CC BY
94
УДК 662.99:666.1:691.1:53:693 © В.З. Абдрахимов, Е.С. Абдрахимова, И.Д. Абдрахимова, 2017
Получение теплоизоляционного материала на основе жидкого стекла и отходов углепереработки, образующихся при обогащении коксующихся углей
- Р01: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-4-64-67 -
АБДРАХИМОВ Владимир Закирович
Доктор техн. наук, профессор Самарского государственного экономического университета, 443090, г. Самара, Россия, тел.: +7 (846) 337-58-92, +7 (9608) 16-26-65, e-mail: 3375892@mail.ru
АБДРАХИМОВА Елена Сергеевна
Канд. техн. наук, доцент кафедры «Химия» Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева, 443086, г. Самара, Россия, тел.: +7 (906) 127-09-44, e-mail: 3375892@mail.ru
АБДРАХИМОВА Ирина Денисовна
Студентка Международного инновационного университета, 354000, г. Сочи, Россия
На основе жидкого стекла, модифицированного хлоридом натрия и отходами углепереработки, образующимися при обогащении коксующихся углей, получен теплоизоляционный материал без применения природных традиционных материалов. Производство теплоизоляционных 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. На составы разработанных композиций и способы получения пористого заполнителя авторами данной статьи получены три патента РФ. Использование отходов топливно-энергетического комплекса - отходов углепереработки, образующихся при обогащении коксующихся углей, в производстве теплоизоляционных материалов способствует:
утилизации промышленных отходов; охране окружающей среды; расширению сырьевой базы для получения керамических строительных материалов. Ключевые слова: теплоизоляционный материал; жидкое стекло; отходы углепереработки, образующиеся при обогащении коксующихся углей.
ВВЕДЕНИЕ
С накоплением промышленных отходов нарушается экологическое равновесие [1]. Земельным комиссиям приходится отводить участки для хранения отходов, которые могли бы быть использованы в градостроительстве или сельском хозяйстве. Вместе с тем из отходов или из отходов в комбинации с природным сырьем могут быть изготовлены практически все основные строительные материалы [2].
Одной из актуальных задач промышленности керамических материалов в настоящее время является производство изделий для несущих и ограждающих конструкций с классом по средней плотности не более 1200 кг/м3, которые по теплотехническим характеристикам относятся к группам изделий высокой эффективности с теплопроводностью менее 0,20 Вт/м-°С [3, 4]. Производство и потребление таких теплоизоляционных материалов в России гораздо меньше, чем в странах Европы и Северной Америки, несмотря на то, что там во многих странах климат мягче [1 ].
Топливно-электроэнергетический комплекс является одним из основных «загрязнителей» окружающей природной среды. Это выбросы в атмосферу (48% всех выбросов в атмосферу), сбросы сточных вод (36% всех сбросов), а также образование твердых отходов (30% всех твердых загрязнителей) [1].
Экологическая ситуация в России характеризуется высоким уровнем антропогенного воздействия на природную среду значительных экологических последствий прошлой экономической деятельности [4, 5, 6].
Производство строительных материалов - одна из самых материалоемких отраслей, в связи с этим применение отходов производства при изготовлении керамических материалов имеет особую актуальность [2, 7].
Цель настоящей работы: получить на основе жидкого стекла и отходов углепереработки, образующихся при обогащении коксующихся углей, теплоизоляционный материал без применения природных традиционных материалов.
6*1
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Изучая диаграммы состояния №20^Ю2 и №20^Ю2-Н20, П.Н. Григорьев и М.А. Матвеев установили, что содержание гидратной воды отражается на температуре плавления щелочного силиката [8]. Так, при содержании в силикате 20% гидратной воды он плавится при 100оС. При быстром нагревании такого гидратированного силиката до 200оС, он разжижается, и гидратная вода быстро превращается в пар. Вследствие большой вязкости расплавленного силиката водные пары задерживаются в нем, образуя пузыри с тонкими стенками.
Результаты исследования по получению пористого заполнителя на основе жидкостекольных систем показали, что вспучивание начинается уже при 50оС.
Аналогичные работы, проведенные В.И. Коневым и В.В. Даниловым, показали, что плавление тройной системы №20^Ю2-Н20 начинается при температуре выше 48оС [9]. Полученные результаты авторы объясняют тем, что катионы и анионы (№_^Ю3-Н20) связывают только электростатическое взаимодействие и слабые водородные связи между молекулами воды, поэтому при температуре 48оС кристаллическая структура разрушается, и кристаллогидрат плавится в собственной воде.
При вспучивании больших объемов жидкого стекла, например при производстве плит, получаемая структура очень неравномерна, потому что вспучивание не происходит одновременно по всему объему. Кроме того, образующиеся пористые участки структуры еще больше усил ива ют такую неравномерность, а удаляемая при термообработке влага приводит к «разжижению» массы и, как следствие, к слиянию пор и увеличению объема пустот [7, 9].
Введение в составы жидкостекольных композиций наполнителей приводит к структурированию системы, что позволяет получать более однородные структуры [10].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Сырьевые материалы. Для получения теплоизоляционного материала использовались товарное жидкое стекло, модифицированное хлоридом натрия [10], и отходы углепереработки, образующиеся при обогащении коксующихся углей.
В качестве наполнителя для производства пористого заполнителя использовался отход углепереработки, образующийся при обогащении коксующихся углей на ЦОФ «Абашевская». В деятельности угольного объединения Южного Кузбасса важное место принадлежало службе обогащения угля. В настоящее время в районе действует ЦОФ «Абашевская», основными потребителями продукции которой являются металлургические комбинаты и коксохимические заводы.
Состав отхода углепереработки, образующегося при обогащении коксующихся углей на ЦОФ «Абашевская», представлен следующими веществами, мас. %:
- набухающие глинистые частицы (размером менее 0,005 мм) - 31;
- песчаные (размером 1-0,05 мм) - 47;
- пылеватые частицы (размером 0,05-0,005 мм) - 22.
Гранулометрический состав отхода углепереработки,
образующегося при обогащении коксующихся углей, представлен в табл. 1, а химический состав - в табл. 2.
Таблица 1
Гранулометрический состав отхода углепереработки, образующегося при обогащении коксующихся углей на ЦОФ «Абашевская» Содержание фракции в %, размер частиц в мм
1- 0,063 0,063 - 0,01 0,01- 0,005 0,005 - 0,001 Менее 0,001
38,9 27,2 7,4 12,1 14,4
Таблица 2
Химический состав отхода углепереработки, образующегося при обогащении коксующих углей на ЦОФ «Абашевская»
Содержание оксидов по массе, %
SiO2 А1203 Fe О 2 3 СаО МдО П.п.п.
53,05 17,4 3,74 3,52 1,9 3,81 16,52
Примечание: п.п.п. - потери при прокаливании; В20=№20+<20
Известно, что основным условием, обеспечивающим вспучивание композиции при ее нагревании, является совмещение во времени пиропластического состояния с интенсивным газовыделением внутри обжигаемого материала.
Пиропластическое состояние композиции обеспечивают жидкое стекло и глинистая составляющая, содержащаяся в отходе углепереработки, образующемся при обогащении коксующихся углей на ЦОФ «Абашевская», а газовыделение - содержание в отходе углепереработки органики (п.п.п., см. табл. 2).
Для приготовления сырьевой смеси использовались следующие компоненты:
- товарное натриевое жидкое стекло плотностью 1,41 см3 (ГОСТ 13075-81);
- хлористый натрий (ГОСТ 13830-97) производства ОАО «Бассоль», размолотый до размера менее 0,3 мм;
- в качестве тонкомолотого компонента - отход углепереработки, образующийся при обогащении коксующихся углей на ЦОФ «Абашевская».
Технология производства. Композиции (табл. 3) для производства пористого заполнителя готовили путем тщательного перемешивания всех компонентов.
Таблица 3
Составы композиции для производства пористого заполнителя
Компоненты Содержание компонентов, мас. %
1 2 3
Натриевое жидкое стекло 75 60 50
Хлорид натрия 3 2 1
Тонкомолотый компонент - отход углепереработки, образующийся при обогащении коксующихся углей на ЦОФ «Абашевская» 22 38 49
Смесь изготавливалась в мешалке принудительного действия в следующем порядке. Сначала в мешалку загружались тонкомолотый компонент и хлорид натрия, которые тщательно перемешивались, затем в готовую сухую смесь при включенной мешалке заливалось натриевое стекло тонкой струйкой. Перемешивание производилось до получения однородной массы, но не менее 5 мин.
Способы термообработки, предложенные нами, предлагаются впервые и запатентованы нами двумя патентами РФ [11, 12]. Полученная смесь системой ножей разрезалась на отдельные гранулы, которые термообрабатывались при 250-300оС в печном грануляторе, вспучиваясь при этом и образуя шарообразные высокопористые гранулы. Полученные гранулы помещались в электрическую печь, разогретую до температуры 790оС, и выдерживались там 10 мин. После изотермической выдержки гранулы охлаждались при скорости охлаждения 40оС/мин. Физико-механические показатели пористого заполнителя представлены в табл. 4.
Таблица 4 Физико-механические показатели пористого заполнителя
Показатели Состав
1 2 3
Прочность на сжатие, МПа 2,18 2,23 2,28
Насыпная плотность, кг/м3 175 197 215
Потери при пятиминутном 0,06 0,04 0,02
кипячении, %
Коэффициент размягчения, % 95,4 96,1 96,3
Как видно из табл. 4, пористые заполнители из предложенных составов имеют высокие показатели. Повышенное содержание углерода в отходах углепереработки, образующихся при обогащении коксующихся углей на ЦОФ «Абашевская», также способствует вспучиванию. Полученный теплоизоляционный материал, как и в работе [10], представлен на рисунке.
а б
Теплоизоляционный материал (керамзит): а - внешний вид; б - в разрезе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, на основе жидкого стекла, модифицированного хлоридом натрия, и отхода углепереработки, образующегося при обогащении коксующихся углей на ЦОФ «Абашевская», получен теплоизоляционный материал без применения природного традиционного материала.
Использование отходо в топливно-энер гети ческо го комплекса в производстве теплоизоляционных материалов способствует:
- утилизации промышленных отходов;
- охране окружающей среды;
- расширению сырьевой базы для получения теплоизоляционных материалов.
На составы разработанных композиций и способов получения пористого заполнителя, авторами данной статьи получены три патента РФ. Утилизация промышленных отходов способствует развитию «зеленой» экономики.
Список литературы
1. Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С., Абдрахимова И.Д. Исследование теплопроводности легковесных материалов из отходов топливно-энергетической промышленности без применения природных традиционных материалов // Уголь. 2016. № 4. С. 72-74. URL: http://www.ugolinfo. ru/Free/042016.pdf (дата обращения: 15.03.2017).
2. Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С. Экологические и практические аспекты использования шлака от сжигания угля в производстве керамических материалов на основе межсланцевой глины // Уголь. 2014. № 4. С. 41-43. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/042014.pdf (дата обращения: 15.03.2017).
3. Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Свойства конструкционно-изоляционных керамических материалов из смеси межсланцевой глины и отходов флотационного обогащения антрацитов // Химия твердого топлива. 2014. № 5. С. 30-34.
4. Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С. Экологические, теоретические и практические аспекты использования шламов флотационного углеобогащения в производстве теплоизоляционных материалов // Кокс и химия. 2013. № 3. С. 39-44.
5. Abdrakhimova E.S., Abdrakhimov V.Z. Effect of firing temperature and gas atmosphere on acid-resistant material pore structure formation. Refractories and Industrial Ceramics, 2016, Vol. 57, No. 1, pp. 59-62.
6. Абдрахимов В.З. Вопросы экологии и утилизации техногенных отложений в производстве керамических композиционных материалов. Самара: Самарская академия государственного и муниципального управления, 2010. 160 с.
7. Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З., Кайракбаев А.К. Инновационные направления по использованию отходов топливно-энергетического комплекса в производстве теплоизоляционных материалов. Актобе: Казахско-русский международный университет, 2015. 276 с.
8. Григорьев П.Н., Матвеев М.А. Растворимое стекло. М.: Стройиздат, 1956. 443 с.
9. Конев В.И., Данилов В.В. Производство и применение растворимого стекла. Л.: Стройиздат, 1991. 177 с.
10. Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З., Кайракбаев А.К. Использование отходов топливно-энергетического комплекса в производстве теплоизоляционных материалов на основе жидкостекольных композиций. Актобе: Казахско-русский международный университет, 2016. 140 с.
11. Пат. РФ 2470885. С1 С04В 14/24. Способ получения огнеупорного пористого заполнителя / В.З. Абдрахимов; заяв. 13.05.2011. Опубл. 27.12.2012. Бюл. №36.
12. Пат. РФ 2426710. С1 С04В 38/06. Способ получения пористого заполнителя / В.З. Абдрахимов, В.К. Семенычев, В.А. Куликов, Е.С. Абдрахимова; заяв. 27.04.2010. Опубл. 20.08.2011. Бюл. № 23.
resources
UDC 662.99:666.1:691.1:53:693 © V.Z. Abdrakhimov, E.S. Abdrakhimova, I.D. Abdrakhimova, 2017 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, № 4, pp. 64-67
Title
getting insulating material based on liquid glass and coal conversion wastes generated during coking coals preparation
Doi: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-4-64-67 Authors
Abdrakhimov V.Z.1, Abdrakhimova E.S.2, Abdrakhimova I.D.3
1 Samara State Economic University, Samara, 443090, Russian Federation
2 S.P. Korolev Samara State Aerospace University, Samara, 443086, Russian Federation
3 International Innovation University, Sochi, 354000, Russian Federation
Authors' Information
Abdrakhimov V.Z., Doctor of Engineering Sciences, Professor, tel.: +7 (846) 337-58-92, +7 (9608) 16-26-65, e-mail: 3375892@mail.ru Abdrakhimova E.S., PhD (Engineering), Associate Professor of the Faculty of Chemistry, tel.: +7 (906) 127-09-44, e-mail: 3375892@mail.ru Abdrakhimova I.D., Student
Abstract
On the basis of liquid glass, modified with sodium chloride and coal conversion waste produced during the enrichment of coking coal obtained heat-insulating material, without the use of traditional natural materials. Production of insulation materials H one of the most material-intensive sectors of the economy, so the rational use of fuel, raw materials and other material resources becomes a decisive factor in its successful development in the conditions of ongoing economic reforms. The compositions of the developed compositions and methods of producing porous filler, the authors of this article obtained three patents of the Russian Federation. The use of waste fuel and energy complex H coal conversion waste generated during beneficiation of coking coal in the production of insulating materials contributes to: a) recycling of industrial waste; b) environment; c) expansion of raw materials base for production of ceramic building materials.
Keywords
Thermal insulation material, Liquid glass, Coal conversion waste produced during the enrichment of coking coal.
References
1. Abdrakhimov V.Z., Abdrakhimova E.S. Abdrakhimova I.D. Issledovanie teplo-provodnosti legkovesnyh materialov iz othodov toplivno-ehnergeticheskoj pro-myshlennosti bez primeneniya prirodnyh tradicionnyh materialov [Investigation of thermal conductivity of lightweight materials from energy industry wastes without the use of natural traditional naterials]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2016, no. 4, pp. 72-74. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/042016.pdf (accessed 15.03.17).
2. Abdrakhimov V.Z. & Abdrakhimova E.S. Ekologicheskie i prakticheskie aspekty ispol'zovaniya shlaka ot szhiganiya uglya v proizvodstve keramicheskih materialov na osnove mezhslantsevoj gliny [Environmental and practical aspects of coal bottom-ash involvement in interschistic clay-based ceramic materials production]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2014, no. 4, pp. 41-43. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/042014.pdf (accessed 15.03.17).
3. Abdrakhimova E.S. & Abdrakhimov V.Z. Svojstva konstruktsionno-izolyatsi-onnyh keramicheskih materialov iz smesi mezhslantsevoj gliny i othodov flo-
tatsionnogo obogashcheniya antratsitov [Properties of construction-insulation ceramic materials, produced from interschistic clay mix and anthracite flotation concentration tailings]. Himiya tverdogo topliva - Solid fuel chemistry, 2014, no. 5, pp. 30-34.
4. Abdrakhimova E.S. & Abdrakhimov V.Z. Ekologicheskie, teoreticheskie i prakticheskie aspekty ispol'zovaniya shlamov flotatsionnogo ugleobogashcheniya v proizvodstve teploizolyatsionnyh materialov [Environmental, theoretical and practical aspects of flotation concentration slurry involvement in thermal insulation materials production]. Koks i himiya - Coke and Chemistry, 2013, no. 3, pp. 39-44.
5. Abdrakhimova E.S. & Abdrakhimov V.Z. Effect of firing temperature and gas atmosphere on acid-resistant material pore structure formation. Refractories and Industrial Ceramics, 2016, Vol. 57, no. 1, pp. 59-62.
6. Abdrakhimov V.Z. Voprosy ehkologii i utilizacii tekhnogennyh otlozhenij v proizvodstve keramicheskih kompozicionnyh materialov [Aspects of ecology and technogenic deposits utilization in ceramic composite materials production]. Samara, Samara State and Municipal Management Academy Publ., 2010, 160 pp.
7. Abdrakhimova E.S., Abdrakhimov V.Z. & Kairakbaev A.K. Innovacionnye napravleniya po ispol'zovaniyu othodov toplivno-ehnergeticheskogo kompleksa v proizvodstve teploizolyacionnyh materialov [Innovative trend in fuel and energy complex wastes utilization in thermal insulation materials production]. Aktobe, Kazakh-Russian International University Publ., 2015, 276 pp.
8. Grigoriev P.N. & Matveev M.A. Rastvorimoesteklo [Soluble glass]. Moscow, Stroiizdat Publ., 1956, 443 pp.
9. Konev V.I. & Danilov V.V. Proizvodstvo i primenenie rastvorimogo stekla [Soluble glass production and application]. Leningrad, Stroiizdat Publ., 1991, 177 pp.
10. Abdrakhimova E.S., Abdrakhimov V.Z. & Kairakbaev A.K. Ispol'zovanie othodov toplivno-ehnergeticheskogo kompleksa v proizvodstve teploizolyacionnyh materialov na osnove zhidkostekol'nyh kompozicij [Fuel and energy complex wastes utilization in soluble glass based thermal insulation materials production]. Aktobe, Kazakh-Russian International University Publ., 2016, 140 pp.
11. RF patent 2470885. C1 C04B 14/24. Abdrakhimov V.Z. Sposob polucheniya ogneupornogo poristogo zapolnitelya [Method of expanded fire resistant aggregate production]. Application dated 13.05.2011, Published on 27.12.2012, Bulletin no. 36.
12. RF patent 2426710. C1 C04B 38/06. Abdrakhimov V.Z., Semenychev V.K., Ku-likov V.A., Abdrakhimova E.S. Sposob polucheniya poristogo zapolnitelya [Method of expanded aggregate production]. Application dated 27.04.2010, Published on 20.08.2011, Bulletin no. 23.
На Восточно-Бейский разрез поступили новые автосамосвалы
В феврале 2017 г. на Восточно-Бейском разрезе состоялось торжественное вручение экипажам автосамосвалов ключей от двух новых 130-тонных БелАЗов. Техника поступила на предприятие в соответствии с инвестиционной программой Сибирской угольной энергетической компании. В ходе торжественного пуска БелАЗов исполнительный директор ООО «Восточно-Бейский разрез» Денис Попов отметил: «За счет ввода новой техники взамен отработавшей свой срок идет повы-
СУЭК
СИБИРСКАЯ УГОЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ
шение коэффициента использования и производительности оборудования».
Восточно-Бейский разрез на протяжении многих лет прочно занимает одну из ведущих позиций среди предприятий СУЭК в Республике Хакасия. Разрезом достигнут уровень годовой угледобычи 3,2 млн т.
«Автосамосвалы на наших предприятиях имеют весьма внушительные габариты, - говорит генеральный директор ООО «СУЭК-Хакасия» Алексей Килин, - поэтому одна из приоритетных задач - постоянная работа над повышением уровня удобства и безопасности водителя. Новые автосамосвалы имеют современное оснащение, в частности, видеокамеры, которые позволяют водителю выполнять необходимые маневры с соблюдением мер безопасности».
