Ученые из Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева и Института проблем промышленной экологии Севера провели совместное исследование возможности получения неорганических блочных теплоизоляционных пеноматериалов на основе кремнеземистых и золосодержащих отходов техногенного происхождения.

Такие материалы особенно актуальны для Арктического региона. Ведь российская Арктика — зона активных горных разработок, поэтому здесь наиболее предпочтительно использовать для создания строительных материалов местное сырье, особенно техногенные отходы: «хвосты» горнодобывающих предприятий, золошлаковые отходы тепловых электростанций. Это позволяет «озеленить» производство, сократив выбросы и площади складирования отходов. Кроме того, использование техногенного сырья значительно сокращает себестоимость производства.

Современная промышленность все больше нуждается в эффективных теплоизоляционных материалах, без использования которых немыслимо так называемое зеленое строительство. Они позволяют экономить энерго- и другие ресурсы благодаря низкой теплопроводности, способности к механической обработке, сочетающейся с высокой прочностью, легкостью и долговечностью, а также стойкостью по отношению к огню, химическим и биологическим воздействиям.

Максимально отвечают этим требованиям пеностекломатериалы (пеностекло и его аналоги – пеносиликаты). Однако сферу их применения сокращает высокая склонность к поглощению влаги. Свойства пеносиликатов можно оптимизировать, используя водоотталкивающие и другие модифицирующие добавки. Использование добавок помогает упорядочить структуру материала и улучшить его физико-механические свойства.

Макроструктура пеносиликата без добавок и с добавками / ©Пресс-служба КНЦ РАН

В Кольском научном центре много лет занимаются комплексной переработкой минерального сырья и разработкой новых технологий, позволяющих максимально эффективно создавать функциональные материалы. Ученые из Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева и Института проблем промышленной экологии Севера провели совместное исследование возможности получения неорганических блочных теплоизоляционных пеноматериалов на основе кремнеземистых и золосодержащих отходов техногенного происхождения.

Результаты этого исследования изложены в журнале Glass and Ceramics.

В качестве сырья для синтеза пеноматериалов взяли кремнеземсодержащий побочный продукт переработки эвдиалитовых руд Ловозерского месторождения (микрокремнезем), «хвосты» апатит-нефелиновых руд Хибинских месторождений, золошлаковую смесь и золу уноса Апатитской ТЭЦ. На основе микрокремнезема готовили жидкое стекло, смешивали его с модифицирующими добавками (продуктами переработки апатито-нефелиновых руд и золоотходами), формировали блоки и вспенивали их по определенному температурно-временному режиму с быстрым охлаждением для закрепления структуры, а затем отжигали.

Как показали эксперименты, добавление техногенных отходов повышает прочность вспененных материалов и делает их более стойкими к влаге. Ученые объясняют это явление тем, что аморфный кремнезем может обволакивать поверхность минеральных частиц, образуя прочную композицию. Лучшими свойствами обладают материалы, полученные при добавлении 5–15 процентов золы или золошлаковой смеси. Синтезированные материалы обладают всеми требуемыми свойствами и пригодны для изготовления теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий в «зеленом» строительстве.