Манай тооллын өмнөх ойролцоогоор 3-4 мянган жилийн тэртээгээс барьцалдах материалуудыг анх шатааж зохиомлоор гарган авч байжээ. Тэдгээрээс анхных нь барилгын гөлтгөнө байсан гэж үздэг. 

Гөлтгөний дараагаар кальцийн шохой, шохойн чулууг өндөр температурт шатааж гарган авсан. Египетчүүд пирамид ба бусад түүхэн дурсгалт байгууламжуудыг барихдаа гөлтгөнө болон шохойтой холимог зуурмагийг бэлтгэн барьдаг байжээ.

Манай эриний эхэн үеэс тэр үед хэрэглэгдэж байсан хуурай орчинд ашиглагддаг зориулалттай барьцалдах материал болох гөлтгөнө ба шохой нь 1800-д оны үеэс эхлэн барилгын материалын хэрэгцээг хангаж чадахгүй байсан учраас усанд тэсвэртэй, илүү өндөр бат бөхтэй материалыг шаардаж эхэлсэн. Жозеф Аспдин нь нарийн нунтагласан шаврыг шохойн чулуутай хольж шатаан 1824 онд “Портландцемент” хэмээх материалын патентийг эзэмших болсон. 

Аспдиний технологийн онцлог нь шохойн чулууг бүрэн шатааж, дараа нь шаврыг шохойтой хольж дахин шатаасанд байдаг. Аспдиний цемент нь хангалттай өндөр температурт бүтээгдээгүй байсан учир түүний хүү Виллиам нь ойролцоогоор 1400ºC-ийн өндөр халуунд түүхий хольцыг шатаах нь илүү зохимжтой гэдгийг олжээ.  

Зураг 1. Шохой болон цемент нь эрдсэн барьцалдуулах материалын тоонд ордог

1845 онд Виллиамийн гол өрсөлдөгч Исаак Жонсон шохой ба шаврын хольцыг арай өндөр температурт (1400ºC-1500ºC) шатааж цементийн шинж чанарыг сайжруулсан ба энэ нь одоо үед хэрэглэгдэж байгаа технологитой төстэй юм. Өндөр температурт түүхий эдээ шатааснаар гарган авах бүтээгдэхүүний урвалд орох идэвхи сайн, барьцалдах чадвараараа илүү сайн болсон байдаг. Портландцемент үйлдвэрлэлийн процесст гурван маш чухал дэвшилтийг гаргахад тус болжээ. 

Үүнд: - Эргэх зууханд гарсан дэвшил - Бэхжилтийг зохицуулахын тулд гөлтгөнийг нэмэлтээр хэрэглэх болсон - Клинкер ба түүхий эдийг нунтаглахад бөмбөлөгт тээрмийг ашиглах болсон зэрэг юм. 

Монгол оронд IV зууны үеэс барьцалдах материал хэрэглэж байсан баримт байдаг. Шохойг барилгын ойролцоо жижиг зууханд шатааж хэрэглэдэг байв. Харин Монгол оронд шохойн анхны хувийн үйлдвэр 1913 онд Налайхын ойролцоо Цагаан булагт байгуулагдсан байна. Үүнийг 1926 онд улсын болгосноор манай улсын барилгын материалын үйлдвэрлэлийн суурь тавигдсан. Шохойн үйлдвэрлэлт 1941 онд 1935 оныхоос 10 дахин өссөн баримт байдаг. 

Монгол орны барилгачид 1966 оноос Дархан хотод жилдээ 200 мянган тонн цемент гаргах чадалтай үйлдвэр БНЧУ-ын тусламжтайгаар баригдсанаас хойш эх орны үйлдвэрийн цемент хэрэглэх болсон нь Монгол орны барилга, барилгын материалын үйлдвэрлэлд гарсан нэг дэвшил байсан. 

Зураг 2. Хөтөлийн “Цемент-Шохой” ХК-ийн үйлдвэр

Байгалийн магнезит ба доломит чулууг хэт өндөр биш хэт нам биш температурт дулааны боловсруулалтанд оруулан шатааж гарган авсан барьцалдах материалыг магнезитан барьцалдах материалд хамааруулна. Техникт эдгээр барьцалдах материалыг каустик (түлэмхий) магнезит, каустик доломит гэж нэрлэх нь тохиолддог бөгөөд бид магнийн шохой, доломит шохой гэж нэрлэдэг. Бусад барьцалдах материалтай харьцуулахад усаар биш, давсны уусмалаар зуурч бэхжүүлдэг онцлогтой. Магнезитан барьцалдах материал үйлдвэрлэлийн түүхий эд болох байгалийн магнезит, байгалийн доломит нь гөлтгөнө ба шохой үйлвэрлэлийн түүхий эдийг бодвол байгальд харьцангуй ховор тохиолддог байна.

Байгалийн магнезит (〖MgCO〗_3) нь талст ба аморф бүтэцтэй байдаг. Талст бүтэцтэй магнезит гадаад байдлаараа том ширхэгтэй гантигтай төсөөтэй, шилний гялгатай байхад аморф магнезит нь шаазангийн бүтэцтэй байдаг. Цэвэр магнезитын найрлаганд 47.82% MgO ба 52.18% 〖CO〗_2 агуулагдана. Байгалийн магнезит нь голдуу шавар, нүүрсхүчлийн кальц зэрэг гаднын хольцтой хамт оршдог байна. Талст ба аморф магнезитын хатуулаг Моосын хуваариар 4.0-4.5 байна. 2.9-3.1 〖г/см〗^3 нягттай, хольцоосоо хамаарч цагаан саарал, шаравтар өнгөтэй байна. Магнезит нь доломитоос үүсэлтэй гэж үздэг. Тийм ч учраас талст магнезитын найрлаганд тодорхой хэмжээний доломит тогтмол оролцдог. Шохойн чулуу, доломитыг бодвол магнезит нь байгальд бага тархсан байдаг. Манай оронд том орд газар Говь-Алтай аймгийн Бидэрийн голд байдаг. 

Зураг 3. Байгалийн магнезит эрдэс

Магнийн барьцалдуулагч материалд каустик магнезит ба каустик доломит хамаарах бөгөөд үндсэн магнезит буюу доломитын карбонат төрлийн эрдсээс нүүрсхүчлийн магнийг бүрэн задлаж магнийн исэл гарган авсан барьцалдагч материал юм. 

Магнийн барьцалдах материал үйлдвэрлэхийн тулд түүхий эдийг жижиглээд шатаасны дараа нунтаглана. Ашиглах зуухны хийцээсээ хамаарч түүхий эдийг өөр өөр хэмжээтэйгээр жижиглэдэг. Уурхайн зууханд 50-60 мм, эргэх зууханд 10-15 мм хэмжээтэй түүхий эд өгнө. Магнезитан ба доломитын диссоциаци нь эндотермийн процесс бөгөөд 1 кг магнезитыг задлахад 1440 кДж дулаан шаардлагатай, харин доломитын бүрэн диссоциацид үүнээс арай их дулаан хэрэгтэй байдаг. Магнезитийг шатаахад туслах зуух бүхий уурхайн зуух эсвэл эргэх зуухыг хэрэглэдэг. 

Уурхайн зууханд 700-800ºC, эргэх зууханд 900-1000ºC-ын температурт шатаалтын процессыг явуулдаг. Уурхайн зуухны бүтээл хоногт 20-30 тн, түлшний зарцуулалт нь бэлэн бүтээгдэхүүний жингийн 10-15%- тай тэнцүү байдаг. Эргэх зуухны бүтээл 50-120 тн/хоног, түлшний зарцуулалт бүтээгдэхүүний 20-30% байна. Шатаасан материалыг уурхайн тээрэмд нунтаглана. Хэрвээ уурхайн зуух хэрэглэсэн бол нунтаглахын өмнө бутлах шаардлагатай. Магнийн шохойг (каустик магнезитыг) 02 дугаарын шигшүүр дээр 5%-иас ихгүй, 008-ын шигшүүр дээр 25%-иас ихгүй байхаар нунтаглаж металл торхонд битүү таглаатай хадгална.

Каустик магнезитын нягт нь 3.1-3.4 〖г/см〗^3, барьцалдаж эхлэх хугацаа 20 минутаас эртгүй, төгсгөл нь 6 цагаас оройгүй байна. Каустик магнезитыг химийн найрлагаас нь хамааруулж 3 ангилна. Каустик магнезит харьцангуй түргэн бэхждэг материалд тооцогдоно. 28 хоногийн бат бөхийн 35-50%-ийг эхний 1 хоногт, 60-90%-ийг 7 хоногт олдог. 1:3 найрлагатай уян налархай каустик магнезитан зуурмагаар бэлтгэж агаарт 28 хоног бэхжүүлсэн шооны шахалтын бат бэх 40-60 МПа хүрнэ. 

Магнийн оксид агуулсан барьцалдах материал органик материалтай барьцалдахдаа сайн учраас модны үртэс, зоргодостой хольж хэвлээд фибролит, ксилолитон хавтан хийнэ. Фибролитыг хийхэд модны зоргодос болон бусад утсархаг материалыг дүүргэгчээр, харин ксилолитод модны үртэс болон бусад жижиг ширхэгтэй органик материалыг дүүргэгчээр хэрэглэнэ. 

Зураг 4. Магнийн барьцалдуулагчтай үртсэн ба ксилолитон  хавтан

Магнийн барьцалдуулагчтай хавтан гарган авах технологийн бүдүүвчийг дараах зурагт үзүүлэв.

Зураг 5. Магнийн барьцалдуулагчтай хавтан гарган авах технологийн бүдүүвч

Түүхий эд болох магнезитыг 1000°C-ийн температурт 1 цаг бариулан шатааж гарган авсан магнийн оксидыг эхлээд бутлуураар 1 см хэмжээтэй болтол бутална. Үүний дараа буталсан магнийн оксидыг тээрэмд 20 секундын турш нунтагласан. Нунтагласан түүхий эдийг 02 дугаарын шигшүүрээр шигшин магнийн барьцалдуулагчийг гарган авсан. Модны үртсийг дүүргэгчээр авч 0.9 мм-ийн шигшүүрээр шигшин ангилна. Магнийн барьцалдуулагч болон шигшиж ангилсан модны үртсийг эхлээд хуурайгаар хольж гомоген хольц үүсгэнэ. Хольцыг хлорт магнийн уусмалаар зуурч зуурмаг бэлтгэн хавтанг булаар зохих зузаантайгаар хэвлэнэ. Хэвлэсэн хавтанг хатааж бэлэн бүтээгдэхүүнийг гарган авч агуулахад нийлүүлнэ.

Магнийн барьцалдуулах материалыг хиймэл гантиг, шавардлагын зуурмаг цонхны тавцан, шатны гишгүүр, дулаан тусгаарлалтын хавтан зэргийг хийхэд өргөн хэрэглэдэг байна. Тэгвэл түүний давуу тал нь юу вэ? 

Мэдээж хэрэг магнийн барьцалдуулах материал нь галд тэсвэртэй материал тул модны үртэс зэрэг утсархаг хялбар шатамхай материалыг барьцалдуулсан ч гэсэн галд тэсвэртэй байдаг байна. Иймээс галын аюулаас хамгаалахын тулд зоорийн болон гаражны дээвэрт ашигладаг бөгөөд галын А2 ангилал буюу шатдаггүй материалын ангилалд багтдаг байна.    

Түүний бас нэгэн давуу тал нь дахин боловсруулан ашиглах боломжтой экобүтээгдэхүүн ажээ. 2017 оноос эхлэн барилгын хавтан үйлдвэрлэгч томоохон компаний  төлөөлөгч Кнауф нь Австрийн Ферндорф хотод магнийн барьцалдуулагчтай хавтанг дахин боловсруулах төхөөрөмжийг суурилуулсан байна. Энэхүү төхөөрөмж нь жилд 4000 тонн хаягдал хавтанг дахин боловсруулж магнийн барьцалдуулагч гарган авдаг аж. Өөрөөр хэлбэл хаягдал хавтанг дулааны боловсруулалтанд оруулснаар модны үртэс нь шатаж, магнийн барьцалдуулагч нь үлдэх бөгөөд түүний дахин барьцалдуулагч материалаар ашигладаг байна.

Монголд магнийн барьцалдуулагчтай хавтан гарган авах боломжийн судалгааг ШУТИС-ийн Материал судлалын төвийн эрдэмтэд судалж үзсэн бөгөөд уг судалгааны ажилдаа Бидэрийн голын магнезитийг авч ашигласан бөгөөд рентгендифракцийн аргаар эрдсийн найрлагыг тодорхойлоход магнезит нь 94.24%, анортитын эрдэс 5.75% тус тус агуулж байсан.Тус судалгааны ажлын үр дүнгээс харахад магнийн барьцалдуулагч материалд магнийн оксидын хэмжээ нь 80%-иас их байх стандарт шаардлагыг 1000°С-ийн температурт шатаасан дээж хангасан ба 1200°Сийн температурт шатаахад дээжинд агуулагдах MgO нь 93.46% байсан нь галд тэсвэртэй материалын техникийн шаардлагыг хангаж байлаа. Бидэрийн гол ордын магнезитыг 1000ºС-ийн температурт шатаан гарган авсан дээж нь цэвэршилт өндөртэй учраас магнийн барьцалдуулагч гарган авах түүхий эдээр ашиглах боломжтой нь тогтоогдсон байна.

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

С.Баяржаргал, ШУТИС, ХШУС-ийн химийн инженерчлэлийн салбарын сургалтын мастер, техникийн ухааны магистр