CC BY
342
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
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.
