Исследование возможности повышения качества кирпича пластического формования, производимого с применением техногенных отходов

УДК 666.3/7

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА КИРПИЧА ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОВАНИЯ, ПРОИЗВОДИМОГО С ПРИМЕНЕНИЕМ

ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ

© 2009 г. АА. Галенко, И.Г. Довженко

Шахтинский институт (филиал) Shakhty Institute (Branch) of South-Russian

Южно - Российского государственного State Technical University

технического университета

Рассмотрены варианты модификации шихты для производства рядового кирпича пластического формования с целью получения улучшенных физико-механических и эксплуатационных свойств изделий. Был подобран оптимальный состав керамической массы с применением местного глинистого сырья и добавок (промышленных отходов).

Ключевые слова: кирпич рядовой; открытая пористость; морозостойкость; техногенный отход.

Variants of updating charge for manufacture of ordinary brick of plastic formation with the purpose to get improved physical, mechanical and operational properties of products are considered. The optimum composition of ceramic charge with application of local clay raw material and additives (industrial wastes) has been selected.

Keywords: brick; open porosity; frost resistance; technogenic waste.

Технология ряда керамических материалов в последние годы претерпела существенные изменения. Выпуск керамических изделий постоянно обновляется как по ассортименту, так и по видам. Повышаются требования, предъявляемые к строительным материалам, особенно к прочностным характеристикам и морозостойкости. Следствием этого является улучшение качества обработки сырьевых материалов, расширение сырьевой базы с вовлечением в производство новых добавочных компонентов.

Как известно, большая часть выпускаемого в настоящее время кирпича производится методом пластического формования. К недостаткам этого метода относится, прежде всего, продолжительная сушка сырца. Для повышения качества изделий и предупреждения появления трещин и посечек требуется увеличить срок сушки кирпича и количество добавок в шихте, что приводит к удорожанию готовой продукции.

Сырьём для производства изделий грубой керамики являются пластичные (глины, суглинки) и непластичные (отощители, порообразующие, флюсующие добавки) материалы. В технологии керамики немаловажным моментом является выбор сырьевых компонентов, от качества которых напрямую зависят свойства готовой продукции [1]. В качестве основного сырья используются глины и суглинки местного происхождения, содержащие в своём составе оксид алюминия А1203, карбид кальция СаС03 и карбид магния MgCO3. В настоящее время большое внимание уделяется использованию в производстве стеновой керамики в качестве добавок промышленных отходов [2]. Так, широкое применение получили золы теплоэлектростанций и теплоэлектроцентралей, золы уноса, золы электрических печей, отходы добычи и обога-

щения твердых горючих ископаемых, отходы металлургического производства, применение которых позволяет снизить расход дефицитных компонентов и способствует экономии топлива. Однако использование их проблематично из-за большого разброса в их химическом составе и загрязненности вредными для керамической промышленности веществами.

Необходимо отметить экономический аспект модификации керамической шихты. Введение в шихту в качестве добавочных компонентов техногенных отходов позволяет снизить расход глинистого сырья или других добавок, что ведёт к снижению себестоимости готовых керамических изделий и соответственно повышению конкурентоспособности продукции на рынке сбыта.

Немаловажным моментом при производстве керамических стеновых материалов является расположение источников сырья в непосредственной близости от предприятия-изготовителя. Этим достигается существенная экономия в связи со снижением расходов на транспортировку сырьевых компонентов.

Поэтому, исходя из вышеизложенных обстоятельств, при проведении эксперимента использовались местные сырьевые материалы в процентном соотношении, приведённом в табл. 1.

Целью данного исследования являлось изучение возможности модификации на макроструктурном уровне шихты для изготовления керамического кирпича на базе сырьевых компонентов кирпичного завода ООО «КомСтрой» и промышленных отходов смежных производств, а также установление закономерностей изменения свойств материала в зависимости от вводимого компонента. Особое внимание уделялось изучению свойств глинистого сырья, применяемого на заводе.

Таблица 1

Содержание сырьевых компонентов в шихте, %

Компонент № шихты

1 2 3

Суглинок (Маркинское месторождение) 82 82 79,5

Песок (Владимировское месторождение 8 - -

Остаток от обогащения шликерной массы - 8 8

Отсев горелых пород (Воровский террикон) 10 10 10

Бой бесцветного стекла - - 2,5

В качестве глинистого материала при производстве рядового кирпича применяется суглинок Маркин-ского месторождения. По результатам проведённых испытаний по определению числа пластичности, суглинок является умереннопластичным (Чп = 11,5). Основные характеристики суглинка приведены в табл. 2, 3.

Таблица 2

Макроскопическое описание суглинка Маркинского месторождения

Параметр Описание

Наименование сырья, цвет и оттенок Суглинок алевристый делювиальный лессовидный буровато-коричневый с красноватым оттенком

Структура, текстура, запесоченность Рыхлая, мелкокомковатая с небольшим количеством осветлённых участков, алеври-стая

Наличие известняка, проба на НС1 Вскипает при взаимодействии с НС1. Карбонаты представлены рассеянным пелито-морфным кальцитом, глинисто-карбонатными мягкими стяжениями

Наличие других примесей Единичные частицы мучнистого гипса и глиногипса, редкие растительные остатки

Таблица 3

Степень засорённости крупнозернистыми включениями

Содержание фракций, % Сумма, % Макроскопическое описание включений

>5 мм 1-5 мм 1-0,5 мм

0,08 0,44 0,23 0,75 Зёрна слабопрочного известняка, глиногип-совые стяжения, зёрна кварца

На основе диаграммы группировки глин в зависимости от химического состава (рисунок) и данных химического анализа было установлено, что рассматриваемый суглинок входит в группу глин, рекомендуемых для изготовления кирпича [3].

AI2O3 SiO2 0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

4 4

Суглинок Маркинского месторождения

0,1 0,2 0,3 0,4 Ш20 + RO + Fe2O3

Рис. 1. Группировка глин в зависимости от их химического состава (по А.И. Августинику): 1 - глины для производства огнеупорных изделий; 2 - глины, пригодные для изготовления плиток для пола, кислотоупоров; 3 - гончарные глины; 4 - черепичные глины; 5 - клинкерные глины; 6 - кирпичные

глины

Химический состав шихт, пересчитанный на прокалённое вещество, приведён в табл. 4.

Таблица 4

Химический состав шихт

Химические Содержание, %

соединения Шихта 1 Шихта 2 Шихта 3

SiO2 67,64 64,81 65,02

Al2Ü3 12,74 14,38 14,08

Fe2O3 5,55 5,77 5,61

CaO 8,47 8,98 8,97

SO3 1,30 1,30 1,28

Na2O+K2O 1,59 1,84 2,17

MgO 1,75 1,85 1,84

TiO2 0,71 0,82 0,80

P2O5 0,12 0,12 0,11

MnO 0,13 0,13 0,12

В качестве добавочных элементов-модификаторов в шихте использовались отход производства изделий тонкой керамики (остаток от обогащения шликерной массы), вводимый взамен песка, и бой тарного бесцветного стекла. Введение в керамическую шихту остатка от обогащения шликерной массы обусловлено наличием в его составе плавней и высококачественного глинистого сырья, позволяющих снизить температуру обжига и качественно улучшить процесс сушки изделий, а также дающих возможность увеличить морозостойкость изделий. Введение стеклобоя предполагает улучшение спекаемости керамического черепка.

1

2

3

5

6

0

Основные характеристики остатка от обогащения шликерной массы приведены в табл. 5.

Таблица 5

Характеристика остатка от обогащения шликерной массы, %

Наименование параметра Значение

Гранулометрический состав, %

Остатки на ситах:

10 4,7

5 7

2,5 13,7

1 8,2

менее 1 66,4

Содержание пылевидных частиц, % 1,4

Насыпная плотность, кг/м3 1121

Отпускная влажность, % 24

Содержание вредных примесей, % -

Из приготовленных по указанной рецептуре шихт были изготовлены образцы для проведения исследований. С применением активного эксперимента разработаны модели «состав шихты - свойства материала» и на их основании оптимизированы составы шихты для получения изделия с заданными свойствами. При анализе полученных экспериментальных данных исследовалась зависимость изменения свойств материала от вводимых в шихту добавок. Физико-механические и эксплуатационные свойства образцов, определявшиеся по стандартным методикам [4, 5], приведены в табл. 6.

С экономической точки зрения наиболее приемлемым вариантом для внедрения в производство является использование остатка от обогащения шликерной массы, вводимого в качестве добавочного компонента шихты 2, вместо песка Владимировского месторождения, входящего в базовый состав, применяемый на предприятии.

Таким образом, можно отметить, что применение остатка от обогащения шликерной массы в качестве добавки позволяет получить следующие преимущества:

Поступила в редакцию

- снижение себестоимости изделия вследствие исключения статьи расходов на приобретение отощаю-щего компонента (песка);

- улучшение теплотехнических характеристик готовых изделий при сохранении прочностных показателей;

- отсутствие необходимости установки дополнительного оборудования на производстве;

- сохранение физико-механических показателей выпускаемых изделий при введении отхода;

- наличие в составе отхода плавней даёт возможность интенсифицировать процессы обжига и сушки изделий и тем самым снизить затраты тепловой энергии;

- повышение морозостойкости изделий;

- экологичность, отсутствие вредных примесей;

- близость по химическому составу с исходным сырьём.

Таблица 6

Физико-механические и эксплуатационные свойства обожжённых образцов

Характеристика № шихты

1 2 3

Водопоглощение, % 15,0 16,2 16,5

Средняя плотность, кг/м3 1936 1755 1803

Усадка, % 4,2 4,4 4,3

Механическая прочность на сжатие, МПа 5,0 5,6 5,2

Морозостойкость, цикл 26 40 38

Литература

1. Бурлаков Г.С. Основы технологии керамики и искусственных пористых заполнителей. М., 1972. 424 с.

2. Рассказов В.Ф., Ашмарин Г.Д., Ливада А.Н. Производство строительных материалов с использованием техногенных отходов // Стекло и керамика. 2009. № 1. С. 5.

3. АвгустиникА.И. Керамика. М., 1975. 591 с.

4. ГОСТ 530-2007. Кирпич и камни керамические. Общие технические условия.

5. ГОСТ 7025-91. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости.

21 мая 2009 г.

Галенко Андрей Анатольевич - аспирант, кафедра «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института), Тел. 8-906-417-07-31.

Довженко Илья Георгиевич - студент, Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института), Тел. 8-951-521-63-90. E-mail dovz-ig@yandex.ru

Galenko Andrey Anatolievich - post-graduate student department «Undegraund, industrial, civil engineering and building materials», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8-906-417-07-31.

Dovjenko Iliya Georgievich - student, department « Undegraund, industrial, civil engineering and building materials», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8951-521-63-90. E-mail dovz-ig@yandex.ru