Полный текст

Введение В России экологическая ситуация характеризуется высоким уровнем антропогенного воздействия на окружающую среду, значительными экологическими последствиями прошлой экономической деятельности [1-3]. На удаление и хранение отходов производств затрачивается 8-10 % стоимости производимой продукции, поэтому утилизация таких отходов имеет в настоящее время первостепенное значение. Наиболее актуальной проблемой при обеспечении экологической безопасности является снижение уровня опасности при обращении с отходами производств [4-9]. В настоящее время значительное внимание уделяется проблемам экологической чистоты технологических процессов и безотходности производства [10]. В современной России рациональное природопользование является одним из приоритетных направлений в развитии науки и техники [11]. Сокращение запасов традиционного природного сырья заставляет искать новые способы его замещения различными видами отходов. Опыт передовых зарубежных стран показал техническую осуществимость этого направления и возможность применения еще и как инструмента защиты природной среды от загрязнения. Исследования многих ученых показали, что из отходов или из отходов в комбинации с природным сырьем могут быть изготовлены практически все основные строительные материалы. За счет вовлечения многотоннажных отходов в производство керамических строительных изделий массового потребления, к которым относятся стеновые материалы, можно изменить параметры сырьевой базы России, что будет способствовать также снижению экологической напряженности в регионах. Одним из самых материалоемких отраслей народного хозяйства является производство стеновых керамических материалов, поэтому рациональное использование топлива, сырья и других материальных ресурсов становится решающим фактором успешного развития экономической реформы. Поэтому применение в керамических материалах отходов производства приобретает особую актуальность [2]. Цель работы. Получение стенового керамического материала на основе малопластичной легкоплавкой глины и отхода базальт-габбро-норитовой шихты, которая образуется при производстве минеральной ваты. Основная часть Керамические стеновые материалы. В группу стеновых материалов кроме блоков и силикатного кирпича входят и керамические материалы: кирпич обыкновенный, различные виды эффективных керамических материалов - кирпич пустотелый, пористо-пустотелый, легковесный и пустотелые камни (рис. 1). Для снижения чувствительности к сушке керамической шихты, усадки при сушке кирпича-сырца и обжиге готовых изделий широко применяют отощающие добавки: песок, шамот, дегидратированную глину и другие минеральные невыгорающие компоненты [12, 13]. Необходимо отметить, что проведенные исследования многих ученых показали, что применение в качестве отощителя кварцевого песка очень часто не дает желаемого результата, поскольку наиболее подходящий для использования зерновой состав песка размером от 0,5 до 1,5 мм встречается не во всех регионах России. Во многих регионах России, не имеющих природных отощителей, в качестве последних используют дегидратированную глину, которую получают при термообработке в интервале температур 600-800 °С карьерной глины, из которой удаляется значительная часть химически связанной воды. Введение в составы керамических масс дегидратированной глины (которую можно вводить в пределах 20-40 %, в зависимости от пластичности глины) резко снижает усадку керамического изделия, пластичность шихты и чувствительность к сушке кирпича-сырца [12]. Дегидратированная глина, в отличие от кварцевого песка, может не только уменьшить в изделиях количество трещин, но и полностью их ликвидировать. Во многих регионах Российской Федерации большинство легкоплавких глин по содержанию оксида алюминия классифицируются как полукислые и кислые, причем такие глины - неспекающиеся, с высоким содержанием красящих оксидов (Fe2O3 > 3 %) и низким содержанием оксида алюминия (Al2O3 = 10…12 %). При таком содержании оксида алюминия в глинистых материалах из них невозможно получить кирпич марок М150 и более, а, как известно, для возведения несущих стен нижних этажей зданий повышенной этажности (15 этажей и более) требуется керамический кирпич марок М150-М300. Основным резервом для получения высокомарочных керамических кирпичей и камней являются производственные отходы, содержащие более 15 % оксида алюминия. Сырьевые материалы. В качестве глинистого сырья для производства стенового материала использовалась легкоплавкая глина Даниловского месторождения Самарской области, которая характеризуется как грубодисперсная, преимущественно с высоким содержанием крупных и средних включений, представленных кварцем, железистыми минералами, гипсом и карбонатными включениями. Химический состав исследуемой глины представлен в табл. 1, минералогический - в табл. 2, а технологические свойства - в табл. 3. Основным породообразующим минералом глины является гидрослюда. Таблица 1 Химический состав компонентов Table 1 Chemical composition of component Компоненты Содержание оксидов, мас. % SiO2 Al2O3 СаО MgO Fe2O3 R2O SО3 П.п.п. Легкоплавкая глина 64,2 10,3 5,68 2,2 4,02 2,5 0,5 8,4 Отходы базальт-габбро-норитовой шихты 50,3 16,5 7,7 3,15 13,25 4,35 - 4,2 Таблица 2 Минералогический состав легкоплавкой глины Table 2 Mineralogical composition of fusible clay Содержание минералов, мас. % Гидрослюда Кварц Гипс Полевой шпат Каолинит Оксиды железа 25-30 25-30 5-7 10-15 10-15 4-5 Таблица 3 Технологические свойства легкоплавкой глины Table 3 Technological properties of fusible clay Число пластичности Содержание глинистых частиц (размером менее 0,005 мм) Огнеупорность, оС Спекаемость без деформаций 7-9 15-25 1100-1200 не спекается Отходы базальт-габбро-норитовой шихты образуются при производстве минеральной ваты и используются в составе керамической массы для производства стеновой керамики в качестве отощителя и интенсификатора спекания. При производстве минеральной ваты чаще всего в качестве отхода производства получается «королек» (на некоторых предприятиях этот отход называют минвата с «корольком», рис. 2) [14, 15]. Как видно из табл. 2, основным породообразующим минералом глины является гидрослюда. Имея повышенное содержание оксидов железа (Fe2O3-13,25) и щелочей (R2O-4,35 %) отходы базальт-габбро-норитовой шихты интенсифицируют процессы обжига, химический состав представлен в табл. 1, а гранулометрический - в табл. 4. Технологический процесс. Получение керамического стенового материала (керамического кирпича) осуществлялось по традиционной технологии: сырьевые компоненты (легкоплавкая глина и отходы базальт-габбро-норитовой шихты) измельчали до прохождения сквозь сито 1 мм, затем тщательно перемешивали. Керамическую шихту готовили пластическим способом при влажности 20-22 % в зависимости от содержания глины, из которой формовали кирпич, затем высушивали кирпич-сырец до влажности не более 5 % и обжигали в муфельной печи при температуре 1050 °С. Изотермическая выдержка при конечной температуре 1 ч. В табл. 5 приведены составы керамических масс, а в табл. 6 - физико-механические показатели кирпича. На составы, представленные в табл. 5, получен патент РФ [16]. Рис. 2. «Королек». Увеличение: а - ´50; б, в - ´200 Fig. 2. “Regulus”. Gain: a - ´50; б, в - ´200 Таблица 4 Гранулометрический состав отходов производства минеральной ваты Table 4 Granulometric composition of mineral wool production waste Фракция, мм 2,5-5 1,25-2,5 0,63-1,25 0,315-0,63 0,14-0,315 менее 0,14 Содержание, % 2,31 3,53 6,85 30,55 37,55 19,21 Полученный керамический кирпич соответствовал марке М150 (составы № 1 и 2) и марке М175 - кирпича, из которого из которого, благодаря использованию отходов базальт-габбро-норитовой шихты, содержащих Al2O3 более 15 %, возможно возводить несущие стены нижних этажей зданий повышенной этажности (10 этажей и более). Таблица 5 Составы керамических масс Table 5 Compositions of ceramic masses Отходы цветной металлургии Содержание компонентов, мас. % 1 2 3 Легкоплавкая глина 90 80 70 Отходы базальт-габбро-норитовой шихты 10 20 30 Таблица 6 Физико-механические показатели кирпича Table 6 Physical and mechanical properties of bricks Показатели Составы 1 2 3 Механическая прочность на сжатие, МПа 17,0 17,2 18,4 Механическая прочность при изгибе, МПа 3,5 3,7 4,2 Морозостойкость, циклы 55 59 64 Термостойкость, циклы (350 °С - вода 20 °С) 3 5 8 Выводы 1. На основе легкоплавкой глины и отходов базальт-габбро-норитовой шихты (отходы производства минеральной ваты) получен керамический кирпич с высокими физико-механическими показателями. 2. Полученный керамический кирпич соответствовал маркам М150-М175. Из него, благодаря использованию отходов базальт-габбро-норитовой шихты, содержащих Al2O3 более 15 %, возможно возводить несущие стены нижних этажей зданий повышенной этажности (10 этажей и более). 3. Безусловным достоинством использования многотоннажных отходов производства минеральной ваты является разгрузка экологической обстановки и решение следующих задач: а) утилизация промышленных отходов, что способствует защите окружающей среды; б) рациональное природопользование за счет вовлечения отходов в производство керамического кирпича; в) сохранение и рациональное использование имеющихся природных сырьевых ресурсов.

Об авторах

В. З Абдрахимов

Самарский государственный экономический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 767

PDF (Russian) - 288

Ссылки

• Ссылки не определены.