Научная статья на тему 'Получение огеупорной керамики путем рециклинга огнеупорного лома'

Получение огеупорной керамики путем рециклинга огнеупорного лома Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
151
180
Поделиться
Ключевые слова
ОГНЕУПОРНЫЙ ЛОМ / РЕЦИКЛИНГ / НАНОДИСПЕРСНОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Иванов Ф. И., Исакова Е. В., Гардер Е. А., Коротаева З. А.

В работе проанализированы возможности, сложившиеся к настоящему времени в Кузбассе, по реализации технологии рециклинга огнеупорного лома с использованием нанодисперсного связующего. In work the opportunities which have developed by present time in Kuzbas, on realization of technology reuse a fire-resistant secondary resources with use nanostructure's gluing are analysed.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Иванов Ф. И., Исакова Е. В., Гардер Е. А., Коротаева З. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Получение огеупорной керамики путем рециклинга огнеупорного лома»

УДК 669.046:504.064/47

ПОЛУЧЕНИЕ ОГЕУПОРНОЙ КЕРАМИКИ ПУТЕМ РЕЦИКЛИНГА ОГНЕУПОРНОГО ЛОМА

Ф. И. Иванов, Е. В. Исакова, Е. А. Гардер, З. А. Коротаева

В работе проанализированы возможности, сложившиеся к настоящему времени в Кузбассе, по реализации технологии рециклинга огнеупорного лома с использованием нанодисперсного связующего.

In work the opportunities which have developed by present time in Kuzbas, on realization of technology reuse a fire-resistant secondary resources with use nanostructure’s gluing are analysed.

Ключевые слова: огнеупорный лом, рециклинг, нанодисперсное связующее.

В Концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию указывается ряд принципиальных задач, позволяющих решить проблемы социально-экономического развития, сохранения окружающей среды и природно-ресурсного потенциала региона. Тяжесть проблемы сохранения природной среды особенно проявляется в Кузбассе, являющимся, в силу сложившихся исторических и геоэкологических факторов, одним из самых неблагополучных в плане экологии регионов России. Образовавшиеся свалки промышленных отходов в результате многолетней деятельности гигантов индустрии содержат полезные компоненты, которые могут быть извлечены и использованы. Устойчивое развитие предполагает активное использование вторичных ресурсов (промышленных отходов), вместо первичных, в повторном переделе с использованием новейших инновационных экологически чистых технологий. В соответствии с основной идеей рециклинга в настоящей работе предлагается использовать все компоненты боя огнеупорных материалов, образующихся при ремонтах прежде всего металлургического производства и ТЭЦ, для вторичного использования, в частности, для повторного изготовлении огнеупоров с использованием нанодисперсного связующего.

Объектом исследования является создание технологии получения безусадочных конструкционных огнеупоров и керамики из огнеупорного лома для работы в экстремальных условиях [1]. Технология использует достижения механохимии твердого тела по разработке физико-химических основ вовлечения в рециклинг минерального нетрадиционного и некондиционного сырья (огнеупорного лома) базовых металлургических предприятий Кемеровской области.

Цели работы: 1) разработка вяжущего материала на основе механохимической технологии, включающей получение наночастиц размером менее 100 нм (с удельной поверхностью более 10 м2/г); 2) использование этого вяжущего материала для разработки технологии получения образцов безусадочных материалов на основе рециклинга огнеупорного лома металлургического производства и проведение их испытания в экстремальных условиях [2].

В качестве вторичного сырья использовали огнеупорный лом ЗСМК (г. Новокузнецк): динас, шамот, электрокорунд.

История вопроса. В районе смоломагнезитового цеха (СМЦ) ООО «ЗСМК» на специально отведенной территории складируется лом огнеупорных изделий, образующийся в результате удаления отработанной футеровки металлургических и тепловых агрегатов ЗСМК. Накопленное количество огнеупор-

ного лома на площадке СМЦ составляет примерно 450 - 500 тыс. тонн (рис. 1).

Рис. 1. Горы огнеупорного лома в районе смоломагнезитового цеха ООО «ЗСМК»

Ежегодно на комбинате образуется порядка 20 -30 тыс. тонн огнеупорного лома, который распределяется по следующим видам:

- шамот - 50 %;

- кварцитовый, динасовый - 30 %;

- мулиткорундовый, корундовый - 5 %;

- хромитовый, хромитопериклазовый - 5 %;

- периклазоуглеродистого - 10 %.

Таким образом, около 80 % общей массы накопившегося боя огнеупорного лома составляют шамот и динас, поэтому основной задачей является разработка технологии изготовления огнеупорных изделий из данных вторичных материалов.

При обследовании площадей складирования было определено, что 55 - 60 % боя может быть использовано для производства огнеупорных материалов. 20 -25 % оставшихся материалов может применяться при производстве строительных изделий и оставшиеся 15 - 20 % мелкого, разложившегося перемешенного материала может быть использовано при отсыпке дорог, дамб, строительных площадок и т. д.

В результате проведённых исследований была выявлена возможность использования различных марок исходного вторичного сырья в процессе ре-циклинга как по отдельным маркам (бой шамотного кирпича, динаса, электрокорунда в сочетании с шамотной добавкой), так и в виде их смесей.

Оптимальными размерами частиц, используемых для изготовления изделий, является сочетание фракции 1,5 - 5 мм и фракции ниже 1,5 мм в соотношении 75 % : 25 %. Оптимальное содержание нанодисперсного связующего составляет 10,6 %.

Сортировка огнеупорного лома по маркам - ручная. Переработка отсортированного лома производится на щековой валковой дробилке, после чего производится фракционирование на грохоты с ячейки 5 - 1,5 мм. Фракции более 5 мм возвращаются на доработку по первоначальной схеме. Фракции от 5 мм и менее отправляются на взвешивание.

Далее производится: дозирование фракций в необходимых соотношениях, взвешивание компонентов связующего, приготовление связующего, смешивание связующего с огнеупорным сырьем в смесителе.

Прессование и сушка на воздухе в течение 5 - 6 часов, затем сушка в термической печи при температуре 250°С в течение 4 часов.

Изготовление опытных образцов производилось на прессе ДО-242 с отработкой параметров давления в различных прессформах 380x125 мм и в пресс-формах 150x120 мм, и методом вибропрессования.

Испытания опытных образцов проводились в Западно-Сибирском испытательном центре (аттестат аккредитации испытательной лаборатории №РОСС RU.0001.21 АЯ07), промышленные испытания в нагревательных колодцах ООО «ЗСМК» в течение года, акты испытания сугубо положительные.

Таблица 1

Результаты физико-механических испытаний огнеупорного кирпича из огнеупорного боя, полученного методом вибропрессования

Образец Наименование показателей Единицы измере- ния Метод испытания и номер НТД Результаты испытаний Требования ГОСТ 390-96

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Кирпич опытный шамотный огнеупорность °С 4069-69 1540 1580

дополнительная линейная усадка % 5402-81 -0,75 0,5

Кирпич опытный динасовый огнеупорность °С 4069-69 1640 1580

дополнительная линейная усадка % 5402-81 0,27 0,5

Кирпич опытный смесевой огнеупорность °С 4069-69 1550 1580

дополнительная линейная усадка % 5402-81 -0,60 0,5

Результаты физико-механических испытаний кирпича опытного из вторичных ресурсов соответствуют ГОСТ 390-96 «Изделия шамотные», ГОСТ 4157-79 «Изделия динасовые» по огнестойкости практически соответствуют ГОСТ, а по прочностным характеристикам значительно, в разы, превышают (рис. 2).

Рис. 2. Кирпич из огнеупорного боя (шамот)

Первый этап, работы связанный с исследованиями возможности рециклинга огнеупорного боя и получения промышленных огнеупоров с использованием нанодисперсного связующего, успешно пройден при поддержке программы «Старт» и полученного от «Фонда содействия развитию малых форм

предприятий в научно-технической сфере» гранта в размере 750 тыс. рублей («Фонд И. М. Бортника» -единственный экологический грант в Кузбассе, выигранный в 2005 г.).

Для вхождения во второй этап бюджетного финансирование по программе «Старт» необходимо эквивалентное софинансирование инвестора в объеме 1,5 млн. рублей. Спонсоров, согласных на включение в программу, не удовлетворяют условия «Фонда И. М. Бортника».

Работы по разработке технологий и исследованию свойств огнеупорных материалов, получаемых из вторичных ресурсов при механической активации с использованием нанотехнологий, были продолжены по теме «Разработка основ высокоэффективных методов получения наноструктурированной безусадочной корундовой керамики, изделий из нее и других огнеупоров, работающих в экстремальных условиях эксплуатации, на основе вяжущего материала из ультра- и нанодисперсных порошков, полученных механохимическим способом»,которая финансировалась по государственному контракту от 23 апреля 2007 г. № 02.513.11.3188 в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы». Лот, выигранный по программе нанотехнологии, также являлся единственным с участием ученых Кемеровского государственного университета. В настоящее время, совместно с институтом ХТТ и М, инвестиционной компанией ОАО «Ермак», ОАО «ЗСМК», разраба-

тываются ТУ для проведения НИОКР финансируемой «Роснанотех» по данной тематике.

Возможность создания высококонцентрированных и, что самое главное, дешевых кремнезолей показано в патентах: 1. «Способ получения жидкого стекла». Пат. РФ № 2187457 от 04.03.2002 г.;

2. «Способ изготовления безобжиговых строительных материалов». Пат. РФ № 2168481 от 31.01.2001 г.;

3. «Способ получения огнеупорных масс» Пат. РФ № 22143379 от 04.06.2002 г.; 4. «Способ получения силикатного клея связки». Пат. РФ. № 2144552 от 20.01.2000 г.» и др.

Авторами исследован рынок Кемеровской области по востребованности огнеупорных материалов. Основными поставщиками для металлургических предприятий Кемеровской области является ЗАО «Магнезит», г. Садка (Свердловская обл.), и поставки из-за рубежа, в частности из Китая.

Проведенные предварительные оценки техникоэкономических показателей свидетельствуют, с учетом природоохранной и социальной значимости проекта, о значительных экономических преимуществах керамических изделий из вторичного сырья.

Основными потребителями в Кемеровской области являются: ЗСМК, НКМК, ЖКХ городов Кузбасса, Кузбассэнерго и др.

В случае создания предприятия по комплексной переработке огнеупорного лома в г. Новокузнецке, данный проект возможно тиражировать в регионы Российской Федерации и мировой рынок.

Работа выполнялась при поддержки программы «Старт» - «Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» г. к. № 3298/5751 от 18/07/2005г., в рамках ФЦНТП России на 2007 - 2012 годы по лоту № 12 «Конструкционные наноструктурированные керамические и композиционные материалы для работы в экстремальных условиях эксплуатации» шифр «2007-3-1.324-04-068».

Литература

1. Полубояров, В. А. Огнеупорная безусадочная корундовая керамика на основе вяжущего из нано-дисперсных порошков, полученных механохимиче-ским способом [Текст] / В. А. Полубояров, З. А. Ко-ротаева, А. Н. Бебко, и др. // Известия вузов. Черная металлургия. - 2007. - № 12. - С.49 - 52.

2. Poluboyarov, V. A. Influence оf the Nanostructure of Corundum Binder on the Strength of Nonshrinking Corundum Parts [Текст] / V. A. Poluboyarov, Z. A. Korotaeva, A. N. Bebko, F. I. Ivanov // Steel in Translation. - 2009. - Vol. 39. - № 2. - P. 118 - 121.