уступов, ее складирования и естественной просушки.

Средняя плотность диатомитов в сухом состоянии колеблется в пределах от 0,15 до 0,6 г/см³. Истинная плотность диатомитов – 1,8–2,0 г/см³.

Диатомит используется как адсорбент и фильтр в текстильной, нефтехимической, пищевой промышленности, в производстве антибиотиков, бумаги, различных пластических материалов, красок; как сырьё для жидкого стекла, глазури, теплоизоляционного кирпича и др.; в качестве строительных тепло- и звукоизоляционных материалов, добавок к некоторым типам цемента; полировального материала (в составе паст) для металлов, мраморов и т.д.; как инсектицид, вызывающий гибель вредителей и т. д.; в качестве носителя катализаторов, в качестве наполнителя в чистящих и абсорбирующих средствах, удобрениях; и пенодиатомитовая крошка; для производства товарного бетона, строительных растворов и сухих строительных смесей различного назначения.

Небольшие размеры отдельных скелетов (до 1 мм диаметром) и за наличия у панцирей тонкой и правильной структуры с размером отдельных частей порядка 100 нм длительное время использовались в качестве тестов для настройки (проверки разрешающей способности) оптических микроскопов, пока не появились специальные пластинки с делениями.

Известны месторождения диатомита на Дальнем Востоке, восточном склоне Урала, в Среднем Поволжье, в Ульяновской области на базе Инзенского месторождения действует крупный диатомовый комбинат, производящий теплоизоляционный кирпич и пенодиатомитовую крошку. Месторождения диатомита есть в Пензенской, Ростовской, Свердловской, Костромской, Калужской и многих других областях России.

Диатомит образуется из диатомовых водорослей, накопившегося в морях и озёрах. В стратиграфическом разрезе встречается начиная с меловой системы, широко распространён в кайнозойских отложениях. Образование диатомита происходит на стадиях диагенеза и катагенеза.

3. ДИАТОМИТОВЫЕ ВОДОРОСЛИ

Диатомеи (от греч. Diátomos – разделённый пополам), кремнистые водоросли (Bacillariophyta), отдел (тип) водорослей (около 25 тыс. видов). Диатомовые водоросли имеют микроскопические размеры (0,75–1500 мкм). Есть одноклеточные, одиночные или колониальные формы (рисунок 1); среди последних встречаются; виды, живущие в слизистых трубках, образующие бурые кусты высотой до 20 см.

Рисунок 1 – Фотографии скелетов водорослей и их колоний

Клетки диатомовых водорослей имеют твёрдый кремнёвый панцирь (и образуется за счет поглощения и химической переработки («переваривания») растворенных в воде кремниевых кислот), состоящий из двух половинок, так называемых створок, находящих одна на другую. Верхнюю створку называют эпитекой, нижнюю – гипотекой. Стенки панциря имеют поры, через которые осуществляется обмен веществ с внешней средой. Многие Д. в., у которых вдоль каждой половины панциря идёт щелевидное отверстие (так называемый шов), способны передвигаться по субстрату, видимо, за счёт выделения слизи. Клетки содержат одно ядро с одним или несколькими ядрышками и один или несколько хроматофоров жёлто-бурого цвета, из-за присутствия, наряду с хлорофиллом а, бурых пигментов (b-каротина и ксантофиллов); продукты ассимиляции – масло и волютин.

3.1 Размножение диатомовых водорослей . В обычных условиях диатомовые водоросли размножаются в геометрической прогрессии. Водоросль-клетка делится на две каждые 4–8 часов. Если принять, что условия обитания водорослей близки к комфортным и деление повторяется каждые 6 часов, то за сутки число клеток возрастет до 2⁴, за двое суток – 2^4•2, за неделю – до 2^4•7, а за 10 дней – до 2^4•10.

Размножаются они делением; каждая дочерняя клетка получает половину материнского панциря, другая вырастает заново, при этом старая половина охватывает своими краями новую. Благодаря такому способу деления и тому, что пропитанные кремнезёмом твёрдые панцири мало или совсем неспособны к дальнейшему росту. Диатомовые водоросли по мере размножения постепенно мельчают. При образовании ауксоспор (спор роста) содержимое клетки выходит из оболочки и значительно вырастает, давая начало новому, более крупному поколению. Ауксоспоры могут образовываться и половым путём, в результате слияния (коньюгации) содержимого двух клеток. У некоторых наблюдаются размножение и половой процесс с участием жгутиковых гамет (изогамия, гетерогамия или оогамия). У некоторых родов известны покоящиеся споры. Диатомовые водоросли диплоидны. Гаплоидны у них только гаметы.

3.2.Классы диатомовых водорослей. По строению створок диатомовые водоросли делятся на три класса: Centrophyceae, Mediatophyceae, Pennatophyceae.

1. Центрические диатомовые (Centrophyceae), класс диатомовых водорослей. Клетки одиночные или образуют нитчатые и цепочковидные колонии. Хроматофоры обычно в виде мелких многочисленных зёрен, реже одна или несколько пластинок. Размножение путём вегетативного деления клетки на две половинки, известен половой процесс – оогамия. Панцирь цилиндрический, дисковидный, линзовидный, эллипсоидный, шаровидный, бочонковидный, реже призматический, со вставочными ободками. Створки панциря имеют радиальное строение и всегда лишены шва, к ним относятся главным образом планктонные виды. насчитывают 100 родов, около 4000 видов – ископаемых (известны с мелового периода) и современных, широко распространённых в пресноводных и морских водоёмах. Развиваясь в фитопланктоне. Центрические диатомовые служат пищей для многих беспозвоночных животных и мальков рыб. Отмершие панцири водорослей образуют мощные пласты диатомитов.

2. У Pennatophyceae створки обычно двусторонне-симметричны у некото-рых – асимметричны; многие виды их имеют шов и входят в состав бентоса.

3. Класс Mediatophyceae объединяет формы, переходные между Centro-phyceae и Pennatophyceae; большинство из них известно в ископаемом состоянии, единичные роды встречаются ныне в морях. Диатомовые водоросли – наиболее распространённая в природе группа водорослей. Начиная с юрского периода известны многочисленные ископаемые диатомовых водорослей, образующие мощные отложения, так называемые диатомиты.

4. ДИАТОМИТОВЫЕ ВОДОРОСЛИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

В настоящее время всё возрастающее внимание во всем мире уделяется перспективам развития нанотехнологий, то есть технологий направленного получения и использования веществ и материалов в диапазоне размеров до 100 нанометров. Особенности поведения вещества в виде частиц таких размеров, свойства которых во многом определяются законами квантовой физики, открывают широкие перспективы в целенаправленном получении материалов с новыми свойствами, такими как уникальная механическая прочность, особые спектральные, электрические, магниитные, химические, биологические характеристики.

Примерно 15 лет назад диатомовые водоросли привлекли внимание химиков, специализирующихся в области нанотехнологии. Помимо микроскопических размеров (рисунок 2), уникальным свойством диатомовых водорослей оказалось размножаться необычайно высокими темпами, и их разнообразие форм, и наличие крупных месторождений диатомита. Правда, наибольшее значение придается искусственно получаемым, «стандартизованным» материалам с кремнеземными структурами строго определенной формы. Они могли бы использоваться как уникальные фильтры, катализаторы и сорбенты с заданным размером пор, микрокапсулы для лекарств, упрочняющие наполнители композитов, дифракционные решетки оптических датчиков и др. Еще более захватывающие возможности открывает создание структур, повторяющих трехмерный кремнеземный скелет, но имеющих иной химический состав. Задача их создания к простым не относится: ведь кремнезем нерастворим в обычных минеральных кислотах, кроме фтористоводородной, и устойчив ко многим химическим реагентам. Недаром стеклянная посуда (а основа стекла – кремнезем и силикаты) много веков верой и правдой служит исследователям в химических лабораториях.



Рисунок 2 – панцири диатомовых водорослей.Увеличение Х2000
Для решения задачи потребовались новые, матричные методы и не самые «ходовые» реагенты, но химики-неорганики уже провели первые эксперименты в этом направлении.Сначала SiO₂удалось заменить на MgO, для этого диатомит выдерживали 4 часа в парах магния при 900 °С. Реакцию можно выразить уравнением:

SiO₂ (тв.) + 4Mg (г.) = 2MgO (тв.) + Mg₂Si (ж.).

В оригинальной публикации указано, что силицид магния выделялся в жидком виде, что позволяло легко отделить его от основного продукта. Температура плавления Mg₂Si превышает 1000 °С, так что температура синтеза, вероятно, была более 900 °С. Получать трехмерные структуры с воспроизводимой геометрией другим путем, например послойным напылением с помощью молекулярных пучков, в принципе возможно, однако уж очень сложно и дорого.Более впечатляющим успехом явилось создание трехмерной структуры, повторяющей скелет водоросли, но состоящей из анатаза – одной из форм TiO₂. Диоксид титана – уникальное вещество, обладающее свойствами фотокатализатора. Развитая поверхность диоксида титана, его микропористая структура значительно усиливают каталитическое действие. Для замены кремния на титан, была использована :

SiO₂ (тв.) + TiF₄ (г.) = SiF₄ (г.) + TiO₂ (тв.)

Успеху способствовало то, что оба тетрафторида летучи (TiF₄ сублимирует при нагревании до 285 °С, а SiF₄ – всего при 91 °С). Насколько полно при этом воспроизводится форма микрообразования можно увидеть на приведенной ниже фотографии (рисунок 3).

Рисунок 3 – Созданная из анатаза TiO2 структура (а), повторяющая скелет водоросли (б)

5. ПРИЗВОДСТВО ДИАТОМИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

Для применения диатомовых водорослей в нанотехнологиях необходимо провести еще много исследований и опытов.

А на сегодняшний день диатомит широко используется как сырьё для жидкого стекла, глазури, теплоизоляционного кирпича и др.; в качестве строительных тепло- и звукоизоляционных материалов, добавок к некоторым типам цемента; полировального материала (в составе паст) для металлов, мраморов и т.д.; как инсектицид, вызывающий гибель вредителей и т. д.; в качестве носителя катализаторов, в качестве наполнителя в чистящих и абсорбирующих средствах, удобрениях; и пенодиатомитовая крошка; для производства товарного бетона, строительных растворов и сухих строительных смесей различного назначения; являются природными активными минера-льными добавками (АМД).

Рассмотрим получение пенодиатомитовыех изделий. Пример: кирпич пенодиатомитовый теплоизоляционный. Преднозначен для тепловой изоляции сооружений, промышленного оборудования (электролизных ванн, плавильных печей, котлов, трубопроводов и т.п.) при температуре изолируемой поверхности до 900 ⁰С. Кирпич относится к группе негорючих материалов и может быть использован для противопожарной защиты стальных, железобетонных и деревянных конструкций, а также в жилищном и гражданском строительстве. Кирпич пенодиатомитовый применяется в строительстве в качестве утеплителя на кровле, используется при возведении кирпичных перегородок и межквартирных ненесущих стен.
5.1.Диатомитовые изделия, получаемые способом пенообразования. К эффективным высокотемпературным теплоизоляционным материалам относятся пенодиатомитовые изделия. Их производство складывается из следующих технологических операций: сушка диатомита, помол, смешивание с водой, получение шликера, приготовление устойчивой пены, смешивание шликера с пеной и получение пеномассы, формование изделий, их сушка и обжиг. Схема технологического процесса производства пенодиатомовых изделий представлена ниже (рисунок 4).

Для приготовления диатомового шликера, пены и их смешивания применяют трехкорытную мешалку. Шликер из молотого диатомита приготовляют в одном из двух верхних корыт. В шликере содержится 55–60% воды. Продолжительность перемешивания составляет 10–15 мин. В корыто сначала вливают воду, а потом при работающей мешалке одновременно подают воду и диатомит. Во втором верхнем приготовляют пену. В это корыто заливают клееканифольную эмульсию или экстракт мыльного корня. Пену взбивают 7–8 мин. В третьем (нижнем) корыте смешивают пену со шликером, в результате чего получают пеномассу. Соотношение между количеством пены и шликера устанавливают в зависимости от объемного веса изготовляемых изделий. Шликер и пену смешивают в течение 4–5 мин. Для изделий с меньшим объемным весом следует брать большее количество пены.
Диатомит

Раствор пенообразователя

Помол и сушка (мельница-сушилка)

Приготовление пенодиатомовой массы (трехбарабанная пенобетономешалка)

Формование изделий (разливочная машина)

Сушка (туннельная сушилка)

Обжиг (туннельная печь)

Оправка изделий (циркульная пила)

Упаковка изделий (упаковочные столы)

Склад готовой продукции

Рисунок 4 – Схема технологического процесса производства
пенодиатомовых изделий
Пена, как правило, должна быть стойкой, что необходимо для сохранения ячеистой структуры изделий до обжига, и иметь мелкие пузырьки, по возможности одинаковых размеров. При соблюдении этих условий пенодиатомитовые изделия приобретут мелкую равномерную пористость и могут быть использованы для теплоизоляции поверхностей, нагретых до высокой температуры.

Изделия формуют разливкой пеномассы в металлические формы, находящиеся на формовочной машине. Во избежание прилипания пеномассы к стенкам формы последние смазывают отработанным машинным маслом, раствором парафина в керосине или нефтью. В размерах форм необходимо учитывать значительную величину воздушной и огневой усадки.

Пенодиатомитовые изделия сушат в туннельных и камерных сушилках. Изделия подсушивают в формах, так что испарение влаги происходит только с той плоскости изделия, которая не закрыта формой. Для уменьшения усадки изделий и ускорения их сушки в пенодиатомовую массу вводят древесные опилки (отощающая добавка). После того как пенодиатомовые изделия приобретут необходимую прочность и твердость, их вынимают из формы. Влажность изделий составляет при этом 15–20%.

Обжигают пенодиатомитовые изделия в туннельных печках при такой же температуре, что и диатомовые изделия с выгорающими добавками, то есть при 850–900 °С, но продолжительность обжига пенодиатомовых изделий больше – до 50 час. При обжиге пенодиатомовых изделий в отличии от обжига изделий с выгорающими добавками затрвчивается топливо. Расход условного топлива при этом достигает 70 кг на 1000 шт. пенодиатомового кирпича нормального размера. Вследствие малой прочности пенодиатомовых изделий высота их садки в печи должна быть меньше, чем изделий с выгорающими добавками. Пенодиатомовые изделия в результате значительной усадки их при сушке и обжиге приобретают неправильную форму и неточные размеры. Поэтому обычно эти изделия подвергаются опиловке.

Пенодиатомовые изделия обладают некоторыми преимуществами перед диатомовыми изделиями с выгорающими добавками: они имеют меньший объемный вес, более низкий коэффициент теплопроводности, меньшую газопроницаемость (их поры закрыты), большую механическую прочность. Но поскольку производство пенодиатомовых изделий значительно сложнее, чем изделий с выгорающими добавками, то производство пенодиатомовых изделий представляется целесообразным только в тех районах, где нет местных выгорающих добавок.

5.2.Диатомитовые изделия, получаемые способом выгорающих добавок. Производство диатомитовых изделий способом выгорающих добавок осуществляется следующим образом (рисунок 5). Предварительно подсуше-нный диатомит измельчают и смешивают с органическими дисперсными добавками (чаще всего с древесными опилками), смесь увлажняют и из полученной массы экструзионным способом формуют изделия, которые затем обжигают. При обжиге органические добавки выгорают и образуют поры, а частицы диатомита спекаются и изделия приобретают заданную прочность.

Опилки и диатомит – высокопористые материалы. Поэтому массы, пригото-вленные из них, способны удерживать большое количество воды, обладая при этом высокой пластической прочностью, необходимой для сохранения формы сырцом после формирования экструзионным способом. Например, на ленточном процессе можно получить из кирпичных глин сырец с влажностью 22–25%, а из опилочно-диатомитовых масс 60–80% (по массе). Рассмотрим теперь главные технологические переделы производства диатомитовых изделий.

Подготовка сырья. Диатомит, поступающий с карьера, предварительно дробят и удаляют каменистые включения. Затем высушивают до влажности 5–10% (карьерная влажность диатомита может достигать 60% и более) и измельчают, проведение совмещенных сушки и помола в шахтной мельнице предпочтительней, чем сушка в сушильном барабане с последующим помолом в вальцах тонкого помола. В этом случае процессы сушки и помола заметно интенсифицируются, сокращаются затраты топлива и электроэнергии, а получаемый диатомит характеризуется более однородной влажностью. Опилки
просеивают через сито не более 10 мм.

Приготовление опилочно-диатомитовой массы и формование изделий. Опилочно-диатомитовую массу готовят путем последовательного применения двух операций: сухого смешивания и смешивания с увлажнением.

Для получения диатомитовых изделий с плотностью 500–700 кг/м³ содержание опилок должно составлять соответственно 35–25% (по массе).

Величина формовочной влажности зависит от исходного сырья: вида кремнеземистого компонента, его естественной пористости, степени измельчения, а также от крупности опилок и древесной породы.
Диатомит Древесные опилки

Дробление (камневыделительные вальцы) Просеивание (грохот)

Сушка (сушильный барабан)

Помол (вальцы тонкого помола)

Сухое смешивание (двухвальный противоточный смеситель)

Увлажнение и смешивание (смеситель-увлажнитель) Вода

Формование (ленточный пресс)

Сушка (туннельная сушилка)

Обжиг (туннельная печь)

Оправка изделий (циркульная пила)

Склад готовой продукции

Рисунок 5 – Схема технологического процесса производства диатомовых изделий с выгорающими добавками
Опилочно-диатомитовые массы обычно имеют формовочную влажность в пределах 60–65%, а при использовании трепелов – 40–42%. Формуют изделия пластическим способом, чаще всего на ленточных прессах с мундштуками нужной конфигурации.

Сушка и обжиг изделий. Сушка сырца из опилочно-диатомитовых масс осуществляется по более жесткому режиму, чем глиняного кирпича. Содержание в формовочной массе значительного количества древесных опилок существенно меняет ее сушильные свойства. Во-первых, они увеличивают влагопроводность массы и уменьшают градиент влажности по сечению изде-лий. Все это способствует интенсификации сушки сырца. Наиболее широко для сушки диатомитовых изделий используют противоточные туннельные сушилки; общая продолжительность сушки сырца не превышает 12 ч.

Сравнительно короткий режим сушки сырца и возможность применения высоких температур в конце процесса позволяют осуществить сушку непосредственно в туннельных обжиговых печах. Такой прием исключает перегрузку с сушильных вагонеток на обжиговые и сокращает производственный цикл. Обжиг изделий проводят до спекания диатомитового сырья и образования керамического черепка. Особенность обжига изделий из опилочно-диатомитовых масс – выжигание выгорающей добавки. Поэтому обжиг на первой стадии должен осуществляться в окислительной среде. Высокое содержание выгорающих добавок в керамических массах затрудняет возможность проведения регулируемого обжига.

Химически чистый диатомит, состоящий только из аморфного гидрата кремнезема, представляет собой тугоплавкий материал с температурой плавления около 1700 ºС. однако диатомиты и трепелы всегда загрязнены более легко-плавкими глинистыми и другими примесями, и поэтому спекание происходит при температуре 800–900 ºС. равномерное распределение опилок в массе позволяет интенсифицировать процесс обжига, продолжительность которого не превышает 16–20 ч в зависимости от размеров обжигаемых изделий.