МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТОРГОВЕЛЬНО-ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

ГЛУШКОВА Тетяна Геннадіївна

УДК 620.2:67/68:666.3/.7

Споживчі властивості фігурних

керамічних виробів на основі

легкоплавких глин та

вуглевміщуючих відходів

Спеціальність 05.19.08 - товарознавство промислових

товарів

АВТОРЕФЕРАТ

Дисертація на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському державному торговельно-економічному університеті, Українському науково-дослідному інституті будівельних матеріалів та виробів.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий

співробітник МИХАЙЛОВ Володимир

Іванович - Український науково-дослідний інститут будівельних матеріалів і виробів, провідний науковий співробітник лабораторії стінової кераміки та енергозбереження

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

ЄМЕЛЬЯНОВ Борис Михайлович - Київсь-

кий національний університет будівництва та архітектури, зав.кафедри хімії

кандидат технічних наук, доцент

ЧЕРНАВКА Михайло Іванович - Коопера-

тивно-комерційний університет Молдови, декан заочного навчання

Провідна установа: Львівська комерційна академія Укоопспілки, м. Львів

Захист відбудеться “15”жовтня1999 р. о 14 годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.055.02 в Київському державному торговельно-економічному університеті за адресою:

253156, м. Київ, вул. Кіото, 19.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського державного торговельно-економічного університету за адресою: 253156, м. Київ, вул. Кіото, 19.

Автореферат розісланий “9” вересня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Е.В.Тищенко

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми

В соціально-економічному розвитку суспільства при оновленні виробничого потенціалу народного господарства провідна роль належить будівництву. В зв’язку з обмеженням коштів на державне житлове будівництво в Україні змінюється структура будівництва - зростає обсяг індивідуального будівництва.

В центрі уваги постало питання архітектурно-художньої виразності споруд, будівельних ансамблів і комплексів. Невиразність масової типової забудови повинна уступити місце індивідуальним рішенням, орієнтованим на історичні традиції українського зодчества, досягнення будівельних технологій, особливості міського і природного ландшафту.

Фігурні керамічні вироби використовують для зовнішнього і внутрішнього оздоблення, з одночасною кладкою, будівель і споруд у цивільному та індивідуальному будівництві, виконують функції як рядових, так і лицьових виробів.

Виробництво будівельних матеріалів та виробів останнім часом розвивалось при відносно стабільному забезпеченні дешевими сировиною і енергоносіями, значна частина яких постачалась із-за кордонів України. Із-за різкого зростання цін на сировину, газ, нафтопродукти, вугілля та електроенергію, зменшення імпорту енергоносіїв та подорожчання перевезення сировини, виникли проблеми, однією з яких є недостатнє вивчення та обмеження сировинної бази України для виробництва фігурних керамічних виробів. Рішенням цієї проблеми є використання замість якісних тугоплавких глин легкоплавких низькосортних глин, а також відходів вуглезбагачення, що дозволить раціонально використовувати природні ресурси України, розширити сировинну базу, скоротити радіус перевезення сировини, зменшити витрати на геологорозвідувальні роботи та будівництво нових кар’єрів, створити енергозберігаючу технологію, поліпшити стан оточуючого середовища.

У зв’язку з вищевикладеним, особливу актуальність набувають дослідження, спрямовані на розширення сировинної бази, підвищення якості, поліпшення споживчих властивостей, удосконалення асортименту фігурних керамічних виробів на основі ресурсо- і енергозберігаючих технологій за рахунок використання легкоплавкої глинистої сировини та промислових відходів.

Актуальність теми підтверджується наявністю значних запасів промислових відходів в Україні.

Розвиток виробництва фігурних виробів широкого асортименту, різноманітної кольорової палітри, різної фактури і форми дозволить підвищити різноманітність облицювання житлових і адміністративних будівель, поліпшити архітектурний вигляд забудови міст, сіл та селищ України.

Дослідження споживчих властивостей будівельних керамічних виробів проводять як в нашій країні, так і за кордоном. Але, в літературі відсутні дані про одержання та властивості фігурних керамічних виробів на основі легкоплавких глин та вуглевміщуючих відходів. Практично відсутній аналіз показників споживчих властивостей фігурних керамічних виробів, представлених на ринку України, та шляхів їх удосконалення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Робота виконувалась відповідно до госпдоговірних науково-дослідних тем згідно з договорами № 357-97 (за замовленням ВАТ “Запоріжкокс”), № 12-97 (за замовленням Укргеолбуд) № 531-97 (за замовленням АТ завод “Цегла Трипілля” в Українському науково-дослідному та проектно-конструкторському інституті будівельних матеріалів та виробів (НДІБМВ); державної науково-дослідної теми Київського державного торговельно-економічного університету “Порівняльна характеристика споживчих властивостей непродовольчих товарів закордонного і вітчизняного виробництва”; та договору № 30 від 12.01.97 про творчу співдружність між НДІБМВ та КДТЕУ; договору № 359803/ОМ - Б від 11 червня 1998 р. про творчу співдружність між “Київпроектом”, ЗАТ “Керамперліт”, НДІБМВ.

Мета і задачі дослідження

Метою досліджень є розробка нових конкурентоспроможних ефективних фігурних керамічних виробів з поліпшеними споживчими властивостями на основі легкоплавкої глинистої сировини та вуглевміщуючих відходів.

Для досягнення цієї мети необхідно вирішити такі задачі:

·

· Обгрунтувати вибір керамічних мас на основі легкоплавких глин та вуглевміщуючих відходів різного хіміко-мінералогічного складу для отримання фігурних керамічних виробів, для чого дослідити вплив основних глинистих мінералів: каолініту, гідрослюди, монтморилоніту, а також вугілля на технологічні і споживчі властивості виробів.

· Розробити керамічні маси на основі легкоплавких глин та вуглевміщуючих відходів для виробництва фігурних керамічних виробів з поліпшеними споживчими властивостями.

· Поліпшити естетичні властивості фігурних керамічних виробів за рахунок розробки нових типів форм, використання покриття та розширення кольорової гами керамічного черепка.

· Розширити асортимент фігурних керамічних виробів

· Розробити технологічні параметри виробництва фігурних керамічних виробів на основі легкоплавкої глинистої сировини та відходів вуглезбагачення і здійснити їх перевірку в промислових умовах.

Наукова новизна одержаних результатів

Вперше проведено аналіз показників споживчих властивостей фігурних керамічних виробів, представлених на ринку України, та їх відповідності міжнародним нормативним документам.

Встановлено закономірності впливу основних глинистих мінералів та домішок вугілля на показники споживчих і технологічних властивостей фігурних керамічних виробів на основі глин та відходів вуглезбагачення. Вперше встановлено закономірності впливу основних глинистих мінералів, а також домішок вугілля на морозостійкість керамічних виробів.

Встановлено області співвідношення основних глинистих мінералів: каолініту, гідрослюди, монтморилоніту, а також домішок вугілля в керамічних масах, які забезпечують отримання фігурних керамічних виробів з поліпшеними споживчими властивостями.

Вперше досліджено основні показники споживчих властивостей фігурних керамічних виробів на основі вуглевміщуючих відходів. Розроблено керамічні маси на основі легкоплавких глин і вуглевміщуючих відходів для одержання фігурних керамічних виробів з поліпшеними споживчими властивостями.

Розроблено технологічні параметри швидкісного сушіння фігурних виробів в однорядній сушарці.

Практичне значення одержаних результатів

Результати досліджень дозволяють одержати нові конкурентоспроможні ефективні фігурні керамічні вироби при економії сировини і палива (від 50 до 70% залежно від вмісту відходів вуглезбагачення в керамічній масі), раціонально використовувати природні ресурси і збільшити обсяги утилізації промислових відходів.

Розроблені технологічні параметри виробництва фігурних керамічних виробів перевірено в промислових умовах під час випуску партії виробів на ЗАТ “Керамперліт” і закладено в технологічний регламент для проектування виробництва на Запорізькому коксо-хімічному заводі. Проектом , який розроблено ВАТ “Коксохімпроект”, передбачено випуск цегли кількістю 30 млн. шт. на рік, у тому числі лицьової та фігурної - 15,0 млн.шт. на рік. При цьому весь розроблений асортимент фігурних керамічних виробів можна виготовляти на більшості заводах по виробництву будівельної цегли з незначними капітальними вкладеннями.

Застосування удосконаленого асортименту фігурних керамічних виробів та нових типів форм дозволяє розширити сферу використання виробів і покращити естетичні властивості будівель і споруд. Розроблений асортимент фігурних виробів випускає ЗАТ “Керамперліт”, окремі типи форм використані під час будівництва житлового та адміністративного будинків по Бехтерівському провулку 14, м. Києва. Планується виробництво широкого асортименту фігурних керамічних виробів на Запорізькому КХЗ.

Розроблено проект нових технічних умов, що дозволить поліпшити споживчі властивості, розширити асортимент та підвищити конкурентоспроможність вітчизняних фігурних виробів.

Одержані результати можуть бути широко використані у про-мисловості будівельних матеріалів, будівництві та торгівлі.

Економічний ефект від впровадження результатів роботи на ЗАТ “Керамперліт” становить 600.000 грн. на рік, очікуваний ефект від впровадження на Запорізькому КХЗ буде становити 8.400.000 грн. на рік.

Особистий внесок здобувача

Особистий внесок автора полягає в загальному визначенні завдань досліджень, проведенні аналітичної і експериментальної роботи, її аналізі та узагальненні, перевірці результатів досліджень у промислових умовах, реалізації результатів роботи.

Висновки та рекомендації дисертаційної роботи одержані автором особисто.

У співавторстві з к.т.н. Івановою О.Г., к.т.н. Колесниковою В.М. розроблені алгоритм і програма для пошуку компромісних рішень. Особистий внесок автора полягає в постановці завдання, аналізі та узагальненні результатів досліджень.

У співавторстві з к.т.н. Михайловим В.І. розроблені доповнення до методу визначення границі міцності на стиск для фігурних керамічних виробів, окремі типи форм, технологічні параметри виготовлення і схема виробництва виробів на Запорізькому КХЗ.

У співавторстві з Михайловим В.І., Кисляк Н.К., Івановою О.Г. написано 6 статей.

Апробація результатів дисертації

Основні положення роботи викладено та обговорено на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Київського державного торговельно-економічного університету (м. Київ, 1996-1999р.р.), V Міжнародній виставці “Енергозберігаюча техніка і технології” (м. Київ, 1998 р.), на виставці-конференції “Тепло і теплий дім” (м.Київ, 1997 р.), на першій спеціалізованій виставки-конференції “Глини та каоліни України: родовища, продукція, технології” (м. Київ, 1998 р.); науково-технічній конференції “Будівельні матеріали ХХ1-го століття: комфорт житла та енергозбереження” (м. Київ, 1998 р.).

Публікації

Основний зміст роботи відображено в 10 друкованих роботах, у тому числі в проекті нових технічних умов “Вироби керамічні фігурні лицьові для архітектурно-художнього оздоблення будинків і споруд”.

Структура та обсяг дисертації

Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Роботу викладено на 148 сторінках друкованого тексту, вміщує 28 рисунків, 29 таблиць, 11 додатків і список цитованої літератури з 158 найменувань.

Зміст роботи

У роботі проаналізовані асортимент, споживчі властивості фігурних керамічних виробів та шляхи їх удосконалення, основні чинники, що впливають на формування споживчих властивостей, стан і основні тенденції розвитку виробництва та застосування фігурних керамічних виробів в Україні та за кордоном.

Особливу увагу приділено науковим дослідженням впливу глинистних мінералів на формування споживчих властивостей та досвіду виробництва фігурних керамічних виробів із використанням вуглевміщуючих відходів. Перспективним є прогнозування споживчих властивостей фігурних керамічних виробів за співвідношенням основних глинистих мінералів у сировині.

Об”єкти та методи досліджень

Об”єктами досліджень обрані споживчі властивості фігурних керамічних виробів, які призначені для зовнішнього та внутрішнього оздоблення будинків і споруд, а також для оздоблення об’єктів архі-тектури малих форм. Основними показниками споживчих властивостей обрані: міцність на стиск, міцність на згин, водопоглинання, морозостійкість, якість поверхні, форма і колір виробів. Досліджені такі технологічні властивості, як повітряна усадка, чутливість до висушування, загальна усадка, солевидалення.

Як об”єкти досліджень обрані також сировинні матеріали для виробництва фігурних керамічних виробів, які є одним з основних факторів формування споживчих властивостей. Досліджені легкоплавкі глини Шевченківського, Городокського, Харківського, Ново-Бирзулівського, Бережанського, Халепського, Пологського родовищ, які представляють основні групи глинистої сировини та мають різний хіміко-мінералогічний склад. При виборі об”єктів досліджень враховувались запаси і розташування сировини, перспективний план виробництва та потреби в фігурних виробах.

У зв”язку із значною ефективністю використання відходів вуглезбагачення та будівництвом на Запорізькому коксо-хімічному заводі цеху по виробництву фігурних керамічних виробів на основі відходів вуглезбагачення, як об”єкт дослідження було обрано споживчі властивості фігурних керамічних виробів на основі відходів вуглезбагачення Запорізького КХЗ.

Хімічний та мінералогічний склад легкоплавких глин та відходів вуглезбагачення наведено у табл. 1, 2.

Як домішки, що поліпшують споживчі властивості фігурних керамічних виробів, обрано глина Артемівського родовища 3-го сорту, шамот з глин, відходи флотації Чумаківського ЦЗФ, золошлаки Змієвської ДРЕС і Трипільської ДРЕС.

Для моделювання глинистих систем різного мінералогічного складу використовували мінерали: каолініт, який виділено з каолінів Глуховецького родовища, гідрослюда Дашуківського родовища, монтморилоніт, який виділено з бентонітів Дашуківського родовища, а також вугілля Чумаківської ЦЗФ.

У роботі використані стандартні методи дослідження властивостей сировини, технологічних і споживчих властивостей виробів, деякі спеціальні методики (визначення намоту солей), а також метод математичного моделювання: симплекс-центроїдний метод планування експерименту. Для визначення границі міцності на стиск готової продукції розроблено і використано доповнення до методу, що відображено у проекті нових технічних умов.

Загальна схема досліджень приведена на рис. 1.

У порожній рамці міститься напис -“

Вибір об’єктів і методів досліджень”

Рис. 1. Загальна схема досліджень

Основні результати досліджень

Дослідження споживчих властивостей фігурних керамічних виробів

З метою прогнозування властивостей фігурних керамічних виробів досліджено вплив основних глинистих мінералів та вугілля на технологічні та показники споживчих властивостей виробів. Дослідження проводили із застосуванням експериментально-статистичного моделювання за допомогою симплекс-центроїдного плану. Як вхідні змінні модельного складу прийняті: каолініт, гідрослюда, монтморилоніт та вугілля. Вихідними змінними обрано технологічні властивості: повітряна і загальна усадка, чутливість до висушування і показники споживчих властивостей: границя міцності на стиск і згин, водопоглинання і морозостійкість. Для пошуку моделей, що описують залежність вихідних змінних від співвідношення факторів, використована система “МІОРІТ”. В результаті опрацювання експериментальних даних одержано математичні моделі у вигляді регресійних рівнянь, які використанно для побудови діаграм, “склад-властивість”. Діаграми основних властивостей наведено на рис. 2-4 Встановлено закономірності зміни споживчих і технологічних властивостей фігурних керамічних виробів від мінералогічного складу глинистої сировини та кількості вугілля.

Для пошуку компромісних рішень щодо визначення оптимальних областей співвідношень основних мінералів з урахуванням накладених обмежень значень вихідних параметрів, розроблено алгоритм і програму “POISK.BAS” в математичному забезпеченні сучасних персональних ЕОМ системі програмування Quick Basic 5.0.

Встановлено, що кількість вугілля до 20% в керамічних масах розширює область оптимальних співвідношень глинистих мінералів.

Проведено порівняльну оцінку властивостей легкоплавких відмулених глин родовищ України з розрахованими на моделях, яка підтвердила встановлені на модельних системах закономірності.

Досліджено керамічні маси на основі легкоплавких глин Шевченківського, Городокського, Харківського, Ново-Бирзулівського, Бережанського, Халепського і Пологського родовищ та відходів вуглезбагачення Запорізького КХЗ. Залежність технологічних і споживчих властивостей зразків на основі глин деяких родовищ від вмісту домішок показано на рис. 5.

Таблиця 1

Хімічний склад сировинних матеріалів

Найменування матеріалів В м і с т о к с и д і в

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO SО3 Na2O K2O в.п.п. Сума

Глина Шевченківського родовища 67,85 17,93 3,36 1,12 0,98 0,97 0,08 0,37 1,91 5,49 100,0

Глина Городокського родо-вища 53,85 14,84 2,96 0,67 8,19 3,1 0,88 0,98 1,53 12,66 100,0

Глина Харківського родовища 78,02 7,39 4,45 0,61 1,42 0,78 1,76 0,46 0,17 5,65 100,0

Глина Ново-Бирзулівського родовища 86,67 5,98 1,22 0,5 0,72 1,45 0,67 0,43 0,58 1,8 100,0

Глина Бережанського родо-вища 76,05 10,02 4,08 0,72 1,09 0,88 2,15 0,76 0,03 4,35 100,0

Глина Халепського родовища 57,0 10,0 3,5 0,7 12,0 2,0 1,7 0,8 1,2 11,1 100,0

Глина Пологського родовища 48,08 34,93 1,79 1,09 0,86 0,41 - 0,07 0,11 12,91 100,0

Відходи вуглезбагачення Запорізького КХЗ 34,65 13,69 11,5 0,61 7,04 1,26 3,03 0,46 1,86 26,65 100,0

Таблиця 2

Мінералогічний склад сировинних матеріалів

Найменування Кількість мінералів, %

матеріалу Співвідношення основних глинистих мінералів, %

каолі-ніт гідро- слюда монт- мори- лоніт кварц каль-цит хлорит польо- вий шпат доло-мит вуг-лець

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Глина Шевченківського родови-ща 19 37 28 53 5 10 34 8 6 - -

Глина Городокського родовища 22 24 60 65 11 11 - 4 - 1 2 -

Глина Харківського родовища 12 22 14 26 29 52 35 10 - - - -

Глина Ново-Бирзулівського ро-довища 16 31 14 27 22 42 48 - - - - -

Глина Бережанського родовища 16 37 12 28 15 35 50 - - 5 2 -

Глина Халепського родовища 10 19 30 58 12 23 30 - 7 6 5 -

Глина Пологського родовища 15 28 24 44 15 28 35 - 4 - 7 -

Відходи вуглезбагачення Запо-різького КХЗ 34 45 30 40 4 15 4 6 2 2 - 18