CC BY
25УДК 691:666.715
Л.П. ЩУКИНА, канд. техн. наук, нач. лаборатории, Е.В. ЛЮБОВА, инженер-технолог, И.В. БИЛАН, заместитель ген. директора по маркетингу, М.Ф. КАРТАВЕНКО, начальник отд. маркетинга, АОЗТ «Завод «Красный Октябрь»» (Харьков, Украина)
Использование техногенных отходов для получения лицевого керамического кирпича
Лицевой керамический кирпич по достоинству занимает одно из ведущих мест в ряду наиболее востребованных строительных материалов благодаря своей долговечности, экологической чистоте и архитектурной выразительности. Создание оригинального архитектурного стиля зданий, возводимых с использованием лицевого кирпича, напрямую связано с цветовой палитрой этих изделий, которая, как правило, ограничена двумя-тремя тонами с преобладанием в ней материалов терракотового цвета. В связи с этим одним из направлений развития производства лицевой керамики является расширение ассортимента выпускаемых изделий за счет разнообразия цветовой гаммы. Это, в свою очередь, определяет актуальность исследований, направленных на получение лицевых керамических изделий менее распространенных темных тонов.
В настоящее время известно несколько способов получения цветного керамического кирпича, основным из которых является объемное окрашивание керамических масс различными хромофорными добавками (химическими и минеральными) [1]. Следует отметить, что указанный способ по сравнению, например, с глазурованием или ангобированием имеет преимущество: кирпич является более долговечным, а сам способ не требует включения в производство нетипичных для кирпичной технологии производственных переделов. В то же время объемное окрашивание изделия, особенно в случае получения насыщенных цветовых тонов, требует повышенного расхода красящих добавок, что увеличивает его себестоимость. Снижение себестоимости продукции в таком случае возможно за счет использования в составах масс техногенных отходов, содержащих в достаточном количестве цветообразующие оксиды, необходимые для придания керамическому материалу нужного цвета.
Целью данной работы являлось исследование железосодержащей пыли отхода электросталеплавильного производства метизно-металлургического предприятия на предмет ее использования в качестве окрашивающей добавки при получении лицевого кирпича темно-коричневого цвета. Тонкодисперсная металлургическая пыль, образующаяся в значительных количествах при очистке пылеулавливающих устройств, характеризуется следующим химическим составом, мас. %: Fe2Oз — 31,5; FeO - 1,9; Мп203 + МпО - 3; БЮ2 - 7,4; А1203 - 0,8; №2О - 15,4; К2О - 3,8; MgО - 1,9; СаО - 5,7; Zn - 26,8; С - 1,8. Цветонесущая функция пыли обеспечивается присутствием в ней оксидов железа и марганца, комбинация которых позволяет рассматривать отход в качестве пигмента для получения материалов коричневого цвета.
При объемном окрашивании керамических масс оценка хромофорных добавок проводится с точки зрения их влияния на цвет и технико-эксплуатационных свойств получаемых материалов. В данной работе такая оценка металлургической пыли, как хромофорный компонент массы, проводилась на запесоченных полиминеральных глинах, которые являются основной сырьевой базой кирпичных производств. Характеристика сырьевых материалов приведена в табл. 1.
При выборе базового глинистого сырья для исследований исходили из условия различного содержания в нем оксидов Fe2O3 и СаО, определяющих цвет продуктов обжига глин. Основываясь на известных данных о влиянии химического состава глин на цвет получаемых на их основе материалов [2], можно утверждать, что продукты обжига глины № 1 и засоренной карбонатами супеси № 2 будут иметь соответственно белый и темно-желтый цвета. В первом случае отсутствие окраски объясняется невысоким содержанием в глине Fe2O3, а во
Таблица 1
Лабораторный шифр глинистого сырья Тип сырья по гранулометрическому составу Минеральный тип глинистого сырья Содержание А1203 на прокаленное вещество, мас. % Содержание Fe2O3 на прокаленное вещество, мас. % Содержание СаО на прокаленное вещество, мас. % Соотношение Fe2O3 /СаО для сырья с высоким содержанием СаСО3
1 Пылеватая глина Монтмориллонитово-каолинитовая с примесью свободного кварца 20,17 (полукислая группа) 1,4 (среднее) 0,42 -
2 Пылеватая супесь Гидрослюдисто-монтмориллонитовая с примесью кварца и СаСО3 9,9 (кислая группа) 2,8 (среднее) 6,07 0,46
3 Пылеватый суглинок Гидрослюдисто-монтмориллонитовая с примесью свободного кварца 9,8 (кислая группа) 3,6 (высокое) 0,76 -
4 Пылеватый суглинок Гидрослюдисто-каолинитовая с примесью кварца и СаСО3 14,7 (полукислая группа) 4,4 (высокое) 6,77 0,64
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал ¡Д^ |'3
28 август 2010
Таблица 2
Цветовые характеристики образцов (обжиг при 1050оС) Эталон темно-коричневого цвета Базовые глины
1 2 3 4
Количество добавки, %
10 20* 30* 10 20 30 10 20 30 10 20* 30*
Насыщенность тона, % 91 96 139 147 124 100 82 95 115 86 93 104 137
Яркость, % 64 70 118 113 77 62 54 58 55 41 61 68 74
Красная составляющая цвета, % 24 25 24 34 31 31 28 24 34 34 25 30 34
Зеленая составляющая цвета, % 70 60 39 45 76 76 71 79 102 102 78 88 91
Синяя составляющая цвета, % 88 92 136 134 109 88 75 90 92 69 88 90 113
* Образцы, имеющие светлый налет на поверхности.
втором — присутствием в супеси карбонатов кальция, которые при значении Fe2Oз/CaO « 0,5 придают материалу желтую окраску. Суглинки № 3 и 4 после обжига будут окрашены в цвета красной гаммы, при этом цвет обожженного суглинка № 3 будет определять высокое содержание Fe2O3. Для суглинка № 4 определяющим будет соотношение Fe2O3/CaO = 0,65, которое характерно для материалов красного цвета. Прогнозируемые цвета продуктов обжига глин были подтверждены экспериментально при их обжиге в интервале температур 1000—1050оС.
С целью изучения влияния металлургической пыли на цветовые и технические характеристики материалов ее содержание в шихтах изменяли от 10 до 30% с шагом варьирования 10%. Добавку, пропущенную через сито 02, вводили в базовые глины в сухом виде. Опытные образцы получали по технологии пластического формования с последующей сушкой в сушильном шкафу и обжигом в муфельной печи при температурах 1000оС и 1050оС с выдержкой в течение 1ч. В результате было получено 4 группы материалов, отличающихся глинистой основой, для которых анализировали цвет, водопогло-щение и предел прочности при сжатии во взаимосвязи с температурой обжига, количеством добавки и химическим составом материалов.
Цвет полученных образцов был коричневым с различной степенью насыщенности в зависимости от перечисленных технологических факторов. Образцы не имели признаков деформации, но на поверхности многих из них наблюдались такие дефекты обжига, как светлый налет и чешуйчатость, проявляющиеся при температуре обжига 1000оС и соответственно среднем и максимальном содержании пыли в шихте. Указанные дефекты могут быть связаны с повышенным содержанием в отходе неорганических солей и металлического цинка. При температуре обжига 1050оС дефекты обжига проявлялись в гораздо меньшей степени, что может объясняться процессами разложения солей и окисления металлического цинка до оксида, более полно протекающими при указанной температуре. Кроме того, повышение температуры обжига на 50оС способствовало усилению насыщенности цветового тона керамических образцов.
Цветовые характеристики материалов, полученные с использованием колориметрических моделей HSL и RGB программы Paint, в сравнении с аналогичными характеристиками эталонного образца приведены в табл. 2. В качестве эталона использовали бездефектный образец, характеризующийся насыщенным темно-коричневым цветом, полученный на основе глины № 1 с добавкой 0,5% химически чистого Mn3O4. В табл. 2 по-
Таблица 3
Чистое глинистое сырье Композиция глина + металлургическая пыль
Водопоглощение, % Предел прочности при сжатии, МПа Количество добавки, % Водопоглощение, % Предел прочности при сжатии, МПа
Глина № 1
11 35,2 10 1,31 66,5
20 0,49 86,5
30 0,22 110,4
Супесь № 2
13,8 12,2 10 10,99 27,9
20 4,92 44,7
30 3,19 65,2
Суглинок № 3
10,51 29,35 10 8,7 35,9
20 5,8 35,9
30 3,74 51,75
Суглинок № 4
9,7 57 10 8,4 52,7
20 5,14 75,3
30 1,12 93,8
■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Ы- ® август 2010 29
казано, что материалы, полученные из глин со средним содержанием Fe2Oз, характеризуются в целом большей насыщенностью и яркостью тона в сравнении с крас-ножгущимися глинами. В то же время на основе любой из рассмотренных глин можно получить образцы с цветовыми характеристиками, близкими к эталонным значениям. Обращает на себя внимание тот факт, что дефекты обжига в виде многочисленных светлых вкраплений на поверхности имеют образцы, полученные на основе полукислого глинистого сырья (№ 1 и 4), что может быть связано с интенсивным образованием анортита Са0А1203^Ю2 и диопсида CaO•MgO•2SiO2, которые чаще всего синтезируются при термической обработке полукислых кальцийсодержащих глин. В отношении осветляющего действия СаО следует отметить, что в данном случае этот эффект нейтрализуется за счет повышенного содержания Fe2O3 в керамических массах, которое находится в пределах 3,8 — 10,6 мас. %. Исключение составляют образцы на основе супеси № 2 с добавкой 10% пыли, которые имеют самый светлый оттенок коричневого цвета, что, вероятно, обусловлено преобладающим содержанием СаО в массе по сравнению с Fe2O3 ^е203/Са0 = 0,84). Для всех остальных керамических масс значение рассматриваемого соотношения находится в пределах 1^е203/Са0<5,3. Это позволяет сделать вывод о том, что для получения темноокрашен-ных материалов на основе высококарбонатных глин количество железосодержащей добавки должно обеспечивать преобладающее содержание Fe2O3 в шихте, что обеспечивает значение Fe2O3/CaO>1.
О влиянии металлургической пыли на технические характеристики образцов, полученных при 1050оС, можно судить по данным табл. 3. Хромофорная добавка при ее использовании на любой из рассмотренных глин оказывает выраженное спекающее действие на материалы. Ана-
лизируя соответствие свойств образцов требованиям ГОСТ 530—2007 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия» и ДСТУ Б В.2.7-61—97 «Кирпич и камни керамические рядовые и лицевые» в отношении лицевого кирпича, можно отметить, что на основе супеси и обоих суглинков с добавкой 10% металлургической пыли может быть получен лицевой кирпич темно-коричневого цвета с высокой механической прочностью (марки М150—М300). Композиции супеси и суглинка № 3, содержащие 30% отхода, могут служить основой для получения цветной фасадной керамики с высокой степенью спекания, в частности клинкерного кирпича.
В результате проведенных исследований установлена принципиальная возможность использования железосодержащей металлургической пыли для получения высокопрочного лицевого кирпича и клинкерных материалов коричневой цветовой гаммы при температуре обжига 1050оС. Определено значение соотношения Fe2O3/CaO>1, обеспечивающее темную окраску карбо-натсодержащих глин. Использование металлургической пыли в качестве хромофорного компонента керамических масс обеспечит снижение себестоимости изделий и будет способствовать решению проблемы ресурсосбережения и утилизации промышленных отходов.
Ключевые слова: техногенный отход, полиминеральные глины, объемное окрашивание, фасадная керамика.
^исок литературы
1. Пищ И.В., Масленникова Т.Н., Гвоздева Н.А. и др. Методы окрашивания керамического кирпича // Стекло и керамика. 2007. № 8. С. 15-17.
2. Соколов Я.И. Клинкер и его производство. М.: Изд. Гушосдора, 1937. 104 с.
АОЗТ «Завод «Красный Октябрь» НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ «PLINFA»
Выполняет работы по комплексному изучению глин и других видов минерального и техногенного сырья с целью использования в производстве стеновой и архитектурно-фасадной керамики, а также строительных изделий на основе вяжущих материалов:
Комплексные физико-химические исследования сырьевых материалов с использованием химического, петрографического, термического, рентгенофазового и дилатометрического методов анализа. Полное исследование технологических свойств сырья и эксплуатационных характеристик строительных материалов.
Исследования по разработке и оптимизации шихтовых составов керамических масс и технологических параметров производства рядовых, лицевых и клинкерных изделий, получаемых методами пластического формования и полусухого прессования.
Исследования по оптимизации или интенсификации производственных режимов сушки и обжига изделий.
Исследования по разработке способов устранения высолообразования на изделиях архитектурно-фасадной керамики.
Прикладные исследования по получению лицевого и клинкерного кирпича различной цветовой гаммы. Исследовательские работы по подбору составов шихт и разработке технологических параметров производства керамических и безобжиговых строительных материалов с высокой степенью утилизации отходов энергогенерирующих и металлургических предприятий. Работы по изучению и корректировке структурно-реологических характеристик пластичных керамических масс с целью улучшения их формовочных свойств.
Все физико-химические исследования и технологические испытания проводятся на современном аттестованном оборудовании в соответствии с действующей в отрасли нормативно-технической документацией.
61052, Украина, г. Харьков, ул. Краснооктябрьская, 75/77 www.plinfa.com E-mail: market@plinfa.com, labor@plinfa.com
Тел. +38(057)730-15-74, тел/факс +38(057)734-91-75 Реклама
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (g.^ rj ^ Г f 2 j | Lj;. | LJ й
30 август 2010
