Carbonization and crushability of structured sand-sodium-silicate mixtures

User Rating:  / 0


L. I. Solonenko,, Odessa National Polytechnic University, Odesa, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

R. V. Usenko,, National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipro,

Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

K. I. Uzlov,, National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipro,

Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

A. V. Dziubina,, National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipro,

Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

S. I. Repiakh,, National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipro,

Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2020, (5): 040-046


Purpose. To identify the regularities of kinetics of carbonization process in thin layers of solidified sodium-silicate solution and to describe the mechanism of changes in surface strength of structured sand-sodium-silicate mixtures as per time.

Methodology. Determination of ultimate compressive strength and crushability resistance was carried out on samples with dimensions of Æ50 ´ 50 mm. The samples were prepared from mixtures of quartz sand and 5 % by weight of binder material (sand-sodium-silicate mixture, phenol-formaldehyde resin), as well as quartz sand cladding with sand-sodium-silicate mixture. Sand-sodium-silicate mixture carbonization kinetics was studied in a layer of hollow glass balls, previously clad with liquid sodium sand-sodium-silicate mixture. Excerpt and determination of ball mass as per duration of their staying in the air were carried out in a climatic chamber. Ball surface appearance was recorded by microscopic photographing with an up to 25 times magnification. Influence of materials-modifiers on dehydrated sodium silicate solute carbonization was investigated by visual assessment of cladding layer surface of glass balls. For this matter, glass balls of Æ10 mm were cladded with pure or modified sodium silicate solute followed by air drying for 6 hours. Cladding layer surface quality was evaluated after 48 hours of exposure in the climate chamber at 24–28 °C with 60–85 % relative humidity.

Findings. With increasing short-term storage (up to 24 hours) of structured sand-sodium-silicate mixtures in air, their strength increases and crumbling decreases. With long-term storage – strength decreases and crumbling increases. Storage of prepared sand-sodium-silicate mixtures should be carried out in a hermetically sealed container using a portion of sodium hydroxide. For the first time, kinetics of sodium-silicate mixtures carbonization in a layer 20 µm thick has been established. Based on the experimental data, kinetic curves for sodium silicate solute in clad layer carbonization are constructed. The reasons of extremum on kinetic curves presence are considered. Analytical expression for dependence of structured sand-sodium-silicate mixture crushability on the time of their staying in air has been developed. It is established that, among technological additives in sodium silicate solute tested in the work, no additive prevents or slows down the process of dehydrated sodium silicate solute in clad layer carbonization.

Originality. For the first time, kinetics of sodium-silicate mixture carbonization in a layer about 20 µm thick has been investigated. It has been established that the process of sodium-silicate mixture carbonization begins without an induction period and is of an extreme nature. For the first time, analytical dependence of structured sand-sodium-silicate mixture crushability as per time they excerpt in air has been elaborated.

Practical valueRecommendations for long-time storage of granular materials containing finely dispersed sodium silicate or clad with sodium silicate have been developed. Implementation of the recommendations will allow reducing technological losses, improving the work on strengthening soils with sodium-silicate mixture quality and improving the quality of concrete and castings produced in sand-sodium-silicate mixture forms.


1. Zhuginisov, M. T., & Kazimir, S.  V. (2015). Analytical review of the technology of the technology of refractory concrete on the basic Solid sodium silicate. Vestnik KazNTU3(109), 428-433. ISSN 1680-9211.

2. Abdrakhimov, V. Z., Abdrakhimov, E. S., & Abdrakhimov, I. D. (2017). Getting insulating material based in liquid glass and coal conversion wastes generated during coking coal preparation. Ugol – Russian Coal Journal4, 64-67.

3. Abdrakhimov, E. S. (2019). Use of waste fuel and energy complex – burned rocks and tailings of chromite ore in the production of porous aggregate on the basis of liquid-glass compositions. Ugol – Russian Coal Journal7, 67-69.

4. Kogan, V. E. (2016). Inorganic and organic vitreous foam materials and prospect of environmental cleaning from oil and oil products pollutions. Journal of Miming Institute, 218, 331-337. ISSN 0135-3500.

5. Karateev, A. M., Ponomarenko, O. I., & Berlizeva, T. V. (2018). Current trends in the use of liquid glass mixtures with ether hardeners. Equipment and tools for professionals2(204), 70-72.

6. Krutilin, A. N., Huminski, Yu. Yu., & Rusevich, O. A. (2018). Improvement of efficiency of use of liquid-glass mixtures. Part 4. Combined strengthening. Foundry production and metallurgy4(93), 38-44. ISSN 1683-6065.

7. Tkachenko, S. S., Kolodiy, G. A., Znamensky, L. G., & Ermolenko, A. A. (2018). Cold mixture of inorganic binder: status and prospects of development (inorganic vs. organic). Foundry production and metallurgy2(91), 16-22. ISSN 1683-6065.

8. Krutilin, A. N., Huminski, Yu. Yu., & Kulbitskaya, L. V. (2018). Efficiency upgraging in utilization of liquid-glass mixtures. Part 2. Electro-physical methods of action. Foundry production and metallurgy2(91), 50-56. ISSN 1683-6065.

9. Solonenko, L. I., Bilii, O. P., & Uzlov, K. I. (2018). Functional deposits between the authorities with the structured and formal sums. Theory and practice of metallurgy, 6, 93-100. ISSN 1028–2335.

10. Solonenko, L., Prokopovitch, I., Repyakh, S., Sukhoi, K., & Dmytrenko, D. (2019). System analysis of modern areas of increasing environmental and sanitary hygienic safety of using cold hardening mixtures in foundry. Proceedings of Odessa Polytechnic University1(57), 90-98. https://

11. Grishina, A. N. (2017). Liquid-glass building materials for special purposes. Moscow: Publishing house MISI – MGSU. ISBN 978-5-7264-1526-0.

12. Hyminski, Yu. Yu., & Rovin, S. L. (2019). Eco-friendly liquid-glass binder modified by ultra-dispersed materials. Foundry production and metallurgy3, 41-45. ISSN 1683-6065.

13. Muljani, S., Dewati, R., Suprihatin, & Sumada, K. (2019). Precipitated Silica by Precipitation Process of The Sodium Silicate Solution with Carbon Dioxide Gas (CО2) on Fixed Bed ColumnInternational Seminar of Research Month Science and Technology for People Empowerment, 2018, 231-236. ISSN 2622-9692.

14. Krutilin, A. N., Guminsky, Yu. Yu., & Rusevich, O. A. (2018). Improving the efficiency of the use of liquid-glass mixtures. Overview information. Part 1. Modification. Foundry production and metallurgy1(90). 47-54. ISSN 1683-6065.

Tags: carbonizationsand-sodium-silicate mixturesairwatercrushabilitycarbon dioxidehumiditystrength

Related news items:

Newer news items:

Older news items: