Научная статья на тему 'Получение и свойства муллито-кордиеритовой керамики из золошлаков тепловых станций'

Получение и свойства муллито-кордиеритовой керамики из золошлаков тепловых станций Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
573
80
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АКТИВАЦИЯ / МЕХАНИЧЕСКАЯ / КЕРАМИКА / КОРДИЕРИТОВАЯ / МУЛЛИТО-КОРДИЕРИТОВАЯ / ЗОЛОШЛАКИ / ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Прокопец Валерий Сергеевич, Аввакумов Евгений Григорьевич, Гусев Алексей Алексеевич, Михайловский Владимир Петрович

С применением механической активации разработан способ получения муллито-кордиеритовой керамики из природных минералов и золошлаков ТЭЦ -4 (г. Омск). Описана методика синтеза и выполнен рентгенофазовый анализ образцов, определены их температуры плавления и размер частиц. Приведены прочностные характеристики огнеупорной муллито кордиеритовой керамики, приготовленной из разных исходных компонентов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Прокопец Валерий Сергеевич, Аввакумов Евгений Григорьевич, Гусев Алексей Алексеевич, Михайловский Владимир Петрович

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

Текст научной работы на тему «Получение и свойства муллито-кордиеритовой керамики из золошлаков тепловых станций»

УДК 54.055: 666.762.14

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА МУЛЛИТО-КОРДИЕРИТОВОЙ КЕРАМИКИ ИЗ ЗОЛОШЛАКОВ ТЕПЛОВЫХ СТАНЦИЙ

В. С. Прокопец, Е. Г. Аввакумов, А. А. Гусев, В. П. Михайловский

Аннотация. С применением механической активации разработан способ получения муллито-кордиеритовой керамики из природных минералов и золошлаков ТЭЦ -4 (г. Омск). Описана методика синтеза и выполнен рентгенофазовый анализ образцов, определены их температуры плавления и размер частиц. Приведены прочностные характеристики огнеупорной муллито - кордиеритовой керамики, приготовленной из разных исходных компонентов.

Ключевые слова; активация, механическая, керамика, кордиеритовая, муллито-кордиеритовая, золошлаки, прочностные свойства.

Введение

В ряде работ показано, что муллито-кордиеритовые композиты, состоящие из химически совместимых компонентов, наследуют полезные свойства от кордиерита (низкий коэффициент термического расширения) и от муллита (высокие температура плавления и механическая прочность), обладают повышенной спекаемостью и трещиностойкостью [1]. В связи с проблемой утилизации отвальных зол и шлаков тепловых электростанций, содержащих оксиды кремния и алюминия в больших количествах, представляет интерес определить возможность их использования в качестве исходных материалов для получения указанных композитов. Поскольку, в последнее время интенсивно развивается шликер-ный способ изготовления алюмосиликатных изделий, позволяющий получать их крупногабаритными и сложной конфигурации [2], этот вопрос является весьма актуальным. Для его реализации готовятся высококонцентрированные водные суспензии на основе тонкоиз-мельченных смесей. По этой причине использование методов механической активации и механохимии на стадиях их приготовления органично вписывается в технологию получения алюмосиликатной керамики. Опыт применения механической активации для получения кордиеритовой и муллитовой керамик описан в работах [3,4]. В настоящей работе исследована возможность получения муллито-кордиеритовых композитов из золы ТЭЦ-4 (г. Омск). Работа выполнялась в соответствии с грантом Президента РФ МК.2686.2007.8.

Экспериментальная часть

Зола имеет следующий химический состав: вес.%, А1203 27,71 %; SiO2 51,40 ; Fe2Oз 11,54; МдО 0,80; С ~ 8,5. Основными мине-

ралами золы кроме оксида алюминия и кварца, являются муллит, остальное оксиды железа и обычные примеси. Содержание муллита доходит до 60 %, кварца до 20 %, оксидов железа до 15 %. Удаление оксидов железа из золы по экономическим соображениям нецелесообразно.

Механическая активации смесей проводилась в планетарной мельнице АГО-3 [5] в течение 5 мин., а затем смеси отжигались при заданной температуре.

Рентгеновские исследования порошков проводили на дифрактометре ДРОН-3 (Си Ка -излучение). Съемка образцов осуществлялась в области 2© = 17 - 98 о со скоростью 0,5 градусов в минуту. Полученные рентгенограммы сравнивались с рентгенограммами, приведенными в картотеке [6]. Размеры частиц определялись на лазерном гранулометре «Микросайзер 201А» производства ООО «ВА Инсалт» (Санкт-Петербург). Температура плавления смеси определена в печи ХА-2Б пирометром. Определение прочности на изгиб и на сжатие проводилось по стандартным методикам. Порошки прессовали в пластинки размером 4,1 х 1,5 х 0,5, отжигали при температуре 1420 °С и подвергали разрушению.

Синтез кордиерита. К золе были добавлены оксиды кремния, магния и оксид алюминия в следующих количествах (вес. %,): зола 73,82 ; оксида алюминия 8,74; оксид кремния 4.64; оксид магния 10.94. Механическая активации смеси проводилась в течение 5 мин., а затем смеси отжигались при температуре 1260°С в течение 2 часов. На рис. 1 представлены данные РФА для образцов, составленной из золы и добавок оксидов, после активации и отжига при 1260°С.

1 і і ..І ..

ІІ ... і \ А . 1 ІЛ к і. ^ н * АЛ 4 Л-.Л,:

о. а

I к і

іі і 11 І 1 і А .

2 ©

Рис.1. Рентгенограмма продукта синтеза из смеси, составленной из золы и добавок оксидов, после активации и отжига при 1260°С (1), и стандартная рентгенограмма кордиерита (2) ( карточка № 79-1439)

Как видно из сравнения рентгенограмм наблюдается полное соответствие между полученной и стандартной рентгенограмм. Указанной температуры достаточно для синтеза кордиерита из данной смесевой композиции.

Синтез муллито-кордиеритового композита. Чтобы получить состав, соответствующий кордиерито-муллитовой керамике к золе добавлены оксиды кремния, магния и алюминия в следующих количествах: вес. %, оксид кремния 13,88; оксид магния 6,96, оксида алюминия 33,37; (остальные 46,97 зола). Поскольку в природном минерале тальке соот-

ношение между оксидом магния и оксидом кремния близко к указанному, то вместо отдельных оксидов кремния и магния к золе можно добавить тальк в количестве 20 % и оксид алюминия в указанном количестве. Данная смесь активировалась и отжигалась при указанных выше условиях. Результаты по синтезу муллито - кордиеритового композита представлены на рис.2.Из него видно, что композит представляет собой механическую смесь двух фаз- кордиерита и муллита.

Рис. 2. Рентгенограмма продукта синтеза из смеси золы с добавками, соответствующей кодиерито-муллитовому составу (1), из природных компонентов (2) (черный кружок-кордиерит, карточка № 79-1458, полый квадрат-муллит, карточка № 79-1439)

Для сравнения были синтезированы композиты с соотношением кордиерит : муллит, равным 1:1, по реакции 8(А12032 SiO2■2 Н20) + 4(3МдО^Ю2- Н20) + 14А1(ОН)3 = 6(2МдО 2А1203 ^Ю2) + 3А1203 2 SiO2 + 41 Н20., в которой в качестве исходных были взяты каолин и тальк месторождений Кемеровской области, несодержащие примесных фаз, и технический гидраргиллит. Условия активации и термообработки те же самые. Из смеси природных минералов получен аналогичный композит.

Таким образом, можно утверждать, что синтез в механически активированных смесях протекает более легко, чем не в активирован-

ных, для синтеза из которых требуется температура около 1400°С. Причиной может быть наличие в смеси зародышей муллитовой фазы, а для синтеза кордиеритовой фазы достаточно более низких температур. Кроме того, как показывают данные по гранулометрическому составу, приведенные на рис.3, размеры частиц как кордиерита, так и муллит-кордиеритовой смеси, лежат в области ниже 70 мкм. Эти размеры подходят к условиям шликерного способа изготовления крупногабаритных алюмосиликатных изделий сложной конфигурации, которые могут работать при высокой температуре и агрессивной среде.

Рис. 3. Данные гранулометрического анализа синтезированных порошков кордиерита (1) и муллито-кордиеритового композита (2)

Заключение

Эксперименты по определению температуры плавления муллито-кордиеритовой композита показали, что он выдерживает температуры до 1700-1720°С. Прочность на сжатие для керамических муллито-кордиеритовых образцов из золошлаков и спеченных при температуре 1400 градусов в течение 3 часов составляет порядка 198±15 МПа, что в два раза превосходит прочность на сжатие для образцов чистого муллита, полученного в аналогичных условиях (99МПа [4]). Таким образом, в работе показана возможность утилизации золошлаковых отходов тепловых станций, путем изготовления из них муллито-кордиеритового композита, пригодного для получения широкого ассортимента огнеупорных и керамических изделий.

Библиографический список

1. B. H. Mussler and M.W. Shafer. Preparation and Properties of Mullite-Cordierite Composites. Bulletin of American Ceramic Soc. 1984, V.5, No.5, P. 705714.

2. Пивинский Ю. Е. , Теоретические аспекты технологии керамики и огнеупоров. Избранные

труды. Том 1. Санкт-Петербург. Стройиздат СПб.: -

2003. 544 с.

3. Аввакумов Е. Г., Гусев А. А.. Кордиерит -перспективный керамический материал. Новосибирск, Изд-во СО РАН, 1999,-166 с.

4. Луханин М. В., Аввакумов Е. Г., Павленко С. И. Роль механохимической активации в получении огнеупорной керамики на основе муллита и карбида кремния. Огнeупоры и техническая керамика

2004, №1, с 32-35.

5. Патент РФ № 1584203, Планетарная мельница, В 02 С 17/08, опубл. 18.06.87. Аввакумов Е. Г., Поткин А. Р., Березняк В. М.

6. Powder Diffraction File. Joint Committee on Powder Diffraction Standards International Сentre for Diffraction Data, Pennsylvania, USА.

PREPARATION AND PROPERTIES OF MUL-LITE-CORDIERITE CERAMICS ASHES FROM THERMAL STATION

V. S. Prokopets, E. G. Avvakumov,

A. A. Gusev, V. P. Mihaylovskiy

With application of mechanical activation the way of receiving mullito-kordiyeritovy ceramics from natural minerals and золошлаков by com-

bined heat and power plant-4 (Omsk) is developed.

The technique of synthesis is described and the rentgenofazovy analysis of samples is made, their temperatures of melting and the size of particles are defined. Prochnostny characteristics of the fire-resistant mullito-kordiyeritovy ceramics prepared from different initial components are provided.

Прокопец Валерий Сергеевич - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Строительные материалы и специальные технологии». Основные направления научной деятельности: повышение эффективности дорожных и строительных материалов и изделий применением наноструктурных веществ механохимического способа получения. Общее количество опубликованных работ: 200.

Аввакумов Евгений Григорьевич - Гпавный научный сотрудник лаборатории интеркаляцион-ных и механохимических реакций Института

химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН, доктор химических наук, профессор, Специалист в области механохимии неорганических веществ. Общее количество опубликованных работ: 275. e - mail: avvakumov@ sol-id.nsc.ru

Гусев Алексей Алексеевич - Научный сотрудник лаборатории интеркаляционных и механохи-мических реакций Института химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН, кандидат химических наук. Основные направления научной деятельности - керамическое материаловедение. Общее количество опубликованных работ: 62. e-mail: gusev@ solid.nsc.ru

Михайловский Владимир Петрович - д-р техн.наук, профессор кафедры ««Строительные материалы и специальные технологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - монолитность слоистых систем типа отделочный слой - основание. Имеет более 130 опубликованных работ. E-mail: mihvp1940@mail.ru

УДК 556.324.001.18:519.87:004.42

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОДТОПЛЕНИЯ МЕЛИОРИРУЕМОГО УЧАСТКА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННЫХ ТАБЛИЦ

В. И. Сологаев, Н. В. Золотарев

Аннотация. Рассмотрено моделирование подтопления участка мелиорируемых земель методом электронных таблиц в АО «Измайловское» Калачинского района Омской области.

Ключевые слова: подтопление, прогнозирование, орошение, электронные таблицы, мелиорация.

Введение

При проведении орошения со временем возникают неблагоприятные явления на локальных ландшафтных участках, в том числе на мелиорируемых территориях сельскохозяйственного назначения. Их эксплуатация за длительное время приводит к отрицательным последствиям в виде подъема уровня грунтовых вод, засоления и подтопления. Во избежание данных последствий необходимо составить прогноз подъема УГВ и подтопления с последующим принятием мер.

Прогнозирование является основным инструментом по своевременному выявлению подтопления с последующими рекомендациями по защите мелиорируемых земель. В соот-

ветствии с этим представленное направление исследований «Моделирование подтопления и дренирования мелиорируемых земель методом электронных таблиц» является актуальным и перспективным, так как позволяет оптимизировать процессы вычисления с предоставлением результатов в численном и графическом видах.

В данной статье рассматривается применение метода компьютерного моделирования с использованием электронных таблиц для составления прогноза подъема уровня грунтовых вод (УГВ) на участке орошения в АО «Измайловское», Калачинского района Омской области.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.