Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова, Новочеркасск, Россия:

Б. М. Гольцман, доцент кафедры «Общая химия и технология силикатов», канд. техн. наук, эл. почта: boriuspost@gmail.com
Е. А. Яценко, заведующая кафедрой «Общая химия и технология силикатов», докт. техн. наук, профессор, эл. почта: e_yatsenko@mail.ru
Л. А. Яценко, аспирант кафедры «Общая химия и технология силикатов», эл. почта: okolelova@dd-lab.ru

Федеральный исследовательский центр «Южный научный центр Российской академии наук», Новочеркасск, Россия:
В. А. Ирха, старший научный сотрудник лаборатории «Физика и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники», канд. физ.-мат. наук, эл. почта: Irkha.vladimir@gmail.com

Для тепловой и химической защиты нефтегазовой инфраструктуры вместо полимерных материалов весьма активно применяют изделия из пеностекла, причем главной тенденцией в их технологии является поиск новых сырьевых материалов. Наличие в сырье тугоплавкого оксида алюминия обуславливает необходимость введения флюсующих добавок, снижающих температуру плавления силикатных масс (плавней). Исследованы процессы, происходящие при термической обработке пеностекольных шихт при добавлении в качестве плавня фторида натрия NaF. Синтез пористых материалов осуществляли порошковым способом по гидратному механизму, основанному на взаимодействии силикатного сырья и раствора щелочи. Были разработаны исходные составы шихт, проведена их термическая обработка. ТГ/ДСК-анализ показал, что NaF не влияет на процессы изменения массы, включающие удаление физически и химически связанной воды, кристаллогидратной воды из гидросиликатов, разложение органических и карбонатных примесей. Также для обоих составов присутствует эндотермический эффект перехода «β-кварц→α-кварц». Однако при температуре выше 600 ^oC в составе с добавлением NaF наблюдается резкий эндотермический скачок, обусловленный воздействием фторида натрия. Показано, что ионы от диссоциации фторидов концентрируются в менее полимеризованной микрофазе, резко изменяя ее вязкостные свойства и вязкость расплава в целом. Установлено, что большая часть силикатной массы находится в рентгеноаморфном стекловидном состоянии. Основной кристаллической фазой является α-кварц, его не более 25 %, а также можно выделить зародыши альбита. В результате изучения внутренней структуры и плотности синтезированных образцов установлено, что введение фторида натрия существенно ускоряет процесс плавления силикатной массы, что позволяет при 750 oC получить образцы плотностью 313 кг/м³ и в дальнейшем ведет к прорыву межпоровых перегородок, коалесценции пор и к интенсивному оседанию пены, что усложняет процесс производства качественных материалов. Таким образом, использование фторида натрия при синтезе пористых силикатных материалов может быть рекомендовано в небольших дозировках в качестве активной флюсующей добавки.

Работа выполнена в ЮРГПУ(НПИ) при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках соглашения № 19-79-00015 «Исследование общих закономерностей синтеза пористых материалов на основе техногенного и природного силикатного сырья» (руководитель — Б. М. Гольцман).

1. Kazmina O. V., Tokareva A. Y., Vereshchagin V. I. Using quartzofeldspathic waste to obtain foamed glass material // Resource-Efficient Technologies. 2016. Vol. 2. P. 23–29.
2. Bai J., Yang X., Xu S. et al. Preparation of foam glass from waste glass and fly ash // Materials Letters. 2014. Vol. 136. P. 52–54.
3. Bernardo E., Cedro R., Florean M., Hreglich S. Reutilization and stabilization of wastes by the production of glass foams // Ceramics International. 2007. Vol. 33. P. 963–968.
4. Ayadi A., Stiti N., Boumchedda K. et al. Elaboration and characterization of porous granules based on waste glass // Powder Technology. 2011. Vol. 208. P. 423–426.
5. König J., Petersen R. R., Iversen N., Yue Yu. Suppressing the effect of cullet composition on the formation and properties of foamed glass // Ceramics International. 2018. Vol. 44. P. 11143–11150.
6. Chen X., Lun A., Qu G. Preparation and characterization of foam ceramics from red mud and fly ash using sodium silicate as foaming agent // Ceramics International. 2013. Vol. 39. P. 1923–1929.
7. Liao Yi-Chong, Huang Chi-Yen. Glass foam from the mixture of reservoir sediment and Na₂CO₃ // Ceramics International. 2012. Vol. 38. P. 4415–4420.
8. Hou L., Liu T., Lu A. Red mud and fly ash-based ceramic foams using starch and manganese dioxide as foaming agent // Transactions Nonferrous Metals Society China. 2017. Vol. 27. P. 591–598.
9. Yatsenko E. A., Ryabova A. V., Goltsman B. M. Development of fiber-glass composite coatings for protection of steel oil pipelines from internal and external corrosion // Chernye Metally. 2019. No. 12. P. 46–51.
10. Яценко Е. А., Гольцман Б. М., Рябова А. В. Исследование микроструктуры стеклокомпозиционных покрытий для защиты стальных нефтепроводов от внутренней и внешней коррозии // Черные металлы. 2020. № 4. С. 50–55.
11. Reka A. A., Pavlovski B., Makreski P. New optimized method for low-temperature hydrothermal production of porous ceramics using diatomaceous earth // Ceramics International. 2017. Vol. 43. P. 12572–12578.
12. Yatsenko E. A., Goltsman B. M., Ryabova A. V. Complex protection of pipelines using silicate materials based on local raw materials of the far east // Materials Science Forum. 2018. Vol. 945. P. 46–52.
13. Reka A. A., Anovski T., Bogoevski S. et al. Physical-chemical and mineralogical-petrographic examinations of diatomite from deposit near village of Rožden, Republic of Macedonia // Geologica Macedonica. 2014. Vol. 28. P. 121–126.
14. Потапов Н. Н. Сварочные материалы для дуговой сварки : справочное пособие : в 2-х т. Т. 1. Защитные газы и сварочные флюсы. — М. : Машиностроение, 1989. — 544 с.
15. Шабалин В. Н., Шаханов Д. Д. О выборе флюса для электрошлаковой тигельной плавки некомпактных отходов черных и цветных металлов // Ползуновский альманах. 2015. № 4. С. 117–121.
16. Жеребцов С. Н., Чернышов Е. А. Особенности физико-химических свойств флюсов, используемых в технологиях электрошлакового переплава // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2016. № 1(112). С. 228–235.
17. Maia L., Rüssel C. The effect of fluoride on the Fe²⁺/Fe³⁺-redox equilibrium in glass melts in the system Na₂O/NaF/CaO/Al₂O₃/SiO₂ // Journal of Non-Crystalline Solids. 2006. Vol. 352, Iss. 38-39. P. 4082–4087.
18. Rosales G. D., Resentera A. C. J., Gonzalez J. A. et al. Efficient extraction of lithium from -spodumene by direct roasting with NaF and leaching // Chemical Engineering Research and Design. 2019. Vol. 150. P. 320–326.
19. Попов Д. А., Пентюхин С. И., Соснов В. О., Трапезников А. В. Флюсы для производства алюминиевых сплавов // Металлургия машиностроения. 2016. № 5. С. 15–19.
20. Когарко Л. Н., Кригман Л. Д. Фтор в силикатных расплавах и магмах. — М. : Наука, 1981. — 121 с.