КРИМСЬКА АКАДЕМІЯ ПРИРОДООХОРОННОГО
КРИМСЬКА АКАДЕМІЯ ПРИРОДООХОРОННОГО
та КУРОРТНОГО БУДІВНИЦТВА
Панченко МИКОЛА ВАСИЛЬОВИЧ
УДК 666.3.046
ресурсозберігаюча ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА золокерамічної ЦЕГЛИ З ВИКОРИСТАННЯм лугомістких ВІДХОДІВ ПРОМИСЛОВОСТІ
05.23.05 – Будівельні матеріали та вироби
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Сімферополь – 2003
Дисертація є рукописом
Робота виконана на кафедрі технології будівельних конструкцій і будівельних матеріалів Кримської академії природоохоронного та курортного будівництва (КАПКБ) Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор Федоркін Сергій Іванович, Кримська академія природоохоронного та курортного будівництва, завідувач кафедрою технології будівельних конструкцій і будівельних матеріалів.
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор Голеус Віктор Іванович, Український державний хіміко-технологічний університет, завідувач кафедрою хімічної технології кераміки та скла, м. Дніпропетровськ;
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Даценко Борис Михайлович, Український науково-дослідний проектно-конструкторський інститут будівельних матеріалів та виробів корпорації “Укрбудматеріали” завідувач лабораторією технології кераміки та неметалорудних матеріалів, м. Київ.
Провідна установа | Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра хімічної технології силікатів, Міністерство освіти і науки України, м. Львів.
Захист дисертації відбудеться 14 травня 2003 року о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К .079.01 Кримської академії природоохоронного та курортного будівництва (Україна, 95006, АР Крим, м. Сімферополь, вул. Павленко, 5, навчальний корпус 2, зал засідань ради).
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Кримської академії природоохоронного і курортного будівництва за адресою: Україна, 95006, АР Крим, м. Сімферополь, вул. Павленко, 5, 2 навчальний корпус.
Автореферат розісланий 11 квітня 2003р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,
кандидат технічних наук, доцент О.А. Рубель
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Існуючий рівень виробництва стінової кераміки значно відстає від сучасних вимог. Це пов'язано з високою енергоємкістю, використанням на підприємствах фізично та морально застарілого устаткування, що не дозволяє забезпечити необхідний ступінь переробки сировинних сумішей і розширити сировинну базу за рахунок використання багатокомпонентних сумішей на основі відходів промислових виробництв. Проблема економії енергоресурсів в Україні є однієї із самих актуальних у зв'язку з тим, що щорічно витрачається близько 300 млн.т умовного палива, а енерговитрати на одиницю валового національного продукту в 2 – 3 рази перевищують показники економічно розвинутих країн. Крім того, зростання виробництва високоякісних керамічних матеріалів стримується в даний час виснаженням запасів якісних глин. У цих умовах велике значення має випуск стінової кераміки на основі другорядної сировини – зол ТЕС, утилізація яких є істотною екологічною проблемою в Україні. Використання зол ТЕС у виробництві стінової кераміки викликає інтерес дослідників і виробничників уже давно. У нас у країні і за її межами накопичений достатній досвід по виготовленню цегли з використанням зол. Однак, зниженню енергоємкості виробництва золокерамічної цегли, на наш погляд, приділяється недостатня увага. Одним із шляхів зниження температури випалу керамічних виробів є уведення до складу шихти лугомістких добавок. Розширення номенклатури цих добавок, в основному за рахунок лугомістких відходів промислових виробництв, вимагає додаткових досліджень по їх впливу на формування структури і властивостей золокерамічних матеріалів.
Останнім часом в Україні та інших країнах намітилися тенденції розвитку виробництва стінової кераміки на лініях малої потужності (3 – 5 млн. шт. умовної цегли). Це викликано виробленням великих родовищ глинистої сировини, а освоєння нових великих родовищ не під силу дрібним і середнім виробникам, так само як і будівництво автоматизованих ліній з використанням сучасного устаткування і залученням передових технологій.
У зв'язку з цим теоретичні і експериментальні дослідження, спрямовані на розробку ресурсозберігаючих технологій виробництва золокерамічної цегли із зниженою температурою випалу для підприємств малої потужності є актуальними і становлять інтерес для народного господарства України.
Зв'язок з науковими темами, планами, програмами. Робота виконувалась в Кримській академії природоохоронного та курортного будівництва в 1998 – 2003 рр. у рамках пріоритетного напрямку розвитку науки і техніки в Україні “Створення нових ефективних будівельних матеріалів, виробів і конструкцій на основі речовин органічного і неорганічного походження” по темі № 0198U005858 “Науково-методичні основи розробки малоенергоємких екологічно чистих технологій виробництва будівельних матеріалів” (1998 – 1999 рр.), а також госпдоговірної науково-дослідної теми № “Розробка технологічного процесу виробництва золокерамічної цегли з добавкою лугомістких відходів промисловості” (2002 р.).
Мета дослідження: теоретичне та експериментальне обґрунтування ресурсозберігаючої технології виробництва золокерамічної цегли з добавкою лугомістких відходів промисловості шляхом встановлення закономірностей формування структури і властивостей матеріалу з композицій із зниженою температурою випалу.
Задачі досліджень:
-
вивчити вплив складу і кількості склофази зол ТЕС на фізико-хімічні процеси при випалі золокерамічних матеріалів;
-
встановити закономірності впливу лугомістких добавок на фазовий склад, структуру і властивості золокерамічних матеріалів;
-
оптимізувати концентраційні співвідношення золи, глини і лугомістких відходів промисловості та визначити властивості золокерамічних матеріалів;
-
вивчити вплив повітряного і парового середовищ випалу на процеси формування структури і властивостей золокерамічних матеріалів із лугомісткими добавками;
-
розробити і впровадити технологію виробництва золокерамічної цегли з використанням лугомістких відходів промисловості та визначити техніко-економічну ефективність її застосування в керамічній промисловості.
Об'єктом дослідження є закономірності процесів формування фазового складу, структури і властивостей золокерамічних матеріалів із лугомісткими відходами промисловості і ресурсозберігаючі технології їхнього виробництва.
Предмет дослідження – золокерамічний матеріал на основі зол ТЕС з використанням лугомістких відходів промисловості.
Методи досліджень. Вивчення процесів формування структури, фазового складу і властивостей сировинних компонентів та золокерамічних матеріалів проводили з використанням сучасних методів фізичних і хімічних досліджень, що включають рентгеноструктурний і дериватографічний аналізи, петрографічний і електронно-мікроскопічний аналізи, ядерну гамма-резонансну спектрометрію, дилатометрію, седиментаційний аналіз. Для визначення міцності, середньої густини, водопоглинання та морозостійкості зразків використані стандартні методи фізико-механічних іспитів. Результати досліджень були оброблені математично з використанням методу комп'ютерної фільтрації експериментальних даних.
Наукова новизна результатів полягає у такому:
-
теоретично і експериментально підтверджена можливість виробництва за ресурсозберігаючої технологією золокерамічних матеріалів високої якості із зниженою температурою випалу з використанням лугомістких відходів промисловості;
-
виявлено закономірності формування структури і властивостей золокерамічних матеріалів в залежності від кількості і складу склофази зол ТЕС;
-
експериментально вивчений вплив лугомістких відходів промисловості на процеси формування фазового складу, структури і властивостей золокерамічних матеріалів і показана роль цих добавок як інтенсифікаторів, що полягає у зниженні температури рідкофазного спікання, муллітоутворення, полімерних перетворень кварцу;
-
показано, що вплив лугомістких відходів промисловості на фізико-хімічні процеси в золокерамічних матеріалах найбільшою мірою виявляється при їхньому випалі в повітряному газовому середовищі;
-
розроблено ресурсозберігаючу технологію виготовлення золокерамічної цегли з використанням лугомістких відходів промисловості, що базується на нових технічних рішеннях, спрямованих на зниження енерго- і матеріалоємкості виробництва золокерамічної цегли на лініях малої потужності.
Практичне значення отриманих результатів. Практичне значення, отриманих у дисертаційній роботі результатів полягає в наступному:
-
розроблено ресурсозберігаючу технологію виробництва золокерамічної цегли зі зниженою температурою випалу з використанням лугомістких відходів промисловості;
-
розроблено нове малоенергоємке і неметалоємке технологічне устаткування для підприємств малої потужності;
-
результати досліджень доведені до рівня проектної і технологічної документації, пройшли дослідно-промислову перевірку і можуть бути рекомендовані до широкого впровадження на підприємствах будівельної індустрії України;
-
робота впроваджена на підприємстві “Промкерамік” ЛТД в сел. Зеленогірське (АР Крим), побудований цегельний завод потужністю 3 млн. шт. умовної цегли на рік. Річний економічний ефект від упровадження роботи складає 222 тис. грн.
Особистий внесок здобувача складається:
-
у виявленні закономірностей формування фазового складу, структури і властивостей золокерамічних матеріалів з використанням лугомістких відходів промисловості;
-
в обґрунтуванні і розробці ресурсозберігаючої технології виробництва золокерамічної цегли з використанням лугомістких відходів промисловості на технологічній лінії малої потужності;
-
у створенні нового малоенергоємкого і неметалоємкого технологічного устаткування для керамічних заводів малої потужності;
-
в обговоренні і публікації результатів експериментальних досліджень, спрямованих на зниження ресурсо- і енергоємкості виробництва цегли.
Апробація результатів дисертації. Основні результати і положення дисертаційної роботи доповідалися і обговорювались на міжнародних науково-технічних конференціях “Ресурсо- і енергозберігаючі технології в хімічній промисловості і виробництві будівельних матеріалів” (м. Мінськ, Білорусь, 2000 р.), “Сучасні проблеми реконструкції і відновлення будинків. Секція будівельних матеріалів і виробів” (м. Ялта, 2002 р.), на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу КАПКБ (1998 – 2002 рр.) і наукових семінарах кафедри ТБК і БМ КАПКБ.
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 9 робіт. У тому числі 5 статей у наукових журналах і збірниках наукових праць, отримано 4 свідоцтва на винаходи.
Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 192 найменувань на 18 сторінках і 3 додатків на 17 сторінках. Робота викладена на 166 сторінках основного тексту, серед них 32 рисунка на 27 сторінках, 24 таблиць на 12 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі дослідження, наведено основні наукові результати, особистий внесок здобувача, практичне значення отриманих результатів і матеріали апробації роботи.
В першому розділі були проаналізовані фізико-хімічні і технологічні аспекти використання зол ТЕС у виробництві керамічних матеріалів і виробів. Викладено сучасні уявлення про формування структури і властивостей керамічних матеріалів з використанням зол ТЕС, показані існуючі напрямки регулювання фазового складу і температури випалу керамічних матеріалів уведенням до складу сировинної шихти різних добавок, виявлені тенденції розвитку ресурсо- і енергозберігаючих технологій виробництва керамічних виробів.
Сучасні уявлення про формування структури і властивостей золокерамічних матеріалів і технологічних особливостей виробництва виробів на основі зологлиняних сумішей пов?язані з роботами О.І. Августиніка, П.П. Буднікова, В.М. Бурмістрова, О.В. Голубничого, Л.Й. Дворкіна, О.О. Крупи, Г.В. Куколева, В.Г. Лемєшева, О.П. Мчедлова-Петросяна, В.Ф. Павлова, В.М. Пашкова, О.О. Пащенко, С.В. Петрова, С.Ж. Сайбулатова, С.Т. Сулейманова, М.П. Елінзона і багатьох інших дослідників.
Аналіз стану сучасних досліджень фізико-хімічних і технологічних аспектів використання зол ТЕС у виробництві керамічних матеріалів і виробів свідчить про складність і багатофакторність процесів, що відбуваються в системі “зола – глина”. В даний час ця система досить вивчена. Однак, система “зола – глина – лугомісткі відходи промисловості” вивчена недостатньо, що не дозволяє обґрунтовано підходити до розробки ресурсозберігаючих і енергозберігаючих технологій виробництва золокерамічної цегли. Дослідження впливу лугомістких відходів промисловості на формування структури і властивості золокерамічних матеріалів дозволить встановити можливість інтенсифікації процесу спікання і зниження температури їхнього випалу, розробити раціональні технологічні параметри виробництва.
Вивчення напрямків розвитку ресурсо- і енергозберігаючих технологій виготовлення стінової кераміки показало, що поряд з багатотоннажним виробництвом керамічної цегли останнім часом намітилася тенденція до будівництва підприємств малої потужності з використанням методу напівсухого пресування виробів на місцевій сировині із залученням у виробництво більш дешевої техногенної сировини.
На підставі вищевикладеного, використовуючи значний обсяг теоретичних і експериментальних робіт попередників, а також накопичений виробничий досвід по використанню зол ТЕС і різних добавок при виготовленні керамічних виробів розроблена генеральна гіпотеза дослідження: уведення лугомістких компонентів у золокерамічні композиції дозволяє інтенсифікувати фізико-хімічні процеси при їхній термообробці, що дасть можливість понизити температуру випалу і розробити ресурсозберігаючу технологію виробництва золокерамічної цегли з використанням лугомістких відходів промисловості.
Реалізація цієї гіпотези приводить, також, до вирішування екологічної проблеми утилізації і переробки відходів промислових виробництв шляхом їхнього залучення у виробництво керамічної цегли.
В другому розділі проведений аналіз утворення і використання у якості другорядної сировини зол ТЕС України та показаний вплив цих відходів на погіршення екологічної обстановки. Обґрунтовано вибір сировинних матеріалів для проведення досліджень, вивчений їх хімічний, мінералогічний, гранулометричний склади, а також фізико-механічні і технологічні властивості. Дослідження проведені на золах Миколаївської ТЕС і Придніпровської ГРЭС, що містять у своєму складі 45 і 65склофази, відповідно. У якості пластифікуючих добавок до зол обрані легкоплавкі глини зеленогірського і партизанського родовищ Криму. У якості лугомістких добавок використані сода, поташ, мелений склобій Сімферопольського склотарного заводу і відхід лужного розплаву Нікопольського південнотрубного заводу.
Розроблено методологію досліджень, що включає загальну блок-схему досліджень, обґрунтований вибір методик хімічного і фізичного дослідження складу і структури золокерамічних матеріалів, визначення їх фізико-хімічних властивостей і математичну обробку експериментальних даних.
У третьому розділі приведені експериментальні дослідження впливу лугомістких відходів промисловості на фізико-хімічні процеси в золокерамічних матеріалах і їх властивості. У цьому розділі викладені результати дослідження впливу кількості і складу склоподібної фази зол ТЕС на фазові перетворення в золокерамічних матеріалах, вивчені особливості формування структури і властивостей золокерамічних матеріалів з лугомісткими добавками (поташ, сода) і лугомісткими відходами промисловості (мелений склобій і відхід лужного розплаву). Аналіз фізико-механічних властивостей обпалених зразків показав, що кількість склофази визначає міцністні властивості виробів і в міру зменшення її вмісту збільшується водопоглинення, зменшується механічна міцність та середня густина зразків (табл. ).
Таблиця 1
Фізико-механічні властивості зразків із золи Придніпровської ГРЕС в залежності від вмісту склофази
Кількість склофази, мас, % | Температура випалу, оС | Середня густина, кг/м3 | Межа міцності при стиску, МПа | Водопоглинення, %
100 | 1100 | 1295 | 19,4 | 23,2
80 | 1100 | 1242 | 17,1 | 28,1
50 | 1100 | 1178 | 13,6 | 40,4
20 | 1100 | 1020 | 6,8 | 48,6
Склофаза досліджених зол ТЕС неоднорідна по складу і до 80складається зі стікловатих сферичних часток. Наявність у її складі алюмосилікатного скла приводить до інтенсифікації муллітоутворення і активізує процеси спікання, а його збагачення кварцом та кремнеземом сприяє кристалізації кристобаліта. Присутність залізистого скла сприяє більш ранньому оплавленню часток в матеріалі, що сприяє утворенню мулліту, анортиту і кристалізації гематиту і магнетиту.
Добавка глин до зол інтенсифікує утворення мулліта, а лужні оксиди, внесені з глинами, призводять до збільшення кількості рідкої фази, що сприяє формуванню голчастих і призматичних різновидів кристалів мулліта замість тонкодисперсних утворень, який присутній у склофазі золи. Більш інтенсивне склоутворення відбувається в золокерамічних зразках, що включають глину з великим вмістом лужних оксидів. При вмісті глини в сировинній суміші у кількості 30і збільшенні вмісту лужних оксидів у ній з 1,0до 2,2міцність зразків збільшується на 10незалежно від виду золи.
Експериментально встановлене оптимальне співвідношення сировинної суміші “зола – глина” і показано, що максимальна міцність золокерамічних матеріалів напівсухого формування (25,7-26,5 МПа) відповідає вмісту глини в шихті 30 – 40
Виявлено вплив лужних оксидів Na2O і K2О, внесених у сировинну суміш з кальцинованою содою і поташем, на фізико-механічні властивості, фазовий склад і формування структури золокерамічних зразків. При оптимальному вмісті цих добавок у вивчених сировинних сумішах у кількості 3,5міцність зразків збільшується на 13 – 22Вплив лужних добавок на фазові перетворення при випалі зразків виявляється у зниженні температури утворення мулліту, уповільненні процесу кристалізації кристобаліту з аморфного кремнезему і появі значної кількості розплаву при більш низьких температурах, що знижує температуру випалу на 50 – 150 оС.
Вивчено вплив лугомістких відходів промисловості (лужного розплаву і склобою) на фізико-механічні властивості золокерамічних зразків і показано, що при оптимальному вмісті в сировинній шихті відходу лужного розплаву (8і склобою (10міцність золокерамічних зразків збільшується на 12,6 – 23,3а водопоглинення знижується в 1,2 – 1,9 рази.
Залежність фазових перетворень і структури утворення золокерамічних матеріалів при наявності в шихті склобою і відходу лужного розплаву носить подібний якісний характер. Утворення значної кількості рідкої фази, інтенсифікація процесів кристалізації мулліту, альбіту і поліморфних перетворень кварцу, зниження утворення кристобаліту з аморфного кремнезему дає можливість одержати вироби з високими фізико-механічними показниками при температурі на 50 – 150 оС нижче, ніж без лугомістких добавок.
Четвертий розділ присвячений вивченню впливу газового середовища випалу на структуру і склад золокерамічних матеріалів із лугомісткими відходами промисловості. Він включає результати досліджень по формуванню структури і властивостей золокерамічних матеріалів з добавкою поташу, соди, меленого склобою і відходу лужного розплаву, обпалених у повітряному і паровому середовищах.
Встановлено позитивний вплив випалу золокерамічних зразків з лужними добавками в повітряному (окисному) середовищі в порівнянні з випалом у паровому (відновленному) середовищі. Повітряне середовище випалу призводить до підвищення міцності золокерамічних зразків з добавкою поташу і кальцинованої соди до 10
При випалі золокерамічних зразків в середовищі пару, добавка поташу і соди інтенсифікує процес муллітоутворення в меншому ступені, а ніж у середовищі повітря через утворення розплаву при більш низьких температурах. Випал у повітряному середовищі сприяє інтенсифікації поліморфних перетворень кварцу і гальмує кристалізацію кристобаліта з аморфного кремнезему.
При випалі в повітряному середовищі вплив лужних добавок поташу і кальцинованої соди на фізико-хімічні процеси в золокерамічних матеріалах виявляється у більшому ступені, а ніж при випалі в середовищі пару. Значна кількість розплаву в зразках з лужними добавками сприяє створенню міцної структури, що забезпечує більш високі фізико-механічні властивості золокерамічного матеріалу (33,3 – 37,4 МПа) при більш низькій температурі випалу (1000 оС.) Міцність золокерамічних зразків з лужними відходами промисловості (відходом лужного розплаву і склобоєм) збільшується на 5 – 9при випалі в середовищі повітря в порівнянні з випалом в середовищі пару (табл. ).
Таблиця 2
Фізико-механічні властивості золокерамічних материалів с добавкою лугомістких відходів промисловості при випалі в повітряному та паровому середовищах
Склад сировинної суміші, мас. | Повітряне середовище | Парове середовище
межа міцності при стиску, МПа | середня густина, кг/м3 | водо-поглинен-ня, % | межа міцності при стиску, МПа | середня густина, кг/м3 | водо-поглинен-ня, %
глина зеленогірська – 30
зола придніпровська – 60
склобій – 10 | 37,8 | 1360 | 13,3 | 35,4 | 1370 | 13,2
глина зеленогірська – 30
зола придніпровська – 62
відхід лужного розплаву – 8 | 38,0 | 1370 | 13,2 | 36,5 | 1380 | 13,0
глина партизанська – 30
зола миколаївська – 60
склобій – 10 | 31,6 | 1290 | 19,5 | 29,4 | 1290 | 19,4
глина партизанська – 30
зола миколаївська – 62
відхід лужного розплаву – 8 | 32,6 | 1300 | 19,0 | 30,0 | 1310 | 18,5
Випал золокерамічних зразків з добавкою відходу лужного розплаву і склобою в повітряному середовищі інтенсифікує модифікаційні перетворення кварцу, а випал у середовищі пару не сприяє перетворенню аморфного кремнезему і кварцу в кристобаліт. Добавка в зологлиняні суміші лугомістких відходів інтенсифікує процес муллітоутворення незалежно від газового середовища випалу (рис. ).
При випалі золокерамічних зразків із лугомісткими відходами промисловості в середовищі повітря більш інтенсивно і повно протікає процес вигоряння залишкового вуглецю золи (коксу і напівкоксу), що сприяє збільшенню температури в локальних ділянках зразка.
П'ятий розділ присвячений розробці ресурсозберігаючої технології виробництва золокерамічної цегли з лугомісткими відходами промисловості і її промисловому освоєнню. У цьому розділі наведені результати дослідно-промислових іспитів золокерамічної цегли з використанням відходу лужного розплаву і меленого склобою в умовах діючого цегельного виробництва ВАТ “Сімферопольський ЗБМ”.
Вивчено фізико-механічні властивості золокерамічної цегли з лугомісткими відходами промисловості, отриманого в дослідно-промислових умовах. Показано, що уведення в золокерамічну суміш 8відходу лужного розплаву або 10склобою дозволяє знизити температуру випалу на 50 – 100 оС і одержати цеглу М150, що цілком задовільняє вимогам діючого стандарту.
Рис. . Рентгенограми золокерамічних зразків, випалених у середовищі повітря (а) і пару (б) (1 – без добавок; 2 – з добавкою відходу лужного розплаву; 3 – склобою).
Уведення в сировинну шихту дослідних партій цегли лугомістких добавок при випалі призводить до утворення розплаву, у якому розчиняються глинисті агрегати з різним ступенем аморфизації, польові шпати, дрібні зерна кварцу. Кристалічні фази представлені кварцом, анортитом і незначно кристобалітом та муллітом (рис. ). Структура цегли дрібнопориста, що обумовлено вигорянням залишкового вуглецю золи, загальна пористість складає 33 – 38
Рис. . Рентгенограми обпалених золокерамічних зразків (1 – зола 70глина – 30; 2 – зола 60глина – 30; відхід лужного розплаву.
Обґрунтовано і розроблена ресурсозберігаюча технологія виробництва золокерамічної цегли з лугомісткими відходами промисловості, що базується на нових конструкторських і технологічних рішеннях, реалізованих у малоенергоємкому устаткуванні. Технологія дозволяє в порівнянні з існуючими аналогами знизити питому витрату палива до 3 разів і зменшити металоємкість устаткування в 6 – 7 разів.
За розробленою технологією спроектований і побудований цегельний завод “Промкерамік” ЛТД потужністю 3 млн.шт умовні цегли на рік у сел. Зеленогірське (АР Крим). Фізико-механічні характеристики цегли, що випускається на заводі, наведені в табл. .
Таблиця 3
Фізико-механічні характеристики золокерамічної цегли
Розміри випаленої цегли, мм | Середня густина, кг/м3 | Повітряна усадка, % | Загальна лінійна усадка, % | Водо-поглинен-ня, % | Межа міцності, МПа, при | Морозо-стійкість, цикл (не менше) | довжи-на | шири-на | висо-та | стиску | вигині | 251 | 120 | 66 | 1450 – 1470 | 2,8 – 3,1 | 4,0 – 4,3 | 18,5 – 19,2 | 16,3 – 16,9 | 7,4 – 7,9 | 50
Річний економічний ефект від упровадження у виробництво результатів роботи складає 118,8 тис. грн. Економічний ефект від скорочення економічного збитку, що наноситься навколишньому середовищу складуванням золи ТЕС у відвалах, в результаті утилізації золи при виробництві цегли складає 103,4 тис. грн. Сумарний річний економічний ефект від упровадження роботи – 222 тис. грн.
ВИСНОВКИ
1.
Аналіз сучасних досліджень і існуючих технологій показав, що перспективним напрямком розвитку виробництва золокерамічної цегли є організація його виробництва на лініях малої потужності і використання у складі сировинної шихти лугомістких добавок, що дозволяють знизити температуру випалу виробів. Дотепер система “зола – глина – лугомісткі відходи промисловості” вивчена недостатньо, що не дозволяє обґрунтовано підходити до розробки ресурсо- і енергозберігаючих технологій виробництва золокерамічної цегли.
2.
Проведено аналіз утворення і використання як другорядної сировини зол ТЕС України і показаний вплив цих відходів на погіршення екологічної обстановки. Обґрунтовано вибір сировинних матеріалів для проведення досліджень і вивчені їхні властивості. Розроблено методологію досліджень, що включає загальну блок-схему досліджень, вибір сучасних методик вивчення фазового складу, структури, властивостей золокерамічних матеріалів і математичну обробку експериментальних даних.
3.
Показано вплив склофази зол ТЕС на формування структури і властивостей золокерамічних матеріалів. Встановлено, що алюмосилікатне скло склофази призводить до інтенсифікації муллітоутворення, активізує процеси спікання і сприяє кристалізації кристобаліту при його збагаченні кварцом і кремнеземом. Виявлено, що присутність у склофазі залізистого скла сприяє більш ранньому оплавленню часток у матеріалі, веде до утворення мулліту, анортиту і кристалізації гематиту і магнетиту.
4.
Визначено, що більш інтенсивне склоутворення відбувається в золокерамічних матеріалах, що включають глину з великим вмістом лужних оксидів. При цьому збільшується кількість рідкої фази, що сприяє формуванню голчастих і призматичних різновидів кристалів мулліту замість тонкодисперсних утворень, які присутні у склофазі золи. Встановлено, що при вмісті глини в сировинній суміші у кількості 30і збільшенні вмісту лужних оксидів у ній з 1,0до 2,2міцність зразків збільшується на 10незалежно від виду золи. Визначене оптимальне співвідношення суміші “зола – глина” і показана, що максимальна міцність золокерамічних матеріалів напівсухого формувания (25,7 – 26,5 МПа) відповідає вмісту глини в шихті 30 – 40
5.
Показано вплив лужних оксидів Na2O і K2О, що вносяться в сировинну суміш з кальцинованою содою, поташем, і лугомісткими відходами промисловості (відходом лужного розплаву і склобоєм) на фазові перетворення і структуру золокерамічних матеріалів. Уведення цих добавок знижує температуру утворення розплаву, збільшує кількість рідкої фази, інтенсифікує процеси кристалізації муллуту, альбіту і поліморфні перетворення кварцу, знижує кількість кристобаліту, що утворюється з аморфного кремнезему.
6.
Встановлено, що уведення в сировинну зологлиняну шихту оптимальних кількостей кальцинованої соди (3,5поташу (3,5відходу лужного розплаву (8і склобою (10призводить до збільшення міцності золокерамічних зразків на 12,6 – 23,3зменшенню їх водопоглинення в 1,2 – 1,9 рази і дозволяє знизити температуру випалу зразків на 50 – 100 оС.
7.
Встановлено позитивний вплив випалу золокерамічних матеріалів із лугомісткими добавками в повітряному (окисному) середовищі в порівнянні з випалом у паровому (відновлювальному) середовищі, що призводить до росту міцності зразків до 10Показано, що при випалі в повітряному середовищі вплив лугомістких добавок на фізико-хімічні процеси в золокерамічних матеріалах виявляються в більшому ступені, а ніж при випалі в середовищі пару. Збільшення кількості розплаву при уведенні в сировинну шихту лугомістких компонентів сприяє утворенню міцної структури, що забезпечує високі фізико-механічні властивості зразків (?ст ,3 – 37,4 МПа) при більш низькій температурі випалу (1000 оС).
8.
Виявлено, що випал золокерамічних зразків із лугомісткими компонентами в повітряному середовищі інтенсифікує модифікаційні перетворення кварцу, процес муллітоутворення і призводить до більш інтенсивного і повного вигоряння залишкового вуглецю золи (коксу і напівкоксу), що сприяє збільшенню температури в локальних ділянках зразків.
9.
Вивчено фізико-механічні властивості золокерамічної цегли з лугомісткими відходами промисловості, отриманої в дослідно-промислових умовах. Встановлено, що уведення в золокерамичну суміш 8відходу лужного розплаву або 10склобою при випалі призводить до утворення розплаву, в якому розчиняються глинисті агрегати з різним ступенем аморфизації, польові шпати, дрібні зерна кварцу. Кристалічні фази представлені кварцом, анортитом і незначно кристобалітом та муллітом. Загальна пористість цегли 33 – 38структура пор дрібнозерниста. Показано, що лугомісткі відходи знижують температуру випалу виробів на 50 – 100 оC, а отримана цегла М150 цілком задовольняє вимогам діючого ДСТУ.
10.
Розроблено ресурсозберігаючу технологію виробництва золокерамічної цегли з лугомісткими відходами промисловості. За розробленою технологією спроектований і побудований цегельний завод “Промкерамік” ЛТД потужністю 3 млн. шт. умовної цегли на рік у сел. Зеленогірське (АР Крим). Річний економічний ефект від упровадження результатів роботи складає 222 тис. грн.
Основні положення дисертації опубліковані в роботах:
1. Федоркин С.И., Панченко Н.В. Энергосберегающая технология производства лицевого керамического кирпича Строительство и техногенная безопасность. – Симферополь: КАПКС. – 2001. – вып . – С. – 181.
Внесок здобувача – обгрунтована технологія виробництва цегли.
2. Федоркин С.И., Димитращук Л.Н., Лукьянченко М.А., Панченко Н.В. Строительные материалы из местного сырья для реконструкции и восстановления зданий Строительство и техногенная безопасность. – Симферополь: КАПКС. – 2002. – вып . – С. – 289.
Внесок здобувача – узагальнені результати розробки технології виробництва цегли.
3. Панченко Н.В. Влияние количества и состава стекловидной фазы зол ТЭС на формирование структуры и свойства золокерамических материалов Строительство и техногенная безопасность. – Симферополь: КАПКС. – 2002. – вып . – С. – 186.
4. Панченко Н.В. Влияние газовой среды обжига на структуру и свойства золокерамических материалов с щелочными добавкамиКомпозиційні матеріали для будівництва. Вістник ДДАБА. – Макіївка. – 2003. – вып. (38). – С. – 83.
5. Панченко Н.В., Федоркин С.И. Ресурсосберегающая технология производства керамического кирпича на основе зол ТЭС и щелочесодержащих отходов промышленности Строительные материалы и изделия. – 2003. – № . – С. – 15.
Внесок здобувача – проаналізовані результати досліджень, розробка технології.
6. Донный срезыватель: Свид. № . РФ. МКИ В G 65/34. / Э.Д. Шукуров, С.В. Рыженко (РФ), Н.В. Панченко (Украина) – № 111232/20: Заявлено 29.05.96; Опубл. 16.06.97. Бюл. № . – 3 с.
Внесок здобувача – розроблена принципіально конструкція зрізувача.
7. Пресс трамбовочный для керамических изделий: Свид. № . РФ. МКИ В В 5/02.Э.Д. Шукуров, С.В. Рыженко (РФ), Н.В. Панченко (Украина) – № /20: Заявлено 17.07.95; Опубл. 16.06.97. Бюл. № . – 3 с.
Внесок здобувача – розроблені основні елементи конструкції.
8. Шахтная печь-сушилка для керамических изделий: Свид. № . РФ. МКИ В В 5/02. / Э.Д. Шукуров, С.В. Рыженко (РФ), Н.В. Панченко (Украина) – № /20: Заявлено 30.08.95; Опубл. 16.06.97. Бюл. № . – 2 с.
Внесок здобувача – розроблена принципіальна конструкція печі-сушарки.
9. Измельчитель керамических масс: Свид. № . РФ. МКИ В G 65/34.Э.Д. Шукуров, С.В. Рыженко (РФ), Н.В. Панченко (Украина) – № /20: Заявлено 13.11.95; Опубл. 16.06.97. Бюл. № . – 3 с.
Внесок здобувача – розроблені основні елементи конструкції.
АНОТАЦІЯ
Панченко М.В. Ресурсозберігаюча технологія виробництва золокерамічної цегли з використанням лугомістких відходів промисловості. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – “Будівельні матеріали та вироби”. Кримська академія природоохоронного і курортного будівництва, Сімферополь, 2003.
Дисертація присвячена теоретичному і експериментальному обґрунтуванню ресурсозберігаючої технології виробництва золокерамічної цегли з домішкою лугомістких відходів промисловості шляхом встановлення закономірностей формування структури і властивостей матеріалу з композицій із зниженою температурою випалу.
Встановлено, що уведення лугомістких відходів промисловості в зологлиняну суміш дозволяє інтенсифікувати фізико-хімічні процеси при випалі золокерамічних виробів, що дозволяє понизити максимальну температуру їх випалу. Розроблено і впроваджена на підприємстві “Промкерамік” ЛТД ресурсозберігаюча технологія виробництва золокерамічної цегли М150 з використанням лугомістких відходів промислових виробництв.
Ключові слова: золокерамічна цегла, лугомісткі відходи промисловості, випал, фазовий склад, фізико-механічні властивості, ресурсозберігаюча технологія.
АННОТАЦИЯ
Панченко Н.В. Ресурсосберегающая технология производства золокерамического кирпича с использованием щелочесодержащих отходов промышленности. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 – Строительные материалы и изделия. Крымская академия природоохранного и курортного строительства, Симферополь, 2003.
Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному обоснованию ресурсосберегающей технологии производства золокерамического кирпича с добавкой щелочесодержащих отходов промышленности путем установления закономерностей формирования структуры и свойств материала из композиций с пониженной температурой обжига.
Изучено влияние стеклофазы зол ТЭС на формирование структуры и свойств золокерамических материалов. Установлено, что алюмосиликатное стекло стеклофазы приводит к интенсификации муллитообразования, активизирует процессы спекания и способствует кристаллизации кристобалита при его обогащении кварцем и кремнеземом. Выявлено, что присутствие в стеклофазе железных стекол способствует более раннему оплавлению частиц в материале, ведет к образованию муллита, анортита и кристаллизации гематита и магнетита.
Более интенсивное стеклообразование происходит в золокерамических материалах, включающих глину с большим содержанием щелочных оксидов. При этом увеличивается количество жидкой фазы, которая способствует формированию игольчатых и призматических разновидностей кристаллов муллита вместо тонкодисперсных образований, присутствующих в стеклофазе золы. При содержании глины в сырьевой смеси в количестве 30% и увеличении содержания щелочных оксидов в ней с 1,0до 2,2прочность образцов увеличивается на 10независимо от вида золы. Определено оптимальное соотношение смеси “зола - глина” и показано, что максимальная прочность золокерамических материалов полусухого формования (25,7 – 26,5 МПа) соответствует содержанию глины в шихте равном 30 – 40
Исследовано влияние щелочных оксидов Na2O и К2О, вносимых в сырьевую смесь с кальцинированной содой, поташом, и щелочесодержащими отходами промышленности (отходом щелочного расплава и стеклобоем) на фазовые превращения и структуру золокерамических материалов. Ввод этих добавок снижает температуру образования расплава, увеличивает количество жидкой фазы, интенсифицирует процессы кристаллизации муллита, альбита и полиморфные превращения кварца, снижает количество кристобалита, образующегося из аморфного кремнезема.
Ввод в сырьевую зологлинянную шихту оптимальных количеств кальцинированной соды (3,5поташа (3,5отхода щелочного расплава (8и стеклобоя (10приводит к увеличению прочности золокерамических образцов на 12,6 – 23,3уменьшению их водопоглощения в 1,2 – 1,9 раза и позволяет снизить температуру обжига образцов на 50 – 100 оС.
Установлено положительное влияние обжига золокерамических материалов с щелочесодержащими добавками в воздушной (окислительной) среде по сравнению с обжигом в паровой (восстановительной) среде, приводящей к росту прочности образцов до 10Показано, что при обжиге в воздушной среде влияние щелочесодержащих добавок на физико-химические процессы в золокерамических материалах проявляются в большей степени, чем при обжиге в среде пара. Увеличение количества расплава при вводе в сырьевую шихту щелочесодержащих компонентов способствует созданию прочной структуры, которая обеспечивает высокие физико-механические свойства образцов (?сж33,3 – 37,4 МПа) при более низкой температуре обжига (1000 оС).
Выявлено, что обжиг золокерамических образцов со щелочесодержащими компонентами в воздушной среде интенсифицирует модификационные превращения кварца, процесс муллитообразования и приводит более интенсивному и полному выгоранию остаточного углерода золы (кокса и полукокса), который способствует увеличению температуры в локальных участках образцов.
Изучены физико-механические свойства золокерамического кирпича со щелочесодержащими отходами промышленности, полученного в опытно-промышленных условиях. Установлено, что ввод в золокерамическую смесь 8отхода щелочного расплава или 10стеклобоя при обжиге приводит к образованию расплава, в котором растворяются глинистые агрегаты с разной степенью аморфизации, полевые шпаты, мелкие зерна кварца. Кристаллические фазы представлены кварцем, анортитом и незначительно кристобалитом и муллитом. Общая пористость кирпича 33 – 38структура пор мелкозернистая. Показано, что щелочесодержащие отходы снижают температуру обжига изделий на 50 – 100 оC, а полученный кирпич М150 полностью удовлетворяет требованиям действующего ДСТУ.
Разработана ресурсосберегающая технология производства золокерамического кирпича с щелочесодержащими отходами промышленности. По разработанной технологии спроектирован и построен кирпичный завод “Промкерамик” ЛТД мощностью 3 млн. шт. усл. кирпича в год в пос. Зеленогорское (АР Крым). Годовой экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 222 тыс. грн.
Ключевые слова: золокерамический кирпич, щелочесодержащие отходы промышленности, обжиг, фазовый состав, физико-механические свойства, ресурсосберегающая технология
SUMMARY
Panchenko N.V. Sours-saving know-how of an ash-ceramic brick with the use of alkali-containing waste-products of industry. – Manuscript.
The thesis is aimed at getting a scientific degree of a candidate of technical science, specialty 05.23.05. – Building Materials and Articles. The Crimean Academy of Environmental Protection and Resort Construction, Simferopol, 2003.
The dissertation is devoted to a theoretical and experimental substantiation of the sours-saving know-how of an ash-ceramic brick with the additive of alkali-containing waste-products of industry by establishment of laws of formation of structure and properties of a material from a composition with lowered temperature of baking.
It has been established that input of alkali-containing waste-products of industry into ash-clay mix allows to intensify physical-chemical processes during baking of ash-ceramic products that makes it possible to lower maximum temperature. The resource-saving know-how of М150 brick with use of alkali-containing waste-products of industry has been developed and introduced at Promceramik, Ltd.
Key words: ash-ceramic brick, alkali-containing waste-products of industry, baking, phase mix, physical-mechanical properties, sours-saving know-how.
