автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Регулирование структурно-механических свойств масс из отходов угледобычи для получения керамического кирпича с заданными свойствами

^ ^ КАЗ;М<АЯ ГСС7ДЛРС ТЕ2Э1АЯ АРГ^-КГ-ТНО-СТРОл-ТГЪ^'Л • о 1,ъш ¡1,110 АяАДИ+Я

На правах рукописи

КАЛМЫКОВА Людмила Федоровна

РЕГУЛИРОВАНИЕ СТЕШШЮ-МШНИЩСКИХ СВОЙСТВ МАСС ИЗ ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫЧИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ

05.23.05. Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ллматы - 1993

Работа выполнена в Казахском Государственном техническом университете

Научный руководитель - доктор технических наук,профессор

САЙБУЛАТОВ САНАРКАН ЯЗКЕБАЗЗГН

ОсТициальные оппоненты: - заслуженны!! деятель науки и техник]

на заседании специализированного совета К 058.СБ.01 в Казахской Государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 480123, г. Алматы, ул. Обручева, 28.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы и замечания в одном экземпляре.заверенные гербовой печатью,просим направить по адресу-.480123,г.Алматн.ул.Обручева,2 Казахская Государственная архитектурно-строительная академия, специализированный совет К 058.C5.0I.

Автореферат разослан -¿/■д/^уС- 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

России,доктор технических наук, црофессор ШОШШШВА ГАЛИНА НИЮЖВША

- кандидат технических наук,доцент ЕРМЕКБАЕВА РОЗА БАЙЗАКОВНА

Ведущее предприятие - СибШИСтромпроект

Защита состоится " ^^"е 1993 годг в ^& час. ^

кандидат технических наук

Актуальность« 2 настоящее время ваанепзее народнохозяйствен-кое зиаяеиие яиеет внедрение в проиетенность строительных материалов ресурсосберегащкх технология, обеспечиващюс сокращение расхода технологического топжява в восполнение дефицита ксндгарг-ошшх снрьевнх материалов. Это,-» парят» очередь, применение тсп-лкэосодервадях отходов уголыюв прожигтоиности. На период до 2000 года планом технического перевооружения отрасли предусмотрен зка-чительнмй роет »пользования топливосодвргвдих отходов в производстве керамических стенопа материалов с овтаам объемом производства. 10...12 млрд. етух условного septana*

Проведтшз ранее исследования свидетельству*» о принципиальной возможности получения керамического кирпича вз вскршнмх юрод угледобычи Эшбастусского угольного бассейна« являщихеж новым типом органошшерального сырья. Однако« возможность получения керамического кирпича из вскрышах пород различных литологкческнх тисов а горизонтов залегания, а также структурно-меганичес кие свойства шее га их основе и с пособи регулирования этих свойств для получения керамического кирпича с злданными свойствами не рассматривались, Кроме того, не научалась однородность свойств и состава векрьшшх пород, xas определявший фактор стабильности качества керамического кирпича. Поэтому изучение однородности свойств вскрш-ных пород, струетурно-механиаеских харахтерглтия масс на их основе и регулирование этих характеристик для обеспечения бездефектного пластического формования и получения керамического кирпича с заданными свойствами является актуальным.

Работа, выполнена в соответствии с подпрограммой "Комплексное использование отходов добычи переработки углей" целевой комплексной программой "Рациональное комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов в народном хозяйстве" на 1987-1990 и на период до 2С00 г., утвержденной Госпланом СССР от 2B.04.b7 г. £55.

Цель работ«. Исследование однородности свойств вскршных пород угледо&ям, структурно-механических характеристик масс на их основе и регулирование отих характеристик для обеспечения бездефектного пластического формования и полученио керамического кирпича с заданныыи свойствами.

Для достижения поставленной цели необходимо било реаить следующие задачи:

- исследовать зависимости изменения физико-механических свойств и химико-минералогического состава вскрвдншс юрод угле-добичх от их лятодогмаеских танов и горизонтов залегания в оцешш их однородность;

- определить закономерности изменения сгруктурно-мехвническш характеристик пасе в зависимости от содержания глинистых минералог я органических веярств во вскрытых породах утаедобьяи различных лятологичесхих тагов и горизонтов залегания;

- установить количественное соотношение фракций измельченных вскрышных пород, обеспечивающее оптимальные структурно-механкчвс-кие характеристики «вес и благоприятное развитие деформационного процесса;

- выявить закономерности изменения структурно ивтаинчесхих свойств систем "вскрывшая порола - твердая» жидкая добавка" в га~ висикости от соотношения а них составляющих компонентов;

• установить показатели структурно-механических характеристик обеспечивающие бездефектное пластическое формование в пмдоевю керамического кирпича с заданными свойствами;

- разработать технологический регламент проивводства херами-ческого кирпича мз вскрданых пород» провести опытно-прошсиекные кспитания, внедрить полученные результаты и оценить их технвхо-аконоыкческув эффективность.

Научная новизна» В результате проведению: исследований установлены вависииости изменения физико-механических свойств и хтш-ко-мииералогкческого состава вскрышных пород от их «отологических типов и горизонтов залегания. Систематизированы результаты исследования однородности свойств вскрданых пород.

Со разработанным программам математической и статистической обработки результатов експериментов и расчета структурно-ыехани-чосних характеристик масс на ЮМ типа "1Ш" с применением сюш-ленс-решетчатого метода планирования эксперимента установлены закономерности изменения стдектурно-доханических свойств касс из векршшнх пород от их фракционного состава*

Выявлено, что на формирование коагуляционшх структур масс из вскрышных пород горизонт их залегания оказывает бовьаве влияние, чей литологический тип.

Установлен механизм изменения пластической прочности и оптимальной формовочной влажности касс из вскрышных пород, который характеризуется снижением объема гидратных оболочек за счет уменьшения их толщины и увеличения прочности контактов при снижении опти-

цальноЯ формовочной влажности и росте пластической прочности.

Определены оптикальные фракционные состава в ограниченных областях: 0,5-0,25 iai - 1С...502, 0,25-0,125 ш - 5...55% я 0,125-0,СоЗ ш - 20...65%, которые обеспечивает бездефектное формование и способствует образованию юагуляционньсс структур с преобладанием медленных эластических деформаций (42,5...50,056) и показателями струюурно-мэханкческих свойств: пластическая прочность О,09...0,40 НЕа, пластическая вязкость 4£0.I0¿...5I5'I05 Па«с, эластичность 0,45...0,60 период истинной релаксецик 650...750 с, пластичность по Воларовичу 0,0014*1СГ7...0,027*Ю"7 с"1.

Выявлены возможности регулирования стру хзурно-иеханическкх характеристик масс из вскрыагних пород путем использования добавок-высококшерализованных углистых пород я оксихлорцдд алшиния. Установлены оптимальные структурно-ыеханические свойства етнх тсс: пластическая срочность О,317...0,545 ЫПа, пластическая вязкость 405,4-Ю6...511,8*10^ На.с, властичность С,42...0,66 с преобладание» медленных оластических деформаций 4С,32..,52,5С%. Новизна технических решений разработанных составов подтверждена авторский свидетельством И645260 я положительным реяенке« ШШГйЭ по заявка 1?4772£17/33.

Практическая ценность. Освоена в промышленных условиях на Налшсавскси кирпичной заводе Ш "Экибастузуголь" ресурс ос барегчш-цая технология керамического кирпича из вскрышных пород.

Разработаны ТУ 21 КазССР 49-63 "Породи вс крайние наду год ьной тощи для производства керамических стеновых материалов", которые кспользуется при выпуске керамического кирпича на Калкаманскои заводе (Павлодарская область). В настоящее время Кдлкаканский кирпичный завод работает по разработанной технологии с использованием сырьевых смесей, зачищенных авторским свидетельством 51645250. Экономический эффект от внедрения разработанных технических решений в IS9I году составил 2?6,4 тыс. рублей.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на республиканской нсучно-практичесхой конференции иолодцх ученых и специалистов "Проблемы повышения эффективности капитального строительства" (Алма-Ата, 1933), Всесоюзной конференции "Ускорение научно-технического прогресса в проышленностн строительных материалов и строительной индустрии" (Белгород, 198?), областной научно-практической конференции "йолодые ученые области - ускорению научно-технического прогресса и развитии науки" (Павлодар, 1937), научно-

технической конференции "Соаорзенствование технологических процессов на предприятиях Павлодар-5кибастузского региона" vПавлодар, 1ЭЬс), республиканской научно-технической конференции "На-учно-техннчесхий прогресс в технологии строительных материалов" v Алма-Ата, 1990).

Публикации. Основное содержание опубликовано в 13 печатных работах ■ защищено 2 авторскою свидетельствами и полохительаыи решением на изобретение.

Объем т>аботы. Дюсертацконная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов» списка литературы из 135 наюсенованкй, 9 приложений и изложена на 199 страницах мапинописного текста, включая 44 рисунка к 27 таблиц.

На аеднту выносятся:

- результаты теоретического и экспериментального исследования зависимостей игиекешш физико-нвханичеышх свойств к хшшко-цинералогкчес ко го состава оскрывшх пород угледобычи от их лято-логических типов в горизонтов залегания с оценкой однородности признаков;

•> программы математической в статистической обработки регул татов исследования и расчета структурно-механических характер«;* касс на ЕЗВЦ типа "IE4I" с применением симплекс-решетчатого ыетод планирования эксперимента;

- результат« исследований механизма изменения пластической прочности и оптимальной формовочной влажности масс из вскршших пород;

- закономерности изменения структурно-механических свойств касс из вокрыгных пород от их яитслогических типов, горизонтов залегания, степени измельчения пород, от содержания глинистых составляющих и органического вещества;

- оптимальнее фракционные составы масс из вскрышных тред и показатели структурно-механических характеристик, обеспечиващке бездефектное пластическое формование и получение керамического кирпича с заданными свойствами;

- особенности коагуляцнонного струотурообразования систем "Вскршшая порода - твердая, юдожя добавка";

- результаты исследования тщенсационно-крЕСталлизационной структуры масс из вскрыпных пород;

- технологический регламент производства керамического кирпича из масс на основе вскршных пород;

- результаты освоения и знедрення разработанной технология в производство, опытно-проыыяяенных испытаний и техпико-акономичес-хая эффективность принятых резений.

СОдааШИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса« В промшвленностн строительных материалов весьма дорогое распространение при проведении физико-химических исследований смрья получает изучение реологических характеристик. Установлено, что в процессе деформации лвбой пластичной дисперсной массы структура её под влиянием явления релаксации непрермвно изменяется вплоть до разруяения, что соответствует переходу массу в пластическое состояние.

Пользой вклад в развитие физико-химической механики внесли ученые: О.А.. Ребщдер, К.И. Воларовнч, «Д.М. Толстой, С.Б. Ничипо-ренпо, А.II. Круглицкий и др.

В литературных источниках приводятся различима методы регулирования структурно-механических свойств керамических масе: изменение степени дисперсности сирья, рациональное составление шихт, введение добавок, подбор резаков подготовки н механической обработки масс. Ко все эти катоды касаются преимущественно глин различных типов. »¡звестш исследования авторов В.Н» Е^урмистрова, B.U. Михайлова, Д.11. ©зайка, ГЛ. Петровой по изучению струетур-но-мсхенических характеристик масс из отходов угольной промьвален-ностк, но, в основном, они распространяются на отходы углеобогащения, а по отходам углодобьгаи имеются не значительные данные.

В основу диссертации положена рабочая гипотеза, согласно которой обеспечить бездефектное пластическое формование и получение из отходов угледобычи керамического Еирпича с ааданными свойствами мокко регулированием строляурно-механических свойств касс путем введения различных добавок и подбором рациональных фракционных составов масс.

Сырье и метода исследования. Исследования проводили на представительных пробах вскрыаных пород Зкибастузского угольного бассейна - алевролитов к аргиллитов горизонтов •♦50, +100..и +150 и разреза "Северный*. В качестве добавок выбраны висококииералнзи-ровакные углистио породи - отходы угледобычи скибастузского бассейна и оксихлорид алкминия - технический продукт, получешогй ней-

трализацией ссдяной кислотой из звамов производства безводного хлорида алшишш.

11ри проведении исследований орвыекяли современные методы физико-химического анализа сырьевых материалов: спектральный, ди-фрактометрический, алектровномнкросиопичесхий, химический и двф-ференциахьнотврмичвсхкй. Технологические свойства определяли по общепринятым методикам е учетом особенностей пород как нового тиса органшинерального сырья. Определение характеристик шавкости проводи» на нагревательном микроскопе с фиксированием температур соответстдущих стадиям деформации образцов при обейте.

По коэффициенту вариация производили оценку однородности физико-химических свойств вскрыакох пород различных горизонтов залегания»

Пластическая прочность определялась на конической пхастоыет-ре. Деформационные параметр« определялись на приборе с параллельно смещалдамися пластинами, аналогичном прибору Д.Ц. Толстого, оснас^нном датчиком перемещений, комплектом гирь и потенциометра« КСП-4.

Цатематическая и статистическая обработка результатов экспериментов и расчет струкщйючиеханических характер«:тик производили на 1Ш1 типа "1Ш" по специальна разработанным программам» Ири подборе рагуонадьних фракционных составов использовали свил-яекс-реоетчатый метод планирования эксперимента.

Физико-механические показатели керамических изделий оценивали по стандартна* методикам. Показатели готовой продукции контролировали и соответствии с требованиями ГОСТ 530-сС "Кирпич и камни керамические"»

Изучение однородности состава и свойств сырья. Алевролиты и аргиллиты Зкибастузского угольного бассейна - породы карболового возраста, которые образовались в результате дегидратации и цементации первичных глинистых минералов. В естественной виде указанные породи не размокает в воде, их свойства зависят от степени метаморфизации и физико-механических характеристик»

Анализ полученных значений коэффициентов вариации физико-механических свойств вскрышных пород показал их высокую степень однородности по плотности, естественной елааности, прочности при скатии и пористости. Для алевролитов характерны более высокие зла чення физико-механических свойств, чем у аргиллитов. При изменен» горизонта залогакия пород от +50 до +150 и оти значения уменьшаются, что объясняется сникенкеа степени уплотнения пород и более

значительным юс выветриванием на горизонте -«-150 и.

В соответствии с нормами радиационной безопасности вскрышные породы могут использоваться без ограничений для производства всех видов строительных материалов.

Результаты исследований стабильности химического состава пород различных горизонтов покгзали в основной гаге окую степень однородности по содержанию оксидов , Ai¿os , м<}0 %c¿o ¿¿О f P¿Og- • Количественное содержание оксида серы во всех породах не превышает 0,412» что характерно для нвзвосернвстого экологически безопасного сырья. Содержанке карбонатов незначительно.

Минеральный состав глинистой части пород представлен каолинитом и гидрослцдой (23...50Я), терригешам материалом С33...75%) в вида кварца, полевых ппатов, железистых минералов и карбонатных включений» Отличительной особенность» пород является наличие в них органического вевдотва в количестве 5...I0% для алевролитов и I0...I&Í для аргиллитов. Количество глинистых минералов уменьша-зтея, а содержание терригеккого материала увеличивается при изменении горизонта залегания пород от 450 до +150 м.

Со гранулометрическому составу алевролиты и аргиллита отно-;ятся х группе среднедиспареного сырья.

Для выявления пределов крупности, при которое проявляются мистические свойства пород производилось их измельчение до фракций менее I; 0,5; 0,25; и 0,125 ш и определялись пластичность, формовочная влажность ,и1адшяаальная мале^глярная влагоемкость.

Подученные результаты показали, что массы из аргиллитов го-шзонта +150 ы, измельченных до фракции менее I ш, не обладают формовочной способностью, а горизонтов +50 и +100 м имеют очень такие значения пластичности (3,0 и 2,S4 соответственно). Формо-ючная влажность и максимальная молекулярная влагоеыкость состав-лет 16,4 и 15,7 и 9,3 и 8,42 соответственно. Для алевролитов характерно: горизонт +150 м - отсутствие формовочной способности гри крупности менее I км, горизонты +50 и +100 к - число пяасти-зюсти 2,96 и 2,71, формовочная влажность 15,6 и 15,2$, макси-альная молекулярная влагоемкость 8,2 и 7,696 соответственно.

При измельчении пород до фракций менее 0,5-0,125 ш проявляется их способность к пластическому формованию при следукцей за-ономерности изменения пластичности: у аргиллитов отмечается уверение числа пластичности от 7,03 до 12,50, у алевролитов - от ,15 до 9,05, что характеризует их как унеренкогошетичное сырье.

При изменении глубины залегания перед от -4-50 до Л50 и снижаете число пластичности, формовочная влажность я молекулярная влаго-емкость.

Таким образом, проведенными экспериментами доказано, что способность масс из аргкхдитов и алевролитов х пластическому фо мованюо проявляется оря жх измельчении до фракций менее 0,5 мм.

При изучении сушильных свойств алевролитов я аргиллитов ус тановлена хх принадлежность к малочувствительному сырь». Со тер мичееххм свойствам научаемые породы мохно отнести к группе туго плавкого сырья со среднетемперагурным спеканием. Тугоплавкому с стоянию аргиллитов соответствует 1560-1600 °С, алевролитов -1560-1600 °С.

В качестве добавок в работе использованы высохомииврализо-ванныв углистые породы - отходы угледобычи Экибастузскогс бассе на и охеихлорид ялшиния - продукт нейтрализации соляной кислот вламов производства безводного хлористого алшиния.

Висохояинарализованвые углистые породы залегает над первым угольным пластом, состоят из углистых и слабоуглистых горючих сланцев и содержат смоляные и битумные вещества в количестве 3. Я.

Техническая характеристика пород представлена, %: смола и битум - 5-9; вода - 7-8; генераторный газ - 48,6; влага газа - 0,5-0,7; зола - 25-38. Элементный состав смоляных в биту кых весрств, %', углерод - £¡2,65; водород - 8-12; сера - 1,5-2,0 азот - 0,5-0,7; кислород - 2,5-2,8. Смоляные в битумные веществ содержат парафины, олефины, ароматические углеводороды, нейтрал ныв гетвроатомные соединения и фенолы.

Оксихлорид алшиния - высокоосновный коагулянт, полученный растворением в воде шламов производства безводного хлорида алш ния с последующей нейтрализацией соляной кислотой, образовавшей в растворе вследствио гидролиза последнего, взаимодействием с м талличесюв* алюминием.

Оксихлорцд алшиния имеет состав:

ШШЪ.у С В* ]

п.

где X * 0,5; 1,0; 1,5; п « 2

Плотность окслхлорщш алшиния составляет 1,22...1,24 г/си

Структурно-механические свойства пасе ид всктжсяаос порол и g регулирование для обеспечения бездефектного пластического ьормования. Дав изучения зависимости меаду. пластической прочности) к оптшадьно& формовочной влажное тыз масс кз вскрызных зород разработана программа, реализация которой на ШШ пал "Ш* позволим установить механизм изменения Р^ ж СЙЗ масс из аргиллитов а алевролитов оря изменения гормонта их задзг&ния от ♦50 к до +150 м, который характеризуется снижением ОФЗ при росте срочности структуры» что свидетельствует о ендгенха ойьел rt&- '* ратшх оболочек за счет уменьшения юс толвршы к увеличс шит прочное« контактов. Кроме того,' установленный механизм изменения к 04В предопределяет их минералогический состав сырья: с умень-аением содержание глинистых минералов от 25 до 25í a алевролитах (отгориэонта +50 и х +150 ж) * от 60 до 352 в аргиллитах CÍ3 снижается от 18,5 до 16,2$ и от до 16,63» соответственно»

Пластическая прочность масс С4В из аргиллитов составляет 0,09...0,4¿ UCa, из алевролитов - 0,06...0,52 НС&. Остановлено, что для «геологических разностей горизонта +150 и характерны более низкие значения С&В и более высокие в 2...2,5 раза значения Рш, , что свидетельствует о повышении прочности коагуляцкоаиой структур« масс.

¡¡аилучоей формуемостью обладает масск из вскрыанмх пород, измельченных до фракции 0,25-0.125 мм, измельченных до фракция 0,5-0,25 мм, характеризуются удовлетворительное формовочное способность*, а из пород, измельченных до фракции 0,125-0,063 мм -переходят в область масс повыаанной формовочной влажности я низ* кой пластической прочности, Пасем на аргиллитов я алевролитов относятся к третьему структурно-механическому типу» ДОЯ которого характерно преобладание & деформационном процессе упругих деформаций <Зе,0...47,Ш.

Исследования с применением симллехс-резотчатого метода планирования эксперимента по оптишиз&ции фракционных составов масс иа вскрагшых пород и определению их струкзурно-кеханнчесхих характеристик по специальным программам, реализованным на ПШ£ показали, что изменяя фракционный состав масо с изучением особенностей формирования коагуляциониых структур по двум отличительным признакам - диалогический тип и горизонт залегания, достигается уяучоенко структурно-механических характеристик масс, что о бес-

почивает их переход в первый и второй структурно-механические типы с благоприятный развитием процесса формования и преобладанием медленных аласткчесхкх деформаций (рис., табл. I).

¿аделены фракционные составы масс» находящиеся в сведущих ограниченных областях, отлгчительный признак - литологический тип

0,5-0,25 мм 0,25-0,125 мм 0,125-0,063 ш аргиллит 10...40 15...50 20...50

алевролит 15...50 40...50 20...40

отличительный признак - горизонт залегания

0,5-0,25 ш 0,25-0,125 ми 0,125-0,063 мы +50 и 10...50 5..'.55 20...65

♦100 к 15...40 5...50 20...50

+150 м 10...40 40...50 20...50.

Выявлено, что объектом исследования целесообразно рассматривать горизонты зале пиал пород, поскольку струиурно-неханкче-ские свойства пород раалвчшсс горизонтов имев? существенные < отличие, а между аначенияаа свойств аргиллитов и алевролитов разница. незначительна.

Существенное влияние на реологическое состояние масс из вскрааных пород охазывеет содержание глинистых составляющих: образование наиболее «ластвшой и вязкой структуры (пластичность 0,36...0,46) характерно дал масс из вскрданых пород горизонта +50 и, у которых содерзшша каолинита и гвдрослцды достигает 555ь, & при умоньаешш содеркангя глинистых составляющих у пород горизонтов +100 и +150 к ослабляются силы молекулярного взаимодействия и скисается прочность структур.

Установлено влияние органических земств, которые при изменении содержания от 5.. J5S6,сникают на 10...15^ пластическую вязкость, на 100...360 с период релаксации и долю медленных эластических деформаций от 27,4 до 25,2£.

Применение в качестве добавок высокоминерализовашых углистых пород в исследованной количестве (4...122) и продукта нейтрализации шлаков безводного хлористого елшиння - оксихлорцда ашшшя (3...7Й) изиенило структурно-механические свойства масс из вскрышных пород сл едущим образом: увеличилась пластичность масс от 0,30...0,66, пластическая прочность масс снизилась от 0,64 ЫЪа до 0,323 ЫПа, шастичоскоя вязкость - от 593,o*I0 ^ до 423,1»I0 ^ Па с, преобладающее развитие (до 52,5%) получили мед-

т%Ао

№5-0,0(5 «и

<00%

шшхмахмт

о

0,115-О. ОЫ им

ОЖ-й.О&нм

Рис. Изменение Рл и ОФВ масс а зависимости от Секционного состава вскрышных пород горизонтов +50 м ( I },+Ю0 м ( 2 ),+150 М ( 3 ). Условные обозначения:а-аргиллит;¿-алевролит;

. рт о®.

Сптюгальнкэ структурно-механические характер« с тихи иасо кэ вскрывших пород в ограниченных областях фракционных составов

Таблица I

Наименование сырья

Юшгюгаль-' 1иая фор— ' |мовочная Iвлажность

Шгасти-! Структурно-технические харахте- !Соотновение де$ор-!Струк~ ческая !_уиетяки 1 маций, % |турно-

£Р°2Г |олас- 1 плести- !пяастич-1период «упру-¿п!» !*ич- 1чеекал 1ность I истинной I гая ¡ность 1в*акость|по Бола-]релакса-{ г Л ¡МО? ¡»««У {цкк^е ^

тиа

I

IV?' 1 »!

олас-1пдас- |ивхани-ткче-! тичес-1Чв0*иП схая 1кая

I I

Горизонт +50 и ': ' ' " ' - - •

аргиллит 16,о .0,12 0,60 515 0,0016 660 33,0 42,6 22,0 1

алевролит 16,0 0,09 0,45 504 0,0014 705 30,0 45,5 21,0 I

Горизонт +100 м

аргиллит 17,7 0,15 0,55 460 0,0021 750 23,0 46,2 30,У ь

алевролит 16,5 0,18 0,50 4ао 0,0016 650 22,0 50,0 31,0 1.

Горизонт +150 к

аргиллит 17,5 0,30 0,48 500 0,0027 720 24,6 40,6 29,0 и

алевролит 17,0 0,40 0,48 500 0,0024 710 22,0 47,0 31,6 и

- 1Ь -

ленные эластические деформации, что обеспечило переход касс з первый структурно-механический тип бездефектного формования.

Физико-механические показатели изделий, полученных с использование! добавок, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Физико-механические показатели образцов из вскрышных пород и добавок

I Содврхание компонентов, % Шрочность!Водо-Шорозостой-

Сос'тав!. ...................»при ежа- !погдо!кость, цикл

!вскрмшная!углистая1оксихлорид!тии, ИПа !щение! (порода !порода 1алшиния ! I % I

I 96 4 42,4 9,2 50

2 92 8 49,8 8,5 60

3 68 12 48,6 9,0 60

4 97 3 49,8 7,0 100

5 95 5 56,4 7.2 80

6 97 7 52,2 7,2 80

Конденсационная и кристализационная структура образцов из вскрышных пород. Изучены особенности формирования конденсационной и кристаллизационной структур масс из вскрышных пород различных горизонтов залегания оптимальных фракционных составов.

Установлено, что наибольшие усадочные деформации при сушке характерны для масс из вскрышных пород горизонта +50 м, у которых содержание фракции 0,125-0,063 мм достигает 653£, а количество глинистых минералов - 25...55^. Исследуемые массы относятся к малочувствительным к сушке.

С целью установления количества остаточного топлива, которое влияет на эксплуатационные свойства .изделий, проведены исследования физико-механических показателей образцов, обожкенных при 950, 930 и 1000 °С. Количество углерода в обожженных образцах устанавливали по результатам определения потерь при прокаливании.

Установлено, что остаточное топливо не оказывает значительного влияния на прочность изделий, но увеличение его содержания сникает их морозостойкость на 5-12 циклов.

Анализ полученных данных показывает, что до 650...€£0 °С при увеличении скорости подъема температуры от 50 до 125 °С в час практи-

- lö -

чески ие изменяется качество керамических изделий из вскрызних пород.

Сбжиг изделий из вскрылнкх пород необходимо производить до максимальной температур« 9£0 °С я содержания остаточного топлива» не превыааюцэго 2%. Уакскмаяьное вигорание углерода достигается изотермической выдерсхой при 650...300 °С в течение 4-6 часов*

Проиааденное освоение технологии и практическая реализация полученных результатов» Отработка технологичэекЕх с-рзметров производства керамического кирпича кз вссрааздх пор^д с цели» созер-шнствованкя технологии со результатам нсехедовдшг структурно-ыеханическнх свойств с учетом выявленных оптимальных фракционных составов я вффегтивкости использования добавок осгуществяятась на Кял имя некем опытно-акспершвнталькоы заводе раз раза "Секзрный" Ш "Зхибастуауголь*.

Выпущены опытные партии рядовых кирпича а камней с 7-и пустотам» из масс на основе вскрывших пород и с использованием высокоминерализованных углистых пород. Со качественным показателям полу-ченние изделия удовлетворяет требованиям ГОСТ 530-80 "Кирпич и камни керамические" для аффективных и условно1, эффективнее изделий.

Результаты выполнении* исследований использованы при разработке ТУ 21 КаэССР 49-88 "Породи вс красные надуголыюй толщх для производства керамических стеновых интервалов", стандарта предприятия по выпуску керамического кирпича из отходов угледобычи и внедрены на Каякаманском кирпичном заводе*

Выполнены схемы участков перспективного отбора пород ш горизонтам залегания» которые переданы заводу и рекомендованы в качестве минерально-сырьевой базы для вновь проектируемого завода керамического кирпича мощностью 60 млн. атук в год. Ошт работы Кал капано кого завода в 1991 году подтвердил» что при кепользовани! составов сырьевых смесей С авторское свидетельство Р16452Б0), включающих вскрышные и високоминеролизованные углистые породы в производстве керамического кирпича при соблюдении основных параметров разработанного технологического регламента гарантировано получени< изделий со стабильными физико-механическими показателями (U 200.., 250). Экономический аффект» подученный в 1991 году» составил 2Уо»4 тыс. рублей.

- г; -

Б И Б С £ Ы

1. В результате изучения однородности свойств алевролитов и фгиллитов Эхибастузекого бассейна, залегающих на горизонтах +50, »■100 и +150 м установлено, что всерявные породи характеризуются ягеояоЯ степенью однородности по показателя* фюшкыюхвнкческих свойств. Установлено, что для алевролитов характерны более высокие >начанкя прочности при сжатии 41,7...54,2 1Ш&, чек для аргиллитов-£,0...44,0 1Ша, прячем при изменении горизонта залегания пород от н50 д о +150 к прочность пород снижается. Пористость пород составите? 8,0#..20,2$ я увеличивается от горизонта +50 м к горизонту I-Z50 к. Выявленные закономерности свидетельствуют об укеньоеини :тепека уплотнения при указанном изменении горизонтов их вахега-шя, их более значительном вмветривании на горизонте +150 м.

2. Установлено, что всхрыииые юроды характеризуются высокой ¡тепекью однородности как по химическому составу, так и по содвр-сешш водорастворимых солей и относятся к полукислому е низким . к-{редвш содержанием красадих оксидов и нвзкосерквстому сырью. Вы-тлено, что с изменением горизонта залегания пород от +50 до +150 5, количество глинистых минералов уменьшается от 45.» .50$ до 352 у флшттов и от 352 до 252 у алевролитов при увеличении содержания герригеиного материала от 33...3735 до 502 п от 50...552 до 65... >02 соответственно* Особенностью изучаемых (юрод является ссщврва-гае органических веществ, которое уменьшается от 15 до 102 для ар-'идлитов и от 10 до 52 у алевролитов от -горизонта их залегания

►50 м к горизонт/ +150 м.

3» При изучении термических свойств пород выявлено, что для фгкллитов и алевролитов всех горизонтов залегания характерны од-ш и те же термические оффокта, но у аргиллитов процессы начала горения и разлохенил органического вещества происходят более интенсивно в диапазоне температур 400...43С °С и 650...690 °С. Наибольшие изменения структура образца при их термической обработка тровсходя? в интервале температур, соответствующих деформации мак-¡шальной усадки и »жксииального вспучивания (I25G...I460 °С), & юказатели огнеупорности пород 1560...I6C0 °С соответствуют группе ¡угоплавкого сырья.

4. Установлено, что обладав высокой степенью метаморфизма зекрыакае породы не размокают в воде и проявляет способность к иастическсиу фориоватт при разрушении их конденсационных и це-

- Iß -

нентационных связей изиельчением до фракция аонео С,5 мы. ¡Ьысль-ченикю до указанной фракции породи являотея уиерсжоплестичныа и малочувствительным е еуэке сырьем. Определено, что при изменении горизонта залегания пород от +50 до +150 и властность юс сикается от 9,64 до ?,03 для аргиллитов и от 7,90 до 6,15 для алевролитов при уменьшении формовочной влажности и максимальной молекулярной влагоемкоети.

5, Разработаны программы математкссской и статистическое обработки результатов ексоврюыияа и расчета структурно-ыеханичеси характеристик масс »а B38IÍ типа "IBM", которые позволили изучить механизм изменения пластической прочности и оптимальной формовочной влажности масс, определить их основные структурно-механически характеристики,

6« ¿оказано, что механизм изменеюзя пластической прочности и влажности шее из всерданых пород характеризуется падением оптимальное формовочной влажности при росте прочности структуры масс на вскрышных пород с изменением горизонта их залегания от +50 к +150 м. Выявленные закономерности свидетельствует о снижении объема гидратных оболочек за счет уменьаэшш их толщины и увеличении прочности контактов. 0£& масс из аргиллитов составляет 16,6 ... 1<3,3£, из алевролитов - 16,3»*.18,при значениях пластической прочности 0,09...0,4£ Ша и 0,06...0,52 1Ша соответственно.

7. Установлено, что наилучшей форцуемостью обладает массы фракции 0,25...О,125 мм, которые достаточно гомогенизированы, шест значения пластической прочности 0,10...0,34 Щ1а при оптимальной формовочной влажности IC,6...lS,2í. Для масс фракционного состава 0,5-0,25 ш отмечена тенденция удовлетворительной формуемое» ери малом развитии пластических свойств ввиду недостаточной гидратации, повышенной прочности структуры при значениях пластической прочности Рт в 0,25...0,53 Ша и С4В * I6,5...I7,5Í. Для масс из пород фракции 0,125-0,63 мм характерен переход в область попиленной формовочной вла&нссти I7,G...lo,6í, низкой пластическо! прочности 0,0?.. .0,24 Iffia, высокой чувствительности к деформациям при сувке.

с. Иетодом симплекс-решетчатого плакирования оксБервиентов установлены закономерности изменения структур!20-ыех£нических свойств коахуляцконных структур масс из вскршшых пород от их фракционного состава. Доказано, что керамические массы оптимальны:

фракционных составов формуются без кярупания сплоаности за счет образования воагуляционных структур с преобладанием медленных эластических деформация i42,5...50,0í) и имеют показатели струк-турио-механических свойств: пластическая вязкость 4é0«IQ'"0 ... 5Х5«1С£ Па с, едоствчность 0,45...0,60, период истинной релаксации 650...750 с, пластическая прочность 0,09...0,40 iffla, пластичность по Воларовичу 0,0014*lö~7.. .0, C27.I0"7 с"1.

9. Выявлено, что струну рно-иеханачоскиа свойства пород различных горизонтов залегания ими» существенны» отлжпю, а между значениями свойств аргиллитов и алевролитов разница незначительна, что предопределяет перспективное рассмотрение пород только по горизонтам заяегвния в ограниченных областях фракционных составов, %1 0,5-0,25 им - 10...50; 0,25-0,125 мм - 5...55; 0,125-0,063 мм -20...65.

10. Выявлено, что массы из аргиллитаз и алевролитов по показателям струхтурио-цеханкческкх характеристик и развитие деформационного процесса относятся к третьему структурно-механическому тицу ( <?„ >£f£>¿z,}. На реологическое состояние етих масс существенное влияние оказывает содержание глинистых составляющих: образованно наиболее вязкой структуры при значениях аластичвости 0,3с.. J0,48 характерно для масс из вскршнкх пород горизонта +50м, у которых содераэдам каолинита и гидрослхдн достигает 55Ï, а при уменьшении количества глинистых составляющих в породах горизонтов -«-ICO и и 4150 и ослабляется силы молекулярного взаимодействия и снижается прочность структур.

11. Доказано, что присутствие во вскрыянцх породах органического вещества предопределяет отличие их основных реологических характеристик от характеристик масс из глин и изменяет их следующий образом: при изменении содеряания органических веществ от 5 до 15л снижется пластическая вязкость масс иа I0...IE&, период релаксации на IC0...3S0 с и доля медленных апастических деформаций от 27,4 до 25,ZL

12. Улучпекие струк^урно-мехсишческик характеристик ыасс из вскрышных пород угледобычи достигнуто использованием в качестве органической и пяастифицирутгщей добавок внеохомннерализоваиных углистых пород и оксихяорида алшкния. Установлено, что с использование« добавок, массы характеризуются преобладающим развитием медленных эластических деформаций i40,32...52,5^), пластичностью 0,42.,.0,66, пластической прочностью 0,317...0,545 Ulla и вяз-

- 3D -

костьа 405,4...511,¿«10° IIa с. Шюученные с использование« добавок изделия имеет прочность при сжатии 42,4...об,4 ЦПа, морозостойкость 50...100 цикяов н вода поглощение 7,C...Í),2£. Сффектиа-ность применения добавок защищена авторским свидетельством PI645260 к положительным репением по заявке Е47?2£17/33.

IS. При изучении конденсационной н кристаллизационной структур масс из вскршшых пород различных горизонтов залегания установлено, что наибольшее усадочные деформации при суше характерны для масс из пород горизонта +50 и при содеркании фракции 0,1250,063 мм 652 и количество глинистых минералов 25,.,55%, а получение прочных и морозостойких изделий обеспечивает их оСжкг при 920 °С до содзрх&нкя неьигоревшего углерода из более 1,6..

14. Результаты проведенных исследования аспользоваш при разработке технических условий на вскрыпные породы для производства керамического кирпича, технологического регламента производства керамического кирпича из Ескрьшак пород, стандарта предприятия и схемы перспективного отбора пород по горизонтам залегангя, которые переданы для использования Кад казанскому кирпичному заводу.

15. Освоение к внедрение разработанного технологического peí ламента по выпуску керамического кирпича из составов сырьевых смесей, аагзщониш: авторским свидетельством JPI645260, проведени на Калкамансхом заводе Ю "Экибастузуголь". Опыт работы завода в 1991 году подтвердил обоснованность технологических параметров и правильность принятых решений, обеспечивающих выпуск керамическо-ко кирпича со стабильными физико-мехаяичееккаи показателе

М 200...250 и получение годового экономического еффокта 2?8,4 тысяч рублей.

Основное содержание диссертации изложено в следуслдас рабстаз

1. Соболев Г.К., Капустин A.I:., Калмыкова Л.Ф. Исследование вскрыяных пород надугольной толх*и Окибадтуескогс угольного бассейна // Тез, докл. всесоюзного сопецания-еедкиара молодых ученых и специалистов. - Красноярск, I9S2. - С. 10-11.

2. Соболев Г.М., Капустин А.П., Калмыкова Д.&., Т.А. Христацева, Х.Л. Ц/лыга. Бскрааше породы как сырье для производства кзде< лий строительной керамики // Тез, докл. респ. конференции молодых ученых и специалистов. - Алыа-Ата, 12£о, - С. 69-71.

3. Сайдаков B.C., Калыикова Л.<Ь. Исследование свойств пород иаду гольной толци для использования в качестве добавки при произ-

водстве керамического кирпича // Малоотходное прсизвсдство в угольной проидаенности. Сб. научн. трудов ШШЙССугля.-Нермь, 19=4, - С. 86-S5.

Капустин А.Л., Калмыкова Л.Ф., Соболев Г.М. Керамический кирпич из отходов угледобычи // Серия 4. Лромывленность керамических стеновых материалов я пористых заполнителей. Экспресс-информация. Отечественный ошт., И., ВНЙЙ2СИ, вып. 10, Ш4, - С. 2-3.

im Ппирт tf.Я., Капустин А.П., teaianrnwi 2.9., Гофман A.E« Применение углясшх сланцев на Сеиипя датинском кирпичном заводе // Серия 4. Промыаленность стеновых керамических материалов и пористых заполнителей. Экспресс-информация. Отечественный опыт., У., ВНИВСН, вып. 9, 1935, - С. 2-3.

>. Капустин АЛ., Калмыкова £.&., Сандахов B.C. Технологический процесс и основное оборудование для переработки вскризшх пород Эхибастузекого угольного бассейна // Новые технологические процессы и оборудование для защити природной среде а угольной промышленности. Сб. нвучн, трудов ВШЮСугля. - Пермь, 1965, - С. I06-II0.

• Калмыкова Л.5., Донцов С.С., Капустин А.П., Дильтяй СД. Исследование реологических характеристик керамических масс из вскрывших пород // Тез. дохл. обл. науч.-прахт. конф. "Йолодме ученые области - ускорение научно-технического прогресса и развитие» науки*. - Пашодар, 136?, - С» 4-5.

. Шпирт М.Я., Капустин А.П., Калмыкова Л.Ф. Об использовании вскръезных пород Экибастузского угольного бассейна // Уголь. -IS37» - Et, - С. 14-16.

, Калмыкова Л.В., Капустин A.b., Донцов С.С., Крапивная Т.Д. Повышение качества изделий строительной керамшеи из формовочных масс на основе вскрывших пород // Использование отходов производства угольной промышленности. Сб. науч. трудов ЬШИССугля.-Г.ерыь. - 1367. - С. 4о-52.

, Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий. A.C. J» I30I623, БИ Р 13, 1907 / Капустин А.П., Калмыкова Л.5., Шпирт Ц.Я.

Капустин A.I1., Калмыкова Л.З. Породы вскрышные надугольной толпой для производства керамических стеновых материалов / ТУ 21 КазССР 49-2G. Госстрой KaaCCF. - Алма-Ата. - I9S8, - б с. Капустин A.I1., Калмыкова Л.Ф., Иецгер И.А. Структурно-мехаш-

чес кие свойства вскршных пород угледобычи Экибастузского бассейна // Материалы областной научн. техн. конф. - Еавло-дар, - 19££, - С. 22-34.

13. Сайбулатов С.Я., Капустин А.П., Калмыкова 1.5. Структурко-ыеханические свойства масс из отходов угледобычи Эта бас тузе кого бассейна // Комплексное использование минерального сырья. - 1990, - Ю&» - С.. 61-63.

14. Калмыкова Ji.fi., Станевич В .Т., Напусти» А.П. Цровзсодство а рамкческого кирпича из отходов угледобычи Эхибас тузе кого бе сейна // Тез. докл. респ. научн.-праят. конф. Секция 2. - А ма-Ата, 1990, - С. 102.

15. Сайбулатов С.Й., Капустин А.П., Калмыкова 1.Ф., Станевич В. Изучение однородности физико-химических свойств вскршиых о род угледобычи Зкмбастузского бассейна // Строительство и а хитектура. Серия Изв. вузов. - 1991. - £3, С. 60-64.

16. Капустин ¿.П., Калмыкова Л.&., Сай булатов С.Е., Станевич В. Физико-химические и технологические свойства отходов угледо бичи Экибастузского бассейна // Комплексное использование м морального сырья. - 1991. - S4, - С. 65-67.

17. Сай булатов С.К., Калмыкова. Л.$., Капустин А.П. Регулировали структурно-механических свойств масс из отходов угледобычи , Комплексное использование минерального сырья. - 1991. - Р4, С. 66-70.

18. Калмыкова Л.Ф., Капустин A.D., Еулыга Л.Л. Использование уг деотходов Экибастузского бассейна, в производстве строитель» материалов // Строительные материалы. - I99I. - Я 5, - С. I.

19. Сырьевая смесь для изготовления стеновых керамических изделий. Полом, решение ШШИГПЭ по заявке P47720I7/33 от 11.06.« Сайбулатов С.2., Капустин А.П., Калмыкова Л.Ф., Щетинина Т.] Станевич В.Т.

20. Сырьевая смесь для изготовления стековых керамических издел! А.С. 51645260, БИ KG, I9SI / Капустин А.П., Калмыкова Л.®., Сайбулатов С.Е. и Кисляксв В.Н.

21. Капустин А.П., Калмыкова Л.&., Станевич В.Т. Изготовление к< р&мнческого кирпича из отходов угледобычи Зкивастузского бас сейна // Строительные материалы. - 1091« - ЙО. - С. 13-14.