Исследование сушильных свойств керамических материалов на основе отходов топливно-энергетического комплекса

УДК 691.666.715:543.5 © Е.С. Абдрахимова, 2019

Исследование сушильных свойств керамических материалов на основе отходов топливно-энергетического комплекса

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-9-67-69

Исследования показали, что использование в керамических массах до 30% золошлакового материала для получения кирпича на основе межсланцевой глины без применения природных традиционныхматериалов значительно улучша-ет сушильны/е характеристики. Дальнейшее увеличение содержания отощителя в составах керамических масс (более 30%) способствует резкому снижению пластичности шихтыI, что значительно ухудшает ее формовочны/е свойства, а также снижает прочность образца - сы/рца. Ключевые слова: межсланцевая глина, золошлаковый материал, сушильные свойства, пластичность, прочность, формовочная влажность.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время количество научных работ, посвященных исследованию сушильных свойств керамических материалов крайне недостаточно. Особый интерес представляют редко встречающиеся в литературе сведения, касающиеся изучения сушки керамического кирпича, полученного на основе топливно-энергетических отходов.

Сушкой называется процесс удаления из твердых материалов содержащейся в них влаги за счет ее испарения и удаления образовавшихся паров с поверхности тела в окружающую среду. Процесс сушки сопутствует производству всех видов керамических изделий. При этом сушат не только сформованные изделия, но также сырьевые материалы. При изготовлении многих керамических изделий сушка оказывает решающее влияние на качество готовой продукции. Так, трещины, появляющиеся при сушке многих керамических изделий, обусловливают их брак, а при производстве кирпича существенно снижают его качество. Процесс сушки оказывает заметное влияние на экономику производства, поскольку его осуществлен ие требует значительных расходо в топл ива и электроэнергии, а денежные затраты на этот процесс

АБДРАХИМОВА Е.С.

Канд. техн. наук, доцент Самарского государственного университета

(Национальный государственный исследовательский университет им. С.П. Королева), 443086, г. Самара, Россия, e-mail: 3375892@mail.ru

составляют в ряде случаев 10-12% от общей себестоимости готовых изделий.

В процессе изготовления керамических материалов после формования изделия оно не обладает еще теми свойствами, которые необходимы при его эксплуатации. В первую очередь изделию недостает достаточной прочности. Для достижения необходимой прочности отформованное изделие сушится и обжигается.

ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Поведение керамических масс при сушке в первую очередь зависит от пластических свойств глинистого материала. Массы с применением отощителей легче, чем глинистый материал, отдают воду, введенную в шихту для формования.

Проведенные в настоящей работе исследования показали, что золошлаковый материал Тольяттинской ТЭЦ, введенный в керамическую шихту на основе межсланцевой глины, значительно улучшает сушильные свойства, например кирпича-сырца (полуфабриката). Химические составы исследуемых отходов производств представлены в табл. 1.

Межсланцевая глина образуется при добыче горючих сланцев на сланцеперерабатывающих заводах (на шах-

Таблица 1

Химический состав исследуемых отходов энергетики

Компонент Содержание оксидов, мас. %

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O П.п.п.

В качестве глинистого компонента

Межсланцевая глина 45-47 13-14 5-6 11-13 2-3 3-4 9-20

В качестве отощителя

Золошлаковый материал Тольяттинской ТЭС 48-49 16-17 7-8 3-4 2-3 0,1-0,3 20-21

тах) и является отходом горючих сланцев [1]. Для производства кирпича в качестве отощителя использовался зо-лошлаковый материал Тольяттинской ТЭС [2] - рыхлый материал черного или серого цвета.

Для сравнительной оценки сушильных свойств шихты в зависимости от соотношения в ней количества золошла-кового материала, также от пластичности керамической массы были сформованы кирпичи из составов 1-4, которые представлены в табл. 2. Технологические свойства керамической шихты приведены в табл. 3.

Для изготовления кирпича межсланцевая глина высушивалась в сушильном шкафу при 110оС, затем измельчалась до фракции 0,25-10"3 м и меньше. Смесь золошла-кового материала и межсланцевой глины тщательно перемешивалась, увлажнялась, затем дважды пропускалась через лабораторный ленточный пресс без мундштука. Полученная масса выдерживалась в эксикаторе при относительной влажности W = 1% в течение 24 ч для установления размерной влажности.

Образцы формовались с помощью гидравлического пресса через специальную форму с выходным отверстием d = 1,5-10"2 м. Такое формование, во-первых, обеспечивало абсолютную идентичность условий для сравниваемых шихт, во-вторых, приближало плотность сформованных лабораторных образцов к плотности заводских сырцов р = 1400-1450 кг/м3. Из полученных стержней диаметром 1,5-10"2 м вырезались образцы длиной 7-10-2 м на специальном приспособлении, обеспечивающем прямолинейность оси образцов и перпендикулярность торцов к оси. Кинетические данные усадки и влагосодержания были получены на специальной установке по методике работ [3, 4] и занесены в табл. 4.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Как видно из табл. 4, с повышением в составах керамических масс золошлакового материала сушильные свойства шихты улучшаются (трещины на образцах из состава № 4 появляются после 180 с), снижается чувствительность образцов к сушке (см. табл. 3), уменьшаются формовочная влажность, усадка, ее мера и интервал, время сушки, увеличиваются влагопроводность и температура, при которой появляются трещины. Но увеличение содержания отощителя в составах керамических масс более чем на 30% способствует резкому снижению пластичности шихты (см. табл. 3), и при этом значительно ухудшаются ее формовочные свойства.

Несмотря на улучшение сушильных свойств керамической шихты и образца-сырца, вводить в составы керамических масс более 30% золошлакового материала нецелесообразно, так как снижаются, как выше указывалось, пластичность шихты и механическая прочность кирпича- сырца.

ВЫВОДЫ

Таким образом, исследования показали, что использование в керамических массах до 30% золошлакового материала для получения кирпича на основе межсланцевой глины без применения природных, традиционных материалов значительно улучшает сушильные характеристики: снижает трещинообразование, чувствительность об-

Таблица 2

Составы керамических масс

Содержание

Сырьевые материалы компонентов, мас. %

Межсланцевая глина Золошлаковый материал 1 100 2 80 20 3 70 30 4 60 40

Тольяттинской ТЭС

Таблица 3

Технологические свойства шихты

Свойства Составы

1 2 3 4

Пластичность 20 17 14 11

(безразмерная единица) Чувствительность к сушке, с 90 110 160 190 Таблица 4

Характеристики исследуемых образцов

Характеристики 1 Составы 2 3 4

Температура, при которой 110 130 155 180

появляются трещины, °С

Формовочная влажность, % 29 27 24 22

Влажность конца усадки, % 6 7 9 12

Интервал усадки, % 23 20 15 10

Время сушки до остаточной 72 56 42 35

влажности 8%, ч

Механическая прочность 8,8 7,4 5,1 4,2

высушенного сырца до остаточной

влажности 8%, при сжатии, МПа Водопроводность, м2/ч-104 1,8 2,21 2,82 3,7

разцов к сушке, уменьшает формовочную массу, усадку, ее меру и интервал, время сушки, при этом увеличиваются влагопроводность и температура, при которой появляются трещины. Дальнейшее увеличение содержания отощителя в составах керамических масс (более 30%) способствует резкому снижению пластичности шихты, что значительно ухудшает ее формовочные свойства, а также снижает прочность образца-сырца.

Список литературы

1. Абдрахимов В.З. Повышение экологической безопасности за счет использования межсланцевой глины и электросталеплавильного шлака в производстве керамического кирпича // Энергосбережение и водоподготовка. 2018. № 6. С. 47-51.

2. Абдрахимов В.З. Снижение экологического ущерба экосистемам за счет использования межсланцевой глины и золошлакового материала в производстве легковесного кирпича и пористого заполнителя // Уголь. 2018. № 10. С. 77-83. doi: 10.18796/0041 -5790-2018-10-77-83. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/102018.pdf (дата обращения: 15.08.2019).

3. Сайбулатов С.Ж., Сулейменов С.Т., Ралко А.В. Золоке-рамические стеновые материалы. Алма-Ата: Наука, 1982. 292 с.

4. Сулейменов С.Т. Физико-химические процессы струк-турообразования в строительных материалах и минеральных отходов промышленности. М.: Монускрип, 1996. 298 с.

68

СЕНТЯБРЬ, 2019, "УГОЛЬ"

MINERALS RESOURCES

UDC 691.666.715:543.5 © E.S. Abdrakhimova, 2019

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 9, pp. 67-69 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-9-67-69

Title

THE STUDY OF Drying PROPERTIES OF CERAMIC MATERIALS BASED On wASTE OF FUEL And energy COMPLEx Author

Abdrakhimova E.S.1

1 Samara National Research University, Samara, 443086, Russian Federation

Authors' Information

Abdrakhimova E.S., PhD (Engineering), Associate Professor, e-mail: 3375892@mail.ru

Abstract

Studies have shown that the use of ceramic masses up to 30% ash-slag material for brick-based inter-slate clay without the use of natural traditional materials significantly improves drying characteristics. A further increase in the content of the thinner in the compositions of ceramic masses (more than 30%) contributes to a sharp decrease in the plasticity of the charge, which significantly impairs its molding properties, as well as reduces the strength of the raw sample.

Keywords

Inter-shale clay, Ash-slag material, Drying properties, Plasticity, Strength, Molding humidity.

References

1. Abdrakhimov V.Z. Povyshenie ekologicheskoj bezopasnosti za schet ispol'zovaniya mezhslancevoj gliny i elektrostaleplavilnogo shlaka v proiz-

vodstve keramicheskogo kirpicha [Improving environmental safety through the use of inter-slate clay and electric slag in the production of ceramic bricks]. Energosberezhenie i vodopodgotovka - Energy Saving and water treatment, 2018, No. 6, pp. 47-51. (In Russ.).

2. Abdrakhimov V.Z. Snizhenie ekologicheskogo ushcherba ekosistemam za schet ispol'zovaniya mezhslancevoj gliny i zoloshlakovogo materiala v proizvodstve legkovesnogo kirpicha i poristogo zapolnitelya [Environmental system damage mitigation due to interschistic clay and bottom-ash material application in lightweight brick and porous aggregate production]. Ugol' -Russian Coal Journal, 2018, № 10, pp. 77-83. (In Russ.). DOI: 10.18796/00415790-2018-10-77-83. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/102018.pdf (accessed 15.08.2019).

3. Saybulatov S.J., Suleimenov S.T. & Ralko A.V. Zolokeramicheskie stenovye materialy [Raw meal zolokeramicheskih wall materials]. Alma-Ata, Nauka Publ., 1982, 292 p. (In Russ.).

4. Suleimenov S.T. Fiziko-himicheskie processy strukturoobrazovaniya v stroitel'nyh materialah i mineral'nyh othodov promyshlennosti [Physical and chemical processes of structure formation in building materials and mineral waste industry]. Moscow, Manuscript Publ., 196, 298 p. (In Russ.).

Received August 2,2019

На шахте «Талдинская-Западная - 2» АО «СУЭК-Кузбасс» реконструирован погрузочный комплекс производительностью

миллион тонн угля в месяц

На шахте «Талдинская-Западная - 2» компании «СУЭК-Кузбасс» введен в эксплуатацию после реконструкции комплекс, способный грузить в железнодорожные вагоны до миллиона тонн угля в месяц. Стоимость реализованного инвестиционного проекта составляет 542 млн руб.

Необходимость реконструкции вызвана планируемым увеличением производственной мощности шахты «Талдинская-Западная - 2» до 5 млн т угля и более в связи с переходом в 2020 г. на пласт 69 с вынимаемой мощностью 5,5 м. Для его эффективной отработки будет использоваться высокопроизводительное оборудование - очистной комбайн SL-900 в связке с забойно-транспортным комплексом РР/6 и механизированной крепью JOY-2550/5500. Длина забойной части первой лавы № 69-07 и последующих за ней составит по 400 м, как и на уже эксплуатируемых лавах шахты имени В.Д. Ялевского. Напомним, что именно в таких очистных забоях бригадой Героя Кузбасса Евгения Косьмина были установлены мировые рекорды добычи (в том числе существующий рекорд в размере 1 млн 627 тыс. т угля в месяц).

Ожидается, что месячная нагрузка на лаву шахты «Талдинская-Западная - 2» также может достигать миллиона тонн. Для своевременной отгрузки такой массы угля было принято решение об изменении конфигурации и

объема угольного склада до 300 тыс. т и реконструкции железнодорожных тупиков № 28 и №29 с целью параллельной погрузки железнодорожных вагонов на два пути с двух складов. За счет использования установленной в результате реконструкции на конвейерной галерее ленты шириной 1600 мм и мощных приводов скорость и эффективность погрузки значительно возрастают, позволяя также принимать уголь, добытый на разрезах «Заречный» и «Заречный-Северный» компании «СУЭК-Кузбасс».

: суэк

СИБИРСКАЯ УГОЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ