Теплоизоляционные материалы на основе диатомитовых пород

3 Диатомит

Импорт в Россию товаров из диатомита превышает 100 миллионов долларов в год и это, как правило, наукоемкая продукция с высокой добавленной стоимостью. Причина столь очевидного отставания – в том числе, в отсутствии научно-практического центра исследований диатомита, отсутствии материальной базы для проведения измерений, команды специалистов, способных оперативно реализовать научные и технологические наработки в реальном бизнесе.

Диатомит может применяться во многих отраслях экономики – там, где требуется эффективная теплоизоляция (сухие засыпки, пеностеклокерамика, экологически безопасные материалы, природные сорбенты). Другое дело, как создать новую технологию, при которой материал будет достаточно низким по цене и востребован на рынке уже сейчас.

Состав диатомита близок по химическому составу к стеклу. Пеностеклокерамика на основе диатомита будет востребована на рынке – по техническим параметрам она лучше, чем такие популярные теплоизоляционные материалы как газо- и пенобетон, экструдированный пенополистирол, пенопласты и минеральные ваты, а сырье для нее дешевле, чем стекольный бой или стеклогранулят.

Диатомиты и трепелы — пористые осадочные породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема Si02 (в диатомитах 90—95 % Si02, трепелы содержат больше примесей). Химический состав диатомитов и трепелов почти одинаков, однако, микроструктура разная. Это объясняется различием в геологическом возрасте отложений. Диатомиты относятся к более поздним, а трепелы — к более ранним отложениям. Диатомиты состоят из обломков панцирей диатомовых рачков, почти полностью сохранивших свою структуру. Трепелы — более плотная порода, в которой исходное вещество целиком утратило свою первоначальную форму. Диатомиты более пористые, чем трепелы. В зависимости от количества органических примесей и наличия оксидов железа цвет диатомита и трепела меняется от белого до светло-желтого.

Высокая пористость и низкая средняя плотность (пористость диатомита в куске 85 %, пористость трепелов ниже) определила использование трепелов и диатомитов для тепловой изоляции. Пластичность диатомитов и трепелов зависит от содержания в них глинистых примесей. Диатомиты (трепелы) добывают в карьерах открытым способом.

Средняя плотность диатомита в зависимости от месторождения колеблется от 380 до 1000 кг/м3.

Диатомит комовый, предназначенный для изготовления теплоизоляционных материалов (ТУ 5761-001-25310144-93), должен иметь среднюю плотность не более 800 кг/м3 и влажность не более 50 %, теплопроводность при средней температуре 323 К — 0,181 Вт/(м • К), при 573 К — 0,195 Вт/(м • К), температуростойкость 900 "С.

Диатомитовая обожженная крошка (ТУ 36-888-83) — материал различного зернового состава, получаемый путем обжига, дробления и сортирования исходного сырья. Крошку выпускают средней плотностью 350 кг/м3 и применяют в качестве легковесной жаростойкой добавки при изготовлении жаростойких легких бетонов, в виде засыпки для тепловой изоляции горячих поверхностей промышленных печей и технологического оборудования при температуре изолируемых поверхностей до 900 °С. 

Теплопроводность крошки при средней температуре слоя 298 К не более 0,1 Вт/(м • К), при температуре 573 К—0,16 Вт/(м • К). В основном из диатомита (трепела) изготовляют диатомитовые и пенодиатомитовые теплоизоляционные изделия; кроме того, их применяют как составную часть при изготовлении жестких теплоизоляционных изделий (известково-кремнеземистых, вулканитовых, перлитодиатомитовых) или теплоизоляционных порошков для мастичной изоляции, а также огнестойких штукатурок и жаростойких бетонов.

Диатомитовые и пенодиатомитовые изделия (ГОСТ 2694—78) различаются способом образования в них пористости. В диатомитовых изделиях пористость получают способом выгорающих добавок (древесных опилок), в пенодиатомитовых — способом пенообразования. Способом пенообразования получают изделия с меньшими значениями средней плотности и теплопроводности.

Диатомитовые (Д) и пенодиатомитовые (ПД) изделия должны выпускаться в виде кирпичей (К) размерами 250 х 123 х 65 мм (К1), 230 х 113 х 65 мм (К2); полуцилиндров (П) длиной 330 и 500 мм, внутренним диаметром 57,76,89 и 108 мм, толщиной от 40 до 80 мм в зависимости от диаметра; сегментов (С) длиной 330,500 мм, внутренним диаметром 133, 159, 219 мм и толщиной от 40 до 80 мм в зависимости от диаметра.

По плотности изделия подразделяют на марки ПД-350, ПД-400, Д-500, Д-600 (табл. 3.14). Промышленность выпускает пенодиатомитовый кирпич ПД-350 и диатомитовый кирпич Д-500.

Пенодиатомитовые и диатомитовые изделия применяют для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов, а также печей при температуре изолируемой поверхности до 900 °С.

Наиболее распространенным искусственным теплоизоляционным материалом при сооружении промышленных печей является диатомитовый кирпич, изготовляемый путем обжига при температуре 750—900° С сырца, состоящего из диатомита и древесных опилок, выгорающих при обжиге. Диатомитовый кирпич размерами 250X123X65 и 230X113X65 мм выпускается трех марок: 500, 600 и 700, соответствующих объемной массе кирпича в кг/м3. Коэффициент теплопроводности соответственно по маркам: 0,163—0,185 [0,1—0,16]; 0,14—0,21 [0,12—0,18]; 0,175—0,27 [0,15—0,23] Вт/(м-град) [ккал/(м-ч-град)]. Диатомитовый кирпич применяется в тех конструктивных элементах промышленных печей, где температура не превышает 900° С. Пенодиатомитовые изделия (кирпич) с объемной массой 450 кг\см3 и коэффициентом теплопроводности при средней температуре  50°С 0,093 Вт/(м-град) [0,08 ккал/(м-ч-град)] изготовляют из диатомита.

В качестве пенообразователя применяют мыльный корень, содержащий пенообразующее вещество — сапонин. Смесь диатомита с пеной разливают в форме и после сушки обжигают в туннельных печах при температуре 850—900° С. Пенодиатомитовые изделия, имеющие более высокие показатели, чем изделия с выгорающими добавками, находят широкое применение при  строительстве промышленных печей.

Большие возможности по созданию сырьевой базы цементной промышленности имеются в южных районах области.
АООТ «Инзенский завод фильтровальных порошков» действует с 1968 года и имеет проектную производительность 20 тыс. тонн фильтровальных порошков, 40 тыс. тонн диатомитового порошка и 30 тыс. тонн крошки диатомитовой обожженной в год. В настоящее время завод является единственным в России предприятием по производству фильтровального порошка (кизельгура). Потенциальными потребителями кизельгура являются предприятия пивоваренной, сахарной и крахмалопаточной промышленности.

На базе Инзенского месторождения ООО «Диатомит-Инвест» выпускает различные теплоизоляционные материалы (диатомовый порошок и керамические изделия из него - кирпич, скорлупы, сегменты). Комбинат выпускает теплоизоляционные материалы для производственно-технологических целей предприятий металлургии и энергетики, промышленного и гражданского строительства, располагает возможностями изготовления жидкого стекла, наполнителей из диатомита для животноводства и растениеводства, производства фильтрующих материалов для пищевой промышленности, систем бытового и промышленного водоснабжения и др.

Сравнение с аналогами

Мировые запасы диатомита

Мировые запасы диатомита оцениваются в 1 млрд т.

Около 250 млн т (25%) мировых запасов сосредоточены в США, около 110 млн т – в Китае.

Разведанные запасы диатомита в России составляют 350 млн т. 

Мировая структура добычи

 В пятерку крупнейших производителей диатомита входят США, Китай, Дания, Япония и Мексика.

Доля США в мировом производстве диатомита составляет 30-40%. 

Структура потребления диатомита

Структура производства диатомита в России

Основной объем производства диатомитовой продукции в России приходится на пенодиатомовой кирпич.

Первое масштабное производство функциональных наполнителей для выпуска композитов будет запущено в 2012 году в ООО «НПК Кремнегран».

Экспорт-импорт диатомита в России

Растущий спрос на диатомитовую продукцию в стране удовлетворяется за счет импорта.

Импорт превышает экспорт диатомита в десятки раз.

Основными поставщиками диатомита в последние годы – США, Франция и Китай

(в 2005-2009 гг. – 60-65% общего импорта).

Характеристика наполнителя в резину:

легко смешивается с каучуком,

приближаясь к каолинам;

имеет сравнительно небольшой вес;

использование в производстве резиновой обуви в смеси с углеродной сажей улучшает свойства резины, уменьшая усадку и увеличивая пластичность.

Характеристика наполнителя для бумаги:

хорошо удерживаются на бумаге;

повышают белизну бумаги и печатные свойства;

белизна – 60-90%;

коэффициент преломления света – 1,33;

средний размер частиц – 2-10 мк;

удельный вес – 2,3 г/см3.

Характеристика наполнителя в пластмассы:

Содержание SiO2 – 80-88%;

Содержание Fe2O3 – 1,5%;

Влажность – не более 2%.

Делает материалы негорючими.

Характеристика наполнителя для лакокрасочной промышленности:

способствует  повышению прочности пленок и их сопротивляемости трению;

способствует вязкости и огнестойкости красок;

облегчает нанесение на поверхность красок кистью;

вызывает образование пленок с матовой поверхностью.

4 Пенодиатомитовый кирпич

Наиболее распространенным искусственным теплоизоляционным материалом при сооружении промышленных печей является диатомитовый кирпич, изготовляемый путем обжига при температуре 750—900° С сырца, состоящего из диатомита и древесных опилок, выгорающих при обжиге. Диатомитовый кирпич размерами 250X123X65 и 230X113X65 мм выпускается трех марок: 500, 600 и 700, соответствующих объемной массе кирпича в кг/м3. Коэффициент теплопроводности соответственно по маркам: 0,163—0,185 [0,1—0,16]; 0,14—0,21 [0,12—0,18]; 0,175—0,27 [0,15—0,23] Вт/(м-град) [ккал/(м-ч-град)]. Диатомитовый кирпич применяется в тех конструктивных элементах промышленных печей, где температура не превышает 900° С.Пенодиатомитовые изделия (кирпич) с объемной массой 450 кг\смъ и коэффициентом теплопроводности при средней температуре 50° С 0,093 Вт/(м-град) [0,08 ккал/(м-ч-град)] изготовляют из диатомита.
В качестве пенообразователя применяют мыльный корень, содержащий пенообразующее вещество — сапонин. Смесь диатомита с пеной разливают в формы и после сушки обжигают в туннельных печах при температуре 850—900° С. Пенодиатомитовые изделия, имеющие более высокие показатели, чем изделия с выгорающими добавками, находят широкое применение при  строительстве промышленных печей.

Кирпич пенодиатомитовый 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.