CC BY
25Stas, D. Kolesnikov, T. Strikalenko // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies - 2020. -№1/10(103). P.20-25.
64. Сгаков О. О. Вплив деяких добавок води на дисперсшсть И розпиленння | О. О. Озжов, В. В. Нижник, О. П. Гутник /// М1жнародна науково-практична конференция Пожежна безпека: теорiя i практика, Черкаси, 7 жовтня 2011р. с.145-147.
65. Тарахно О. В. Фiзико-хiмiчнi основи вико-ристання води в пожежнш справi // О. В. Тарахно, А. Я. Шаршанов - Х.,2004. 252 с
66. Симоненко А. П. Основные закономерности эффекта Томса и влияние различных факторов на его величину / А. П. Симоненко и др. // Вестник Автомобильно-дорожного института ДонНТУ. -2016. - № 2 (19). - С. 66-73.
67. Симоненко А.П. Перспективы применения эффекта Томса для повышения эффективности работы гидравлических систем гидротранспорта сыпучих материалов, канализации и отведения сточных вод/ А.П. Симоненко, И.А. Артемова // Вестник ДонНУ. Сер. Г: Технические науки. - 2018. - № 4. - С. 94-111.
68. Симоненко А. П. Применение эффекта Томса для уменьшения гидравлических потерь в канализационных коллекторах и системах водоотведе-ния при чрезвычайных ситуациях / А. П. Симоне-нко, П. В. Асланов, Н. А. Дмитренко // Экология и защита окружающей среды: сб. тез. докл. II Между-нар. науч.-практ. конф., Минск, 25 марта 2015 г. /ре-дкол.: С. Н. Петруша [и др.]; под общ. ред. А. Е. Грицука. - Минск, 2015. - С. 137-140;
69. Maglyovana T. V. Mechanism of interaction of derivative polyhexamethylenuganidin derivatives with biomaterials of forest ecosystems / T.V. Maglyovana, V.V. Dolin // Geochemistry of Technogenesis -2019 - №1 - Pp. 73-81.
70. Maglyovana T.V. Feasibility investigation of using guanidine-based polymers for forest fires extin-
guishing and minimizing their effects / T.V. Maglyovana, V. Dolin // Geochemistry of Technogenesis—
2019.-№2-Pp. 90-98
71. Zhartovsky S. Rationale of use guanidine surfactants for fire extinguishing in natural ecosystems / S. Zhartovsky, Т. Maglyovana //Journal Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu -
2020. - №4 Pp.124-129.
72. Maglyovana T. V. Key issues for ecological management of radioactive contaminated forest ecosystems in Ukraine /T.V. Maglyovana, V.V. Dolin // Geochemistry of Technogenesis - 2020. - №3(31) -Pp. 131-142
73. Магльована Т. В. Аналiз протипожежного стану радюактивно забруднених люових екосистем /Т. В. Магльована // Пожежна безпека: теорiя i практика. - 2014. - № 18. - С. 78 - 83.
74. Магльована Т. В. Пщвищення ефективно-ctí термостшкосп деревини шляхом модифжацп фосфоровмюними полiмерами /Т. В. Магльована, П. I. Зака // Пожежна безпека: теоргя i практика. -2015. - № 21. - С. 53 - 58.
75. Магльована Т. В. Фiзико-хiмiчнi властиво-ctí водних вогнегасних речовин на основi полщек-саметиленгуанвдину /Т. В. Магльована // Пожежна безпека: теорiя i практика. - 2014. - № 17. -С. 6772.
76. Магльована Т. В. Використання речовин гуанщинового ряду для оргашзацп життезабезпе-чення населення в умовах надзвичайних ситуащях /Т.В. Магльована // IV Мiжнародна науково-прак-тична конференция «Теорiя i практика гасшня по-жеж та л^щацп надзвичайних ситуацш», 7-8 гру-дня 2013 р. - Черкаси, 2013. - С. 199 - 200.
77. Магльована Т. В. Еколопчш аспекти гасшня пожеж на радюактивно забруднених терито-рiях / Т. В. Магльована // V Мiжнародна конференщя «Хiмiчна i ращацшш безпека: проблеми i рь шення», 24-25 травня 2017 р. - Кив, 2017. - С. 84.
К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА В ТЕХНОЛОГИИ КЕРАМИКИ
Сальник В.Г.
доктор технических наук, профессор кафедры химической технологии керамики и стекла
Черняк Л.П.
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры химической технологии композиционных материалов
Дорогань Н.О. кандидат технических наук, PhD ассистент кафедры химической технологии композиционных материалов
Нудченко Л.А.
старший преподаватель кафедры химической технологии композиционных материалов
Шнырук О.М.
ассистент кафедры химической технологии композиционных материалов, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени
Игоря Сикорского» г. Киев, Украина
TO THE QUESTION OF NATURAL ZEOLITE APPLICATION IN CERAMIC TECHNOLOGY
Salnik V.
Doctor of Technical Sciences, Professor Department of Chemical Technology of Ceramics and Glass
Chernyak L.
Doctor of Technical Sciences, Professor Department of Chemical Technology of Composite Materials ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8479-0545
Dorogan N. PhD, Assistant
Department of Chemical Technology of Composite Materials ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4304-1297
Nudchenko L.
Senior Lecturer
Department of Chemical Technology of Composite Materials
Shnyruk O.
Masters of Engineering Department of Chemical Technology of Composite Materials National Technical University of Ukraine " Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
Kyiv, Ukraine
АННОТАЦИЯ
Проведен анализ спекания и структурообразования предельно отощенных керамических масс для получения облицовочных плиток при скоростном обжиге в роликовых печах. Установлены особенности применения природного цеолита как отощителя-плавня в композициях с шамотом и глиной. Показаны особенности изменения фазового состава и поровой структуры керамики при варьировании концентрации цеолита и максимальной температуры скоростного обжига.
ABSTRACT
The analysis of sintering and structure formation of extremely lean ceramic masses for the production of facing tiles at high-speed firing in roller furnaces has been carried out. The features of the use of natural zeolite as a softener-flux in the position with chamotte and clay have been established. The features of changes in the phase composition and pore structure of ceramics with varying concentration of zeolite and the maximum temperature of high-speed firing are shown.
Ключевые слова: керамические плитки, усадка, деформация, состав, отощитель, плавень, цеолит, обжиг, структура, свойства.
Keywords: ceramic tiles, shrinkage, deformation, composition, softener, flux, zeolite, firing, structure, properties.
Введение
Развитие производства керамических плиток связано с расширением ассортимента и сырьевой базы, совершенствованием технологии и оборудования [1-3].
Конструктивной особенностью керамических плиток является значительное превышение размеров по длине и ширине над толщиной, что особенно отличает плитки для внутренней облицовки стен. Указанная конструктивная особенность в технологическом процессе производства плиток становится фактором уменьшения деформационной стойкости вследствии неравномерной усадки при сушке и обжиге, а в результате приводит к искривлению и браку изделий [4].
Внимание ученых постоянно привлечено к изучению процессов усадки и деформации керамики при термической обработке [5,6]. При этом учитываются соответствующие характеристики отдельных сырьевых компонентов плиточных масс [7-10].
Эффективным способом повышения деформационной стойкости керамики стало применение
предельно отощенных масс [11-13], основные компоненты которых в процессах технологии и струк-турообразования выполняют функции наполни-теля-отощителя при сушке и отощителя-плавня при обжиге. В этом направлении применительно к технологии облицовочных плиток выполнена данная работа.
Экспериментальная часть Методы и объекты исследования. В данной работе использовалось сочетание современных физико-химических методов анализа силикатных материалов со стандартизованными испытаниями свойств керамики [14,15].
Определение химического состава проб проводилось согласно действующим стандартам и современным методикам [16].
Рентгенофазовый анализ материалов (порошковые препараты) проводился с помощью дифрак-тометра ДРОН-4-О, подключенного через интерфейс к компьютеру, что позволило осуществлять съемку дифрактограмм в численном виде в диапазоне 2-70 20 с регулированием шага 0,05° при продолжительности экспонирования каждой точки - 6
секунд. При расшифровке фазового состава исполь-зоапли базу данных Международного комитета порошковых дифракционныхх стандартов (JCPDS).
В соответствии с современной технологией производства керамических плиток образцы из лпытных масс готовили полусухим прессованием с последующей сушкой и обжином на промышленных поточно-конвейерных линиях. При этом обжиг проходил в роликовых газовых печах по скоростным режимам: продолжительность 55 и 65 минут при максимальных температурах 1125 и 1200°С;
Все образцы опытных масс, показатели которых спавнивались, сушили сушили и обжигали совместно, чтобы исключить возможное различие в степени термической обработки.
Объектом исследования стали массы для изготовления керамических плиток на основе системы шамот - природный цеолит - глина.
Шамот ЧПК1 представляет собой продукт обжига тугоплавкой часов-ярской глины на максимальную температуру 1150 °С, является неплатич-ным матерiалом, по химическому составу характеризуется повышенным содержанием оксида алюминия при соотношении SiО2 : А1203 = 2,6 (табл. 1). Цеолит Сокирницкого месторождения Закарпатской области относится к продуктам вулканического происхождения, является неплатичным ма-терiалом, по химическому составу отличается от шамота меньшим содержанием оксида алюминия при вдвое большем соотношении SiО2 : А12О3 = 5,2, большим количеством щелочноземельных и щелочных оксидов, сумма которых RO+R2O составляет 8,55 против 3,66.
Таблица 1.
Материал Содержание оксидов, мас. %
SiО2 АЪО3 Fe2Оз ТЮ2 СаО МgО №20 К2О п.п.п.
шамот ЧПК1 66,70 25,89 1,41 1,17 0,41 0,60 0,67 1,98 0,51
цеолит 68,02 13,04 1,92 0,30 2,71 1,63 1,57 2,64 16,94
глина спондиловая 53,62 8,87 3,26 0,10 14,60 2,00 0,29 2,36 13,72
Спондиловая глина месторождения Киевской области является пластичным материалом, по химическому составу отличается от шамота и цеолита меньшим содержанием оксидов кремния и алюминия при высоком соотношении SiО2: А12О3 = 6,1, наибольшим количеством оксидов типа RO+R2O, сумма которых составляет 19,25.
Отличительными особенностями опытных масс являются (табл. 2):
Состав оп
- высокая концентрация отощающих компонентов при их количественном соотношении с глиной 4: 1;
- применение природного цеолита в качестве отощителя-плавня;
- использование легкоплавкой полиминеральной глины в качестве связующего компонента.
Таблица 2.
ных масс
Код пробы Соде эжание компонентов, мас. %
шамот ЧПК1 < 2 мм цеолит мелкий глина спондиловая
55 40 40 20
65 50 30 20
75 60 20 20
85 70 10 20
При постоянной концентрации глинистого связующего варьирование количественного соотношения шамота и цеолита от 1:1 (масса 55) до 7:1
Химический сос
(масса 85) приводит к повышению содержания оксида алюминия, уменьшению соотношения SiО2 : А12О3 и количества оксидов типа RO+R2O (табл. 3).
Таблица 3.
в опытных масс
Код массы Содержание оксидов, мас. %
Si02 А12О3 Fe20з ТЮ2 СаО Мg0 №20 К2О п.п.п.
55 64,62 17,55 1,78 0,61 4,17 1,24 0,96 2,32 9,72
85 64,22 21,19 1,83 0,87 2,98 0,98 0,69 2,12 7,80
Анализ структуры и свойств керамики. Ре- (рис. 1), что опытные керамические массы при ана-зультаты рентгенофазового анализа показывают логичном качественном минералогическом составе
существенно отличаются количественным соотношением основных породообразующих минералов.
Очевидно, что при примерно равном содержании кварца, кальцита, полевого шпата проба массы 85 отличается от пробы 55 значительным уменьшением количества клиноптилолита (0,893, 0,297 нм) и увеличением количества муллита (0,547, 0,220, 0,152 нм).
По данным рентгенофазового анализа формирование структуры керамики из опытных масс при обжиге характеризуется изменением качественного и количественного фазового состава. Так, после скоростного обжига с максимальной температурой 1125 °С (рис. 2) образцы керамики отличаются от
исходных масс разрушением кристаллических решеток кальцита, клиноптилолита, гидрослюды и развитием стеклофазы. При этом образцы пробы 85 отличаются от пробы 55:
• меньшим развитием стеклофазы (по площади диффузного гало);
• большим количеством кристаллических фаз муллита (0,547, 0,220, 0,152 нм) и кварца (0,335, 0,425, 0,181 нм).
Указанные закономерности сохраняются при повышении максимальной температуры скоростного обжига до 1200 °С (рис. 3): При этом имеет место некоторая интенсификация муллитообразова-ния по сравнении с обжигом на 1125 °С.
0"
■—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—■
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 ¡8 ¡6 ¡4 ¡2 ¡0
¡00
000
00
0
8
42
a
¡200
В
¡¡00
¡000 900 800 700 600 500 400 300 200 ¡00 0 b
Рис.1. Дифрактограммы опытных масс 55 (а) и 85 (b): v - кварц, Л кристобалит, А - полевой шпат, + -
муллит, z - цеолит (клиноптилолит), х - кальцит
- 1200 - 1100 - 1000
- 900
- 800
- 700
- 600
- 500
- 400
- 300 200
- 100 - 0
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
1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 b
Рис.2. Дифрактограммы керамики из масс 55 (а) и 85 (b) после скоростного обжига на 1125 °С: v -кварц, л - кристобалит, А - полевой шпат, + - муллит
я—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—
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
42
a
Структурные особенности керамики из опытных масс проявляются также при анализе пористости. Установлено (табл. 4), что после скоростного обжига на 1125 °С при примерно равной общей пористости на уровне 29,8-30,3 % керамика из массы
85 отличается от образцов 55 большим развитием открытых пор и их удельной части в общей пористости - 97,4 против 88,9 % .
Таблица 4.
Пористость керамики после скоростного обжига на 1125 °С_
Код пробы Разновидности пор, %
открытая закрытая общая
55 26,50 3,30 29,80
85 29,50 0,77 30,27
При скоростном обжиге на 1200 °С керамика из массы 55 при незначительном уменьшении общей пористости (29,2 против 29,8 %) характеризуется значительным развитием закрытых пор из
массы 85 отличается от образцов 55 большим развитием открытых пор, двукратным уменьшением количества и удельной части открытых пор (44,9 против 88,9 %).
Таблица 5.
Код пробы Виды пор, %
открытая закрытая общая
55 13,10 16,10 29,20
85 21,70 5,82 27,52
о
Керамика из массы 85 после обжига на 1200 °С при уменьшении общей пористости (27,5 против 30,3 %) отличается меньшей степенью развития закрытых пор и уменьшения количества открытых пор, удельная часть которых остается достаточно высокой и составляет 78,8 %.
Проведенные испытания позволили оценить степень зависимости показателей свойств керамики
Свойства керамики
из опытных масс от их состава и режима обжига (табл. 6).
Установлено, что после скоростного обжига в течение 55 минут с максимальной температурой 1125 °С керамика из опытных масс характеризуется близкой степенью спекания при усадке 0,1-1,4 %, водопоглощении 14,8 - 16,2 % и средней плотности 1,79-1,82 г/см3.
Таблица 6.
из опытных масс
Код пробы 1125 0С 1200 0С
l, % w, % р, г/см3 l, % w, % р, г/см3
55 1,4 14,8 1,79 2,2 7,4 1,77
85 0,1 16,2 1,82 0,4 11,6 1,87
При скоростном обжиге в течение 65 минут с максимальной температурой 1200 °С отмечается существенная интенсификация спекания. При этом степень эффекта зависит от содержания в массе цеолита и его количественного соотношения с шамотом.
Выводы
1. Полученные результаты исследований и испытаний показывают эффективность использования природного цеолита в качестве отощителя-плавня в керамических массах на основе системы шамот- цеолит - глина.
2. Показана возможность повышения деформационной стойкости керамики из изученных масс, что достигается при уменьшении величины усадки до 0,1 % при водопоглощении 15-16 % и особо важно для технологи производства керамических плиток.
3. Отмечены особенности структурных изменений - фазового состава и пористости керамики при скоростных режимах обжига как фактора влияния на показатели свойств.
Литература
1. G. Nassetti. Technological and productive innovations in the ceramic industry with particular reference to ceramic floor and wall tiles // Materials Science and Engineering: A, 1989. - Vol. 109. - p. 417-425.
2. Кошляк Л.Л., Калиновский В.В. Производство изделий строительной керамики - М. : Высшая школа, 1990. - 207 с.
3. Alan G. King. Ceramic Technology and Processing: A Practical Working Guide (Materials and Processing Technology), 1st Edition // William Andrew, 2003. - 533 p.
4. Лисов Ф.М. Влияние структурно-механических изменений плиточных масс на деформацш не-глазурованных плиток // Научные основы технологии и развития производства стеновой строительной керамики - К.: Наукова думка, 1972. - С. 180185.
5. D. V. Andreev, A. I. Zakharov. Ceramic item deformation during firing: Effects of composition and microstructure (review) // Refractories and Industrial Ceramics, 2009. - Vol. 50(4): - pp.298-303.
6. D. Sighinolfi. Experimental study of deformations and state of tension in traditional ceramic materials // Industrial Ceramics, 2010. - Vol. 30(3): -pp.187-19.
7. Swapan Kr Das, Kausik Dana, Nar Singh, Ritwik Sarkar. Shrinkage and strength behaviour of quartzitic and kaolinitic clays in wall tile compositions // Applied Clay Science, 2005. - Vol. 29. - Is. 2. - pp. 137-143.
8. Блохина Т.П., Тарасов Р.В., Макарова Л.В. Оценка воздушных и огневых усадочных деформаций глин месторождений Пензенской области // Современные научные исследования и инновации.
2014. № 8. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: https://web. snauka. ru/issues/2014/08/37254
9. B. Pondee, W. Thiemsorn. Influences of pyro-phyllite and CaO/K2O on phase transformation and properties of ceramic body and glaze for single firing // AIP Conference Proceedings 2279, 060008 (2020); https://doi.org/10.1063/5.0023385
10. Qetin Ozturk, Suleyman Akpinar, Muge Tarhan. Investigation of the usability of Sille stone as additive in floor tiles // Journal of the Australian Ceramic Society,2021. - Vol. 57. - Is. 2. - pp. 567 - 577.
11. Страшненко С.В., Черняк Л.П. Хiмiчно стшка керашка з гранично отсненних мас // Вюник Нацюнального технiчного унiверситету "ХП1": Хiмiя, хiмiчна технологiя та еколопя. - Харкiв: НТУ "ХП1". - 2004. - № 34. - С. 157 - 165.
12. Черняк Л.П., Страшненко С.В. Повышение деформационной стойкости при обжиге керамических труб. // Будiвельнi матерiали, вироби та
санггарна TexHiKa. - К. : Знання. Вип. 25. - 2007. - С. 117 - 121.
13. Авт. св. 1655948 СССР на изобретение, МПК СС04В 33/00. Керамическая масса / Белостоц-кая Л.А., Страшненко С.В., Черняк Л.П.; заявник та патентовласник «ХП1». - № 4663123/33; заявл. 06.02.1989, опубл. 15.06.1991, Бюл. № 22.
14. Практикум по химической технологии керамики: учеб. пособие для вузов / Н.Т. Андрианов, В.Л. Балкевич, А.В. Беляков [и др.]; под ред. И.Я. Гузмана. М.: ОООРИФ «Стройматериалы». 2005. -336 с.
15. Дятлова Е.М., Бирюк В.А. Химическая технология керамики и огнеупоров. Лабораторный практикум. Учебное пособие. - Минск: БГТУ, 2006. - 284 с.
16. Ana C. F. Ribeiro, Cecilia I. A. V. Santos, Gennady E. Zaikov. Chemical Analysis: Modern Materials Evaluation and Testing Methods. - CRC Press, 2016. - 302 p.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА СУШКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ ВО
ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ
Щеткин Б.Н.
доктор технических наук, доцент, профессор кафедры социально-гуманитарных и профессиональных дисциплин Пермского института ФСИН России, г. Пермь
MATHEMATICAL MODEL OF THE DRYING PROCESS OF DISPERSED MATERIALS IN
SUSPENDED STATE
Shchetkin B.
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Social, Humanitarian and Professional Disciplines of the Perm Institute of the Federal Penitentiary Service of Russia, Perm
АННОТАЦИЯ
Для моделей технологических и энергетических процессов пневмотермической сушки (аппаратов) наиболее приемлемыми являются операторы в виде регрессионных уравнений, тем более что они являются оптимальными по критерию минимума среднего квадрата ошибки.
ABSTRACT
Models for technological and energy processes pnevmotermicheskoy drying (devices) are most suitable operators in the form of regression equations, the more they are optimal for the criterion of minimum mean squared error.
Ключевые слова: пневмотермическая сушка, модель функционирования, автоматическое управление.
Keywords: pnevmotermicheskaya drying, operating model, automatic control.
Процессы, протекающие в пневмотермической установке, достаточно сложны, так как рабочим телом в трубе-сушилке является аэросмесь сушильного агента, перегретого пара и взвешенных частиц птичьего помета. Параметры этой аэросмеси изменяются по длине трубопровода и зависят от начальной температуры сушильного агента на входе в трубу-сушилку и конструктивных элементов (длины и диаметра трубопровода) [6].
Температура сушильного агента на входе в пневмосушилку должна быть как можно выше. Ограничение вносит возможность перегрева мате-
риала выше допустимой температуры для сохранения качественных показателей. При выборе температуры сушильного агента целесообразно руководствоваться технологическим фактором термообработки [7] - обобщенным технологическим параметром, характеризуемым соотношением между температурой сушильной среды и критической температурой превращения высушиваемого материала (температурой размягчения, плавления, химического или структурного превращения) между продолжительностью контакта и характеристическим временем превращения материала
