CC BY
96
УДК 691.542 : 666.9.022.2
Голоюх I. А.,
бакалавр кафедри хгмгчно'г технологи композицшних матергалгв, Нацюнальний технгчний унгверситет Украгни «КП1»
Дорогань Н. О.,
асистент кафедри хгмгчно'г технологи композицшних матергалгв, Нацюнальний технгчний унгверситет Украти «КП1»
Черняк Л. П.,
доктор техтчних наук, професор кафедри хгмгчно'г технологи композицшних матергалгв, Нацюнальний
технгчний унгверситет Украти «КП1»
АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДА ПРОИЗВОДСТВА РИСА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Голоюх И. А.,
бакалавр кафедры химической технологии композиционных материалов, Национальный технический университет Украины «КПИ» Дорогань Н. А.,
асистент кафедры химической технологии композиционных материалов, Национальный технический университет Украины «КПИ» Черняк Л. П.,
доктор технических наук, професор кафедры химической технологи композиционных материалов, Национальный технический университет Украины «КПИ» Holoiukh I.A.,
bachelor of the department of chemical technology of composite materials, National Technical University of Ukraine "KPI"
Dorogan N.A.,
assistant of the department of chemical technology of composite materials, National Technical University of Ukraine "KPI"
Cherniak L.P.,
doctor of technical sciences, professor, National Technical University of Ukraine "KPI"
ASPECTS OF WASTE UTILIZATION FROM RICE PRODUCTION FOR PORTLAND CEMENT MANUFACTURING
Аннотация: Показаны особенности химико-минералогического состава рисовой шелухи с учетом ее термической обработки, зависимости характеристик портландцементного клинкера от концентрации разновидностей отходов переработки риса в исходных сырьевых смесях, рассчитанных с применением нового программного обеспечения.
Ключевые слова: портландцемент, смесь сырьевая, шелуха рисовая, зола, клинкер, характеристики, фазы кристаллические.
Анотацгя: Показано особливостг хгмгко-мтералоггчного складу рисовог лузги з урахуванням гг термгчно'г обробки, залежностг характеристик портландцементного клгнкеру вгд концентрацИргзновидгв вгдходгв переро-бки рису у вихгдних сировинних сумгшах, розрахованих гз використанням нового программного забезпечення.
Ключовг слова: портландцемент, сумш сировинна, лузга рисова, зола, клткер, характеристики, фази кри-сталгчнг.
Summary: Shown are the peculiarities of chemical-mineralogical composition of the rice husks with allowance for heat treatment, and the dependences of characteristics of the Portland clinker on the concentration of varieties of rice processing wastes in the initial raw mixtures, which were calculated by using the new software.
Key words: portland cement, mixture raw material, husk rice, ash, clinker, descriptions, phases crystalline.
Химическая технология вяжущих материалов предусматривает использование сырьевых смесей карбонатных, алюмо- и кремнеземсодержащих компонентов, определенное количественное соотношение которых способно обеспечить заданные параметры производства, фазовый состав и показатели качества конечного продукта [1-3].
Сырьевая база производства портландцемента постоянно расширяется за счет использования ряда отходов промышленности в качестве техногенного сырья, что требует учета особенностей химико-минералогического состава исходных материалов как важного фактора влияния на процессы структурообразова-ния и технологи [4, 5].
Одним из значительных источников образования отходов агропромышленного комплекса является производство риса: в процессе переработки 1 млн. т риса-сырца образуется около 200 тыс. т рисовой шелухи [6,7]. Считается, что основными направлениями утилизации указанных отходов с применением их термической обработки являются сельское хозяйство и получение аморфного кремнезема [8]. При этом имеющиеся данные о существенном содержании кремнезема в составе рисовой шелухи являются предпосылкой для ее использования как техногенного сырья в производстве вяжущих материалов, в первую очередь
цемента, связанного с вычокотемпературнои термической обработкой исходного сырья, в направлении чего выполнена представленная работа.
Характеристики объектов исследования Объектом исследования стали трехкомпонент-ные сырьевые смеси для изготовления портландцеме-нтного клинкера, на основе мела и каолина, отличающиеся применением разновидностей отходов переработки риса - шелухи и продукта ее сгорания - золы.
Пробы изучаемого сырья по химическому составу (табл. 1) отличаются содержанием оксидов, образуя ряды, масс. %:
- по SiO2: мел < шелуха < каолин < зола;
- по А1^3: каолин > зола > шелуха > мел;
- по СаО: мел > зола > шелуха > каолин.
Основным породообразующими минералами
являются в меле - кальцит, в каолине - каолинит, в рисовой шелухе - аморфный кремнезем (рис. 1). После низкотемпературного обжига рисовой шелухи в получаемой золе отмечается увеличение количества кристаллов кварца (рис. 2).
Расчеты составов сырьевых смесей для изготовления портландцементного клинкера (табл. 2), выполненные с использованием новой компьютерной программы [9], позволили оценить концентрацию вводимой рисовой шелухи и золы от ее сжигания.
Таблица 1. Химический состав изучаемого сырья
Сырье-вые матери-алы Содержание оксидов, мас.%
SiO2 Al2Oз Fe2Oз ^2 CaO MgO SOз Na2O O п.п.п.
Мел 1,80 0,12 0,08 - 53,4 0,24 - - - 44,36
Каолин 47,20 36,22 0,32 1,26 0,31 0,22 0,24 0,65 0,4 7 13,00
Рисовая шелуха 15,64 0,24 0,12 0,61 0,45 0,18 0,48 0,2 8 82,00
Зола рисовой шелухи 86,48 1,33 0,64 3,36 1,93 0,45 2,09 1,57 1,68
II УГ к
1
ч
у г N Ь.
• ч
г* 1 й
М -
70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2
Рис. 1. Дифрактограмма пробы рисовой шелухи. Обозначения: г - кварц; х - кальцит
1_2 1
1
Т" 1
А г \ /
Г
т И 1 XI Г
Я
* V V -
70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2
Рис. 2. Дифрактограмма пробы золы рисовой шелухи. Обозначения: г - кварц
Код
Таблица 2 .Состав сырьевых смесей
Содержание компонентов, масс. %
900
800
700
600
500
400
300
200
0
900
800
700
600
500
400
300
200
0
смеси Мел Kaoлин Рисовая Зола рисовой ше-
ВЧ ^-1 шелуха лухи
L5 68,72 13,63 17,65 -
L6 63,42 10,41 26,17 -
L7 60,06 8,37 31,57 -
L8 57,74 6,95 35,30 -
L5z 80,43 15,96 - 3,61
L6z 80,89 13,28 - 5,83
L7z 81,23 11,31 - 7,46
L8z 81,48 9,81 - 8,70
Особенности портландцементного клинкера из изучаемого сырья
Установлено, что равных заданных значений коэффициента насыщения в интервале КН= 0,80-0,95
и кремнеземного модуля клинкера в интервале п = 2,0-3,5 необходимая концентрация рисовой шелухи существенно выше, золы от ее сжигания (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость концентрации рисовой шелухи (1) та золы шелухи (2) от кремнеземного модуля клинкера
при КН=0,95
В зависимости от разновидности и концентрации используемого отхода переработки риса в сырьевой смеси изменяются характеристики портландцементного клинкера (табл. 3). Так, при коэффициенте насыщения КН=0,95 в случае использования рисовой шелухи с увеличением заданного числа кремнеземного модуля с 2,0 до 3,5 уменьшаются содержание в клинкере красящих оксидов (с 0,37 до 0,35 масс. %) и показатели глиноземного модуля (с 48,8 до 24,6).
В указанном интервале варьирования кремнеземного модуля вероятные изменения фазового состава клинкера характеризуются некоторым увеличением содержания кристаллических фаз трехкальциевого СзS (с 64,6 до 72,7 %) и ортосиликата кальция С2S (с 8,6 до 9,7 %), значительное уменьшение кристаллической фазы трехкальциевого алюмината С3А (с 25,5 до 15,9%), содержание браунмиллерита С4АF находится на уровне 0,6-0,8 %.
Таблица 3. Характеристики клинкера
Код пробы Содержание красящих оксидов в клинкере, мас. % Характеристики клинкера Содержание кристаллических фаз, %
п P CзS C2S CзA C4AF
L5 0,37 0,95 2,00 48,80 64,60 8,60 25,52 0,61
L6 0,36 0,95 2,50 35,70 68,09 9,06 21,37 0,70
L7 0,37 0,95 3,00 27,15 70,74 9,42 18,27 0,79
L8 0,35 0,95 3,50 24,64 72,74 9,68 15,90 0,76
L5z 0,41 0,95 2,00 46,57 64,63 8,60 25,56 0,71
L6z 0,40 0,95 2,50 35,70 68,22 9,08 21,37 0,70
L7z 0,38 0,95 3,00 29,42 70,83 9,43 18,30 0,73
L8z 0,38 0,95 3,50 23,81 72,84 9,70 15,96 0,79
В случае использования золы от сжигания рисовой шелухи с увеличением заданного числа кремнеземного модуля с 2,0 до 3,5 также уменьшаются содержание в клинкере красящих оксидов (с 0,41 до 0,38 масс. %), что находится на уровне несколько меньшем,
чем при введении рисовой шелухи, и показатели глиноземного модуля (с 46,5 до 23,8).
В указанном интервале варьирования кремнеземного модуля вероятные изменения фазового состава клинкера характеризуются некоторым увеличением содержания кристаллических фаз трехкальциевого СзS
(с 64,6 до 72,8 %) и ортосиликата кальция C2S (с 8,6 до 9,7 %), значительное уменьшение кристаллической фазы трехкальциевого алюмината С3А (с 25,5 до 15,9%), содержание браунмиллерита C4AF находится на уровне 0,7-0,8 %.
Выводы
1. Наличие в химическом составе аморфного кремнезема, отличающегося повышенной реакционной способностью в процессе структурообразования силикатных систем при термической обработке, определяет целесообразность использования многотоннажных отходов переработки риса в технологии вяжущих материалов.
2. Для изготовления портландцементного клинкера в состав сырьевой смеси может быть введено 17,5-35,0 масс. % рисовой шелухи или 3,5-9,0 масс. % золы от сжигания рисовой шелухи.
3. Разработанные составы сырьевой смеси позволяют получить клинкер с пониженным содержанием красящих оксидов и железосодержащих фаз, что указывает на возможность повышения белизны цемента.
Литература
1. Бутт Ю.М. Химическая технология вяжущих материалов / Ю.М. Бутт, М.М. Сычев, В.В. Тимашев -М.: Высшая школа, 1980. - 460 с.
2. Kurdowski W. Chemia cement / W. Kurdowski
- Warzawa: PWN, 1991. - 478 s.
3. Taylor H. F. W. Cement Chemistry - London: Thomas Telford Publishing; 2 edition, 1997 - 459 р.
4. Комплексное развитие сырьевой базы промышленности строительных материалов / [Удач-кин И.Б., Пащенко А.А., Черняк Л.П., Захарченко П.В., Семидидько А.С., Мясникова Е.А. ]- К.: Будiвельник, 1988. - 104 с.
5. Черняк Л.П. Особливосп структуроутво-рення дисперсних систем у технологи портландцементу // Технологический аудит и резервы производства. - 2013. - Т.6.- № 5(14) - С. 8-10.
6. Ляховкин А.Г. Мировое производство и генофонд риса. - Ханой: Сельское хозяйство, 1992. - 343 с.
7. Отходы от переработки риса. Електронний ресурс: http://clean-future.ru/info-othody-ot-pererabotki-risa.html
8. Сергиенко В.И. Возобновляемые источники химического сырья: комплексная переработка отходов производства риса и гречихи / В. И. Сергиенко, Л. А. Земнухова, А. Г. Егоров, Е. Д. Шкорина, Н. С. Василюк // Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. - 2004.- т. XLVIII. -№ 3. - с. 116 - 124.
9. Сввдерський В.А. Програмне забезпечення технологи портландцементу / В.А. Свщерський, Л.П. Черняк, Н.О. Дорогань, А.С. Сорока // Строительные материалы и изделия. - 2014. - № 1 (84). - С. 16-17.
Самчук Володимир Володимирович астрант кафедри металоргжучого обладнання i транспортних систем, Украшсько! iнженерно-педагоriчноl академи
СТВОРЕННЯ К1НЕМАТИЧНИХ СХЕМ Р1ЗАННЯ ДЛЯ МЕХАНМНО1 ОБРОБКИ НЕЖОРСТКИХ ЦИЛ1НДРИЧНИХ ВИРОБ1В 13 ПОЛ1МЕРНИХ КОМПОЗИТ1В
Самчук Владимир Владимирович
аспирант кафедры металорежущего оборудования и транспортных систем,
Украинской инженерно-педагогической академии
Samchuk Vladimir V.
graduate student of metal cutting equipment and transport systems,
Ukrainian Engineering Pedagogics Academy
СОЗДАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ РЕЗАНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НЕЖЕСТКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ
CREATION OF KINEMATIC SCHEMES OF CUTTING FOR MACHINING OF NONRIGID CYLINDRICAL PRODUCTS FROM POLYMERIC COMPOSITES
Анотацiя: Стаття присвячена теоретичним аспектам 3i створення юнематичних схем рiзання, викори-стання яких дозволить в процесi обробки зменшити ттенсивнкть коливань виробу, осюльки вони передбачають урiвноваження сили рiзання, що полiпшили яюсть оброблених поверхонь на фот пiдвищення продуктивностi процесу рiзання у порiвняннi при використаннi класичних ктематичних схем рiзання при реалiзацii обробки ви-робiв цилiндричноi форми.
Ключовi слова: нежорсткий вирiб, полiмерний композитний матерiал, урiвноважена ктематична схема рiзання.
Аннотация: Статья посвящена теоретическим аспектам по созданию кинематических схем резания, использование которых позволит в процессе обработки уменьшить интенсивность колебаний изделия, поскольку они предусматривают уравновешивание силы резание, что улучшит качество обработанных поверхностей на фоне повышения производительности процесса резание по сравнению при использовании классических кинематических схем резание при реализации обработки изделий цилиндрической формы.
Ключевые слова: нежесткое изделие, полимерный композитный материал, уравновешенная кинематическая схема резания.
Summary: Article is devoted to theoretical aspects on creation of kinematic schemes of cutting which use will allow to reduce intensity of fluctuation of a product as they provide force equilibration cutting in processing that will improve quality of the processed surfaces against increase ofproductivity ofprocess cutting in comparison when using
