CC BY
51
УДК 691.421-431
А. В. Колпаков (асп.)1, В. З. Абдрахимов (д.т.н., проф.)2
Использование аморфного шлака от сжигания угля и межсланцевой глины в производстве кирпича без применения природных традиционных материалов
1 Самарская академия государственного и муниципального управления, кафедра кадастра и геоинформационных технологий 443084, г. Самара, ул. Стара-Загора, 96; тел. 8(846) 9515446, e-mail: [email protected] 2Самарский государственный экономический университет, кафедра землеустройства и кадастра 443090, г. Самара, ул. Советской Армии, 141; тел. 8(846) 2240669, e-mail: [email protected]
А. V. ^lpakov1, V. Z. Аbdrakhimov2
Use of amorphous slag from coal combustion and intershale clay in brick production without use of natural traditional materials
1 Samara Academy of State and Municipal Management 96, Stara-Zagora Str., 443084, Samara, Russia; ph. 8(846) 9515446, e-mail: [email protected]
2Samara State University of Economics 141, Sovetskoy Armii Str., 443090, Samara, Russia; ph. 8(846) 2240669, e-mail: [email protected]
Вовлечение промышленных отходов: шлака от сжигания угля и межсланцевой глины в производстве керамических материалов без применения природных традиционных материалов кардинально меняет сырьевую базу России и снижает экологическую напряженность в регионах и позволяет получить высокомарочный кирпич. В работе приведены составы керамических масс и физико-химические показатели полученного кирпича.
Ключевые слова: керамический кирпич; межсланцевая глина; микроструктура; промышленные отходы; температура обжига; шлак от сжигания угля.
С накоплением промышленных отходов нарушается экологическое равновесие. Земельным комиссиям приходится отводить участки для хранения отходов, которые могли бы быть использованы в градостроительстве или сельском хозяйстве 1'2. Вместе с тем из отходов или из отходов в комбинации с природным сырьем могут быть изготовлены практически все основные строительные материалы 3'4.
Производство строительных материалов — одна из самых материалоемких отраслей, в связи с этим применение отходов производства при изготовлении керамических материалов имеет особую актуальность 5.
Дата поступления 09.01.14
The involvement of industrial wastes from the coal combustion slag and intershale clay in the production of ceramic materials without the use of traditional natural materials dramatically changes the Russian raw materials base and reduces the environmental pressures on regions and allows to receive the high-quality brick.
Key words: burning temperature; ceramic brick; industrial wastes; intershale clay; microstructure; slag from coal combustion.
Целью работы являлось получение керамического кирпича из отходов производств без применения природных традиционных материалов.
Материалы и методы исследования
В настоящей работе в качестве отощителя (отощитель сокращает время сушки и усадочные напряжения в кирпиче) для производства керамического кирпича использовался шлак от сжигания угля Канско-Ачинского бассейна на Красноярской ТЭЦ-2. В качестве глинистого компонента (пластичного материала) — межсланцевая глина, которая является отходом
Таблица 1
Оксидный химический состав сырьевых материалов
Сырьевой материал Содержание оксидов по массе, %
ЭЮ2 А12О3 Рв2Оз СаО МдО Р2О п.п.п.
Межсланцевая глина 45-47 13-14 5-6 11-13 2-3 3-4 9-20
Шлак от сжигания угля 54.8 5.8 9.3 23.8 3.1 3.2 -
Таблица 2
Поэлементный анализ сырьевых материалов
Сырьевой материал Элементы
С О № Мд А1+Т1 Б1 Б К Са Ре
Межсланцевая глина 7.73 50.06 0.46 1.04 7.20 17.66 1.83 1.75 10.53 3.35
Шлак от сжигания угля - 54.5 0.78 1.12 4.5 18.4 - 0.5 15.4 4.8
при добыче горючих сланцев и относится к высокопластичному глинистому сырью (число пластичности 22—32) 6-8. Химические составы исследуемых компонентов: оксидный и поэлементный представлены в табл. 1 и 2.
Красноярская ТЭЦ-2 — тепловая электростанция в Красноярске, одна из крупнейших ТЭЦ в Сибири и входит в состав Открытого акционерного общества «Енисейская территориальная генерирующая компания (ТГК-13)» в качестве производственного филиала. Это самая экономичная станция от Урала до Дальнего Востока по удельному расходу условного топлива на единицу продукции.
Плавкость шлака от сжигания угля, 0С: начало деформации — 1240, размягчения — 1280, жидкоплавкое состояние — 1300.
Имея повышенные содержания оксидов железа, кальция и щелочей, шлак от сжигания угля будет способствовать спеканию керамического кирпича при относительно невысоких температурах обжига.
Исследования минералогического состава шлака показали, что кристаллическая фаза в нем присутствует в незначительных количествах (не более 8—10 %), так как на рентгенограммах просматриваются только слабые пики кварца Ы/п=0.443 и 0.334 нм). Аморфная фаза составляет порядка 60—80 %.
Средний показатель преломления аморфной фазы равен 1.56—1.60, что, очевидно, связано с переходом части оксида железа в стекло и образованием железистых стекол (рис. 1).
Именно жидкая фаза является той средой, которая вначале накапливает щелочи, а затем, при достижении соответствующих условий (температуры, вязкости и др.), «передает» их зернам кварца.
Рис. 1. Микроструктура шлака от сжигания угля. Увеличение х12000
Микрогетерогенность силикатных расплавов обусловливает, в конечном счете, создание ионами в расплавах структурно упорядочных групп, напоминающих строение кристаллической фазы, выделяющейся из расплава. Эти группы называют часто сиботаксическими 9. Они, в сущности, и становятся при охлаждении центрами кристаллизации.
Действительность такого механизма трудно подтвердить экспериментально, но он представляется очевидным: зерна кварца, оксидов железа и полевого шпата в массе глинистых компонентов разобщены, окружены глинистыми минералами и в подавляющем большинстве случаев непосредственно не контактируют друг с другом. В связи с этим щелочи и оксиды железа, чтобы достигнуть зерен кварца, предварительно должны обогатить и соответственно преобразовать «глинистую связку».
Технология производства кирпича. Сырьевые материалы высушивались до влажности не более 5%, затем измельчались до прохождения сквозь сито 0.63 мм. Высушенные сырьевые материалы тщательно перемешивали. Керамическую массу, из которой формовали кирпич, готовили пластическим способом при влажности 20—24 % (в зависимости от содержания глинистого компонента). Кирпич-сырец высушивали до влажности не более 8% и затем обжигали при температуре 1050 оС. Изотермическая выдержка при конечной температуре составляла 60 мин.
Результаты и их обсуждение
В табл. 3 приведены составы керамических масс, а в табл. 4 — физико-механические показатели кирпича.
Таблица 3 Составы керамических масс
Сырьевые материалы Содержание компонентов, % мас.
1 2 3
Межсланцевая глина 70 60 50
Шлак от сжигания угля 30 40 50
Литература
1. Всероссийское совещание по вопросам переработки и использования золошлаковых материалов тепловых электростанций / Материалы совещаний.- Новосибирск: РАО ЕЭС, 2008.- 400 с.
2. Абдрахимова Е. С., Абдрахимов В. З. // Экология производства.- 2013, №3.- С.52.
3. Абдрахимов В. З., Рощупкина И. Ю., Абдрахимова Е. С., Колпаков А. В. // Экология и промышленность России. 2012.- № 3.- С.28.
4. Абдрахимов В. З., Хасаев Г. Р., Абдрахимо-ва Е. С., Колпаков А. В., Рощупкина И. Ю. // Экология и промышленность России.- 2013.-№5.- С.28.
5. Абдрахимова Е. С., Абдрахимов В. З. // Экология производства.- 2012.- №10.- С.36.
6. Абдрахимов В. З., Абдрахимова Е. С. // Материаловедение.- 2013.- №1.- С.51.
7. Абдрахимов В. З., Рощупкина И. Ю., Абдрахимова Е. С. // Кокс и химия.- 2012.- №11.-С.35.
8. Колпаков А. В., Абдрахимов В. З. // Строительство и реконструкция.- 2012.- №5.- С.50.
9. Куколев Г. В. Химия кремния и физическая химия силикатов.- М.: Высшая школа, 1966.464 с.
Как видно из табл. 3, керамические кирпичи получили из отходов производств без применения природного традиционного сырья. Полученный кирпич из предложенных составов имеет высокую морозостойкость и механическую прочность (табл. 4).
Таблица 4
Физико-механические показатели кирпича
Показатели Составы Прототип
1 2 3
Морозостойкость, циклы 105 108 111 83-88
Механическая прочность на сжатие, МПа 19.1 19.5 20.8 17.1-18.5
Использование техногенного сырья при получении кирпича способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для керамических материалов.
References
1. Vserossiiskoe soveschanie po voprosam pere-rabotki i ispol' zovaniya zoloshlakovykh materialov teplovykh elektrostancii. Materialy soveshhanij [All-Russian conference on processing and utilization of ash and slag materials of the thermal power plants]. Novosibirsk: RAO EES Publ., 2008. 400 p.
2. Abdrakhimova E. S., Abdrakhimov V. Z. Ekologiya proizvodstva. 2013. No. 3. P.52.
3. Abdrakhimov V. Z., Roschupkina I. Ju., Abdrakhimova E. S., Kolpakov A. V. YEkologiya i promyshlennost' Rossii. 2012. No.3. P.28.
4. Abdrakhimov V. Z., Khasaev G. R., Abdrakhimova E. S., Kolpakov A. V., Roschupkina I. Yu. Ekologiya i promyshlennost' Rossii. 2013. No.5. P.28.
5. Abdrakhimova E. S., Abdrakhimov V. Z. Ekologiya proizvodstva. 2012. No.10. P.36.
6. Abdrakhimov V. Z., Abdrakhimova E. S. Ma-terialovedenie. 2013. No.1. P.51.
7. Abdrakhimov V. Z., Roschupkina I. Yu., Abdrakhimova E. S. Koks i himiya. 2012. No.11. P.35.
8. Kolpakov A. V., Abdrakhimov V. Z. Stroitel'stvo i rekonstrukciya. 2012. No.5. P.50.
9. Kukolev G. V. Khimiya kremniya i fizicheskaya himiya silikatov [Silicon chemistry and physical chemistry of silicates]. Moscow: Vysshaya shkola Publ., 1966. 464 p.
