Микросфера алюмосиликатная полая (ценосфера)

Микросферы энергетических зол - полые стеклокристаллические алюмосиликатные микросферы размером в среднем от 20-50 мкм до 400-500 мкм, которые образуются в составе летучей золы при высокотемпературном факельном сжигании угля.

Микросферы являются превосходным наполнителем при производстве изделий из пластмасс, гипса, керамики, облегченных цементов, и др. строительных материалов. Изделия с добавлением микросферы обладают повышенной износостойкостью, легкостью и высокими изоляционными свойствами. Кроме всего, использование микросферы в качестве наполнителей, значительно снижает себестоимость продукции.

Микросфера алюмосиликатная используется при изготовлении:

• тампонажных материалов для нефтяных скважин, буровых растворов, дробильных материалов, взрывчатых веществ в нефтяной промышленности;
• сверхлегких бетонов, известковых растворов, жидких растворов, цементов, штукатурки, покрытия, кровельных и звукозащитных материалов в строительстве;
• керамики (огнеупорные материалы, огнеупорные кирпичи, покрытия, изоляционные материалы);
• пластидов (нейлоновые, полиэтиленовые, полипропиленовые и другие материалы различных плотностей);
• композитов, шин, комплектующих, звукозащитных материалов и грунтовки в  автомобилестроении.

Сырьем для производства алюмосиликатной микросферы служит зола электростанций. Сопутствующим эффектом ее переработки является освобождение золоотвалов и улучшение экологической среды в зоне работы электростанций.

Технические характеристики микросфер алюмосиликатных:

- НИЗКАЯ ПЛОТНОСТЬ. Насыпная плотность - 0,32-0,37 г/см3. Плотность материала стенок частиц - 2, 5 г/см3. Размер частиц - 5-350 мкм. Толщина оболочки сферы-10% от диаметра. Состав газовой фазы внутри сфер: СО2 - 70%, N2 - 30%.

- ВЫСОКАЯ ТЕКУЧЕСТЬ. Благодаря форме частиц, микросферы как сыпучий материал обладают повышенной текучестью, что обеспечивает хорошее заполнение форм и истечение из бункеров.

- КОМПАКТНАЯ УКЛАДКА ЧАСТИЦ. Сферы обеспечивают минимальное отношение площади поверхности к занимаемому объему и наиболее компактную укладку. Коэффициент укладки - 60-80% от теоретической. Форма частиц микросфер как наполнителя позволяет изменять вязкость полимерных материалов и резин.

- НИЗКАЯ УСАДКА. Микросферы - один из немногих наполнителей, который может обеспечивать низкую усадку.

- НИЗКАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ. Теплопроводность микросфер составляет 0,08 Вт/м* К. При 20°С.

- ПРОЧНОСТЬ. Микросферы от трех до десяти раз более прочны, чем большинство полых стеклянных сфер. В отличие от стеклянных сфер, микросферы имеют более высокий предел прочности при сжатии благодаря более прочной оболочке. Предел прочности на сжатие - 150-280 кГ/см2 . Твердость по шкале Мооса - 5-6.

- ИНЕРТНОСТЬ. Благодаря химическому составу микросферы могут использоваться в растворителях, органических растворах, воде, кислотах, или щелочах без потери свойств.

- ТЕРМОСТОЙКОСТЬ. Микросферы не теряют свойств до температур, превышающих 980°С. Температура плавления - не ниже 1300°С.

- СТОИМОСТЬ. Микросферы на 50% - 200% дешевле, чем полые стеклянные сферы. По сравнению с менее дорогими наполнителями, микросферы в финансовом отношении эффективнее за счет экономии при погрузочно-разгрузочных работах и сокращении веса.

- ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ.
SiO2: 50-60%; Al2O3: 25-35%; Fe2O3: 1,5-2,5%; CaO: 0,1-1,5%; MgO: 0,1-1,5%; K2O: 0,2-2,9%; Na2O: 0,3-1,5%.

Микросферы алюмосиликатные: характеристики

Микросферы представляют собой легкий сыпучий порошок белого цвета, состоящий из отдельных полых частиц сферической формы размером в пределах от 15 до 200 мкм, а в основном от 15 до 125 мкм. Микросферы вырабатываются из натриевоборосиликатного стекла. Микросферы применяются в качестве легковесного наполнителя при производстве сложных заливочных пен на основе эпоксидных связующих, при производстве различных композиционных материалов в судостроении и самолетостроении.

Микросферы находят применение в качестве наполнителя в лакокрасочной промышленности, при изготовлении легких цементов, различных облицовочных материалов, мастик, шпатлевок, герметиков. А также микросферы применяются в буровых растворах при цементировании нефтяных скважин для локализации выбросов нефти.

Наименование показателей	МС группа А1	МС группа А2	МС группа Б1	МС группа Б2	МС-А9 группа А1	МС-А9 группа А2	МС-А9 группа Б1	МС-А9 группа Б2
Истинная плотность, г/см3	0.24-0.32	0.26-0.32	0.33-0.40	0.31-0.36	0.24-0.32	0.26-0.32	0.33-0.40	0.31-0.36
Прочтность на гидростатическое сжатие (50% уровень разрушения), кгс/см2	60	110	100	150	80	140	120	180
Коэффициент заполнения объема %, не менее	55	60	55	60	55	60	55	60
Влажность, массовая доля, %, не более	0.8	0.5	0.8	0.5	0.8	0.5	0.8	0.5
Плавучесть* объемная доля,%, не менее	95	95	95	95	95	95	95	95
Массовая доля апперта,%					0.1-0.5	0.2-0.5	0.1-0.5	0.2-0.5

Примечания:
    1. Плавучесть* определяется до поверхностной химической обработки.
    2. По согласованию с потребителем допускается изменение норм, указанных в таблице.

Символы обозначают следующее:
    М   - микросфера;
    С   - стеклянная
    А9 - индекс поверхностной химической обработки

В настоящее время этот материал, обладающий рядом уникальных свойств, пользуется все большим спросом. Его отличают низкая плотность, высокая механическая прочность, химическая инертность, термостойкость, низкая теплопроводность.

Все это обеспечивает применение микросфер в качестве теплоизоляционных материалов, радиопрозрачных керамик, наполнителей композиционных материалов и специальных видов цемента. Наряду с этим, микросферы являются также перспективным сырьем для получения на их основе катализаторов, адсорбентов и капсулирующих материалов, способных функционировать в условиях воздействия агрессивных сред и высокой температуры.

Основными потребителями микросфер являются предприятия нефтяной и газовой промышленности (тампонажные материалы для скважин, буровые растворы, дробильные материалы, взрывчатые вещества), производители изоляционных и теплоизоляционных материалов и покрытий, огнеупоров, производители строительных смесей, строительных материалов и сверхлегких бетонов, производители красок, защитных материалов, кровельных покрытий, звукоизоляционных и теплоизоляционных покрытий. Микросферы используются также при производстве пластмасс и в автомобилестроении (тормозные колодки, пластмассовые материалы, композиты, шины, звукозащитные материалы, грунтовка). Как наполнители при производстве пластмасс.

Микросфера алюмосиликатная полая (ценосфера): технические характеристики

Сферическая форма означает, что для увлажнения поверхности наполнителя потребуется меньше смол, крепителя, воды и т.д., чем для любого другого формового наполнителя. Это приводит к снижению расхода смол или крепителя, что в свою очередь дает возможность использовать смеси с высоким содержанием твердой составляющей, а также снизить усадочную деформацию и часто сократить затраты. Сферические наполнители характеризуются высокой растекаемостью, так что их легко разбрызгивать, нагнетать насосом, наносить шпателем и т.д. Сферические наполнители снижают усадочную деформацию не только потому, что позволяют использовать более низкое содержание крепителя, но и непосредственно благодаря своей форме. При высокой концентрации сферы уплотнены, но дальнейшего уплотнения не происходит, как это может случиться с наполнителями неправильной формы в процессе усадки крепителя, а также испарения растворителя или воды. Таким образом, использование сфер способствует сохранению объема исходной продукции и, следовательно, они являются отличными наполнителями для мастик для герметизации трещин и швов, герметиков и т.д.

Преимущества низкой плотности очевидны: при 0,7 г/см3 плотность микросферы составляет примерно 25 % плотности других минеральных наполнителей, однако сохраняют достаточную прочность, чтобы выдержать необходимые процессы смешивания, присадки и обработки. Строительная промышленность во всем мире активно переходит на легкие материалы. Низкая плотность обеспечивает удобство использования, большую легкость смешивания, снижение транспортных затрат, низкую просадку и перекос, легкость пескоструйной обработки, обработки резанием, сверления.

Алюмосиликатные микросферы обладают очень низкой реакционной способностью. Их химический состав обеспечивает высокую устойчивость к кислотам и щелочам. Они pH-нейтральны и не влияют на химический состав или реакции материалов или изделий, в которых они используются. Свободная растекаемость Свободная растекаемость - качество микросферы, означающее, что ее легко использовать в заводских условиях. Ее легко подавать самотеком, не опасаясь закупорки, а в сухом виде ее можно подавать насосом или пневмотранспортом.

Изолирующие свойства Микросферы имеет низкую теплопроводность порядка 0,1 Вт/м-1К.-1. В связи с этим, она широко используется в качестве изоляционного материала для огнеупорной керамики, нефтепроводов, геотермических цементов, отделочного и штукатурного гипса для изоляции внешних стен зданий и во многих других случаях, когда требуется хорошая термоизоляция. Высокая температура плавления Микросфера имеет высокую температуру плавления порядка 1200-1600 C, что значительно выше, чем температура плавления микросфер из синтетического стекла. Поэтому она широко используется для производства высокотемпературной изолирующей огнеупорной керамики, а также огнеупорных покрытий.

Твердая поверхность микросфер обеспечивает их высокую устойчивость к эрозии. Стекловидная оболочка микросферы полностью непроницаема для жидкостей и газов.

Микросфера используется для создания теплоизоляционной радиопрозрачной керамики. Такая керамика обладает повышенной прочностью, малой объемной массой, низким коэффициентом теплопроводности и высокой радиопрозрачностью (на 20-30% выше, чем для керамики на основе плавленого кварца).

Алюмосиликатные микросферы, области применения:

Нефтяная промышленность: тампонажные материалы для нефтяных скважин, буровые растворы, дробильные материалы, взрывчатые вещества Строительство: сверхлегкие бетоны, известковые растворы, жидкие растворы, цементы, штукатурка, покрытия, кровельные и звукозащитные материалы, Керамика: огнеупорные материалы, огнеупорные кирпичи, покрытия, изоляционные материалы Пластиды: нейлоновые, полиэтиленовые, полипропиленовые и др. материалы различных плотностей Автомобилестроение: композиты, шины, комплектующие, звукозащитные материалы, грунтовка

Микросфера алюмосиликатная полая (ценосфера): применение

Алюмосиликатные микросферы – это продукт переработки золы, образующейся при сжигании природного каменного угля. Микросферы представляют собой полые сферические частицы диаметром от 50 до 400 мкм со сплошными непористыми стенками, толщина которых от 2 до 10 мкм. Внутренняя полость частиц заполнена в основном азотом и двуокисью углерода.
Цвет: серый, светло - серый.
Влажность: до 1%
Фракционный состав: от 10 до 500 микрон
Химический состав АМ, %: Si O2(50-60) AL2O3(20-35) Fe2O3(1,5-4,0) CaO(1-6) MgO(0,5-1,8) Na2O(0,2-1,7) K2O(0,2-2,5)
Уникальная комбинация низкой плотности, малых размеров, сферической формы, высокой твердости и температуры плавления, химической инертности алюмосиликатных микросфер обуславливают их широкое применение в промышленности и строительстве. Области применения алюмосиликатных микросфер включают:
--Нефтяная промышленность: тампонажные материалы для нефтяных скважин, буровые растворы, дробильные материалы, взрывчатые вещества
--Строительство: сверхлегкие бетоны, известковые растворы, жидкие растворы, цементы, штукатурка, покрытия, кровельные и звукозащитные материалы
--Керамика: огнеупорные материалы, огнеупорные кирпичи, покрытия, изоляционные материалы
--Пластиды: нейлоновые, полиэтиленовые, полипропиленовые и др. материалы различных плотностей
--Автомобилестроение: композиты, шины, комплектующие, звукозащитные материалы, грунтовка
Благодаря тому, что микросферы имеют высокую температуру плавления порядка 1200–1600оC, они широко применяются для производства высокотемпературной изолирующей огнеупорной керамики, а также огнеупорных покрытий. Практически любая техническая проблема, где требуется снижение веса при низкой теплопроводности, может быть решена с применением микросфер.
Преимущества использования облегченных тампонажных растворов с микросферами:

Низкая плотность, возможность снизить удельный вес цементного раствора до 1,25-1,3 г/см3 (для традиционного облегченного гельцементного раствора 1,52-1,54 г/см3), и как следствие: снижение репрессии на продуктивный пласт, снижение проникновения фильтрата в продуктивную зону пласта, обеспечение заданной высоты подъема цемента.

Малая усадка раствора, соответственно, улучшение связи пласта с обсадными трубами скважины.

Легкое смешивание. Облегченный тампонаж можно готовить непосредственно на буровой, замешивая микросферы с цементом в сухом виде. Для этого может использоваться любой стандартный смеситель.

Экономичность. Снижение затрат за счет отказа от технологии двухступенчатого цементирования и уменьшения времени обустройства скважины.

Микросферы алюмосиликатные (ценосферы) ТУ 5717-001-11843486-2004

Алюмосиликатные полые микросферы (ценосферы) образуются в составе золы уноса при сжигании углей на ТЭС. По своим свойствам микросферы из энергетических зол близки к полым микросферам, которые получают из расплавов промышленными методами. Существенно, что стоимость полых микросфер из золы ТЭС в несколько раз ниже, чем получаемых промышленными методами.
Микросферы имеют форму, близкую к сферической, и гладкую внешнюю поверхность. Диаметр варьируется от 5 до 500 мкм. Газовая фаза, законсервированная внутри микросфер состоит в основном из азота, кислорода и оксида углерода.
Совокупность уникальных свойств микросфер: низкая плотность, малые размеры, сферическая форма, высокая твердость и температура плавления, химическая инертность обуславливают широчайший спектр применений микросфер в современной промышленности.

Преимущества использования алюмосиликатных микросфер

Сферическая форма
Сферическая форма означает, что для увлажнения поверхности наполнителя потребуется меньше смол, крепителя, воды и т.д., чем для любого другого формового наполнителя. Это приводит к снижению расхода смол или крепителя, что в свою очередь дает возможность использовать смеси с высоким содержанием твердой составляющей, а также снизить усадочную деформацию и часто сократить затраты.
Сферические наполнители характеризуются высокой растекаемостью, так что их легко разбрызгивать, нагнетать насосом, наносить шпателем и т.д. Сферические наполнители снижают усадочную деформацию не только потому, что позволяют использовать более низкое содержание крепителя, но и непосредственно благодаря своей форме. При высокой концентрации сферы уплотнены, но дальнейшего уплотнения не происходит, как это может случиться с наполнителями неправильной формы в процессе усадки крепителя, а также испарения растворителя или воды. Таким образом, использование сфер способствует сохранению объема исходной продукции и, следовательно, они являются отличными наполнителями для мастик для герметизации трещин и швов, герметиков и т.д.

Легкость
Преимущества низкой плотности очевидны: при 0,7 г/см3 плотность микросферы составляет примерно 25 % плотности других минеральных наполнителей, однако сохраняют достаточную прочность, чтобы выдержать необходимые процессы смешивания, присадки и обработки.
Строительная промышленность во всем мире активно переходит на легкие материалы. Низкая плотность обеспечивает удобство использования, большую легкость смешивания, снижение транспортных затрат, низкую просадку и перекос, легкость пескоструйной обработки, обработки резанием, сверления.

Инертность
Алюмосиликатные микросферы обладают очень низкой реакционной способностью. Их химический состав обеспечивает высокую устойчивость к кислотам и щелочам. Они pH-нейтральны и не влияют на химический состав или реакции материалов или изделий, в которых они используются.

Свободная растекаемость
Свободная растекаемость - качество микросферы, означающее, что ее легко использовать в заводских условиях. Ее легко подавать самотеком, не опасаясь закупорки, а в сухом виде ее можно подавать насосом или пневмотранспортом.

Изолирующие свойства
Микросферы имеет низкую теплопроводность порядка 0,1 Вт/м-1К.-1. В связи с этим, она широко используется в качестве изоляционного материала для огнеупорной керамики, нефтепроводов, геотермических цементов, отделочного и штукатурного гипса для изоляции внешних стен зданий и во многих других случаях, когда требуется хорошая термоизоляция.

Высокая температура плавления
Микросфера имеет высокую температуру плавления порядка 1200-1600 C, что значительно выше, чем температура плавления микросфер из синтетического стекла. Поэтому она широко используется для производства высокотемпературной изолирующей огнеупорной керамики, а также огнеупорных покрытий.

Твердость
Твердая поверхность микросфер обеспечивает их высокую устойчивость к эрозии. Стекловидная оболочка микросферы полностью непроницаема для жидкостей и газов.

Электрические свойства
Микросфера используется для создания теплоизоляционной радиопрозрачной керамики. Такая керамика обладает повышенной прочностью, малой объемной массой, низким коэффициентом теплопроводности и высокой радиопрозрачностью (на 20-30% выше, чем для керамики на основе плавленого кварца).

Области применения микросферы алюмосиликатной

Нефтяная промышленность: тампонажные материалы для нефтяных скважин, буровые растворы, дробильные материалы, взрывчатые вещества

Строительство: сверхлегкие бетоны, известковые растворы, жидкие растворы, цементы, штукатурка, покрытия, кровельные и звукозащитные материалы,

Керамика: огнеупорные материалы, огнеупорные кирпичи, покрытия, изоляционные материалы

Пластиды: нейлоновые, полиэтиленовые, полипропиленовые и др. материалы различных плотностей

Автомобилестроение: композиты, шины, комплектующие, звукозащитные материалы, грунтовка

Преимущества использования облегченных тампонажных растворов с микросферами:

Низкая плотность, возможность снизить удельный вес цементного раствора до 1,25-1,3 г/см3 (для традиционного облегченного гельцементного раствора 1,52-1,54 г/см3), и как следствие: снижение репрессии на продуктивный пласт, снижение проникновения фильтрата в продуктивную зону пласта, обеспечение заданной высоты подъема цемента.

Малая усадка раствора, соответственно, улучшение связи пласта с обсадными трубами скважины.

Легкое смешивание. Облегченный тампонаж можно готовить непосредственно на буровой, замешивая микросферы с цементом в сухом виде. Для этого может использоваться любой стандартный смеситель.

Экономичность. Снижение затрат за счет отказа от технологии двухступенчатого цементирования и уменьшения времени обустройства скважины.
Технология использования микросфер для получения облегченных тампонажных материалов уже давно известна в мире, однако до последнего времени ее широкое использование ограничивалось высокой ценой на искусственные микросферы, предлагаемые западными производителями.
Предлагаемые алюмосиликатные микросферы являются побочным продуктом, образующимся при сжигания угля, и их цена на порядок ниже предлагаемых аналогов.

На сегодняшний день ряд ведущих российских нефте-газодобывающих компаний уже перешли на использование облегченных тампонажных составов с алюмосиликатными микросферами нашего производства. Их опыт свидетельствует, что использование данной технологии дает двойной положительный эффект: уменьшение капитальных затрат при улучшении качества цементирования скважин.

Микросферы алюмосиликатные полые (ценосферы)

Уникальное сочетание таких качеств этого техногенного продукта, как микросферический дизайн, низкая плотность, высокая механическая прочность, термостабильность и химическая инертность, обеспечили широкий спектр применения микросфер в качестве наполнителей теплоизоляционных материалов, радиопрозрачных керамик, наполнителей композиционных материалов и специальных видов цемента. Наряду с этим, микросферы являются также перспективным сырьем для получения на их основе катализаторов, адсорбентов и капсулирующих материалов, способных функционировать в условиях воздействия агрессивных сред и высокой температуры.

Применение:

Строительство: сверхлегкие бетоны, сухие строительные смеси, известковые растворы, жидкие растворы, цементы, штукатурка, покрытия, изоляционные кровельные покрытия и звукозащитные материалы;

Керамика: огнеупорные материалы, легкие огнеупоры, покрытия, изоляционные материалы, абразивные высокопористые материалы;

Пластмассы: нейлоновые, полиэтиленовые, полипропиленовые и др. материалы различных плотностей, синтактические пены;

Машиностроение: композиты, ремонтные шпатлевки, шины, бамперы и панели, комплектующие, звукозащитные материалы, грунтовки, плавсредства, спортивный инвентарь, подошвы для обуви, производство автошин;

Химическая промышленность: дробильные материалы, взрывчатые вещества, пеногасители, катализаторы;

Лакокрасочная промышленность: термобарьерные краски, высокопрочные лаки, мастики для герметизации трещин и швов, шпатлевки, герметики.

Микросфера силикатная (алюмосиликатная) толстостенная

Сочетание уникальных свойств делает неограниченными возможности и перспективы использования микросферы силикатной в нефтяной, газовой, химической промышленности, в автомобилестроении, при производстве огнеупорной керамики и в строительстве. Изделия с добавлением микросферы силикатной обладают повышенной износостойкостью, что делает их незаменимыми при изготовлении высокопрочных покрытий для промышленных полов. Поверхности с ее содержанием дольше сохраняются и хорошо выглядят в течение длительного времени.

Применение:

• в качестве наполнителя в легких конструкционных материалах и сверхлегких бетонах, в стеновых блоках;
• мастики для герметизации трещин и швов, шпатлевки, герметики, синтактный пенопласт;
• огнезащитные краски, лаки;
• высокотемпературные изолирующие покрытия, огнеупорная керамика;
• изоляционные материалы;
• отделочный и штукатурный гипс для изоляции внешних стен зданий;
• теплоизоляционная радиопрозрачная керамика повышенной прочности;
• абразивные высокопористые материалы, высокопористые шлифовальные круги с закрытой структурой;
• геотермические цементы;
• в качестве наполнителя в неорганических строительных материалах;
• в качестве наполнителя в сухих строительных смесях;
• в качестве наполнителя в известковых растворах, цементе, штукатурке;
• в качестве наполнителя в высокопрочных износостойких половых покрытиях для промышленных помещений;
• в качестве наполнителя в изоляционных кровельных и звукозащитных материалах;
• в качестве наполнителя в отделочном и штукатурном гипсе для изоляции внешних стен зданий;
• в качестве наполнителя в звуко- и теплоизоляционных покрытиях;
• термопластичный состав для разметки дорог - для разметки автомобильных дорог и аэродромов с асфальтовым или асфальтобетонным покрытием;
• состав для защиты поверхности от налипания сварочных брызг;
• в качестве наполнителя в декоративных материалах;
• многие другие продукты, где требуется хорошая термоизоляция.

Микросферы стеклянные полые

Высокие физико-механические свойства позволяют применять эти микросферы в качестве многофункционального наполнителя высококачественных композиционных материалов, таких как:

 Применение:

• легкие конструкционные материалы;
• элементы плавучести, буи, аппаратура для подводных исследований, батискафы;
• облегченные материалы авиационно-космического назначения;
• композиционные материалы для радиотехники и электроники;
• синтактные пены для повышения жесткости ламинатов;
• слепочные и формовочные массы для медицинских целей (стоматология);
• мастики, шпатлевки, герметики;
• лаки, краски, клей;
• легкие цементы, строительные материалы;
• теплоизоляционные изделия;
• защитные материалы для уменьшения потерь нефтепродуктов при хранении;
• буровые растворы при цементировании нефтяных скважин для локализации выбросов нефти;
• эффективные добавки к взрывчатым веществам;
• полиацетали;
• подложки для катализаторов, работающих в режиме кипящего слоя.

Микрошарики из стекла

Применение:

• при «мокрой» обработке изделий с целью достижения требуемой степени шероховатости наиболее ответственных деталей двигателей;
• при сухой струйной обработке поверхностей деталей машин и изделий и т.д.
• в качестве компонента красок и термопластов используемых для светоотражающих дорожных разметок;
• в качестве наполнителей при производстве изделий из литьевых пластмасс, что позволяет получить изделия с повышенной ударопрочностью, жесткостью, износостойкостью, а так же устранить эффекты коробления и усадки, которые невозможно убрать изменениями режимов литья;
• в качестве наполнителей каучуковых композиций для гашения вибрации;
• в качестве наполнителей оболочек кабелей для снижения трения при протягивании кабеля;
• в качестве наполнителей эпоксидных композиций, полиуретанов, пенопластов, полиолефинов, эластомеров, цемента и многих других материалов для повышения долговечности, прочности, стойкости к коррозии и эрозионному износу;
• в качестве наполнителей порошковых покрытий электрических проводов, что значительно улучшает их механические, электрические и тепловые свойства;
• в медицинских целях в качестве наполнителя «ожоговых» ванн;
• в качестве присадок к смазочным материалам, что позволяет уменьшить износ деталей в 2-3 раза;
• в качестве модифицирующих добавок к клеям при ламинировании изделий с целью обеспечения заданной толщины клеевого слоя;

• Микросфера керамическая (алюмосиликатная)
• Микросфера стеклянная
• Микросфера с покрытием
• Микросфера силикатная (алюмосиликатная)
• Микрошарики из стекла

Полые микросферы алюмосиликатные из зол уноса электростанций

Прогрессивной тенденцией в материалоёмких отраслях является превращение промышленных отходов в сырьё, пригодное для индустриального использования. Это в полной мере относится и к микросферам из зол уноса, которые можно рассматривать как побочный промышленный продукт работы электростанций.

В условиях современной индустрии производство основных материалов и изделий всё в большей степени оценивается по параметрам, характеризующим количество образующихся отходов. Прогрессивной тенденцией в материалоёмких отраслях является превращение промышленных отходов в сырьё, пригодное для индустриального использования. Это в полной мере относится и к золам ТЭС.

Одним из наиболее ценных компонентов золы уноса являются микросферы (или ценосферы) — легкая фракция золы уноса, представляющая собой мелкодисперсный сыпучий порошок, состоящий из полых тонкостенных частиц сферической формы, алюмосиликатного состава, диаметром в несколько десятков или сотен микрон. На ТЭС, где зола удаляется в виде водной пульпы, микросферы, имея плотность менее 1 г/см3, самопроизвольно всплывают на поверхность водных бассейнов ЗО и находятся там длительное время в виде «пенных слоев» различной толщины.

На ТЭС России в основном применяется гидравлический транспорт золошлаков. Зола и шлак смешиваются с водой, и образовавшаяся пульпа насосами перекачивается по трубопроводам на гидрозолоотвалы (ГЗО). Тяжелая фракция золошлаков оседает на дне водных бассейнов, а плавающая фракция — микросферы — распределяется по поверхности воды. Толщина плавающего слоя зависит от содержания микросфер в золе, от продолжительности работы ТЭС и от конструкции инженерных сооружений на ГЗО.

Поскольку предварительная информация о влиянии каких-либо факторов на процессы образования микро- сфер была противоречива, то основным критерием при выборе ТЭС был определен объем сжигаемого угля. Из литературы было известно, что доля микросфер в золе может составлять 1…3% от всего сожженного на ТЭС угля, поэтому электростанции, сжигающие менее 200 тыс. т угля представлялись малоперспективными в последующем промышленном отношении. Для европейской части России, где сконцентрированы ТЭС средней мощности, был установлен порог по сжигаемому углю не менее 400 тыс. т угля в год. Для Урала, Сибири и Дальнего Востока, где основой энергетики являются крупные электростанции, порог был определен в 800 тыс. т угля в год. Объем выборки составил 42 электростанции. Выделенные ТЭС сжигают угли основных угольных месторождений: кузнецкие, донецкие, экибастузские, канско-ачинские, печерские, подмосковные и приморские.

Образование микросфер в золах уноса является сложным многостадийным процессом. Проведенные авторами исследования состава и структуры золы уноса различных ТЭС позволили выявить основные тенденции в процессах образования микросфер. Данные химического и рентгеновского анализа фракций зол уноса позволяют сделать вывод об однотипности физико-химических процессов, происходящих при образовании микросфер из минеральных примесей к углям различных угольных месторождений. Сравнительный анализ химического состава зол уноса основных угольных бассейнов, взятых на конкретных ТЭС, и химического состава микросфер с этих же электростанций показывает, что микросферы всех угольных месторождений близки по химическому составу, на них мало влияет изменение среднего состава зол уноса.

Это дает основание предположить, что микросферы образуются из минеральных частиц, способных при температуре выше 1200 °С образовывать эвтектические смеси и стеклофазу. К таким частицам относятся алюмосиликатные глинистые минералы и гидрослюды в совокупности с минералами с повышенным содержанием SiO2: кварц и полевые шпаты. На это также указывает совпадение плотности этих минералов и плотности вещества стенки микросфер. Такие частицы содержат в своем составе на примесном уровне приблизительно 1…3 % веществ, способных к газовыделению, например соединения Fe или Ca, а также кристаллизационную воду, что в условиях высокотемпературного воздействия при достижении частицами вязкотекучего состояния приводит к образованию полых моноячеистых сферических частиц микросфер.

К другому основному фактору, влияющему на содержание микросфер в золах уноса, следует отнести тепло-физические условия, в которых происходит образование микросфер. Так, в частности, обнаружено, что при сжигании однотипных углей в котлах с жидким шлакоудалением, которые имеют более высокую температуру по сравнению с котлами с твердым шлакоудалением, доля микросфер в золах уноса значительно выше. Еще одной группой факторов, влияющих на образование микросфер, являются условия, обеспечивающие в процессе сжигания углей, находящихся в турбулентном газодисперсном, воздушном потоке, термическую неоднородность частицам золы.

Именно термическая неоднородность приводит к тому, что различные частицы золы имеют существенно различные структурные характеристики. Термическая неоднородность вызвана неоднородным распределением температуры по сечению котла (в ядре факела температура может достигать 1700…1800 °С, в пристеночной области она составляет 700…1300 °С). Также большое влияние оказывает различие в массах отдельных частиц. Масса частиц может колебаться в пределах 10-9…10-5 г, соответственно и количество теплоты, обеспечивающее достижение близких реологических характеристик, также должна меняться на четыре порядка. Эти факторы дают оценочное представление о влиянии термической неоднородности на образование микросфер в золах уноса. В совокупности с факторами химического и фазовоминералогического характера процесс образования микросфер в золах уноса представляется достаточно сложной статистической задачей, решение которой с практической пользой возможно экспериментальным путем в реальных условиях для конкретных электростанций.

В связи с тем, что зольные микросферы являются многофункциональным материалом, были исследованы различные свойства микросфер. Проведен анализ химического состава, структурно- механических, теплофизических, диэлектрических свойств, стойкости в агрессивных средах и уровня естественной радиоактивности.

Всего исследовано 24 параметра микросфер. При определении свойств микросфер использовались технические подходы, разработанные для дисперсных материалов, но в ряде случаев, когда определяющее влияние оказывало наличие внутренней полости, разрабатывались специальные методы и оснастка.

Например, средний диаметр микросфер изменяется от 60 до 200 мкм, истинная плотность — от 0,5 до 0,7 г/см3, гидростатическая прочность — от 20 до 35 МПа, микросферы некоторых ТЭС более стойки в кислотных средах, а некоторых — в щелочных. Такие изменения параметров микросфер связаны с составом минеральных примесей в углях, а также с термическими условиями образования микросфер. Информация о всем спектре параметров микросфер может способствовать оптимальному подбору микросфер для решения тех или иных технических задач.

Полученные результаты дают основание предполагать, что зольные микросферы в соответствии со своими техническими характеристиками и потенциальным промышленным ресурсом могут конкурировать с такими широко используемыми материалами, как промышленные стеклянные микросферы, легковесные теплоизоляционные материалы, дисперсные наполнители пластмасс и другие композиционные материалы.

Применение микросфер настолько разнообразно, что, пожалуй, нет такой области науки, техники и промышленности, где не исследовалась бы возможность применения зольных микросфер или материалов, их содержащих. Микросферы занимают промежуточное положение между искусственными стеклянными микросферами и легковесными строительными материалами. По ряду таких параметров, как технология получения, свойства микросфер, технические характеристики, они примыкают к стеклянным микросферам. Вместе с тем, по возможным объемам производства, стоимостным показателям и относительной простоте изготовления, они, видимо, ближе к легковесным строительным материалам. С одной стороны, они начинают использоваться как наполнители пластмасс, а это традиционная область применения стеклянных микросфер. С другой стороны, активно исследуется их применение в облегченных бетонах, строительных растворах, а это область таких материалов, как керамзит, вспученный перлит и т.п. В целом, можно сказать, что зольные микросферы являются многофункциональным наполнителем материалов. Вариации диаметра и толщины стенки микросфер дают возможность получения материала с заданной структурой. Мелкодисперсность обеспечивает гомогенность материала в тонком слое. Алюмосиликатный состав придает инертность и химическую стойкость материалу. Низкая плотность позволяет получать легкий и теплоизоляционный материал. Сферическая форма и алюмосиликатный состав обеспечивают высокую прочность материала на изотропное сжатие.

Применение: микросферы алюмосиликатные

· использование в качестве легковесного наполнителя композиционных полимерных материалов различного назначения (легкая фарфоровая посуда, обувная промышленность, строительные материалы и т.п.);
· получение взрывчатых материалов (сенсибилизация взрывчатых веществ, введение микросфер позволяет регулировать плотность и детонационные свойства);
· изготовление звуко - и теплоизоляционных материалов (изоляция трубопроводов, электрических кабелей, звукопоглощающие панели, литейные формы, кирпичи для коксопечей, изоляционные засыпки и т.д.);
· материалы для обеспечения плавучести (так называемые синтактные пены);
· антикоррозионные покрытия (судостроение, создание нефтяных вышек, автомобилестроение);
· создание защитных поверхностных слоев для предотвращения улетучивания токсичных и легколетучих жидких веществ (нефти, нефтепродуктов) из открытых водоемов;
· изготовление полимерных композиций со специальными свойствами для электроники и электротехники (электромагнитные и радиочастотные экраны);
· материалы различного назначения для автомобильной промышленности (детали кузовов, пневматические шины, ламповые отражатели, энергопоглощающие щиты, бамперы, коррозионно-устойчивые замазки и шпатлевки).

Специалистами РФЯЦ-ВНИИЭФ ведется разработка ряда материалов с использованием микросфер. Например, на основе неорганических связующих (алюмофосфата или силиката натрия) и микросфер в качестве наполнителя разработаны негорючие теплоизоляционные пористые материалы. В готовом виде они представляют собой низкоплотный жесткий материал, хорошо поддающийся механической обработке.

Материал не содержит горючих компонентов, имеет температуру плавления 1100 °С, является хорошей альтернативой асбестсодержащим материалам и может быть использован в качестве огнестойкой теплоизоляции в различных инженерных конструкциях. В настоящее время исследована возможность применения разработанного пористого материала для огнестойких панелей. Высокая адгезионная прочность материала и отсутствие усадки при получении дают возможность использования его в виде сэндвич-элементов для изготовления многослойных панелей.

На основе цементного вяжущего и микросфер ведется разработка теплоизоляционного и конструкционного материала для изготовления защитных слоев в контейнерах для транспортировки и хранения делящихся материалов.

В состав разрабатываемого материала входят микросфера в качестве основного наполнителя, портландцемент и другие компоненты. Для сравнения в табл. 8 даны прочностные характеристики разрабатываемого материала и стандартного бетона, изготовленного из портландцемента марки 300 и кварцевого песка. Из таблицы видно, что замена песка на микросферы привела к существенному снижению плотности бетона практически без потери прочностных свойств.

Еще одной областью использования зольных микросфер может быть иммобилизация и консервация радиоактивных отходов. Развитие работ в области ядерной энергетики привело в настоящее время к образованию значительных объемов радиоактивных отходов. Одним из возможных решений проблемы удаления радиоактивных отходов является создание ионообменного материала, способного эффективно иммобилизовать тяжелые металлы, составляющие основу радиоактивных отходов, и обеспечивать их последующую консервацию в условиях длительного хранения. В этой связи использование микросфер в качестве носителя сорбента представляется весьма перспективным. На основе микросфер с модифицированной различными ионообменными реагентами поверхностью возможно получение нового, относительно дешевого ионообменного материала широкого спектра действия, обеспечивающего оптимальное использование сорбентов в тонком поверхностном слое и обладающего физико-химической устойчивостью природного силикатного материала.

Микросферы, модифицированные по поверхности ионообменными реагентами, способны адсорбировать до 70 Ku Cs на 1 кг веса микросфер. Через колонку, заполненную 1кг такого сорбента, можно пропустить приблизительно 100 000 л среднеактивного раствора (» 10-4 Ku/л) до полной его очистки от радиоактивных компонентов. Малое гидравлическое сопротивление слоя микросфер позволяет использовать высокие линейные скорости потоков жидкости. Применение такого материала наряду с задачей захоронения отходов атомной промышленности позволит эффективно решать проблему утилизации отходов топливно-энергетического комплекса.

Анализ современных тенденций, а также результаты собственных исследований дают основание полагать, что в России имеются реальные перспективы для промышленной утилизации зольных микросфер, причем направленные на это усилия несомненно принесут положительный эффект всем участвующим сторонам.