CC BY
35
УДК 666.691 © Е.С. Абдрахимова, 2019
Образование золы легкой фракции и использование ее в производстве плиток для полов
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-11-64-66
АБДРАХИМОВА Е.С.
Канд. техн. наук, доцент Самарского государственного университета, 443086, г. Самара, Россия, e-mail: [email protected]
В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений по использованию отходов производств является вовлечение их во вторичны>1й оборот в качестве сырьевых материалов. В настоящей работе представлены/ исследования по изучению образования золы/ легкой фракции (ЗЛФ) и использованию ее в качестве плавня (снижение температуры.I обжига) в производстве керамических плиток для полов на основе межсланцевой глиныI. Исследования показали, что использование отхода горючих сланцев - межсланцевой глины>1 и ЗЛФ в керамических массах позволяет получать плитки для полов с высокими физико-механическими показателями.
Ключевые слова: отходы производств, зола легкой фракции, межсланцевая глина, плитки для полов, физико-механические показатели.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время практически все ТЭЦ и их золоот-валы находятся в черте города. В России под золошлаки отчуждено около 20 тыс. км2 земельных участков (территория Израиля или Словении), на которых хранится 1,31,5 млрд т отходов сжигания угля. Дополнительно к этому ежегодно электростанции производят до 30 млн т отходов. Большинство полигонов переполнено, многие ТЭЦ по существующим нормам находятся под угрозой закрытия.
Зола, полученная после сжигания жидкого и особенно твердого топлива, является многотоннажным отходом
Рис. 1. Схема разбивки золоотвала по зонам в зависимости от физико-механических характеристик Fig. 1. The scheme of the breakdown of the ash dump into zones depending on the physical and mechanical characteristics
энергетики и требует обязательной утилизации. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности.
Производство керамических материалов - одна из самых материалоемких отраслей народного хозяйства, поэтому рациональное использование топлива, сырья и других материальных ресурсов становится решающим фактором ее успешного развития в условиях проводимой экономической реформы [1, 2].
Целями работы являются:
- исследование образования золы легкой фракции;
- анализ возможности получения из отходов производств: межсланцевой глины и золы легкой фракции (ЗЛФ) керамических плиток для полов без применения природных традиционных материалов.
СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Зола легкой фракции (ЗЛФ). Зола легкой фракции (ЗЛФ) как наиболее легкий компонент уносится водой и образуется на периферии золоотвала. Схема разбивки золоотвала по зонам в зависимости от физико-механических характеристик представлена на рис. 1. По мере движения золы из зоны I в зону IV частицы более плотные и тяжелые оседают в I и II зонах, а ЗЛФ уносится водой на периферию золоотвала как наиболее легкий компонент.
В табл. 1 приведены физико-механические показатели золы ТЭС в зависимости от места нахождения.
Химический оксидный состав ЗЛФ представлен в табл. 2, поэлементный - в табл. 3, гранулометрический (фракционный) - в табл. 4, а технологические свойства -в табл. 5.
Провести четкую границу между зонами невозможно, зола с высоким содержанием стеклофазы встречается и в первых двух зонах, но в IV зоне она содержит наибольшее количество стеклофазы (75-90%, см. табл. 1), и практически в ней отсутствуют несгоревшие частицы (п.п.п. менее 1% , см. табл. 1).
На рис. 2 представлена микроструктура ЗЛФ, в которой видны: кристаллы магнетита, гематита, оплавленные кристаллы кварца, обширные поля стеклофазы, ромбоэдрические кристаллы анортита, кристаллы полевого шпата в виде октаэдров, скопление кристаллов муллита игольчатого облика.
Количественный минералогический состав ЗЛФ представлен следующими минералами, мас., %: стекловидные частицы - 50-55, стекло - 20-25, кварц - 8-12, гематит - 4-5, анортит - 3-5, полевой шпат - 5-8, муллит - 2-4.
В настоящей работе ЗЛФ использовалась в качестве плавня. К плавням относятся такие материалы, которые в процессе обжига вступают во взаимодействие со связую-
64
НОЯБРЬ, 2019, "УГОЛЬ"
Таблица 1
Физико-механические характеристики золы по зонам
Зона Насыпная Истинная Содержание
золоотвала плотность кг/м3 плотность, г/см3 стеклофазы, %
Удельная П.п.п. (потери при
поверхность, см2/г прокаливании), %
700-800 2,8-2,85 49-55 1900-3000 7-11,0
II 600-700 2,75-2,85 50-65 3000-4000 3,8-8,3
III 500-700 2,6-2,75 65-80 3000-3500 0,78-1,3
IV 350-500 2,53-2,6 75-90 2700-3000 0,64-0,98
Таблица 2
Химический состав исследуемых отходов
Компонент Содержание оксидов, мас. %
SiO2 Al2O3 Fe O 2 3 CaO MgO R2O П.п.п.
ЗЛФ 58-59 21-22 5-5,5 3-4 1-1,5 8-9 0,5-1
МГ 45-47 13-14 5-6 11-13 2-3 3-4 9-20
Таблица 3
Поэлементный химический анализ исследуемых отходов
Компонент | Элементы |
C O Na Mg Al+Ti Si S K Ca Fe
ЗЛФ 0,14 50,30 3,82 0,82 12,9+0,87 23,78 § 3,87 1,2 2,3
МГ 5,73 51,06 0,46 1,04 7,20 18,66 1,83 1,75 10,53 3,35
Таблица 4
Фракционный состав отходов производств
Компонент Содержание фракций в %, размер частиц в мм
>0,063 0,063-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,0001
ЗЛФ 18,4 35,3 30,4 12,4 3,5
МГ 5 7 12 14 62
Таблица 5
Технологические показатели ЗЛФ
Насыпная плотность кг/м3 Истинная плотность, г/см3 Содержание стеклофазы, % Удельная поверхность, см2/г Огнеупорность, оС
350-500 2,53-2,6 80-90 2700-3000 1100
Рис. 2. Микроструктура ЗЛФ: 1 - магнетит;2 - стекло, 3 - муллит (псевдоморфоза стекла с игольчатым муллитом); 4- кварц; 5 - анортит; 6 - полевой шпат; 7 - гематит. Увеличение: А и В х 10 000; Б и Г х 12 000 Fig. 2. Microstructure of ZLF: 1 - magnetite; 2 - glass, 3 - mullite (pseudomorphism of glass with needle mullite); 4 - quartz; 5 - anorthitis; 6 - feldspar; 7 - hematite. Magnification: A and B x 10.000; B and D x 12.000
щим веществом, образуя более легкоплавкие соединения, чем чистое связующее вещество, поэтому введение ЗЛФ в состав керамических плиток для полов способствует снижению температуры обжига изделий. Применение тради-
ционных плавней: (полевой шпат, нефелин-сиенит и другие) повышает себестоимость плиток, к тому же для многих регионов они представляют дефицит.
Межсланцевая глина (МГ). МГ в настоящей работе использовалась в качестве глинистого компонента. Она образуется при добыче горючих сланцев на сланцеперерабатывающих заводах (на шахтах). МГ является отходом горючих сланцев. По числу пластичности межсланцевая глина относится к высокопластичному глинистому сырью (число пластичности - 27-32) с истинной плотностью 2,55-2,62 г/см3, огнеупорность - 1320оС. Химический оксидный состав межсланцевой глины представлен в табл. 2, поэлементный - в табл. 3, а гранулометрический (фракционный) - в табл. 4.
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА
И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЛИТОК
ДЛЯ ПОЛОВ
Приготовление керамической массы по составам, представленным в табл. 6, осуществлялось по традиционной
Таблица 6
Составы керамических масс
Сырьевые Содержание компонентов, мас. %
компоненты 1 2 3
МГ 70 60 50
ЗЛФ 30 40 50
Таблица 7
Физико-механические показатели шихты и плиток для полов
Показатели Составы ГОСТ 6787-90 «Плитки
1 1 2 1 3 керамические для полов»
Керамическая шихта
Пластичность 17 13, 11 -
Чувствительность к сушке, с 120 150 170 -
Плитка для полов
Водопоглощение, % 4,5 4,2 4,4 Менее 5
Морозостойкость, циклы Более 150 Не менее 50
Истираемость, г/см2 0,068 0,055 0,057 Менее 0,7
Термостойкость, оС Более 150 Не менее 120
Механическая прочность при изгибе, МПа 38,5 40,0 39,4 -
Кислотостойкость, % 92,8 93,3 93 -
технологии следующим образом [2]: совместный помол всех компонентов по сухому способу в лабораторной шаровой мельнице до остатка на сите № 0063 1-2%, затем полученная шихта увлажнялась до влажности 6-8%, из которой прессовались плитки размером 100 х 100 х 10 мм. После сушки до остаточной влажности не более 1,5% плитки обжигались в лабораторной печи по методу скоростного режима обжига. Физико-механические показатели керамической массы и плиток представлены в табл. 7.
Как следует из табл. 7, с увеличением в составах керамических масс ЗЛФ пластичность шихты уменьшается, что ухудшает формовочные свойства, а чувствительность к сушке увеличивается, благодаря чему керамические массы становятся пригодными для скоростного обжига. При пластичности керамической шихты менее 12 при прессовании на образцах появляются трещины, поэтому использование ЗЛФ более 50% нежелательно. По физико-механическим показателям плитки для полов всех составов соответствуют требованиям ГОСТа (см. табл. 7).
ВЫВОДЫ
Таким образом, получены плитки для полов на основе отходов топливно-энергетического комплекса с высокими физико-механическими показателями без применения природных традиционных сырьевых материалов. При получении керамических плиток для полов в качестве связующей использовалась межсланцевая глина (МГ), а в качестве плавня для снижения температуры обжига - зола легкой фракции (ЗЛФ), которая образуется на периферии золоотвала.
Исследования показали, что в настоящее время одним из наиболее перспективных направлений по использованию отходов производств является вовлечение их во вторичный оборот в качестве сырьевых материалов.
Использование промышленных отходов в производстве керамических плиток для полов способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды и расширению сырьевой базы для получения керамических материалов.
Список литературы
1. Абдрахимов В.З., Кайракбаев А.К., Абдрахимова Е.С. Ис-пол ьзова н ие отходов углеобога щения в производстве керамических материалов - современные приоритеты развития для «зеленой» экономики // Уголь. 2017. № 2. С. 54-57.
DOI: 10.18796/0041-5790-2017-2-54-57. URL: http://www. ugolinfo.ru/Free/022017.pdf (дата обращения: 15.10.2019).
2. Абдрахимов В.З. Авторское свидетельство СССР SU № 1654286 С 04 В 33/00. Керамическая масса для изготовления фасадной плитки. 07.06.1991. Бюл. № 21.
MINERALS RESOURCES
ORIGINAL PAPER
UDC 666.691 © E.S. Abdrakhimova, 2019 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 11, pp. 64-66 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-11-64-66
Title
EDUCATION ASH LIGHT FRACTION AND ITS USE IN THE MANUFACTURE OF TILES FOR FLOORS
Author
Abdrakhimova E.S.1
1 Samara National Research University, Samara, 443086, Russian Federation Authors' Information
Abdrakhimova E.S., PhD (Engineering), Associate Professor, e-mail: [email protected]
Abstract
It is shown that currently one of the most promising areas for the use of industrial waste is their involvement in the secondary turnover as raw materials. This paper presents studies on the formation of light fraction ash (PFD) and its use as a melt (reduced firing temperature) in the production of ceramic tiles for floors based on inter-shale clay. Studies have shown that the use of waste oil shale - shale clay and ZLF in ceramic masses allows to obtain tiles for floors with high physical and mechanical properties.
Keywords
Poduction waste, Light fraction ash, Inter-shale clay, Floor tiles, Physical and mechanical properties.
References
1. Abdrakhimova E.S., Kairakbaev A.K. & Abdrakhimov V.Z. Ispolzovanie othodov ugleobogashcheniya v proizvodstve keramicheskih materialov - sovremennye prioritety razvitiya dlya "zelenoy" ekonomiki [Use of waste products coal enrichment in manufacture of ceramic materials H the perspective direction for"green" economy]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, No. 2, pp. 54-57. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2017-2-54-57. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/022017.pdf (accessed 15.10.2019).
2. Abdrakhimov V.Z. Copyright certificate of the USSR SU No. 1654286 C
04 b 33/00. Ceramic mass for the manufacture of facade tiles. 07.06.91. Bull. No. 21. (In Russ.).
Paper info
Received September 10,2019 Reviewed September 16,2019 Accepted October 8,2019
