CC BY
12УДК 691.4:552.573
Х.С. ЯВРУЯН, канд. техн. наук (khungianos@mail.ru), В.Д. КОТЛЯР, д-р техн. наук (diatomit_kvd@mail.ru), Е.О. ЛОТОШНИКОВА, канд. техн. наук, Е.С. ГАЙШУН, инженер (subaru156@ya.ru)
Донской государственный строительный университет (344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1)
Исследование среднефракционных материалов переработки террикоников для производства изделий стеновой керамики
Дана общая характеристика продуктов переработки террикоников. Предложена их характеристика по фракционному составу: крупнофракционные с размером зерен 2-150 мм, среднефракционные с размером зерен 0,5-2 мм и мелкофракционные с размером зерен 0-0,5 мм. Представлены результаты изучения химико-минералогического состава и физико-механических свойств среднефракционных продуктов переработки террикоников применительно к производству различных изделий стеновой керамики. Показана их роль как полифункциональной добавки при вводе в керамические массы и влияние на свойства готовых изделий. Предложена предварительная классификация по количеству угольной составляющей, минералого-петрографическому составу, технологическим свойствам. Обоснована экономическая целесообразность их применения в производстве изделий стеновой керамики с пониженной себестоимостью.
Ключевые слова: кирпич, уголь, терриконик, зерновой состав, химический состав, минерал.
Для цитирования: Явруян Х.С., Котляр В.Д., Лотошникова Е.О., Гайшун Е.С. Исследование среднефракционных материалов переработки террикоников для производства изделий стеновой керамики // Строительные материалы. 2018. № 5. С. 17-20.
K.S. YAVRUYAN, Candidate of Sciences (Engineering) (khungianos@mail.ru), V.D. KOTLYAR, Doctor of Sciences (Engineering) (diatomit_kvd@mail.ru),
Ye.O. LOTOSHNIKOVA, Candidate of Sciences (Engineering), E.S. GAISHUN, (subaru156@ya.ru)
Don state University of civil engineering (1, Gagarin Sqwer, 344000, Rostov-on-don, Russian Federation)
Investigation of Medium-Fraction Materials Processing of Terriconics for Production Wall Ceramic Products
The general characteristic of products of processing of waste heaps is giv-en. Their characteristics by fractional composition are proposed: large-fractional, with grains from 2 to 150 mm in size, medium-fractional with a grain size of 0.5 to 2 mm, and fine-grained with a grain size of 0 to 0.5 mm. The results of work on the study of the chemical-mineralogical composition and physico-mechanical properties of the medium-fractionation products of the waste heaps processing with reference to the production of various wall ceramics products are presented. Their role is shown as a polyfunctional additive when introduced into ceramic masses and affects the properties of finished products. A preliminary classification according to the amount of coal component, mineralogical and petrographic composition, technological properties is proposed. The feasibility of their application in the production of wall ceramics with a reduced cost is given.
Keywords: brick, coal, waste heaps, grain composition, chemical composition, mineral.
For citation: Yavruyan K.S., Kotlyar V.D., Lotoshnikova Ye.O., Gaishun E.S. Investigation of medium-fraction materials processing of terriconics for production wall ceramic products. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 5, pp. 17-20. (In Russian).
Активная разработка в последние годы террикоников Восточного Донбасса с целью извлечения угля существенно повысила интерес промышленности строительных материалов к попутным продуктам их разработки. Данная тенденция обусловлена в первую очередь экономическими факторами, так как при переработке террикоников получаются материалы с постоянными свойствами и невысокой стоимостью. В процессе извлечения угля из террикоников образуется ряд материалов, отличающихся по зерновому и химико-минералогическому составу. Помимо угля, содержание которого обычно колеблется от 10 до 20%, основными породами, слагающими терриконики, являются аргиллиты, аргил-литоподобные глины, алевролиты и песчаники. Условно все попутные материалы переработки террикоников разделены нами на крупнофракционные с размером зерен 2—150 мм, среднефракционные с размером зерен 0,5—2 мм и мелкофракционные с размером зерен 0—0,5 мм [1—6]. Первые фактически не содержат остаточного угля, разделяются на фракции, принятые в общем и дорожном строительстве и используются в соответствии со свойствами и потребностями — для строительства дорог, в качестве заполнителя бето-
нов, как бутовый камень и т. д. Представлены эти фракции обычно песчаниками и алевролитами. Отчасти это обусловлено особенностями переработки, при которой наименее прочные породы переходят в мелкие фракции. Среднефракционные и мелкофракционные материалы содержат остаточный уголь, что обусловливает специфику их использования.
Среднефракционные и мелкофракционные материалы не имеют определенных общепринятых названий. Среднефракционные материалы имеют производственные названия — кек, шиша, штыб и т. д. Мелкофракционные называют угольными шламами, илами, угольной пылью.
Задачей работы, результаты которой изложены в статье, была характеристика, изучение состава, свойств и классификация среднефракционных материалов переработки террикоников (СМПТ) применительно к производству изделий стеновой керамики. Для этого были
Таблица 1
Зерновой состав песка СМПТ
Вид остатков Полные остатки на ситах, мас. % Проход через сито № 0,16, мас. %
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16
Частные 0,1-4,4 18,1-28,4 19,2-26,4 20,1-26,9 14-18,2 8,5-12,3
Полные 0,1-4,4 18,2-32,8 37,4-59,2 57,5-86,1 71,5-104,3 -
j'^J ®
научно-технический и производственный журнал
апрель 2018
17
Рис. 1. Микрофотографии СМПТ фракций 1,25-2,5 мм (а); 0,315-0,63 мм (б); < 0,16 мм (в)
отобраны пробы на нескольких предприятиях, занимающихся разработкой террикоников Восточного Донбасса, и проведены соответствующие исследования.
Результаты определения зернового состава СМПТ приведены в табл. 1. Если сравнивать зерновой состав СМПТ с требованиями ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ. Технические условия», то их модуль крупности изменяется в пределах от 1,85 до 2,87 единиц, что соответствует мелкой, средней и крупной группе песка со средним значением примерно 2,4 единицы - средняя группа. Если сравнивать зерновой состав СМПТ с требованиями ГОСТ 25100-2011 «Грунты. Классификация», то они попадают в группу песчаных частиц, от мелких до грубых, с преимущественным содержанием средних частиц. Форма зерен СМПТ близка к так называемой «лещадной», остроугольная, со слегка окатанными краями, что обусловлено как особенностями самих слагающих пород, так и способами переработки (дробление, рассев) (рис. 1).
Такой зерновой состав СМПТ и их неразмокаемость или плохая размокаемость предполагают, что в керамических массах при пластическом формовании они могут выполнять роль отощающего компонента. При формовании изделий способом компрессионного формования они являются основным структурообразующим компонентом. Однако по технологии экструзионного (пластического) формования получать изделия на основе СМПТ в чистом виде достаточно проблематично - необходим ввод тонкодисперсных связующих компонентов, какими, собственно, и могут служить различные виды размокаемого пластичного глинистого сырья — суглинки, лёссы, глины, аргиллитоподобные глины.
Проведенные исследования показали, что СМПТ могут содержать различное количество угольной составляющей — от 5—10 до 35—40 %. Причем применение со-
временных технологий позволяет регулировать содержание угля в процессе технологической переработки. Это зависит от требований конкретных потребителей. Уголь содержится в двух формах: как отдельные частички чистого угля, так и сростки угля с другими породами — углистые аргиллиты (рис. 2). Между этими формами нет четкой границы, но преобладают в общей массе частицы чистого угля. Исследования показали, что наблюдается определенная зависимость содержания угля в различных фракциях: меньшее его количество во фракциях более 0,63 мм, среднее — во фракции менее 0,16 мм и наибольшее, во фракциях от 0,16 до 0,63 мм. Например, при среднем содержании угля 22% во фракции более 1,25 мм его количество составляет 12%, а во фракции 0,16—0,315 мм — 32%. Соответственно изменяется по-фракционная зольность и калорийность. В этой связи интерес представляет процесс подготовки сырьевых масс для производства стеновой керамики на основе СМПТ с целью регулирования содержания угля.
В зависимости от содержания угольной составляющей мы условно разделили СМПТ на три группы: с низким содержанием — количество угля до 10%; со средним содержанием — количество угля 10—25%; с высоким содержанием — количество угля более 25% (рис. 3). Для технологии стеновой керамики можно говорить, что первые могут использоваться как основное сырье с добавкой 10—20% пластичного компонента. Вторые могут входить в состав сырьевой смеси от 30 до 80% в зависимости от конкретного содержания угля, общее количество которого в составе сырьевой смеси не должно превышать 8%. Третьи, по сути, являются уже низкокачественным топливом, и их содержание не может превышать 20—30%. С точки зрения экономики выделенные группы являются очень привлекательными, так как стоимость калории тепла для СМПТ в 10—20 раз ниже в
Рис. 2. Сростки частиц угля с вмещающими породами фракции 0, 63-1,25 (а) и частицы чистого угля фракции 0,315-0,63 мм (б)
научно-технический и производственный журнал
апрель 2018
Таблица 2
Усредненный химический состав СМПТ без учета угольной составляющей
ППП SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 К2О Na2O P2O5 TiO2
2-6 52,3-64,8 14,7-24,4 3,9-8,1 1-3,5 0,7-2,4 0,3-1,7 2,2-5,3 0,9-2,1 0,1-0,3 0,2-0,9
Рис. 3. Термограмма СМПТ с содержанием угля около 40%
сравнении с чистым углем. Если стоимость чистого угля составляет 5000—7000 р./т, то СМПТ, 200—400 р./т.
По минералого-петрографическому составу СМПТ условно разделены нами также на три группы. К первой группе мы отнесли материалы, где основными породами помимо угля являются аргиллиты и аргиллитоподоб-ные глины. Эти породы обладают определенной пластичностью и связностью. Ко второй группе отнесены материалы, где основными породами являются алевролиты и песчаники. Такие породы даже при дополнительном измельчении не обладают пластичностью и связующей способностью. И в третью группу включены материалы, где наблюдается присутствие аргиллитов, аргиллитоподобных глин, алевролитов и песчаников.
Химический состав СМПТ во многом определяется содержанием угольной составляющей, так как антрацит, основной вид угля Восточного Донбасса, состоит в основном из углерода (более 90%) и дает очень небольшую зольность (5—9%), в связи с чем потери при прокаливании могут изменяться в широких пределах [7, 8]. Усредненный
химический состав СМПТ без учета угольной составляющей представлен в табл. 2. Термограмма СМПТ с содержанием угля около 40% представлена на рис. 3.
Минералогический состав СМПТ зависит от преобладающего компонента. Если это первая группа, то минералогический состав будет представлен гидрослюдами, слюдами, каолинитом, хлоритом, кварцем, полевыми шпатами. Если это вторая группа, то основными минералами будут полевые шпаты и кварц. В третьей группе присутствуют минералы обеих групп [9—11]. Рентгенограммы СМПТ различного минералогического состава показывают, что между группами нет четкой границы. Однако классификация по минералогическому составу необходима, так как этим определяются технологические особенности того или иного техногенного сырья. Так, материалы первой группы обладают небольшой связностью и пластичностью, которые при дополнительном измельчении могут увеличиваться и будет возможность получать изделия способом экструзии и мягкой формовки. Материалы второй группы в принципе не обладают пластичностью, и изделия на их основе могут формоваться только способом компрессионного формования или с добавкой пластичного компонента. Возможна корректировка свойств данных материалов с помощью ввода различных добавок.
Результаты проведенных исследований позволили предложить предварительную классификацию продуктов переработки террикоников для широкого обсуждения и дать характеристику среднефракционных материалов с целью их вовлечения в производство строительной керамики. В целом исследования показали высокую перспективность применения данных материалов при производстве различных изделий стеновой керамики.
Список литературы
References
1. Котляр В.Д., Явруян Х.С. Стеновые керамические изделия на основе тонкодисперсных продуктов переработки террикоников // Строительные материалы. 2017. № 4. С. 38-41.
2. Стороженко Г.И., Столбоушкин А.Ю., Иванов А.И. Переработка углистых аргиллитов для получения керамического сырья и технологического топлива // Строительные материалы. 2015. № 8. С. 50-59.
3. Явруян Х.С., Гайшун Е.С. Анализ состояния отходов угледобывающей промышленности и использования их в производстве керамических изделий // Научное обозрение. 2016. № 24. С. 40-46.
4. Столбоушкин А.Ю., Стороженко Г.И. Отходы углеобогащения как сырьевая и энергетическая база заводов керамических стеновых материалов // Строительные материалы. 2011. № 4. С. 43-46.
5. Kotlyar V., Yavruyan K. Thin issues products of processing waste heaps as raw materials for ceramic wall products //
1. Kotlyar V.D., Yavruyan K.S. Wall ceramic articles on the basis of fine-disperse products of waste pile processing. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials] 2017. No. 4, pp. 38-41. (In Russian).
2. Storozhenko G.I., Stolboushkin A.Yu., Ivanov A.I. Coal argillite recy-cling in ceramic raw materials and process fuel production. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 8, pp. 50-59. (In Russian).
3. Yavruyan K.S., Gayshun E.S. Analysis of the coal industry waste state and its use in potting industry. Nauchnoe obozrenie. 2016. No. 24, pp. 40-46. (In Russian).
4. Stolboushkin A.Yu., Storozhenko G.I. Waste of coal enrichment as a raw material and energy base of ceramic wall materials plants. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2011. No. 4, pp. 43-46. (In Russian).
5. Kotlyar V., Yavruyan K. Thin issues products of processing waste heaps as raw materials for ceramic wall products. MATEC Web Conferences. International Conference
lj научно-технический и производственный журнал
Ы' ® апрель 2018 19
MATEC Web Conferences. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE2017). Volume 129, 2017. № 05013.
6. Явруян Х.С., Гайшун Е.С., Котляр А.В. Особенности компрессионного формования тонкодисперсных продуктов углеобогащения при производстве керамического кирпича // Строительные материалы. 2017. № 12. С. 14-17.
7. Головин Г.С., Малолетнев А.С. Комплексная переработка углей и повышение эффективности их использования: Каталог-справочник. М.: НТК «Трек». 2007. 292 с.
8. Котляр В.Д., Устинов А.В., Терехина Ю.В., Котляр А.В. Особенности процесса обжига угольных шламов при производстве стеновой керамики // Техника и технология силикатов. 2014. № 4. С. 8-15.
9. Котляр В.Д., Козлов А.В., Котляр А.В., Терёхина Ю.В. Особенности камневидных глинистых пород Восточного Донбасса как сырья для производства стеновой керамики // Вестник МГСУ. 2014. № 10. С. 95-105.
10. Терёхина Ю.В., Талпа Б.В., Котляр А.В. Минералого-технологические особенности литифицированных глинистых пород и перспективы их использования в качестве сырья для производства строительной керамики // Строительные материалы. 2017. № 4. С. 8-10.
11. Котляр А.В., Талпа Б.В., Лазарева Я.В. Особенности химического состава аргиллитоподобных глин и аргиллитов // Строительные материалы. 2016. № 4. С. 10-13.
on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2017). Sevastopol. 2017. Vol. 129. DOI: 10.1051/matecconf/201712905013
6. Yavruyan K.S., Gayshun E.S., Kotlyar A.V. Features of compression molding of fine-disperse products of coal washing when producing ceramic brick. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 12, pp. 14—17. (In Russian).
7. Golovin G.S., Maloletnev A.S. Kompleksnaya pere-rabotka ugley i pov-yshenie effektivnosti ih ispol'zovaniya: Katalog-spravochnik [Complex pro-cessing of coals and increase of efficiency of their use: Directory-the directory]. Moscow: NTK «Track». 2007. 292 p.
8. Kotlyar V.D., Ustinov A.V., Terekhina Yu.V., Kotlyar A.V. Features of the burning process of coal slurries in the production of wall ceramics. Tekhnika i Tekhnologiya Silikatov. 2014. No. 4, pp. 8-15. (In Russian).
9. Kotlyar V.D., Kozlov A.V., Kotlyar A.V., Teriohina U.V. Features the claystone of East Donbass as raw materials for production of wall ceramics. Vestnik MGSU. 2014. No. 10, pp. 95-105. (In Russian).
10. Terekhina Yu.V., Talpa B.V., Kotlyar A.V. Mineralogical-technological peculiarities literaturovedy clayey sediments and prospects for their use as raw materials for production of building ceramics. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 4, pp. 8-10. (In Russian).
11. Kotlyar A.V., Talpa B.V., Lazareva Ya.V. Features of chemical compo-sitions of argillite-like clays and argillites. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 4, pp. 10-13. (In Russian).
ВодгАтерм
Те Л П о т QX Н И Ч о с к И М
Представительство «Elster GmbH» в Российской Федерации
Тел. (831) 228-57-01, 228-57-04 факс (831)437-68-91 www.kromschroeder.ru volgatherm@kromschroeder.ru
Honeywell
ПОСТАВКА ГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧЕЙ ДЛЯ КЕРАМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕНОСТИ
СЕРВИСНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
ОБУЧЕНИЕ НАЛАДКА
«EetfPSE*
knorr schroder
MAXDN
ovalive Thermal Solutions
научно-технический и производственный журнал '&J'fJCJi,J'J'iJJiij-lijJi ~2Ö апрель 2018 КШШ
