CC BY
2414. Сауц, А.В. Очистка и утилизация свалочных сточных вод и фильтрата / Сауц А.В., Ерегина С.В. // Инновационные подходы в решении проблем современного общества. -Пенза: Наука и Просвещение. - 2018. - С. 14-17.
NATURAL-LIKE TECHNOLOGIES FOR CLEANING FILTRATION WATER, FORMED ON THE SOLID DOMESTIC WASTE POLYGONS
Gadzhikerimov V.V.1, Belova O.Yu.2, Karelin D.V.3
1,2,3 Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin), Novosibirsk
Annotation. The operation of municipal solid waste landfills has a negative environmental impact. The landfill filtrate contains a large amount of mineral and organic substances and is highly toxic. The qualitative characteristics of the filtrate depend on the age of the landfill, climatic conditions and the time of year, the amount of precipitation, the mode of their precipitation and other factors. Undoubtedly, the chemical composition of the waste entering the landfill also affects the quality of the filtrate. Problems of cleaning the filtrate remain highly relevant. This article presents the results of samples from wells at the solid domestic waste 2site with the dynamics of the substances contained in the filtrate. The classical methods of purification of the filtrate are considered, as well as the innovative technological method based on self-purification of living organisms (bacteria, algae) is described.
Keywords: seepage water, solid domestic waste landfills, mechanical cleaning, biological treatment, hydrobotanical sites.
УДК 666.3.016 : 634.57
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТРАБОТАННОГО СОРБЦИОННОГО МАТЕРИАЛА В КАЧЕСТВЕ ВЫГОРАЮЩЕЙ ДОБАВКИ К КЕРАМИЧЕСКИМ СМЕСЯМ
Дороганова О.В., Мирошниченко Н.А., Свергузова С.В., Дороганова Е.В.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова; 38012, Россия, Белгород; магистрант кафедры промышленной экологии; e-mail: dov-75@mail.ru, nat.mir16@yandex.ru, doroganova.helen@yandex.ru
Аннотация. В работе предложен способ утилизации отработанного сорбционного материала на основе скорлупы кедровых орехов как выгорающая добавка к глиняным смесям при производстве пористых керамических изделий. При этом увеличивается пористость изделий, уменьшается удельная плотность, и повышаются теплоизоляционные свойства материалов. До определенного значения массовой доли добавляемой отработанной скорлупы кедровых орехов прочность образцов на сжатие снижается незначительно. Предлагаемый способ утилизации отработанного сорбционного материала позволяет использовать природные ресурсы с максимальной эффективностью.
Ключевые слова: очистка воды от ионов тяжелых металлов; отработанный сорбционный материал; скорлупа кедровых орехов, выгорающая добавка к глиняным смесям.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время разработаны основные принципы рационального природопользования, т.е. концепции устойчивого совместного развития человека и биосферы: 1) темпы потребления возобновляемых ресурсов не должны превышать темпов их восстановления; 2) интенсивность выбросов загрязняющих веществ не должна превышать возможности окружающей среды их поглощать; 3) все ресурсы должны использоваться с максимальной эффективностью; 4) производственный цикл должен быть безотходным, при котором одно производство способно перерабатывать и утилизировать отходы другого [1]. По сути, сама природа своим круговоротом веществ подсказала человеку, что возможно использовать этот потенциал на основе ресурсосберегающих технологий.
Возникновение экологической угрозы, вызванной накоплением промышленных отходов, требует проведения эффективной экологической политики, одним из направлений которой является использование различных отходов в качестве сырья для получения готового продукта. Не только экологические, но и экономические факторы способствуют разработке и внедрению технологий, при применении которых отходы одних отраслей промышленности после дополнительной обработки или без нее становятся основным сырьем или компонентом для производства в других отраслях промышленности [2, 33-35].
Одной из наиболее важных составных частей в промышленности строительных материалов является использование вторичных продуктов, обеспечивающих получение продукции с минимальными затратами трудовых процессов и энергетических ресурсов.
Нами в качестве выгорающей добавки к керамическим смесям предложено использовать отработанный сорбционный материал (СКО, №2+), образующийся при очистке водных сред от ионов никеля, измельченной скорлупой кедровых орехов, являющейся отходом пищевой промышленности.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ, МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДОВ
В зависимости от условий эксплуатации к изделиям строительной керамики предъявляют различные требования по водопоглощению, морозостойкости, химической стойкости, механической прочности, водопроницаемости, истираемости, теплопроводности [3 -6].
Пористая керамика применяется, начиная с 1950-х годов [7, 8]. В последние время значительно возрос интерес к методам получения пористой керамики на основе тугоплавких оксидов. Данный тип керамики широко используется в качестве фильтров, мембран, катализаторов, биоимплантатов. [7-9]. Благодаря сочетанию физико-химических свойств наиболее интересна для исследования керамика на основе оксидов А1203, 2г02. Эти оксиды имеют высокую химическую стойкость и прочность, что позволяет использовать их во многих сферах производства. Одним из методов получения пористых материалов является использование выгорающих добавок. Преимущество данного метода заключается в возможности регулирования формы пор. При этом необходимо использовать выгорающую добавку, которая не привносит примесей в материал и выгорает без остатка. Наиболее интересным для данных целей является использование органических добавок [10].
Выпуск теплоэффективных керамических изделий является первоочередной задачей производства строительных материалов. Для улучшения теплоизоляционных свойств используют органические добавки. Наилучшим способом понижения теплоотдачи кирпича является повышение пористости самого керамического черепка путем введения: 1) газообразующих и вспенивающих добавок; 2) выгорающих добавок. Во втором случае возможно применение различных целлюлозосодержащих отходов и осадков водоочистки с большим содержанием органической составляющей [6-17, 29-32]. Метод выгорающих добавок приводит к получению материала с невысокой прочностью, однако является самым дешевым и дает возможность регулировать в широких пределах размеры и количество пор. Метод основан на введении и последующем выжигании сгорающих добавок. Исходный материал смешивают с твердыми выгорающими органическими веществами, далее формование изделий осуществляется пластическим формованием, полусухим прессованием или шликерным литьем, после чего изделие подвергают обжигу, приводящему к образованию пор на месте выгоревших частиц добавок. В качестве выгорающих добавок используют: древесные опилки и уголь, продукты коксования, горючие сланцы, графит, торф, пробковую и бумажную пыль, просяную и рисовую шелуху, измельчённую солому, сажу и т.д. [17].
Действие выгорающей добавки, по мнению авторов [6] является многофункционально:
1) все добавки органического происхождения обладают теплотворной способностью, следовательно, при обжиге изделий выделяется дополнительное количество тепла, что приводит к равномерному обжигу и сокращению времени работы печи, при этом экономится электроэнергия;
2) органические добавки создают восстановительную среду, интенсифицируя процесс спекания и упрочнения керамического черепка повышая его прочность;
3) эти добавки улучшают пластифицирующие свойства шихты;
4) при выгорании органической добавки выделяется небольшое количество сопутствующих газов, что приводит к уплотнению стенок вокруг каждой частички, а в итоге повышает прочность всего изделия;
5) использование в качестве выгорающей добавки отходы приведет к получению продукции с улучшенными характеристиками с сохранением или снижением себестоимости.
Для улучшения теплоизоляционных свойств в работе использовали выгорающую добавку на основе измельчённой скорлупы кедровых орехов (СКО) после отработки в качестве сорбционного материала очистки никельсодержащих модельных вод.
В России на территории Сибири находится до 80% мировых запасов кедровой сосны сибирской. Ежегодно может добываться в среднем около 10-12 млн. тонн кедрового ореха, при переработке которого на ядра или кедровое масло образуется в качестве отхода скорлупа кедрового ореха (СКО), составляющая 51-59% от веса самого ореха [18]. Вследствие этого образование отхода СКО, по нашим оценкам в среднем составляет около 5-8 млн. тонн в год. Образовавшуюся биомассу из скорлупы необходимо утилизировать с получением полезных и ценных продуктов, одним из альтернативных вариантов использования скорлупы может быть получение сорбционного материала с заданными свойствами для извлечения ряда загрязнителей из промышленных стоков и питьевой воды [18-22, 34, 35].
Скорлупа кедровых орехов формируется в течение двухлетнего цикла созревания шишки кедровой сосны сибирской и имеет следующий химический состав (табл. 1 [18]).
Таблица 1.
Химический состав скорлупы кедровых о эехов, % от исходного абсолютно сухого сырья
№ п/п Компоненты Содержание, %
1 Целлюлоза 32,4
2 Лигнин 52,8
3 Гемицеллюлозы 3,9
4 Водорастворимые вещества 4,6
5 Жиры и смолы 5,0
6 Низкомолекулярный лигнин 13,2
Нами был определен элементный состав СКО, результаты химического анализа (определение элементов от Be до Cf), ГОСТ Р ИСО 22309-2015, проводились локальным методом энергодисперсионной спектрометрии (ЭДС) на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) высокого разрешения TESCAN MIRA 3 LMU (Чехия) представлены в таблице 2 и на рисунке 1.
Таблица 2.
Элементный состав скорлупы кедровых орехов, в весовых %
Название спектра, вес. % C O Mg K Cu
Скорлупа кедрового ореха 45.49 53.18 0.20 1.13 0.00
10 — |е| лсп
5- ю Вес% о
ю] 45.5 0.2
1 — o.s- [MQI й [сЛ 1.1 О.О Mg 0.2 О.О Си О.О О.О
§
| o.i- = 0.05- АН / \ ¡С и] _
---—
0,01 —
0.005-
■ 1111 1 1 1 1 1 .......... I | 1 1 1 1 | 1 1 1 1
1 2 4 6 8 КЭВ
Рис. 1. Энергодисперсионный (ЭДС) спектр скорлупы кедровых орехов
Были определены некоторые физико-химические характеристики СКО (ТУ и ТИ 9147-00253163736-2008 «Скорлупа кедрового ореха») изготовитель ООО «Сибирский продукт» г. Барнаул, табл.3.
Таблица 3.
Физико-химические свойства скорлупы кедровых орехов
№ п/п Характеристика Значение Единица измерения
1 Насыпная плотность фракция с размером частиц 1 -2 мм 435 кг/м3
2 Истинная плотность 246 кг/м3
3 рН водной вытяжки, 24ч. 6,83 -
4 Гигроскопичная влажность, W 9,5 %
5 Потери массы при нагревании до 600° С 34,9 %
6 Водопоглощение 47 %
7 Адсорбционная емкость по никелю (II) 10 мг/г
Результаты исследования поведения СКО при нагревании показали, что температурные характеристики процесса термической деструкции СКО начинаются при 350°С; а при 600°С выгорает 65,1% органических веществ.
Отработанный сорбционный материал получали в лабораторных условиях при очистке модельного раствора, содержащего ионы никеля (II) с концентрацией С=50 мг/дм3, для этого использовали навески сорбционного материала СКО с размером частиц d=1,0-2,0 мм, которые добавляли в колбы с модельными растворами, содержащие ионы никеля (II) в соотношении 1гСКО:0,1дм3модельного раствора (исходя из определенной адсорбционной емкости по никелю (II), методом построения изотермы сорбции - 1 г отработанного сорбционного материала содержит 10 мг ионов №2+). На перемешивающем устройстве LS-110 содержимое колбы встряхивали в течение суток, затем растворы фильтровали через бумажный фильтр «Синяя лента» ТУ6-09-1678-95. Далее фильтры с отработанным сорбционным материалом высушивали на воздухе, собирали сухой (СКО, №2+) и использовали его в качестве выгорающей добавки к глиняным смесям.
Основным сырьём для производства кирпича являются легкоплавкие глины - горные землистые породы, способные при затворении водой образовывать пластическое тесто, превращающееся после обжига при 800 - 1000оС в камнеподобный материал. Легкоплавкие глины относятся к остаточным и осадочным породам. Для производства кирпича наибольшее применение нашли элювиальные, ледниково-моренные, аллювиальные, морские и некоторые другие глины и суглинки. Для определения возможности использования глин и суглинков для производства стеновых материалов необходимо знать их зерновой, химический и минералогический состав, пластичность и технологические свойства. Наиболее ценной для производства кирпича является глинистая фракция (не менее 20%). Содержание глинозёма А1203, в легкоплавких глинах в пределах от 10 до 15%. Для производства керамического кирпича сырьевыми материалами служат легкоплавкие глины, лессы, кремнеземистые породы, отходы угледобычи, органические и минеральные добавки [25].
На глинистые породы для производства кирпича распространяется ОСТ - 2178-88 "Сырье глинистое для производства керамического кирпича и камней", согласно которому содержание химических составляющих (% по массе), должно соответствовать показателям, приведенным ниже: диоксид кремния ^Ю2) - не более 85, в том числе свободного кварца не более 60; сумма оксидов алюминия и титана (А1203 + ТЮ2) не менее 7,0; сумма оксидов кальция и магния (СаО + MgO) не более 20; сумма соединений серы в пересчете на SO3 не более 2,0; в том числе сульфидной не более 0,8; сумма оксидов железа ^еО + Fe203) не более 14,0; сумма оксидов калия и натрия (К20 + №2О) не более 7,0. Глинистая порода должна иметь число пластичности не менее 7. Глина должна быть однородная и не должна содержать вредных примесей: зерен СаСО3, растворимые соли и включения. Глина должна иметь низкую температуру обжига и широкий интервал обжига (не менее 1000°С), а также не изменять окраску в этом интервале [26,27].
Исследования, связанные с разработкой технологии получения пористого керамического кирпича методом пластического формования проводились на основе глины Ястребовского месторождения (Белгородская область, Белгородский район, Беловское сельское поселение). Данное месторождение расположено на южной окраине среднерусской возвышенности, в 726 км к югу от Москвы, в 7 км от Белгорода и в 30 км от границы с Украиной.
Для производства рядового глиняного кирпича используются четвертичные и палеогеновые глины и суглинки. На территории Белгородской области разведано и оценено 68 месторождений глин, из которых 30 разрабатываются. Балансовые запасы их на 01.01.2016г. составляют около140 млн.м3. Суммарно на разрабатываемых участках в 2016 году добыто 369 тыс. куб. м керамзитовых и кирпичных глин, а так же суглинков [23].
Площадь Ястребовского месторождения - 5,6 га. Его запасы глин составляют 328 тыс. куб. м., ежегодный объем добычи - 45 тыс. куб. м. Глину можно применять в качестве сырья в производстве керамзитовых гравия, щебня, песка и рядового глиняного кирпича [24].
Химический состав (табл.4) глины Ястребовского месторождения был определен методом рентгеновской флуоресценции на рентген флуоресцентном спектрометре серии ARL 9900 Workstation (Швейцария) со встроенной системой дифракции, анод кобальт. Согласно классификации глинистого сырья (ГОСТ 9169-75 Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация), Ястребовские глины по содержанию (А1203<15масс.%) относятся к кислым, по содержанию красящих оксидов к группе с высоким содержанием Fe203 и низким содержанием TiO2.
Таблица 4.
Химический состав глины Ястребовского месторождения
Сырьё Содержание оксидов, %
Si02 ТЮ2 Fe203 Ca0 Mg0 Na20 K20 AI203 п.п.п Z
Ястребовская глина 71,3 1,02 4,62 1,61 1,2 0,62 2,06 14,3 7,66 104,39
С целью изучения особенностей фазообразования и спекания керамического черепка на приборе синхронного термического анализа (СТА) STA 449 F1 Jupiter® фирмы NETZSCH (Германия), программное обеспечение Proteus® выполнялись измерения потоков теплоты и массы при нагревании образцов глины до 10000С. Данный прибор в одном измерении сочетает методы дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и термогравиметрии (ТГ). Был использован платиновый тигель (Pt-Rh-lids), образец глины массой 10 мг, скорость нагрева 10.0 К/мин, скорость потока аргона (Ar) 30 см3/мин, скорость потока кислорода 10 см3/мин.
Анализ результатов (рис. 2) ДСК исследуемой глины показывает, что в интервале 70-1300С (пик 86,30С) наблюдается эндоэффект связанный с удалением адсорбированной воды. В интервале 130-4300С наблюдается экзоэффект - происходит выгорание органических примесей. Эндоэффекты характеризующие фазовые переходы глинистых минералов протекают в интервалах: 430-5500С (пик 469,30С). Эндоэффект характеризующий полиморфные превращения кварца 550-6500С (пик 577,80С). Эндоэффект процесса разложения карбонатов наблюдается в интервале 650-7500С (пик 724,60С).
Определение фазового состава пробы глины (тщательно растертой до полного прохождения через сито 008) проводили методом порошковой рентгеновской дифракции на рентгеновском дифрактометре ARL XTRA Termo Fisher Scientific, анод медный Cu.
Минералогический состав глины был определен исходя из пиков спектров рентгенофазового анализа представленных на рисунке 3. Рентгенофазовый анализ отмытой глины Ястребовского происхождения показал, что в её состав входят следующие диагностируемые минералы:
1) глинистые минералы:
Иллит (Kc,75(H30)0,25)Al2(Si3Al)0i0((H20)0,75(0H)0,25)2 (d(A)=1,99; 5,011; 10,048;); Монтмориллонит (сапонит, бейделит) ([(OH^SigAL^-nmO) (d(A)= 2,24; 2,26;4,57; 4,506; 15,5; 17,6); Альбит (анортит) (CaAl2Si20g) (d(A)=2,52; 3,2); Каолинит (Al203 2Si02 2H2O) (d(A) =2,491; 3,573; 4,46; 7,16);
2) минералы-примеси:
Кварц SiO2 (d(A) = 1,98; 2,45; 3,35; 4,27); Кальцит CaCO3 (d(A)= 3,043); Рутил (гематит) (d(A) =2,7; 2,969) [28].
Рис. 2. Термограммы ТГ-ДСК образцов глины Ястребовского месторождения
Рис. 3. Рентгенограмма глины Ястребовского месторождения
В соответствие с ГОСТ 9169-75 Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация были определены следующие технологические свойства глинистого сырья: нормальная рабочая влажность; пластичность; воздушная усадка; коэффициент чувствительности к сушке. Согласно полученным показателям глина Ястребовского месторождения относится к умеренно пластичному классу - число пластичности П=15; воздушная усадка глины: Д1в=3,5; исследуемая глина является малочувствительной к сушке, коэффициент чувствительности к сушке Кч=0,4.
ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Разработка способа получения и состава глиняной смеси для производства пористого керамического материала с использованием в качестве выгорающей добавки осадка водоочистки от ионов никеля (II) сорбционным материалом - скорлупой кедровых орехов СКО. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Определить физико-химические свойства отхода пищевой промышленности - скорлупы кедровых орехов (СКО);
2. Выявить состав отработанного сорбционного материала после очистки модельных вод, содержащих ионы №2+;
3. Определить физико-химические свойства глиняного сырья;
4. Установить оптимальные параметры утилизации отработанного сорбционного материала при получении керамического кирпича методом пластического формования;
5. Установить эксплуатационные характеристики полученных керамических изделий.
ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ
Подготовка глинистого сырья, изготовление образцов и определение физико-механических свойств керамического материала включали следующие стадии работ:
1) сырую глину из карьера Ястребовского месторождения подвергли грубому дроблению и сушке до 7% в сушилке СПТ-200, далее провели сухой помол в бегунах лабораторных LM - 2е, затем просеивали через сито №063;
2) отработанный сорбционный материал (СКО,№2) с различным массовым содержанием 28% смешивали с глиной в сухом состоянии, перемешивали в мельнице в течение 15 минут;
3) смесь глины с добавкой увлажняли водой до оптимальной влажности 18%, приготовленную глиняную массу выдержали в течение 7 суток для полного завершения образования адсорбированных гидратных оболочек;
4) пластическое формование образцов осуществляли в металлической форме, кубик с размером 30^30^30 мм;
5) предварительную сушку образцов делали в естественных условиях в течение 7 дней и затем в сушильном шкафу СПТ-200 при температуре 100-1100С до остаточной влажности 1% (4 часа при Т=50-600С и 6 часов при Т=1100С);
6) образцы обжигали в муфельной печи типа СНОЛ - 1/9 при температурах 950, 1000, 10500С, выдерживали 1 час при температурах 2000С и 6000С, а при максимальной температуре -4 ч;
7) после обжига для всех образцов определяли кажущуюся плотность, открытую пористость и водопоглощение методом насыщения и гидростатического взвешивания с вакуумированием ГОСТ 2409-95 (ИСО 5017-88) Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощение;
8) предел прочности при сжатии определяли методом разрушения образцов на лабораторном испытательном гидравлическом прессе П-10 при равномерном подъеме нагрузки со скоростью 2 МПа до полного разрушения.
Для наглядности результатов эксперимента данные представлены на рисунках 4-7 и таблице 5.
Из всех данных можно сделать вывод, что кажущаяся плотность, предел прочности при сжатие, водопоглощение, кажущаяся пористость керамических образцов зависят от количества добавляемого отработанного сорбционного материала и температуры обжига.
С ростом температуры обжига 950-10500С увеличивались такие характеристики, как предел прочности при сжатии, кажущаяся плотность, при этом значения водопоглощения и открытой пористости падали (рис. 4-7). С возрастанием температуры обжига образцов до 10500С при содержании СКО, №2+ - 4% способствует интенсификации процесса образования жидкой фазы на поверхности зерен сырьевой смеси, проникающей в сформированные газовыделением капилляры, играющей роль цементирующего связующего с образованием тонких пленок на контактах фаз. Также идет закрепление пор и задерживание газов расплавом. В результате формируется более пористая структура, чем в контроле, что приводит к поднятию водопоглощения с 11,1% (в контроле) до 13,5 (4% добавки) при незначительном повышении прочности на сжатие - с 18,5 до 20,45 МПа (рис.6, 4), соответственно. Полученные данные согласуются с авторами [30-32, 36].
С повышением масс.% содержания СКО, №2+ водопоглощение и открытая пористость возрастают (рис. 6, 7). Содержание СКО, №2+ в пределах до 4 масс.% в составе керамических образцов не оказывает значительного влияния на физико-механические характеристики прочность на сжатие и плотность образцов в пределах контрольных значений - 18,5-20 МПа и 1900-1940 кг/м3 (рис. 4, 5).
Дальнейшее увеличение количества выгорающей добавки более 4 масс.% приводит к повышению газообразования, поризованности структуры (водопоглощение и пористость увеличиваются), этот процесс приводит к снижению прочности изготавливаемых керамических изделий (рис. 6, 7).
21,00
к &
£
о о
20,00 | 19,00 к 18,00
5 I 17,00
ср 16,00 С
15,00
950 ° С 1000 °С 1050 °С
0 Количество добавки, масс. % 6 8
Рис. 4. Зависимость предела прочности на сжатие образцов от состава шихты и температуры обжига
а аК
1950,00 1930,00 1910,00 1890,00 1870,00 1850,00 1830,00 1810,00 1790,00
950 С 1000 С 1050 С
0 2 4 6 8 Количество добавки, масс. %
Рис. 5. Зависимость кажущейся плотности образцов от состава шихты и температуры обжига
0х
<и
и н
е ещ
о л г о п
о
д
о
т
20,00
18,00
16,00
14,00
12,00
10,00
950 С 1000 С 1050 С
0 Количество добав ки, масс. % 6 8
Рис. 6. Зависимость водопоглощения образцов от состава шихты и температуры обжига
%
,ь т с о т с
и р
о п
28,00 27,00 26,00 25,00 24,00 23,00 22,00
т ы
& 21,00
6
20,00
950 С 1000 С 1050 С
Количество добавки, масс. % Рис. 7. Зависимость открытой пористости образцов от состава шихты и температуры обжига
В процессе обжига содержащиеся в отработанном сорбционном материале органические вещества выгорают, что способствует образованию пор в теле керамических образцов. В результате порообразования снижается плотность и повышается теплоизоляция, за счет внутренней пористости самого керамического черепка.
Для выбора оптимального режима обжига и получения керамических изделий с точно заданными размерами. Нами были определены значения величины воздушной и огневой усадки высушенных и обожжённых образцов при разных температурах обжига 950-1050 0С и различном содержании выгорающей добавки СКО, №2+, данные представлены в таблице 5.
Таблица 5.
Влияние содержания СКО, №2+ в сырьевой смеси на величину усадки* образцов
Температура обжига, 0С Содержание добавки в шихте, масс.%
0 2 4 6 8
950 3,75/0,72 3,89/1,02 3,98/1,06 4,67/1,12 5,65/1,10
1000 3,52/0,51 3,67/0,65 3,79/0,78 4,38/1,26 4,78/1,46
1050 3,32/0,40 3,42/0,63 3,73/0,71 4,16/1,59 4,46/1,79
* - значение линейной воздушной усадки, % / значение огневой усадки, %
ВЫВОДЫ
Нами были изучены химический и минералогический составы, определены технологические свойства глины, поведение их при сушке и при обжиге. По результатам исследований было выяснено, что глина Ястребовского месторождения пригодна для производства керамического кирпича методом пластического формования при влажности 18 %.
Отработанный сорбционный материал от очистки модельных вод, содержащих ионы №2+ (СКО, фракция с размером частиц 1,0-2,0 мм) хорошо совмещается с шихтой технологически, не требует помола перед введением добавки в смесь для замеса на глиномешалке, что экономит энергозатраты на измельчение.
Показана возможность добавлять отработанный сорбционный материал в качестве выгорающей добавки к глиняным смесям в количестве не белее 4% по массе при температуре обжига в пределах 950-1050°С, что не приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик рядового керамического кирпича, который может применяться в качестве теплоизоляционного материала при возведении внутренних перегородок зданий.
Использование отработанных сорбционных материалов в различных отраслях строительства дает возможность не накапливать шламы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и снижает негативное воздействие на окружающую среду, решается важная экологическая проблема утилизации отхода. Позволяет использовать природные ресурсы с максимальной эффективностью, осуществляя основные принципы рационального природопользования.
Материал подготовлен при поддержке центра высоких технологий БГТУ им. В. Г. Шухова.
ЛИТЕРАТУРА
1. Воробьев, А.Е. Основы природопользования: экономические, экологические и правовые аспекты: учебное пособие / А.Е. Воробьев [и др.]; под ред. проф. В.В. Дьяченко. - Изд. 2-е, доп. и перераб. - Р. н/Д: Феникс, 2007. - 542 с.
2. Коробкин, В.И. Экология. 12-е изд., доп. и перераб. / Коробкин В.И., Передельский Л.В. -Р. н/Д: Феникс, 2007. - 602 с.
3. Смирнова, К.А. Пористая керамика для фильтрации и аэрации. - М.: Стройиздат, 1968. -172 с.
4. Будников, П.П. Химическая технология керамики и огнеупоров / П.П. Будников, под ред. Д.Н. Полубояринов. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1972. - 553с.
5. Гузман, И.Я. Практикум по технологии керамики. - М.: Металлургия, 2004. - 195 с.
6. Целлолигнин в качестве выгорающей добавки при производств керамического кирпича / М.И. Бармин, М.И. Голубев, А.Н. Гребенкин, В.П. Картавых, В.В. Мельников // Конструкционные материалы для стен. СтройПрофиль. - 2008. - №4 (66). - С. 54-56.
7. Nettleship, I. Applications of porous ceramics. Key Eng Mat, 1996. - P. 122-1: 305-24.
8. Zhu, X.L., Su, X.J. Porous ceramics materials. China Ceram, 2000. - P. 36(4): 36-9.
9. Li, Y.Q., WuJQ. Preparation, application, and development prospect of porous ceramics. Ceram Eng., 2000. - P. 12: 44-7.
10.Камышная, К.С. Получение пористой керамики с использованием карбамида в качестве выгорающей добавки // Сборник материалов XVII Междунар. науч.-практ. конф. им. проф. Л.П. Кулёва. - 2016. - С. 80-81.
11. Осадок водоочистки как порообразующая добавка к керамическим смесям / С.В. Свергузова, Ж.А. Сапронова, И.Г. Шайхиев, Р.О. Фетисов, А.В. Шамшуров // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т. 15, №7. - С. 137-139.
12. Валеев, Р.Ш. Рекуперативная технология утилизации шламовых отходов водоподготовки в строительные материалы с использованием пластификатора С-3 / Валеев Р.Ш., Шайхиев И.Г. // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, № 13. - С. 41-45.
13.Валеев, Р.Ш. Утилизация шламовых отходов теплоэнергетических централей при производстве строительных материалов // Экология и промышленность России. - 2010. - № 2. -С. 28-28.
14.Шахов, С.А. Структурно-механические свойства керамики из суглинка с добавление осадка водоочистки / Шахов С.А., Рудая Т.Л. // Известия Томского политехн. университета. Химия и химические технологии. - 2014. - Т. 325, № 3. - С. 98-105.
15.Шахов, С.А. Изучение возможности применения осадка водоочистки при производстве строительной керамики / Шахов С.А., Рудая Т.Л., Кожемяченко А.С. // Известия Вузов. Строительство. - 2013. - № 1. - С. 54-61.
16.Chakraborty, А.К. Study of phase transformation of Al2O3SiO2 gel and kaolinitic clay // Trans. Indian. Ceram. Soc. - 1978. - Vol. 37. - P. 197-200.
17.Андреева, Ж.В. Пористая керамика с регулярной структурой / Андреева Ж.В., Захаров А.И. // Успехи в химии и химической технологии. - 2012. - Т. 26, № 6 (135). - С. 11-13.
18. Получение целлюлозосодержащих продуктов из скорлупы кедровых орехов в условиях органосольвентного способа в среде уксусной кислоты / А.А. Ефремов, Е.С. Павлова, К.Б. Оффан, И.В. Кротова // Химия растительного сырья. - 1998. - № 3. - С. 87-92.
19.Егорова, Е.Ю. Получение сорбента из скорлупы кедрового ореха методом низкотемпературной обработки / Егорова Е.Ю., Митрофанов Р.Ю., Лебедева А.А. // Ползуновский вестник. - 2007. - № 3. - С. 35-39.
20.Оффан, К.Б. Закономерности пиролиза скорлупы кедровых орехов с образованием древесного угля в интервале температур 200-5 000С / Оффан К.Б., Петров В.С., Ефремов А.А. // Химия растительного сырья. - 1999. - № 2. - С. 61-64.
21.Получение активного угля из скорлупы кедрового ореха / Ю.Р. Савельева, А.Н. Кряжов, М.С. Богомолов, В.Л. Ивасенко, В.Т. Новиков // Химия растительного сырья. - 2003. - № 4. -С. 61-64.
22.Адеева, Л.Н. Сорбент из скорлупы кедровых орехов для очистки сточных вод от нефтепродуктов / Адеева Л.Н., Одинцова М.В., Синицин Д.А. // Омский научный вестник. - 2007. - № 1 (32). - С. 26-28.
23. Государственный доклад «Об экологической ситуации в Белгородской области в 2017 году» Департамента агропромышленного комплекса и воспроизводства окружающей среды Белгородской области [Электронный ресурс] // Департамент агропромышленного комплекса и воспроизводства окружающей среды Белгородской области, 2012-2018. - Режим доступа: http://www.belapk.ru/vosproizvodstvo-okruzhayushej-sredy/zelenaya-stolica/ (дата обращения: 22.01.2019).
24. Лобанова, И. Белгородские месторождения песка и глины выставлены на аукцион. [Электронный ресурс]. // Комерсантъ (Воронеж. Черноземье), 1991-2019. - № 198 от 21.10.2011. -Режим доступа: http://www.kommersant.ru/doc/179968 (дата обращения: 1212.2018).
25.Мороз, И.И. Технология строительной керамики. Киев: Вища школа, 1972. - 416 с.
26.Огурцов, В.П. Кирпич и камни керамические. Технические условия. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1996. - 156 с.
27.Роговой, М.И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики. - М.: Эколит, 2011. - 320 с.
28.Горелкин, С.С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ / Горелкин С.С., Скапов Ю.А., Расторгуев Л.Н. - М.: МИСИС, 2000. - 360 с.
29. Старостина, И.В. Оценка токсикологических свойств керамзитового гравия с использованием шламов феррованадиевого производства / Старостина И.В., Симонов М.М., Пендюрин Е.А., Беседина И.Н. [Электронный ресурс]. // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 5. - Режим доступа: www.science-education.ru/119-14533.
30.Старостина, И.В. Утилизация осадков нейтрализации сточных вод в производстве керамического кирпича / Старостина И.В., Симонов М.М., Федорина М.Ю. // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 12 (часть 10). - С. 2120-2124.
31.Starostina I.V., Simonov M.M., Denisov L.V. The use of ferrovanadium production sludge wastes in claydite gravel technology (Использование шламовых отходов феррованадиевого производства в технологии получения керамзитового гравия). Solid State Phenomena Solid State Phenomena. - Vol. 265. - Рp. 501-506. doi: 10.4028/www.scientific.net/SSP.265.501.
32.Starostina, I.V. The usage of iron-containing sludge wastes in ceramic bricks production (Использование железосодержащих шламовых отходов в производстве керамического кирпича) / Starostina I.V., Simonov M.M., Volodchenko A.N., Starostina Yu.L., Fomin A., Fokina E. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - Vol. 365. - Issue 3. - 2018. - 032066. doi:10.1088/1757-899X/365/3/032066.
33.Свергузова, С.В. О возможности использования отхода сахарной промышленности для очистки сточных вод / Свергузова С.В., Ельников Д.А., Свергузова Ж.А. // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 3. - С. 128-133. ISSN 2071-7318.
34.Дороганова, О.В. Использование скорлупы кедровых орехов для извлечения метиленового голубого из водных растворов / Дороганова О.В., Мирошниченко Н.А. Свергузова С.В., Дороганова Е.В., Шахиева Г.И. // Актуальные вопросы охраны окружающей среды: сб. докл. Всероссийск. науч.-техн. конф. - г. Белгород, 17-19 сентября 2018 г. /Белгор. гос. технол. ун-т.; отв. ред. Н.В. Беседина. - Белгород, 2018. - С. 104 - 108. - ISBN 978-5-361-00557-4.
35. Дороганова, О.В. Использование лузги тыквенных семечек для извлечения метиленового голубого из водных растворов / Дороганова О.В., Мирошниченко Н.А., Свергузова С.В., Дороганова Е.В., Шахиева Г.И. // Актуальные вопросы охраны окружающей среды: сб. докл. Всероссийск. науч.-техн. конф. - г. Белгород, 17-19 сентября 2018 г. / Белгор. гос. технол. ун-т.; отв. ред. Н.В. Беседина. - Белгород, 2018. - С. 137 - 140 - ISBN978-5-361-00557-4.
36.Абдырахимов, В.З. Химическая технология керамического кирпича с использованием техногенного сырья / Абдырахимов В.З., Абдырахимова Е.С. - Самара: Изд-во Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2007. - 432 с.
USE OF WASTE SORPTIVE MATERIAL AS A BURNOUT ADDITIVE TO
CERAMIC MIXTURES
Doroganova O.V., Miroshnihenko N.A., Sverguzova C.B., Doroganova E.V.
Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov; Russia, Belgorod
Annotation. The paper proposes a method for utilization of spent sorption material based on pine nuts as a burnout additive in the manufacture of ceramic products. This increases the porosity of products, decreases the density and increases the insulating properties of materials. To a certain value of the mass fraction of the added spent shell of pine nuts, the compressive strength of the samples slightly decreases. The proposed method of disposal of waste sorptive material allows the use of natural materials with maximum efficiency.
Keywords: water purification from heavy metal ions, waste sorptive material, shell of pine nuts, burnout additive to ceramic mixtures.
