|
Разработка технологии получения пористых керамических материалов с использованием отходов переработки бурых углей
Разработка технологии получения пористых керамических материалов с использованием отходов переработки бурых углей
Разработка технологии
получения пористых керамических материалов с использованием отходов переработки
бурых углей.
Беломеря Н.И., Мнускина В.В.
(ДонГТУ)
Рассмотрена возможность применения полукокса - отхода
переработки бурых углей Александрийского месторождения для получения
керамических изделий с пористой структурой. Установлены оптимальные количества
добавок полукокса в керамические массы, позволяющих обеспечить технологичность
процессов и выполнение регламентируемых физико-технических показателей пористых
материалов.
Производство керамических строительных материалов
по-прежнему остается приоритетным направлением промышленности, спрос на которые
не уменьшается. В связи со сложными экономическими условиями и напряженной
экологической обстановкой выдвинуты новые требования к разработке их
производства, в частности, весьма актуально использование отходов различных
производств.
Анализ литературных источников показал, что в
производстве керамических изделий все болшее применение находят золы и шлаки
ТЭС, отходы угледобычи и переработки углей и др., присутствие которых
способствует получению изделий высокого качества.
Целью данной работы является разработка нового
направления использования полукокса - продукта полукоксования бурых углей
Александрийского месторождения - в производстве изделий строительной керамики в
качестве выгорающей добавки.
Введение полукокса в состав масс предполагает улучшение
не только физико-технических свойств строительных материалов, но и экономию
значительного количества технологического топлива на обжиг этих изделий.
Известно, что использование шахтных пород в качестве выгорающей добавки
позволяет производить обжиг за счет тепла, выделяющегося при их сгорании, а
избыток тепла отводить на сушку.
Полукокс, полученный полукоксованием без доступа
воздуха (нагрев до 500-600 градусов С) бурых углей Александрийского
месторождения, имеет следующие характеристики (таблица 1).
Таблица 1. Усредненные показатели качества полукокса
из бурых углей Александрийского месторождения, % масс
Характеристики
|
Значения
|
Влага на рядовую массу W
|
4,1
|
Зола
|
- на сухую массу Аd
|
45,7
|
- на рядовую массу Аr
|
43,8
|
Сера на рядовую массу Sr
|
2.25
|
Элементарный состав
|
Сr
|
81,0
|
Нr
|
1,9
|
Nr
|
0,83
|
Sr
|
9,1
|
Or
|
7,17
|
Однако полукокс имеет и ряд недостатков: высокая
зольность и повышенная серность. В связи с повышенным количеством золы можно
ожидать снижение температуры спекания материала за счет присутствия в ней
оксидов щелочных и щелочноземельных металлов (R2O и RО), которые являются
сильными плавнями. При обжиге изделий сера образует SО2 и SО3, которые
загрязняют окружающую среду.
Использование полукокса в массах изделий строительной
керамики вызывает неоходимость регулирования режима обжига. Так как в процессе
обжига происходит выгорание полукокса, неполное выгорание углерода приводит к
образованию черной сердцевины изделий. Поэтому, чтобы получить изделия высокого
качества необходимо осуществлять изотермическую выдержку при температурах
850-950 градусов С.
Несмотря на некоторое усложнение процессов,
происходящих при обжиге изделий с полукоксом, и на ряд его недостатков,
представляется интересным исследовать вопрос о влиянии полукокса на свойства
строительной керамики.
Анализ химического состава минерального остатка
полукокса бурых углей Александрийского месторождения указывает на наличие
оксидов, составляющих основу глинистых материалов. Исследование кинетики потери
массы полукокса в интервале температур 40-1000 градусов С показало, что
невыгорающий остаток при максимальной температуре нагрева, соответствующей
температуре обжига, составляет 15%.
Внешний вид прокаленного остатка указывает на
небольшое содержание оксидов железа в полукоксе, так как остаток имеет
светло-бежевый цвет с розовым оттенком. В нем содержится малое количество
оксидов щелочных и щелочноземельных металлов, поскольку прокаленный остаток
представляет собой сыпучий порошок. Основу полукокса составляют оксиды
глинистых материалов: SiO2 и Al2O3 - действие которых проявляется при более
высоких температурах 1050-1100 градусов С. При этих температурах при постоянной
массе полукокса превращается в стекловидный расплав.
На первом этапе исследования влияния добавок полукокса
на физико-химические свойства керамических масс были проведены предварительные
эксперименты по получению пористых структур на основе глины Дзержинского
месторождения.
все массы состояли из 95-70% глины, 5-30% полукокса с
шагом 5%. Крупность частиц глины и полукокса составляла менее 0,5 мм. Образцы
изготовлены методом полусухого прессования (влажность 10%) и обжиг проводили в
электрической муфельной печи при температуре 1050 градусов С.
Основные физико-технические свойства образцов
определяли по стандартным методикам. Полученные результаты представлены в
таблице 2.
Таблица 2. Основные физико-технические свойства
глинистых масс, содержащих полукокс
Содержание полукококса, %
|
Температура обжига, ?С
|
Водопоглощение на холоду
Вх,%
|
Водопоглощение
при кипячении Вк,%
|
Коэффициент морозостойкости, К
|
Открытая порис-тость, Потк,%
|
0
|
1050
|
14,80
|
14,80
|
1
|
27,62
|
5
|
13,88
|
15,06
|
0,92
|
27,96
|
10
|
16,85
|
17,11
|
0,98
|
29,59
|
15
|
19,03
|
20,56
|
0,93
|
33,41
|
20
|
28,29
|
28,86
|
0,98
|
41,99
|
25
|
33,34
|
34,55
|
0,96
|
46,53
|
30
|
41,94
|
44,52
|
0,94
|
52,08
|
Анализ результатов предварительных исследований
показал весьма значительное увеличение водопоглощения и пористости с
возрастанием содержания полукокса в образцах. Так, например, при 30% содержание
полукокса открытая пористость увеличивается до 52%, а водопоглощение - до 42%.
Этот факт позволил обозначить области и перспективы
использования продукта полукоксования бурых углей в качестве выгорающей
добавки, обеспечивающей высокую пористость при изготовлении легковесных
шамотных огнеупоров и пористой фильтрующей керамики.
Таким образом, результаты предварительных исследований
подтвердили предположение о путях использования полукокса бурых углей
Александрийского месторождения в качестве топливосодержащей добавки в
производстве обыкновенного глиняного кирпича, легковесных шамотных огнеупоров и
пористой фильтрующей керамики.
Из данных таблицы 2 видно, что требования по
морозостойкости, предъявляемые к глиняному кирпичу, не выполняются. Поэтому был
проведен отбор глин месторождений Донецкой области, свойства которых
соответствовали бы всем предъявляемым требованиям.
Найдено, что для изготовления керамического кирпича
подходят глины Никифоровского и Краматорского месторождений, а для образцов
шамотного легковесного огнеупора - глина Волновахского месторождения.
Основные физико-технические свойства керамических
масс, содержащих оптимальное количество полукокса, приведены в таблице 3.
Таблица 3. Основные свойства масс, содержащих
оптимальное количество полукокса
Наимено-
вание материала
|
Компоненты
|
Содержание компонентов,%
|
Температура обжига,?С
|
Водопогло-
щение В,%
|
Откр.
порис-
тость Потк,%
|
Кажущ. плотность ?,
г/см3
|
Коэф мороз-
ки,К
|
Пред.
проч-
ти при сжатии
|
Глиняный кирпич
|
Глина краматорская Полукокс
|
95
5
|
1000
|
7,68
|
15,56
|
2,03
|
0,81
|
444
|
Глина никифорская полукокс
|
90
10
|
1025
|
10,64
|
20,57
|
1,88
|
0,56
|
335
|
Шамотный легковесный огнеупор
|
Глина волновахская
Шамот
Полукокс
|
43
37
20
|
1250
|
32,6
|
41,75
|
1,28
|
-
|
51
|
Шамотноси-
ликатный материал
|
Шамот
Полукокс
Сверх 100%
Жидкое стекло
|
80
20
9
|
1150
|
40,29
|
49,12
|
1,22
|
-
|
-
|
Таким образом, показано, что полукокс бурых углей
является ценным компонентом керамических масс, который может использоваться для
создания пористой структуры в керамических изделиях различного назначения.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы
материалы с сайта http://masters.donntu.edu.ua
|