CC BY
73
СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ; CONSTRUCTIONMATERIALSSCIENCE
УДК 666
СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НИЗКОСОРТНЫХ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД
Кара-сал Б.К., Серен Ш.В.
Тувинскийгосударственныйуниверситет, Кызыл
STATE AND PROBLEMS OF PRODUCTION OF CERAMIC WALL MATERIALS USING LOW-FRADE CLAY ROCKS
Kara-sal B.K., Seren Sh.V.
Tuvanstateuniversity, Kyzyl
Сделан анализ состояния производства керамических стеновых материалов в целом в стране и в регионах. Выявлено, что одной из актуальных проблем промышленности керамических стеновых материалов является обеспечение качественным сырьем производства. Установлено, что в связи с истощением запасов качественных глин и повышением тарифов на перевозку предприятия вынуждены использовать низкосортные малопластичные и трудноспекаемые глинистые породы, которые требуют глубокой переработки сырья для улучшения качества выпускаемых изделий.
Ключевые слова: Керамические стеновые материалы, низкосортное сырье, суглинки, технологические свойства, переработка.
The article discusses the analysis of the state of production of ceramic wall materials in the whole country and in the regions. It is revealed that one of the urgent problems of the industry of ceramic wall materials is providing the production with high quality raw materials. It is established that according to the depletion of high-quality clay and the increase of transportation rates enterprises are forced to use low-grade clay rocks of low plasticity and hard sintering that require deep processing of raw materials to improve the quality of manufactured products.
Key words: ceramic wall materials, low quality raw materials, loam, technological properties, processing.
Керамические стеновые материалы - кирпич, камень и блоки, несмотря на создание новых видов ограждающих конструкций, остаются проверенными временем и востребованными материалами из-за их высоких эксплуатационных характеристик, долговечности, архитектурной выразительности и экологической безопасности.
После значительных потерь в годы перехода к рыночной экономике, когда из 1887 заводов (1991 г.) к 2000 г. в России осталось только 376 предприятий, промышленность керамических стеновых материалов постепенно адаптировалась к новым экономическим условиям и начала наращивать мощности. Если в 2000 г. производилось 8,6 млрд. шт. условного кирпича, то в 2013 г. объем производства стеновых керамических материалов увеличился до 13,1 млрд. шт. условного кирпича [1].
По данным ООО «ГС-Эксперт», основные производственные мощности по производству керамических стеновых материалов размещены в Центральном (30,3 %), Приволжском (23,1 %) и Сибирском (17,6 %) федеральных округах [1]. Если рассматривать регионы, в которых расположены заводы, то в 2013 г. увеличение объемов производства керамических стеновых материалов наблюдается в 49 из 75 регионов.
В структуре производства керамических стеновых материалов 67 % составляет рядовой кирпич. При этом в основном объеме производимого кирпича доля полнотелого кирпича составляет 57 %, лицевой кирпич составляет 23 %. Доля крупноформатных стеновых керамических блоков в структуре производства составляет 7 %.
В Сибирском федеральном округе, где объем выпуска занимает третье место из восьми округов, основные предприятия по производству стеновых керамических материалов малой и средней мощности (5-25 млн.шт. в год) и их техническая оснащенность на среднем уровне. Современные автоматизированные заводы по выпуску керамических стеновых материалов построены только в Томской, Новосибирской и Омской областях. В Сибирском федеральном округе объем производства керамических стеновых материалов постепенно увеличивается с 811 млн. шт. (2000 г.) до 1,071 млрд. шт. условного кирпича в год (2013 г.) [2]. При этом в общем объеме производства доля кирпича достигает 82 %, что больше чем в других федеральных округах.
Динамика роста производства кирпича свидетельствует об оживлении строительного комплекса в Сибирском федеральном округе.
Наряду с последовательным восстановлением и развитием промышленности керамических стеновых материалов в стране и регионах в Республике Тыва также наблюдаются положительные тенденции в деятельности предприятий по производству керамических изделий.
Благодаря изменению организационных форм и обновлению основных фондов, снова начал работать Кызылский кирпичный завод ООО «Жилье». В результате внедрения нового оборудования по переработке сырья и формования изделий объем производства возрос с 870 тыс. шт. (2000 г.) до 2,8 млн. шт. кирпича (в 2014 г.), улучшилось и качество выпускаемого кирпича. Увеличение объема выпуска продукции сдерживает старая кольцевая печь. В настоящее время строится новая туннельная печь, которая будет работать на твердом топливе, и мощность завода увеличится до 10 млн. шт. кирпича в год.
В 2012 г. ООО «Адарон» построил новый кирпичный цех с короткой технологической схемой, где отсутствует тонкое измельчение сырья, с обжигом в кольцевой печи с твердым топливом. В результате общий объем производства кирпича в 2014 г. в Республике Тыва составил 5,1 млн. шт.
Однако данный объем производства кирпича совсем не удовлетворяет потребностям строительного комплекса Республики Тыва.
Объем капитальных вложений в строительную отрасль в республике ежегодно растет, в 2014 году он составил более 2 млрд.рублей, что большев 5 раз по сравнению с показателями 2000 г. Расчеты показывают, что потребности строителей Тувы в керамическом кирпиче составляют не менее 20 млн.шт. в год.
При растущем объеме капитальных вложений строительного комплекса республики необходимо увеличение объема выпуска кирпича как основного местного стенового материала.
В настоящее время в России и регионах в рамках различных федеральных и региональных программ предусмотрено строительство зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения, что в свою очередь требует увеличения объема выпуска стеновых материалов, в том числе керамических изделий.
Многовековой опыт производства стеновых керамических материалов показывает, что для успешного развития отрасли необходимо решение двух важных проблем [4]:
1. Обеспечение качественными сырьевыми материалами.
2. Внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий производства с выпуском качественной конкурентоспособной продукции.
Наиболее важной и актуальной проблемой в керамической промышленности является обеспечение производства качественными сырьевыми материалами.
В связи с распадом Советского Союза и переходом страны на рыночную экономику, когда многие месторождения качественного сырья оказались за пределами Российской Федерации, а также с повышением тарифов на перевозку сырья данная проблема приобретает острый и архиважный характер [5].
Кроме того, с уменьшением запасов высококачественных пластичных глинистых пород и традиционных природных добавок в регионах для производства керамических стеновых материалов вынуждены применять низкосортные, малопластичные и плохо спекающиеся глинистые породы [6]. По данным ВНИПИИстромсырье, объем добычи глинистых пород предприятиями керамической промышленности ежегодно растет и в 2011 году достиг 27,1 млн.м3 [7].
Как известно, для производства конкурентоспособных и качественных керамических стеновых материалов необходимы пластичные глинистые породы, которые должны хорошо формоваться, сохранять придающую форму и не давать трещин во время сушки, а после обжига черепок должен обладать достаточной механической прочностью и морозостойкостью [8].
Глинистое сырье многих регионов страны, в том числе в Сибирском федеральном округе и в Туве, имеет в основном невысокое качество, т.е. малопластичное, неспекающееся, несмотря на их повсеместное распространение и неглубокое залегание.
Практика показывает, что традиционные технологические оборудования и приемы не обеспечивают существенного улучшения свойств малопластичного низкосортного глинистого сырья. На практике самые современные вальцы не позволяют обеспечить помол сырья менее 0,5 мм, и при этом бандажи вальцов подвергаются очень интенсивному износу.
Следует отметить, что низкосортное, малопластичное и трудноспекающее глинистое сырье отличается высоким содержанием непластичных песчаных частиц, карбонатов, сернистых примесей и твердых каменистых включений. Кроме того, в силу своего генезиса многие суглинки и супеси, имея небольшую мощность отложений, нестабильны по своему составу и свойствам.
В технологии производства изделий строительной керамики при применении низкосортного некондиционного трудноспекаемого глинистого сырья возникают различные технологические проблемы, которые вызывают дополнительные
энергетические затраты. Для обеспечения минимальных технологических свойств малопластичное и трудноспекаемое сырье подвергается глубокой переработке.
Первоначально, на стадии подготовки сырья, после удаления крупных каменистых включений просеиванием и обработки камневыделительными вальцами, необходимо тонкое измельчение для помола песчаных и карбонатных частиц. Для исключения отрицательных воздействий карбонатов после обжига размер измельченных частиц должен быть не менее 0,3 мм [9].
Кроме того, многие низкосортные глинистые породы имеют повышенную влажность в пределах 14-16 %, что требует предварительной сушки в сушильном барабане перед первичной переработкой [10]. Для гомогенизации малопластичного сырья проводится механоактивация в измельчительно-сепарационной установке, что вызывает дополнительные энергетические затраты [11]. Стороженко Г.И. отмечает, что механоактивация пылеватых суглинков заключается не в измельчении грубодисперсных частиц, а в изменении коллоидно-химических свойств ее поровой оставляющей [11]. Расчеты показывают, что дополнительная переработка и механоактивация низкосортных и некондиционных глинистых пород для улучшения их технологических свойств вызывает удорожание продукции на 20-30 % в зависимости от степени переработки сырья.
При использовании непластичных тощих суглинков и супесей, несмотря на предварительную механоактивацию, проблемы наблюдаются при приготовлении массы и формовании изделий.
Как известно, при приготовлении массы с добавлением воды на поверхности глинистых частиц образуются гидратные оболочки в виде пленок, которые придают массе пластичность. Однако, при недостаточном количестве глинистых частиц (до 10 %) увлажненная масса имеет неравномерное пластическое состояние. Даже длительное перемешивание не исключает данное состояние массы. Несмотря на тонкодисперсное состояние после механоактивации непластичной глинистой породы, при увлажнении тонкость и состояние гидратной оболочки на поверхности глинистых и других непластичных твердых частиц разные. При перемешивании и движении твердых песчаных частиц разрываются гидратные оболочки, соответственно, пластичность массы недостаточная и неравномерная.
При формовании изделий пластическим способом из малопластичной массы имеют место следующие технологические проблемы. Из-за недостаточной и неравномерной пластичности массы наблюдается скопление массы в приемной части ленточного пресса. Это сопровождается постоянным затягиванием ее на одной стороне.
В результате применения недостаточно пластичной массы для выдавливания глиняного бруса потребуется большое давление, и при этом наблюдается большое трение между металлическим корпусом пресса и тощей массой. Соответственно, нагреваются детали ленточного пресса.
При выходе из мундштука пресса глиняный брус из малопластичной массы оказывается хрупким и ломким. Иногда глиняная масса крошится.
При недостаточном содержании глинистых частиц по углам и по сторонам выходящего из пресса бруса иногда образуются более или менее глубокие надрывы (так
называемые «драконовые зубья»), заметные сразу после формовки или обнаруживающиеся после сушки.
Характерным дефектом формования при использовании малопластичной массы является слоистое строение сырца, расположенное в виде концентрических кругов, которые обнаруживаются сразу после формовки или после сушки и обжига.
Еще одним дефектом формования из-за недостаточной пластичности массы является образование S-образных трещин, обусловленное в основном работой шнекового вала, конец которого оставляет в продвигаемой глиняной массе круглое отверстие.
Таким образом, следует отметить, что при использовании низкосортных малопластичных глин основные проблемы возникают именно при формовании, так как глинистые минералы при увлажнении, переходя в пластичное состояние, обеспечивают формуемость массы и позволяют сохранять размеры и состояние изделий при сушке и обжиге.
Практика показывает, что скрытые дефекты формования изделий из низкосортного сырья обнаруживаются или раскрываются после сушки. Особенно это характерно для скрытых трещин формования.
При сушке из сырцов, отформованных из малопластичных и неравномерно пластичных масс, выделение влаги происходит неравномерно. Соответственно возникают неравномерные растягивающие напряжения, которые усиливают раскрытие скрытых трещин между глинистыми и непластичными твердыми частицами.
При обжиге изделий на основе низкосортных малопластичных глин в области 900 -1000 °С практически не наблюдается спекание масс, так как в фазовом составе мало глинистых частиц, которые после разложения и аморфизации активно участвуют в образовании жидкого расплава. Кроме того, в химическом составе низкосортных мало- и неспекающихся глинистых пород бывает очень мало щелочных оксидов, которые являются активными компонентами стеклофазы.
В заключение следует отметить, что качество сырья в современных условиях для выпуска конкурентоспособных керамических стеновых материалов выходит на передний план. Это связано с определяющим влиянием качества сырьевых материалов на свойства готовой продукции. При отсутствии возможности улучшения качества сырья необходимо компенсировать его низкосортность разработкой новых технологических приемов и способов производства материалов или поиском нетрадиционного природного и техногенного сырья с соответствующими химико-минералогическими и технологическими свойствами для производства керамических стеновых изделий.
Библиографический список
1. Семенов, А.А. Состояние российского рынка керамических стеновых материалов / А.А. Семенов // Строит.материалы. 2014. № 8. С. 9-12.
2. Семенов, А.А. Итоги развития строительного комплекса и промышленности строительных материалов в 2013 г. / А.А. Семенов // Строит.материалы. 2014. № 2. С. 81 -83.
3. Основные направления развития промышленности строительных материалов Республик Тыва на 2010-2020 годы. - Кызыл: Стат.управление РТ. 2009. 17 с.
4. Химическая технология керамики: Уч. пособие / Под ред. И.Я. Гузмана. - М.: ООО РИФ «Стройматериалы», 2012. 496 с.
5. Лопатников, М.И. Минерально-сырьевая база керамической промышленности России / М.И. Лопатников // Строит.материалы. 2004. № 2. С. 36-39.
6. Гуров, Н.Г. Расширение сырьевой базы для производства стеновой керамики / Н.Г. Гуров, Л.В. Котлярова, Н.Н. Иванов. // Строит.материалы. 2007. № 4. С. 41-45.
7. Буткевич, Г.Р. Посткризисный этап развития промышленности нерудных строительных материалов / Г.Р. Буткевич // Строит.материалы. 2012. № 2. С. 21-23.
8. Августиник, А.И. Керамика / А.И. Августиник. - Л.: Стройиздат. - 1974. - 592 с.
9. Гуров, Н.Г. Подготовка керамической массы на основе закарбоначенного лессовидного суглинка / Н.Г. Гуров, А.А. Наумов, Н.Н. Иванов // Строительные материалы. 2010. № 7. С. 42-45.
10. Стороженко, Г.И., Столбоушкин, А.Ю. Сравнительный анализ способов подготовки пресс-порошка в технологии керамического кирпича полусухого прессования / Г.И. Стороженко, А.Ю. Столбоушкин // Строит.материалы. 2008. № 4. С. 27-31.
11. Стороженко, Г.И., Пак, Ю.А., Болдырев, Г.В. Производство керамического кирпича из активированного суглинистого сырья / Г.И. Стороженко, Ю.А. Пак, Г.В. Болдырев // Строит.материалы. 2001. № 12. С. 62-63.
Bibliograficheskiyspisok
1. Semenov, A. A. the Condition of the Russian market of ceramic wall materials / A. A. Semenov // Builds. materials -2014. № 8. S. 9-12.
2. Semenov, A. A. the results of the development of the construction industry and building materials industry in 2013 / A. A. Semenov // Builds. materials. 2014. . 2. S. 81-83.
3. The main directions of development of building materials industry of the Republic of Tyva in 2010-2020. - Kyzyl: Stat. management of the RT. 2009. 17 S.
4. Chemical technology of ceramics: Uch. the manual / Under the editorship of I. Y. Guzman. - M.: OOO REEF "building Materials", 2012.- 496 s.
5. Lopatnikov, M. I. Mineral resources base of the ceramic industry in Russia / M. I. Lopatnikov // Builds. materials. 2004. №. 2. S. 36-39.
6. Gurov, N. G. The expansion of the resource base for the production of ceramic wall / N. G. Gurov, L. V. Kotlyarova, N. N. Ivanov. // Builds. materials. 2007. №. 4. S 41-45
7. Butkevich, G. R. post-Crisis stage of development of the industry of non-metallic building materials / G. R. Butkevich // Builds. materials. 2012. № 2. S. 21-23.
8. Augustynek, A. I. Ceramics / A. I. Augustini. - L.: Stroiizdat. 1974. 592 s.
9. Gurov, N. G. Preparation of ceramic masses based on scarponcini loess-like loam / N.G. Gurov, A.A. Naumov, N.N. Ivanov // Building materials. 2010. № 7. Pp. 42-45.
10. Storozhenko, I., Stolboushkin, A. Y. Comparative analysis of methods of preparation of press powder in the technology of ceramic bricks dry pressing / G. I. Storozhenko, A. Yu Stolboushkin // Builds. materials. 2008. №4. S. 27-31.
11. Storozhenko, I., Park, Y. A., G. V. Boldyrev ceramic brick Production from activated loamy raw materials / G. I. Storozhenko, A. Pak, G. V. Boldyrev // Builds. materials. 2001. № 12. S. 62-63.
Кара-сал Борис Комбуй-оолович - доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Промышленное и гражданское строительство» Тувинского государственного университета, E-mail: [email protected]
Серен Шораан Владимирович - старший преподаватель кафедры «Промышленное и гражданское строительство» Тувинского государственного университета. E-mail: [email protected]
Kara-Sal Boris - doctor of technical sciences, rofessor, head of department "Industrial and civil construction" TuvanState University, Kyzyl, E-mail: [email protected]
Seren Shoraan - senior teacher of the department "Industrial and civil construction" Tuvan State University, Kyzyl, E-mail:[email protected]
