Утилизация тонкодисперсных отходов обработки мрамора в производстве лицевой керамики

Однако нужно подчеркнуть, что реконструкция центра в Иркутске не является первоочередной задачей. Как показывает исследование, развитие центра

Иркутска необходимо проводить после и через повышение уровня периферии.

Статья поступила 02.07.2014 г.

1. Барсегян Г.Г. Развитие общегородского центра в условиях высоких темпов роста города (на примере г. Еревана): автореферат дис. ... канд. архитектуры: 18.00.04. Центр. науч.-исслед. и проектный ин-т по градостроительству. М., 1986. 24 с.

2. Бегеза С.Е. О целостности городской среды // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 8 (91). С. 82-85.

3. Бегеза С.Е. «Преследующая» динамика в процессе агломерирования // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 5 (88). С. 99-105.

4. Коган Л.Б. Быть горожанами. М.: Мысль, 1990. 205 с.

Библиографический список

5. Левченко Е.Л. Особенности функционально-пространственного развития периферийных районов крупнейшего города с расчлененной структурой: дис. ... канд. архитектуры: 18.00.04. Центр. науч.-исслед. и проектный инт по градостроительству. М., 1977. 149 с.

6. Рекомендации по поэтапной реконструкции центров крупных городов / Центр. науч.-исслед. и проектный ин-т по градостроительству (ЦНИИП градостроительства). М., 1986. 48 с.

7. Социально-культурные функции города и пространственная среда / под ред. Л.Б. Когана. М.: Стройиздат, 1982. 177 с.

УДК 666.715

УТИЛИЗАЦИЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ ОТХОДОВ ОБРАБОТКИ МРАМОРА В ПРОИЗВОДСТВЕ ЛИЦЕВОЙ КЕРАМИКИ

© Д.Ю. Землянушнов1, В.Н. Соков2, Д.В. Орешкин3, Н.А. Сканави4

Московский государственный строительный университет, 129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, 26.

Рассмотрены вопросы утилизации тонкодисперсных отходов обработки мрамора в производстве лицевых керамических изделий. Приведены экспериментальные данные, отражающие объемное окрашивание обожженных изделий различной цветовой гаммы. Ил. 3. Табл. 3. Бибиогр. 10 назв.

Ключевые слова: утилизация отходов мрамора; объемное окрашивание; лицевая керамика; керамический кирпич; оксиды металлов.

FINE MARBLE WASTE DISPOSAL IN FACE CERAMICS PRODUCTION D.Yu. Zemlyanushnov, V.N. Sokov, D.V. Oreshkin, N.A. Skanavi

Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russia.

The article treats the problems of fine marble waste disposal in the production of face ceramics. It provides experimental data showing the volume staining of baked products of various colors. 3 figures. 3 tables. 10 sources.

Key words: waste marble disposal; volume staining; face ceramics; ceramic bricks; metal oxides.

При первичной обработке горных пород, а также при их распиливании и абразивных технологиях получения изделий и профилированных деталей, штучного камня, блоков, плит, плиток, бортового камня, брусчатки образуются отходы. Они бывают в виде пыли, песка и щебня [2; 5]. Так, например, при обработке мрамора образуются отходы, представляющие собой шлам после резки или шлифовки, песок и пыль, а также некондиционные продукты. Среднестатистические

значения образования отходов при обработке мрамора варьируются в пределах от 25 до 33% от обработанной массы породы [3; 4].

По классификации отходов данный вид относится к III классу опасности. По экологической оценке готовые изделия из мрамора оказывают средний уровень нагрузки на окружающую среду. Основное влияние на окружающую среду складывается из повреждения экосистем [3; 8].

1Землянушнов Дмитрий Юрьевич, аспирант, e-mail: zemlyanushnov@inbox.ru Zemlyanushnov Dmitry, Postgraduate, e-mail: zemlyanushnov@inbox.ru

2Соков Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры строительных материалов, e-mail: sersok_07@mail.ru

Sokov Victor, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Building Materials, e-mail: sersok_07@mail.ru

3Орешкин Дмитрий Владимирович, доктор технических наук, зав. кафедрой строительных материалов, e-mail

dmitrii_oreshkin@mail.ru

Oreshkin Dmitry, Doctor of technical sciences, Head of the Department of Building Materials, e-mail dmitrii_oreshkin@mail.ru

4Сканави Наталья Алексеевна, кандидат технических наук, профессор кафедры строительных материалов. Skanavi Natalia, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Building Materials.

Повреждение экосистемы происходит при разработке породы, а также при размещении отходов в отвалах, которые занимают большие площади [3; 8]. Следовательно, размещение или утилизация таких отходов имеет экологическое и экономическое значение. Наиболее эффективным применением попутных продуктов обработки мрамора может быть использование их в производстве строительных материалов [1; 6; 7; 9].

Авторы изучили возможность применения мелкодисперсных отходов обработки мрамора в производстве лицевого кирпича.

В настоящее время разработан ряд способов из-

готовления лицевой керамики объемного окрашивания путем введения в шихту из легкоплавких глин светложгущихся тугоплавких глин, минеральных добавок, оксидов металлов (Ре20з, Мп02, ТЮ2 и др.) [2; 5; 6; 9].

В исследованиях использовалось глинистое сырье Новоподрезковского карьера (Московская обл.), химический и элементный состав породы представлен в табл. 1 и на рентгенограмме (рис. 1), а химический и элементный состав отходов обработки мрамора - в табл. 2. Идентификация составляющих глинистого сырья осуществлялось по определителю неорганических фаз и соединений [10].

Таблица 1

Химический и элементный состав глинистой породы_

Химический состав Элементный состав

Наименование оксида Содержание, % Наименование элемента Содержание, %

МдО 1.98 Мд 1,19

ЛЬОз 14,85 Л1 7,86

БЮ2 65,08 а 30,42

К20 3,45 К 2,86

СаО 1,24 Са 0,89

ТЮ2 1,51 Т1 0,91

Мп02 0,24 Мп 0,15

Ре20з 11,65 Ре 8,15

— 0 47,57

Файл - HH5B7.UI; Съоыка - 09.D4.2B13 16 27 52; Си (АКа1);

О-1-

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 43 50 52 54 58 53 60 62 Б4 6Б Б8 70 Нач угол = 3,00; Кон.угол = 70,00; Шаг = 0,02В; Экспоз =1,0; Скорость = 16; Макс число имп = 6ВЭ4

Рис. 1. Рентгенограмма глинистой породы Новоподрезковского карьера

Таблица 2

Химический и элементный состав отходов обработки мрамора_

Химический состав Элементный состав

Наименование оксида Содержание, % Наименование элемента Содержание, %

CaO 57,34 Ca 42,7

CO2 42,66 C 10,73

-- O 46,57

На цвет обожженной глины в значительной степени оказывает влияние наличие в ней соединений железа, присутствующих в глинах. По классификации глины по содержанию красящих оксидов Fe2O3 и исследуемая глина относится к группе с высоким содержанием красящих оксидов [2].

В используемой глинистой породе (см. табл. 1) это соотношение составляет 9,4 и дает после обжига насыщенный красный цвет.

Известно, что крупные включения карбонатов после обжига переходят в CaO и MgO, поглощают влагу из воздуха, образуя гидрооксиды, и, значительно увеличиваясь в объеме, разрушают изделие.

При отбеливании глины добавляли тонкодисперсные отходы мрамора (остаток на сите 5100 отв./см2 не должен превышать 5%) и равномерно перемешивали с глиной. Известь в тонкомолотом состоянии лучше реагирует с составляющими глины при обжиге, после чего теряет способность гидротироваться.

В связи с этим возникла возможность использовать тонкие фракции отходов, образующихся при обработке горных пород (мрамора) для отбеливания керамического кирпича. При обжиге при температурах 900-950°С происходит взаимодействие карбонатов с оксидом железа. Микроструктура отходов обработки мрамора представлена на рис. 2.

Исследовались различные соотношения Fe2O3/CaO (0,65; 0,55; 0,45, 0,35). Для поддержания таких соотношений в глинистое сырье вводили соот-

ветственно 22,5; 30; 35; 40 мас. %. Компоненты перемешивались 3 минуты в сухом виде, а затем еще 5 минут после добавления воды до влажности по массе 24%. Интенсивность отбеливающего действия карбонатов зависит также от температуры обжига, поэтому для выбора оптимальной температуры делали пробные обжиги при разных температурах. Установлено, что наилучшие результаты соответствуют температуре обжига 900-950°С.

В табл. 3 и на рис. 3 представлены отклики цветов на соотношение красящих и отбеливающих оксидов смеси.

Исследование изделий проводились на электронном растровом микроскопе-микроанализаторе Quanta 200 (Швейцария) с системой Apollo 40 (Phillips, Голландия) и рентгеновском дифрактометре ARL XTra (Thermo Fisher Scientific Inc., США).

Введение в состав смеси отходов мрамора снижает среднюю плотность на 6-23%, соответственно, повышается и водопоглощение по массе. Видно, что с добавлением отходов в шихту прочность образцов практически остается на одном уровне.

Таким образом, введение мраморной пыли в состав матричной глинистой породы в производстве лицевых керамических изделий дает возможность утилизировать отходы III класса опасности, благодаря чему сокращаются площади отвалов, что способствует улучшению экологической ситуации территорий.

Рис. 2. Микроструктура отходов обработки мрамора

в) г)

Рис. 3. Структура обожженных черепков объемного окрашивания (х 25): а - Fe2O-JCaO = 0,65; б - Fe2O-JCaO = 0,55; в - Fe2O-JCaO = 0,45; г - FeiOJCaO = 0,35

Таблица 3

Цвет, состав, соотношения РегОг/СаО и свойства обожженных образцов_

Наименование цвета Соотношение Fe2O3/CaO Количество мрамора от массы глинистого сырья, % Средняя плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Водопогло-щение по массе, %

Красный 9,4 - 1900 24 11,95

Темно-коричневый 0,65 22,5 1790 27 14,3

Светло-красный 0,55 30 1680 25 16,8

Розовый 0,45 35 1620 22 18,2

Палевый 0,35 40 1540 20 20,2

В заключение отметим, что лицевой кирпич объемного окрашивания обладает высокой долговечностью, атмосферостойкостью, декоративностью, вы-

полняя одновременно функции конструкционного и облицовочного материала [5].

Статья поступила 28.07.2014 г.

Библиографический список

1. Денисов В.В. Промышленная экология. Ростов н/Д: Март, 2010.

2. Калантар Г.А. Архитектурно-строительная керамика светлой окраски из глин, применяемых для производства красного строительного кирпича: дис. ... канд. техн. наук. М.: МИСИ им. В.В. Куйбышева, 1954.

3. Князева В.П. Экология. Основы реставрации. М.: Архитектура, 2005.

4. Сборник удельных показателей образования отходов производства и потребления / А.К. Голубин [и др.]. М.: Изд-во ГК РФ по охране окружающей среды, 1999.

5. Строительные материалы / В.Г. Микульский, Г.П. Сахаров [и др.]. М.: Изд-во АСВ, 2011.

6. Орешкин Д.В. Проблемы строительного материаловедения и производства строительных материалов // Строительные материалы. 2010. № 11. С. 6-8.

7. Пат. № 2186637 РФ 2000119044/03. Способ рециклинга отвалов / А.М. Артамонов. Заявл. 19.07.2000; опубл. 10.08.2002. Бюл. № 2.

8. Потапов А.Д. Экология. М.: Высшая школа, 2000.

9. Солопов С.В. Лицевой керамический кирпич на основе низкосортного глинистого сырья: дис. ... канд. техн. наук. Орел, 2010.

10. Powder Diffraction File, inorganic phases. International centre for diffraction data. USA: JCPDS, 2003.