Пористая стеклокерамика из кремнистых пород

Вернуться к списку

Основная информация

Название :
Пористая стеклокерамика из кремнистых пород
Организация-исполнитель :
✓ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва"
Автор предложения:
Елена Земскова
Основное технологическое направление :
Новые материалы и способы конструирования, включая аддитивные производственные технологии
Дата публикации:
06.10.2022
Видимость :
Да
Аннотация:
Продукт:
Энергоэффективные и экологичные строительные материалы со средней плотностью от 180 до 600 кг/м3, прочностью при сжатии от 1,5 до 15,5 МПа, теплопроводностью от 0,05 до 0,12 Вт/м∙°С. Максимальная температура эксплуатации материала достигает 920 °С. Разработанные материалы показали высокую стойкость в условиях агрессивного воздействия химических и биологических сред, повышенных температур и переменной влажности.
Технология проста и уникальна:
Сырье:
Материал получен полностью из отечественного сырья. В Республике Мордовия большая сырьевая база цеолитсодержащих пород для производства пористой стеклокерамики. Месторождения данных пород есть во многих регионах РФ (Республика Татарстан, Орловская область и др.) Кальцинированная сода также отечественного производства. Если отработать технологию – масштабировать производство можно будет по всей стране.
Основные преимущества:
·    Экологичное производство – нет выбросов вредных веществ во время производства; материал экологичен во время эксплуатации, потому что получен из природного сырья.
·    Материал более легкий. В сравнении с газобетоном – в 2,5 раза. Таким образом, его расход в 2,5-3 раза меньше при возведении дома, что позволяет экономить ресурсы при строительстве.
·    Прочность. По сравнению с пеностеклом, с газо- и пенобетоном, газо- и пеносиликатом и с теплой керамикой – он прочнее более, чем в 2 раза при равной плотности.
·    Высокая химическая стойкость – наравне с пеностеклом.
·    Температура использования. Максимальная температура использования у пеностекла – не более 550 градусов, пористая керамика позволяет увеличить этот показатель в 1,5 раза до – 900 градусов.
·    Пористая керамика не обрастает плесенью.
·    Термическая стойкость по сравнению с пеностеклом высокая. Пористая стеклокерамика способна выдержать более резкие перепады температур.
Рынок:
По ряду показателей разработанные пористые стеклокерамические материалы на основе цеолитсодержащих пород превосходят пеностекло и могут быть использованы в качестве теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного материала при строительстве и реконструкции объектов атомной и нефтегазодобывающей промышленности, жилищно-гражданского строительства, трубопроводов, различных промышленных установок (плавильных печей, котельного оборудования) и т.п.
Уровень готовности технологии:
По уровню готовности технологии разработка сейчас находится на стадии TRL5 – создания производственной технологии.
Исследования ведутся в рамках гранта Российского научного фонда «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» №21-79-10422 (2021-2024 гг.) и по программе Минобрнауки «Приоритет 2030».
Получен патент на изобретение № 2718588 от 08.04.2020 г. «Способ изготовления легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала».
Номер ЕГИСУ НИОКТР
121101200057-6

Решаемые проблемы и области применения

Решаемые проблемы :
Получение из цеолитсодержащих пород и добавок отечественного производства энергоэффективных экологичных строительных материалов со средней плотностью от 180 до 600 кг/м3, прочностью при сжатии от 1,5 до 15,5 МПа, теплопроводностью от 0,05 до 0,12 Вт/м∙°С, с максимальной температурой эксплуатации материала до 920 °С, высокой стойкостью в условиях агрессивного воздействия химических и биологических сред, повышенных температур и переменной влажности.
Актуальность проблемы:
Материал получен полностью из отечественного сырья: цеолитсодержащей породы и добавок отечественного производства. В Республике Мордовия большая сырьевая база цеолитсодержащих пород. Месторождения данных пород есть во многих регионах РФ (Республика Татарстан, Орловская область и др.) Кальцинированная сода также отечественного производства. Технология проста и уникальна одновременно и представляет собой совместный сухой помол цеолитсодержащей породы и добавок отечественного производства с последующим обжигом при температуре 850°С. В результате чего получается легкий, прочный, экологичный, термически и химическистойкий материал. По сравнению с пеностеклом, с газо- и пенобетоном – он прочнее более, чем в 2 раза при равной плотности. Максимальная температура использования пористой керамики 920 градусов. Изделия из нового материала могут быть использованы в качестве теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного материала при строительстве и реконструкции объектов атомной и нефтегазодобывающей промышленности, жилищно-гражданского строительства, трубопроводов, различных промышленных установок (плавильных печей, котельного оборудования) и т.п. Низкая теплопроводность материала в сочетании с малым весом изделий из него позволит успешно применять его при строительстве зданий и сооружений в условиях крайнего Севера. Благодаря низкой теплопроводности при эксплуатации зданий уменьшиться потребление энергии в северных регионах, а легкость монтажа снизит стоимость и сроки строительства по сравнению с традиционными материалами. Следует отметить, что основным конкурентом пористой стеклокерамики является пеностекло, больший объем которого завозится из-за рубежа. Таким образом, речь идет еще и об импортозамещении. https://doi.org/10.3390/ma15093268 https://engstroy.spbstu.ru/userfiles/files/2021/2(102)/02.pdf https://engstroy.spbstu.ru/userfiles/files/2020/8(100)/06.pdf
Потенциальный экономический эффект:
Снижение себестоимости конечного продукта за счет использования доступного сырья в необходимых объемах и добавок отечественного производства. Уменьшение количества материала при строительстве и реконструкции за счет улучшения свойств (уменьшение толщины стены за счет увеличения прочностных характеристик, а также уменьшения теплопроводности материала и т.п.).
Технологическая схема:
Для внедрения технологии в производство необходимо проведение ОКР. Организация полупромышленного производства.
Области применения:
Строительство и девелопмент

Технология

Описание технологии и ее ценность :
Совместный сухой помол цеолитсодержащей породы и добавок отечественного производства с последующим обжигом при температуре 850°С.
Научная база :
https://patenton.ru/patent/RU2718588C1.pdf http://www.crism-prometey.ru/Conferences/Arctech-2021/MTA-21-MGU-Ogareva.pdf https://doi.org/10.3390/ma15093268 https://engstroy.spbstu.ru/userfiles/files/2021/2(102)/02.pdf https://engstroy.spbstu.ru/userfiles/files/2020/8(100)/06.pdf
Конкурентные технологии :
https://patenton.ru/patent/RU2600252C1.pdf https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=WO1997036835 https://patents.s3.yandex.net/RU2524218C1_20140727.pdf
Инновационность технологии, конкурентные преимущества :
Доступное сырье в необходимых объемах; Экологичное производство; Высокая прочность; Высокая химическая стойкость; Высокая максимальная температура использования; Высокая термическая стойкость
Потенциал импортозамещения :

Текущее состояние

Описание текущего состояния :
ОКР
Интеллектуальная собственность :
Название документа «Способ изготовления легковесного керамического теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала».
Номер 2718588 от 08.04.2020 г.
Текущее финансирование :
15000000
Текущее финансирование (Описание) :
Грант РНФ 18-73-00213 , Грант РНФ 21-79-10422
План развития :
2024 Составы и технологические рекомендации для получения материала.

Команда проекта

Численность проектной команды :
6
Структура и компетенции команды :
Описание проектной команды: структура, направления исследований, темы выполненных проектов
Члены команды :
Родин Александр Иванович за последние 5 лет опубликовал 75 научных публикаций, в том числе 10 в журналах из базы данных Scopus и Web of Science (2 в журналах с Q1, 3 в журналах с Q2), 2 монографии, 9 патентов на изобретения РФ. За последние 5 лет являлся руководителем грантов РААСН и Минстроя России, Президента Российской Федерации для государственной поддержке молодых российских ученых, РНФ, а также исполнителем по грантам РААСН и Минстроя, РФФИ, Erasmus+. Родиным А.И. разработана и внедрена технология и составы для получения энергоэффективных экологически чистых строительных материалов на основе кремнистых пород и добавок отечественного производства за один нагрев исходного сырья плотностью 200-600 кг/м3, прочностью до 10 МПа, теплопроводностью 0,0583 Вт/м∙К и более, с максимальной температурой эксплуатации материала до +850°С, повышенной биологической, химической и термической стойкостью. Также установлен механизм формирования пористой структуры стеклокерамических материалов на основе кремнистых пород и добавок отечественного производства получаемых за один нагрев шихты. Полученные материалы могут быть использованы в качестве теплоизоляции АЭС, трубопроводов, промышленных установок (плавильных печей, котельного оборудования) и т.п. Полученные в рамках проекта результаты станут базой для написания докторской диссертации.
Ермаков Анатолий Анатольевич с 2019 по 2020 гг. являлся исполнителем гранта РНФ № 18-73-00213 «Разработка и внедрение энергоэффективных экологически чистых строительных материалов на основе кремнеземсодержащих пород и добавок отечественного производства за один нагрев исходного сырья, стойких в условиях агрессивного воздействия химических и биологических сред, повышенных температур и переменной влажности». В 2020 году защитил магистерскую диссертацию на тему: «Разработка составов шихты для пеностеклокерамики с использованием местной сырьевой базы». Результаты работы внедрены в реальном секторе экономики. Сейчас является аспирантом первого года обучения. Тема диссертации непосредственно связана с темой проекта. За последние 2 года Ермаковым А.А. опубликовано 6 научных публикаций, в том числе 2 в журналах из базы данных Scopus (Q2). Еще одна статья в журнале из базы данных Scopus (Q2) выходит в марте 2021 года. По результатам выполнения проекта Ермаковым А.А. планируется защита кандидатской диссертации.
Кяшкин Владимир Михайлович за последние 5 лет опубликовал 26 научных публикаций, в том числе 17 в журналах из базы данных Scopus и Web of Science (5 в журналах с Q1, 5 в журналах с Q2). Кяшкин В.М. является ведущим специалистом МГУ им. Н.П. Огарёва в области исследования структуры и фазового состава материалов методом рентгеноструктурного анализа. Работы в рамках проекта будут связаны с исследованием особенностей фазовых превращений, происходящих в разрабатываемых материалах от рецептурных факторов и технологических особенностей их получения методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии и др.
Ерофеева Ирина Владимировна кандидат технических наук, за последние 5 лет опубликовала 65 научных публикаций, в том числе 7 в журналах из базы данных Scopus и Web of Science, 6 патентов на изобретения РФ. Научные труды связаны с исследованием в области получения высокопрочных композиционных строительных материалов посредством порошковой активации компонентов, а также в области исследования физико-механических, теплофизических и других свойств строительных материалов. Работы в рамках проекта будут связаны с получением количественных зависимостей изменения физико-механических, теплофизических и других свойств разрабатываемых материалов от рецептурных факторов и технологических условий их получения.
Родина Наталья Геннадьевна за последние 5 лет опубликовала 11 научных публикаций, в том числе 2 в журналах из базы данных Scopus, 3 патента на изобретения РФ. Научные труды связаны с исследованием в области механической активации диспергированием твердых тел, а также разработки строительных материалов с повышенной биологической и климатической стойкостью. Работы в рамках проекта будут связаны с изучением влияния механохимической активации шихты на ее свойства, а также свойства готовых материалов.
Кравчук Алексей Сергеевич с 2018 по 2019 гг. являлся исполнителем гранта РНФ № 18-73-00213 «Разработка и внедрение энергоэффективных экологически чистых строительных материалов на основе кремнеземсодержащих пород и добавок отечественного производства за один нагрев исходного сырья, стойких в условиях агрессивного воздействия химических и биологических сред, повышенных температур и переменной влажности». Результаты работы внедрены в реальном секторе экономики. Сейчас является аспирантом четвертого года обучения. Тема диссертации непосредственно связана с темой проекта. Кравчуком А.С. опубликовано 8 научных публикаций, в том числе 1 в журналах из базы данных Scopus (Q1) и 1 патент на изобретение РФ. По результатам выполнения проекта Кравчуком А.С. планируется защита кандидатской диссертации.

Предложение инвестору / партнеру

Потребность в производственном партнёре :
Для внедрения технологии в производство необходимо проведение ОКР. Организация полупромышленного производства.
Необходимые ресурсы для реализации проекта :
15 млн. руб.
Дорожная карта развития проекта :
2025
Технология производства и составы.
Контактная информация