Г.Саран, ШУТИС-ийн Материал судлалын төвийн захирал, дэд профессор, доктор (Ph.D), 

Р.Долгоржав, ШУТИС, Хэрэглээний шинжлэх ухааны сургуулийн ХИТ-ийн багш, доктор (Ph.D), МУ-ын мэргэшсэн инженер

Монгол улс нь 2024 оны байдлаар вермикулит, хөөсөн шавар, доломит болон шамот зэрэг эрдэс суурьтай дулаан тусгаарлах материалыг 1.8 мянган тонныг импортлон оруулж ирж хэрэглэсэн бөгөөд үүнд эрдэс хөвөнгийн хэмжээ ороогүй болно. Өөрөөр хэлбэл эрдэс суурьтай дулаан тусгаарлах материалын ихэнх хэсгийг импортлон оруулж ирж хэрэглэдэг гэсэн үг юм.    

Иймээс энэхүү нийтлэлдээ манай улсад үйлдвэрлэх боломжтой эрдэс суурьтай дулаан тусгаарлах материалын талаар танилцуулахыг зорьлоо.

Бидний мэдэж буйгаар дулаан тусгаарлагч материал гэдэг нь дулаан дамжуулах чадвар багатай, дулаан болон хүйтний алдагдлыг бууруулдаг материалууд юм. Дараах зурагт барилгын дотор хананы дулаалгын бүдүүвчийг үзүүллээ.

Зураг 2. Дулаалгын систем

Тусгаарлагч материалыг ихэвчлэн тухайн материалыг үйлдвэрлэсэн түүхий эдээр нь ангилдаг. Гэхдээ тусгаарлах материалуудыг дулаан тусгаарлах үйлчлэлийн төрөл, хэлбэр дүрс, боловсруулалтын арга эсвэл ашиглах зориулалтаар нь мөн ангилж болно. 

Европын улс орнууд 2000-д оны эхэн үеэс кальцийн силикатан дулаан тусгаарлагч материалыг дулааны тоног төхөөрөмжийн дулаан тусгаарлалтын зориулалтаар хэрэглэж эхлээд дараа нь барилгын дотор ханын дулаалга, хуучин барилгын дулаалга зэрэгт хэрэглэдэг болжээ. Учир нь энэхүү материал нь дулаан тусгаарлах өндөр чадвартайгаас гадна чийгийн үйлчлэлд тэсвэртэй, мөөгөнцөр үүсгэдэггүй, мөн галд тэсвэртэй зэрэг давуу шинж чанартай юм.

Кальцийн силикатан дулаан тусгаарлагч материал нь ихэвчилэн шохой болон элс буюу байгалийн эрдэс бодисоос бүрддэг. Тиймээс эдгээр нь байгаль орчинд ээлтэй дулаалгын материалд тооцогддог. Уг барилгын материалыг үйлдвэрлэх болон ашиглах явц нь байгаль орчинд хэт их ачаалал өгдөггүй бөгөөд өдгөө 'Cradle-to-Cradle' (эргэх холбоотой үйлдвэрлэл) гэрчилгээтэй бүтээгдэхүүнүүд ч бий болсон байна. 

Зураг 3.Эрчим хүчний хэмнэлттэй гэдгээрээ кальцийн силикатан материал нь эрэлт ихтэй 

Түүнчлэн кальцийн силикат материалууд нь зөвхөн экологийн сайн үзүүлэлттэй төдийгүй өрөөний агаар руу ямар нэгэн хорт хий ялгаруулдаггүй тул эрүүл мэндэд хоргүй гэж үздэг. Харин боловсруулалт хийх буюу ялангуяа хавтанг зүсэх үед гарч буй тоосоор амьсгалахаас сэргийлж, амны хаалт зүүх шаардлагатай сул талтай байна.

Кальцийн силикат хавтангаар хийсэн дотор дулаалга нь агаар болон уур нэвтрүүлэх чадвартай тул өрөөний таатай уур амьсгалыг бүрдүүлдэг. Үүний зэрэгцээ кальцийн силикат нь ихэвчлэн ус түлхэх шинж чанартай (гидрофоб) бөгөөд рН-ийн үзүүлэлт өндөртэй байдаг. 

Иймээс энэ нь дотор орчинд мөөгөнцөр үүсэхээс сэргийлдэг. Мөөгөнцрийн эсрэг болон чийг зохицуулах эдгээр шинж чанараараа уг дулаалгын материал нь хуучны барилга, байшингуудыг засварлаж шинэчлэхэд хамгийн шилдэг сонголт болдог. Ийм барилгуудын хувьд барилгын биологийн шалтгаанаар эсвэл түүхэн дурсгалт барилгын хамгаалалтаас шалтгаалан гадна талын фасадыг өөрчлөх боломжгүй байдаг тул зөвхөн дотор дулаалга хийх шаардлага гардаг.

Уур даралтын орчинд силикатад агуулагдах  кварцын урвалд орох чадварыг гидротермаль нөхцөлд ашиглаж болох бөгөөд энэ нь цементгүй сүвэрхэг материал үйлдвэрлэхэд ихээр ашиглагддаг. Гидротермаль гэдэг нь өндөр температурт уурын орчинд барьцалдах процессыг хэлнэ.  

Чийг дулааны боловсруулалтыг шохой, цахиурын элс болон хий үүсгэгч (нүх сүв үүсгэгч) бодисыг устай хольr суспенз бэлтгэж хэвлэнэ. Энэ үед химийн анхны урвалууд идэвхжиж эхэлдэг байна. Хавтангийн уян хатан байдал, механик бат бөх чанарыг нэмэгдүүлэхийн тулд маш бага хэмжээгээр утсархаг целлюлоз нэмж өгдөг байна. Утсархаг целлюлоз нь материалд хагарал үүсэхээс сэргийлж, бүтцийг бэхжүүлж, дотоод согог үүсэх болон тархах явцыг бууруулснаар кальцийн силикат хавтангийн чанарыг сайжруулдаг. Бэхжүүлэх нөлөө нь утсархаг материалын төрөл, талуудын харьцаа (урт ба өргөний харьцаа), түүхий эдийг задлах арга, тархалт, чиглэл болон мяндас ба хавтангийн матриц (үндсэн бүтэц) хоорондын барьцалдааны хүч зэрэг олон хүчин зүйлээс хамаардаг байна. Утсархаг целлюлоз нь хавтан дотор жигд тархсанаар хоорондоо холбогдсон сүлжээг үүсгэн, бэхжүүлэх нөлөөг нэмэгдүүлдэг байна. Үүний эсрэгээр, жигд бус тархсан тохиолдолд хоёр үндсэн асуудал үүсдэг байна. Үүнд нэгдүгээрт, утсархаг целлюлоз бөөгнөрснөөр нягтын тэнцвэргүй байдал үүсэж, ус шингээлт нэмэгдэн, хавтангийн ашиглалтын хугацааг богиносгодог. Хоёрдугаарт, утсархаг целлюлоз багатай хэсгүүд нь гадны хүчний нөлөөнд өртөмтгий болж, улмаар хавтангийн бүрэн бүтэн байдалд сөргөөр нөлөөлдөг ажээ.

Түүхий эдүүдийг сайтар хольж бэлтгэсэн суспензийг автоклавт 180°C-200°C-ийн температурт, 0.9-1.6 МПа даралттай уураар үйлчлэн бэхжүүлж гарган авдаг. Үүний дүнд шохой, цахиурын элс хоорондоо нэгдэж янз бүрийн дүрсийн кальцийн гидросиликатуудыг үүсгэнэ.

Зураг 4. Кальцийн силикатан материалын үйлдвэрлэлийн хялбарчилсан технологийн бүдүүвч ба хэрэглээ

Дээр дурьдсан уур, даралтын нөхцөлд кальци болон цахиур химийн урвалд орж, тоберморит болон ксонотлит хэмээх маш тогтвортой талст бүтцийг үүсгэдэг. Энэ бүтэц нь хавтанг галд тэсвэртэй, хэлбэрээ алддаггүй, бат бэх болгодог. Үүний зэрэгцээ тоберморит болон ксонотлитын эрдэс нь маш сүвэрхэг бүтцийг үүсгэдэг. Кальцийн эх үүсвэрт ихэвчлэн шохой (CaO) ордог бөгөөд үүнд түүхий шохой, унтраасан шохой болон кальцийн карбидын шаарга зэрэг материалууд багтана. Харин цахиурын эх үүсвэр нь голчлон элс SiO₂-оос бүрдэх ба үүнд диатомит шороо, кварцын нунтаг болон үнс ордог. Практикт кальцийн силикат хавтанг үйлдвэрлэхдээ хэлбэр, нүх сүвийн тархалтын хяналтыг сайжруулах зорилгоор бага хэмжээний цемент нэмдэг. Өнөөдөр ихэнх үйлдвэрлэгчид үйлдвэрлэлийн явцыг илүү сайн хянахын тулд шохойн тодорхой хэсгийг цементээр орлуулсан шохой-цементийн хольцыг ашигладаг байна

Энэхүү сүвэрхэг бүтэц нь дулаан дамжуулалтыг бууруулаад зогсохгүй мөн агаар болон уур нэвтрүүлэх нөхцөлийг бүрдүүлдэг байна.Өөрөөр хэлбэл кальцийн силикат хавтан нь капилляр идэвхтэй материал юм. Энэ нь өрөөний агаараас чийгийг өөртөө шингээж, маш жижиг нүх сүвэндээ хадгалах бөгөөд шаардлагатай үед буцаан гадагшлуулж агаарт ууршуулдаг гэсэн үг. Ингэснээр хананд цантсан ус (конденсат) тогтох боломжгүй болно.Зураг 5. Кальцийн силикатан материалын сүвэрхэг бүтэц нь усыг сайн нэвтрүүлдэг

Автоклаваас гарсан хавтангуудыг чийггүй болтол нь хатаах зууханд оруулна. Дараа нь стандартын хэмжээгээр зүсэж, ирмэгийг нь засдаг байна. Эцсийн шатанд хавтангийн гадаргууг зүлгэж тэгшлэх эсвэл ус түлхэх шинж чанартай болгохын тулд тусгай түрхлэгээр бүрж болно.

Кальцийн силикат материал нь диффузийн маш өндөр нэвтрүүлэлттэй (μ = 3-6) бөгөөд уур тусгаарлагчгүйгээр суурилуулдаг. Тус дулаан тусгаарлах хавтангийн дулаан дамжуулалтын илтгэлцүүр нь λ = 0.045–0.068 Вт/мК байна. Кальцийн силикат хавтангууд нь чийгийг идэвхтэй зохицуулснаар өрөөний таатай уур амьсгалыг бүрдүүлж, ханыг дулаан байлгадаг. Эдгээр нь илжирч мууддаггүй, насжилтад тэсвэртэй, хэлбэрээ алддаггүй бөгөөд шавж болон мэрэгч амьтдад тэсвэртэй байна. 

Хавтангууд нь 15-аас 65 мм хүртэлх зузаантай байдаг  ба 15 мм-ийн хавтанг голчлон цонхны амсар хэсэгт, харин зузаан хавтангуудыг хананд ашигладаг. Суурилуулалтыг тусгай цавуу, хөнгөн зуурмаг эсвэл тэлэгч боолтоор гүйцэтгэнэ. Маш тэгш бус хананы том хонхорхойг өмнө нь кальцийн силикатын мөхлөгөөр дүүргэдэг. Модон бүтээцийн хувьд хавтангуудыг модон эрэг эсвэл хавчаараар модон тулгуурт шурагдаж болно. Кальцийн силикат хавтан нь шатдаггүй (EN 13501-1 стандартын дагуу А1 ангилал) бөгөөд гал гарах үед ямар нэгэн хорт хий ялгаруулдаггүй байна.

 Зураг 6. Кальцийн силикатан дулаан тусгаарлах материал

Манай оронд дулаан тусгаарлах материалыг эрдэс түүхий эдээс гарган авах судалгааны ажил хийгдэж байсан. Б.Өлзийбүрэн Дундговь аймгийн шаварлаг опокийг ашиглан дулаан тусгаарлах керамик материал гарган авах судалгааг хийжээ. Ингэхдээ хий үүсгэх арга болон шаматхай нэмэлт хэрэглэх аргыг хослуулан ашигласан байна. Хий үүсгэгчээр хөнгөнцагааны нунтаг ашиглан 800-950 кг/м3 эзлэхүүний цултай, 47-55%-ийн сүвэрхэгжилттэй; 2.2-3.5 МПа бат бөхтэй эдлэхүүн гарган авсан байна. Харин полистиролыг шатамхай нэмэлт болгон ашиглаж 580-800 кг/м3 эзлэхүүний цултай,  55-67%-ийн сүвэрхэгжилттэй 1.5-2.5 МПа бат бөхтэй эдлэхүүн гарган авсан байна.

Г.Саран, Х.Зайферт нар судалгааны ажилдаа Циммер-Шварц фирмийн керамикийн хөөс үүсгэгчийг ашиглан галд тэсвэртэй бетоны микро сүвэрхэг хөнгөн дүүргэгчийг гарган авчээ. Уг кальцийн силикатан материал нь  0,24-0,30 г/см3 эзэлхүүний  цултай, 0.93-1.91 МПа-ын бат бэхтэй, 1100ºС-ын температурын үед 0,12-0,134 Вт/мК дулаан дамжуулалтын итгэлцүүртэй, 78-85.4 %-ийн нүх сүвтэй байсан байна. Г.Саран Цогт-Овоогийн анхдагч каолинитийг түүхий эдээр сонгож С285  (ХБНГУ) маркийн техникийн шингэн саван, эдлэлийн жинг хөнгөрүүлэх зорилгоор нарийн ширхэглэлтэй модны үртэс, сонингийн цаас зэргийг ашиглан 0,47  г/cм3 эзэлхүүний цултай, 1,84  МПа бат бөхтэй, дулаан дамжуулалтын илтгэлцүүр нь 1000°С-ийн температурт  0,28  Вт/мК бүхий пеношамотон эдлэл гарган авчээ. 

Тэгвэл магистр Г.Наранхүү нь дулаан тусгаарлах материалын түүхий эдийн судалгааг гүйцэтгэсэн бөгөөд түүхий эдээр Хөтөлийн шохой, Мандал-Овоогийн анхдагч шавар болон Эрдэнэтийн УБҮ-ийн баяжуулалтын хаягдал цагаан тоосыг авч хэрэглэсэн байна. Уг судалгааны ажлаараа Эрдэнэт Үйлдвэрийн баяжуулалтын хаягдал цагаан тоос нь химийн найрлагаараа нэг их хэлбэлзэлгүй байгаа нь үйлдвэрлэлийн зорилгоор ашиглах боломжтойг тогтоосон байна. Мөн уг тоосны эрдэс зүйн найрлаганд  кварц (52-56 %) зонхилон, багагүй хээрийн жонш (35-45 %), бага зэрэг шаварлаг мөн төмрийн сульфид агуулагдаж байна. Эрдэнэтийн УБҮ – ийн баяжуулалтын хаягдал  цагаан тоосны цахиурын оксидын агууламж нь 65%-иас дээш байгаа нь түүнийг гидротермаль нөхцөлд бэхжүүлэн гарган авдаг дулаан тусгаарлах материалын түүхий эдээр ашиглах боломжтойг тогтоосон байна. 

С.Баяржаргал, Р.Долгоржав нар Дархан-Уул аймгийн Хөтөл ордын шохойн чулуу, Дорноговь аймгийн Даланжаргалан сумын Өргөн ордын шохойн чулуу, Ховд аймгийн Цахир ордын шохойн чулуу, Өмнөговь аймгийн Цогт-Овоо сумын нутагт орших Цогт-Овоогийн ордын шаврыг, түүхий эдээр сонгон авч харьцуулсан судалгааг гүйцэтгэсэн байна. 

Эдгээр судлаачид нь Цогт-Овоогийн анхдагч шаврыг баяжуулан авч түүнээсээ гарган авсан метакаолин болон Цахирын шохойн чулуунаас гарган авсан шохойг стехиометрийн харьцаагаар авч суспенз үүсгээд, техникийн шингэн хөөсрүүлэгчээр хөөлгөн автоклавт 190°С-ийн температур, 1.2 МПа даралтын орчинд 10 цаг бэхжүүлэн туршилт хийхэд дээжинд кальцийн силикат болох тоберморит болон ксонотлитын эрдэс үүссэнийг тогтоосон байна.