Научная статья на тему 'Огнеупорные шамотные изделия на основе алюмосиликатных техногенных отходов'

Огнеупорные шамотные изделия на основе алюмосиликатных техногенных отходов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
431
78
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОГНЕУПОРНЫЙ / МАТЕРИАЛ / АЛЮМОСИЛИКАТНЫЙ / ОТХОДЫ / КЕРАМИКА / ХАРАКТЕРИСТИКИ / FIRE-RESISTANT / A MATERIAL / SILICA-ALUMINA / A WASTE / CERAMICS / CHARACTERISTICS

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Морозова С. В., Пермяков Е. Н., Корнилов А. В.

На основе алюмосиликатных техногенных отходов методом полусухого прессования получены огнеупорные шамотные изделия марок ШВ и ШУС, которые могут быть использованы для кладки различных типов тепловых агрегатов с максимальной температурой применения 1250 aС.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Морозова С. В., Пермяков Е. Н., Корнилов А. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

On a basis silica-alumina a technogenic waste by a method of moist pressing are received fire-resistant chamotte products of marks ШВ and ШУС which can be used for a laying of various types of thermal units with the maximum temperature of application 1250°С.

Текст научной работы на тему «Огнеупорные шамотные изделия на основе алюмосиликатных техногенных отходов»

УДК 666.765:622.7.017 + 553.611.2.004.12+553.61.004.8

С. В. Морозова, Е. Н. Пермяков, А. В. Корнилов

ОГНЕУПОРНЫЕ ШАМОТНЫЕ ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ

Ключевые слова: огнеупорный, материал, алюмосиликатный, отходы, керамика, характеристики.

На основе алюмосиликатных техногенных отходов методом полусухого прессования получены огнеупорные шамотные изделия марок ШВ и ШУС, которые могут быть использованы для кладки различных типов тепловых агрегатов с максимальной температурой применения 1250 С.

Keywords: fire-resistant, a material, silica-alumina, a waste, ceramics, characteristics.

On a basis silica-alumina a technogenic waste by a method of moist pressing are received fire-resistant chamotte products of marks ШВ and ШУС which can be used for a laying of various types of thermal units with the maximum temperature of application 1250°С.

Для получения огнеупоров используют исходные вещества (сырье) огнеупорностью выше 15800С или такие, которые в результате переработки дают новые вещества огнеупорностью не ниже указанной. Наибольшее практическое значение для производства огнеупорных и высокоогнеупорных материалов имеют оксиды кремния, алюминия, магния, хрома, кальция, циркония, бериллия, фосфора, соединения и смеси этих оксидов, а также углерод в виде кокса и графита. При производстве массовых огнеупоров тугоплавкие оксиды не используют в чистом виде, а перерабатывают горные породы: магнезит, хромит, кварцит, доломит, глины, каолины и др. Их обработку проводят таким образом, чтобы доля вредных компонентов (плавни, оксид железа и др.) составляла минимальное значение. Например, из кварцитов убирают мусковит, хлорит, гематит, глинистые и сланцевые компоненты, из магнезита доломит и диабаз, из каолина кварц, железистые минералы и др. [1,2] .

При синтезе и производстве огнеупоров применяют также искусственные технические продукты: технический глинозем, хромит магния, нитриды кремния и алюминия. Для получения огнеупоров могут использоваться и тугоплавкие вещества техногенного происхождения.

В данной работе представлены результаты по изучению возможности использования отходов химического производства для получения огнеупорных материалов, отвечающих требованиям ГОСТ 390-96 «Изделия огнеупорные шамотные и полукислые общего назначения и массового производства. ТУ». Содержание в алюмосиликатных отходах AІ2Oз составляет 47,44% ЭЮ2 - 47,54%, ТЮ2 - 1,13%, Рв203 -

0,86%, Р205 - 0,19%, СаО - 0,12%, МдО - 0,05%, МпО - 0,05%, К20 - 0,09%, Ыа20 - 0,34, п.п.п. -1,93%. . Показатель огнеупорности равен 1750 0С. Отходы являются непластичным и высокочувствительным (коэффициент чувствительности равен 54с) к сушке сырьем.

В качестве связующего материала применялась глина, которая добавлялась в отходы в количестве 20, 25, 45, 50 и 55%. Она имеет следующий химический состав, % мас.: 59,84 Б102, 15,74 А1203, 0,77

ТЮ2, 6,97 Рв203, 0,17 Р205, 2,23 Са0, 2,05 Мд0, 0,10 Мп0, 2,19 К20, 2,02 Ыа20, п.п.п. -7,66. Глина относится к группе высокопластичного (число пластичности равно 48,4) и высокочувствительного (коэффициент чувствительности к сушке равен 58с) сырья.

На первом этапе исследований были изучены огнеупорные и технологические свойства двухкомпонентных сырьевых смесей с содержанием связующего материала 45 и 55%. Их показатель огнеупорности равен 1400 и 1500 0С соответственно, т.е. смеси относятся к группе тугоплавкого сырья. Смеси являются высокопластичными (число пластичности равно 32,4 и 39,7), относятся к группе высокочувствительного сырья (коэффициент чувствительности к сушке находится в пределах 40-45с). В зависимости от степени спекания смесь с содержанием 45% связующего материала относится к группе средне-спекающегося сырья, с содержанием 55% - к группе неспекающегося сырья (табл.1).

Таблица 1 - Спекаемость сырьевых смесей

Состав смеси Наименование показателей

1 2

55% отходов + 45% глины Водопоглощение, %

Средняя плотность, г/см3

45% отходов +55% глины Водопоглощение, %

Средняя плотность, г/см3

Продолжение табл. 1

Температура обжига, оС Группа сырья в зависимости от степени спекания

1150 1200 1300 1350 1400 1450

3 4 5 6 7 8 9

29,6 24,9 11,7 8,2 6,0 2,4 Среднеспекаю- щееся

1,41 1,50 1,60 1,87 1,91 1,43

18,5 13,5 7,6 9,0 10,6 - Неспекающееся

1,69 1,78 1,80 1,80 1,66 -

В табл. 2 представлены физико-механические показатели керамических лабораторных образцов, отформованных из исследуемых смесей методом полусухого прессования (давление равнялось 20 МПа). Влажность пресспорошка составляла 13,6-13,8%, коэффициент уплотнения - 2,3.

Сушка образцов осуществлялась в помещении лаборатории на стеллажах, затем в сушильном шкафу при температуре 35-100°С. Высушенные образцы имеют удовлетворительный внешний вид. Обжиг проводился при температурах 1250 и 1300°С в электропечи типа СНОЛ 20/12 и 20/15. Режим обжига: а) подъем температуры до 500°С -7 часов, б) выдержка при 500°С - 2 часа, в) 500- 1250, 1300°С - 13 часов г) выдержка при конечной температуре - 2 и 3 часа, охлаждение до 50-60 °С - 25 часов.

Полученная керамика относится к алюмоси-ликатным шамотным огнеупорам. Содержание в ней оксида алюминия составляет 31,97 (в образцах с 55% глины, обожженных при 13000С) и 34,82%. Соответственно количество оксида кремния равно 54,93 и 53,75%.

Керамические образцы в основном имеют высокие прочностные характеристики. Сравнительно низкая прочность при сжатии (33,0МПа) у образцов с содержанием 55% глины и обожженных при 13000С связано с образованием при обжиге более хрупкого керамического черепка. Водопоглощение керамики составляет 1,3-7,5%, пористость открытая - 23,127,0%, усадка общая - 8,7-13,0%.

С целью повышения показателя огнеупорности содержание связующего материала в смесях было снижено до 20-30%. При этом часть алюмосиликат-ных отходов была заменена на кварцевый песок со следующими характеристиками: 8Ю2 не менее 98%, влажность не более 0,2%, ППП не более 0,5%, содержание глинистых и илистых примесей не более 1%, полный остаток на ситах с размером 0,5 мм не менее 92%.

Огнеупорными являются смеси с содержанием 20 и 25% глины. Их показатель огнеупорности равен 1620 и 16700С соответственно. Введение дополнительно в двухкомпонентную смесь, содержащую 20% глины, 20% песка снижает показатель огнеупорности до 1620оС. При увеличении в данной смеси глины до 30% сырье становится тугоплавким (показатель огнеупорности равен <15800С). Физикомеханические свойства полученных керамических материалов из данных смесей приведены в таблице 2. Согласно требованиям нормативно-технической документации для огнеупорных шамотных изделий с огнеупорностью не ниже 16500С в зависимости от их марки и подгруппы регламентируемыми параметрами являются предел прочности при сжатии (должен быть не менее 12-20 МПа), значение пористости открытой (не более 30%) и содержание оксидов алюминия (не менее 28%).

Керамические материалы, полученные из двухкомпонентной сырьевой смеси с содержанием 75% алюмо-силикатных отходов, относятся к марке ШВ (обожженные при 1300 и 13500С к подгруппе I, при 12500С -к подгруппе II). Образцы, отформованные из смеси с

содержанием 80% отходов, по своим свойствам соответствуют также марке ШВ (обожженные при 13500С подгруппе I, при 1250С - подгруппе II), из трехкомпонентной смеси - марке ШУС, подгруппе II. Данная огнеупорная керамика относится к алюмосиликатному типу, к группе низкоплотных шамотных огнеупоров.

Таблица 2 - Физико-механические характеристики керамических материалов

Продолжение таблицы 2

Таким образом, на основе алюмосили-катных техногенных отходов возможно получение с применением метода полусухого прессования огнеупорных шамотных изделий марок ШВ и ШУС. Они могут быть использованы для кладки различных типов тепловых агрегатов с максимальной температурой применения 1250°С.

Состав сырьевой смеси Гемпература обжига, оС Водопогло-щение, % Средняя плотность, г/см3

1 2 3 4

45%отходов +55% глины 1250 2,3 2,01

1300 1,3 2,00

55%отходов +45% глины 1250 7,5 1,92

1300 2,7 1,95

75% отходов +25% глины 1250 21,4 1,56

1300 12,8 1,92

1350 13,9 1,82

80% отходов +20% глины 1250 24,2 1,51

1350 15,4 1,75

60% отходов +20%глины +20% песка 1350 18,5 1,67

Истинная плотность, г/см3 Пористость открытая, % Воздушная усадка, % Общая усадка, % и ра пП Й Е с, © ^ * При в И - ^ в в-= 1 3 н ® 1 рж Пс

5 6 7 8 9 10

2,65 24,1 0,5 10,6 29,7 127,5

2,60 23,1 0,7 13,0 26,6 33,0

2,63 27,0 0,5 11,3 18,6 108,1

2,60 25,0 0,7 8,7 29,0 101,3

2,75 43,3 0,5 9,2 6,3 17,4

2,82 31,9 0,5 13,0 13,6 33,1

2,80 35,0 0,5 14,0 9,7 30,0

2,74 44,9 0,5 11,0 3,9 10,6

2,79 37,0 0,6 12,5 12,8 37,3

2,74 39,0 0,6 7,4 2,5 9,1

Литература

1. И. Д. Кащеев, К.К. Стрелов, П.С. Мамыкин, Химическая технология огнеупоров: учебное пособие. Ин-термет Инжиниринг, Москва, 2007. 752с.

2. Й. Алленштейн и др. Огнеупорные материалы. Структура, свойства, испытания: справочник. Ин-термет Инжиниринг, Москва, 2010. 392с.

© С. В. Морозова - мл. науч. сотр. отдела технологических испытаний ФГУП «ЦНИИгеолнеруд», root@geolnerud.net: Е. Н. Пермяков - канд. техн. наук, зам. зав. отд. технологических испытаний ФГУП «ЦНИИгеолнеруд»; А. В. Корнилов - д-р техн. наук, доц., зав. отд. технологических испытаний ФГУП «ЦНИИгеолнеруд».

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по госконтракту 16.552.11.7012.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.