Скачать (59,7 Кб)

Стекло, ситаллы и шлак

И. Ионченкова
Химия и Жизнь №11, 1981 г., с. 36-38

Очень много сейчас говорится и пишется об охране окружающей среды. И делается тоже много, прежде всего химиками. Отходы производства - в производство! - лозунг и принцип, характерные для нашего времени.

Эти заметки - о материалах, полученных из доменных шлаков, прежде всего, о шлакоситалле. Но сначала несколько слов о самом шлаке и о ситаллах вообще.

ТРИ АБЗАЦА О ШЛАКЕ

Шлаки, как известно, обязательно образуются при выплавке металлов из руд и иногда при сжигании твердого топлива.

В состав металлургических шлаков входит до тридцати различных элементов, в основном в виде окислов. Главные из них - окислы кальция, магния, кремния и алюминия. Доменные шлаки агрессивны и имеют непостоянный состав.

Выпуск одной тонны чугуна сопровождается образованием от 400 до 650 кг шлака. В 1980 г. в нашей стране выплавлено 148 млн. т стали; следовательно, шлаков - не менее 60 млн. тонн.

СНАЧАЛА БЫЛ СИТАЛЛ

"Восьмиэтажное цилиндрическое здание со всех сторон окружено нетронутой тундрой. Круглый внутренний двор прикрыт прозрачным куполом. Меня удивила тишина... И еще - черепахи. Десятка два огромных черепах с белыми, нарисованными краской номерами на панцирях, беззвучно ползали по ситал-ловым плитам двора". Неудивительно, что писатель-фантаст Г. Альтов, из книги которого "Клиника Сапсан" взята эта цитата, увидел ситалл в постройках будущего. Это современный, красивый и надежный материал с мелкозернистой структурой и тончайшими прослойками стекла между кристаллами. В Советском Союзе он получен в 50-х годах в Московском химико-технологическом институте имени Д. И. Менделеева, на кафедре стекла (теперь стекла и ситаллов).

Кристаллическая фаза в шлакоситалле (увеличено в 800 раз)

Слово "ситалл" в научный обиход введено профессором Исааком Ильичом Китайгородским - как производное от слов "стекло" и "кристалл". И ему же принадлежит идея широко использовать в качестве сырья для производства стекла и ситаллов отходы различных производств, включая доменные шлаки.

"ЧЕРНЫЕ ДА СЕРЫЕ"

Первые шлакоситаллы, в зависимости от чистоты шлакового сырья и его состава, получались серых, коричневых, зеленовато-бурых тонов. Состав шлака непостоянен. И соотношение окислов в нем не всегда такое, какое должно быть в шлакоситалле. Поэтому в шихту (смесь компонентов) вводят добавки, главная из которых - песок.

В любом ситалле две фазы - кристаллическая и аморфная, стекловидная. Свойства материала в конечном счете определяются свойствами кристаллической фазы.

Кристаллизация происходит в процессе термической обработки получаемого из шлака стекла, причем этот процесс каталитический. (Катализатор нужен для того, чтобы кристаллизация проходила не только с поверхности, а и по всему объему стекла.) Катализаторами служат сульфиды, фториды, окислы металлов и комбинации этих соединений.

Работой по созданию нового материала руководил И. И. Китайгородский. От сотрудников он требовал многого и при этом не прощал пренебрежения к чужому делу, к запросам и требованиям производства. Известен, например, такой случай.

Когда шлакоситалл уже был получен и началось его внедрение в практику, кто-то из строителей задал на совещании вопрос: "Какова гвоздимость шлако-ситалла?" Для строителя вопрос резонный, но химики-то понимали, что вопрос нелеп. Это почти то же, что спрашивать: "Можно ли вбить гвоздь в стекло?" И один из присутствовавших на совещании научных работников рассмеялся. Рассмеялся - и тут же получил выговор от профессора: за недостаток выдержанности...

Между прочим, упомянутая "негвоздимость" отражает главный недостаток шлакоситалла - его хрупкость, правда, меньшую, чем у стекла. И это, пожалуй, единственный его серьезный недостаток. А достоинств у шлакоситалла много: он прочен, тверд, надежен.

Особенно высока прочность шлакоситалла на истирание. Он стирается медленнее, чем каменное литье, не говоря уж о мраморе, граните, обычном техническом стекле и керамике. К тому же он морозостоек, не поглощает пыль и влагу. Серый шлакоситалл видели очень многие. Видели - и не видели. В магазине мы редко смотрим под ноги, а между тем в известном столичном универмаге "Москва" (и не только там, кстати) полы выстланы плитами из этого материала.

В технике и строительстве черно-буро-серый шлакоситалл используют с 1966 года. Чтобы применять его и как декоративный материал, нужно было расширить цветовую гамму. Цветные шлако-ситаллы можно было получить с помощью красителей из белого. А белый шлакоситалл получился не сразу.

ЦВЕТОВАЯ ПАЛИТРА НАЧИНАЕТСЯ С БЕЛИЗНЫ

Помог случай. На стекольном заводе в Константиновке в маленькой печи варили в четырех тиглях шлаковое стекло. Предполагалось, что получится стекло одного состава, но когда отлили образцы, то оказалось, что в двух тиглях стекло темное, как и должно быть, а в двух других - белое. Варил стекло каманди-рованный на завод сотрудник менделеевского института. Он же и обнаружил собственную ошибку: в два тигля вместо глинозема была всыпана окись цинка. В результате содержащаяся в шлаке сульфидная сера, обычно взаимодействовавшая с окислами железа и марганца, на этот раз прореагировала с окисью цинка. Сульфид цинка и окрасил стекло в белый цвет.

Однако в повторных экспериментах белый шлакоситалл получился не сразу. Как уже упоминалось выше, состав шлака непостоянен, непостоянно и количество содержащейся в нем серы. Для того чтобы удержать в стекле нужное количество серы (в виде ZnS), ради белого цвета, в шихту стали добавлять еще и черный уголь.

Когда был получен белый шлакоситалл, из него попытались делать все подряд: плиты, трубы, раковины. Но вряд ли кому-нибудь приходилось встречать на прилавках магазинов такие изделия. Технология получения изделий сложного профиля из шлакоситалла оказалась дорогой и сложной. А листовой шлакоситалл получают обычными методами стеклоделия - непрерывным прокатом. Выпуск белого шлакоситалла был налажен в 1970 г. на заводе "Автостекло" в городе Константиновке. Панели и плиты из этого материала широко применяют при облицовке фасадов.

Этот материал нужен не только строителям. В электротехнике используют шлакоситалловые изоляторы. На углеобогатительных фабриках Донбасса применяют шлакоситалловые конусы гидроциклонов вместо аналогичных деталей из стали и чугуна, срок службы которых в несколько раз меньше. И все-таки главное - строительство.

Так выглядит сигран - новый стеклокристаллический материал, созданный менделеевцами

По комплексу свойств и себестоимости шлакоситалл способен конкурировать с любыми строительными материалами. Сырьевые ресурсы для его производства практически безграничны. В недалеком будущем шлакоситалл мог бы стать чрезвычайно распространенным, едва ли не самым доступным строительным материалом. Массовое его производство разумно приблизить к сырьевой базе - крупнейшим металлургическим предприятиям. В перспективе - создание практически безотходных ситаллургических комплексов. Но поскольку шлаки могут содержать тяжелые металлы, нужен обязательный контроль состава - чтобы правильно определить, где можно будет использовать шлакоситалл той или иной марки.

НЕ ТОЛЬКО СИТАЛЛ

Год назад на кафедре стекла и ситаллов Московского химико-технологического института им. Д. И. Менделеева из доменного шлака был получен еще один стеклокристаллический материал. Его назвали сигран - "синтетический гранит". В сигране, в отличие от ситалла, кристаллическая фаза представляет собой довольно крупные сферические образования диаметром от 2 до 15 мм (в ситалле - до 2 мкм). Эти кристаллы (сферолиты) и придают материалу внешнее сходство с гранитом.

Уже получены голубые, красные, зеленые, желтые сиграны. Производство сиграна организуется на Калужском стекольном заводе. Предполагается, что этот материал применят при отделке новых станций метро.

Так что и сигран скоро смогут увидеть многие.