автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Технология и свойства керамических стеновых изделий из отходов флотации углей

1-СйСОЮЗНОВ ОС^/ы'пЪЬАп,

оТЬн'ОЬУл V,

'ГЕХиолопт и свойства ккРА.мтойи стювых измшы из

05.17.11. Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

глл/»х-.ь:/. ИАУШ:О-»;О /¿.СТАТУТ

Ои-с.П'КаьНкл ..¡/иЪР.АШЬ II КопСЛРУ'ЩМл ¡ш. П. II. БУДН, 1К0ВА

На правах рукописи

КАР1ШАША Татра 1'тановна

ОТХОДОВ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ

ВСЕСОЮЗНОЕ НАУЧН0-ПР0ИЗВ0ДС ТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ СТЕНОВЫХ И ВШУЩХ МАТЕРИАЛОВ

ВСЕСОЮВШЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИИ им.П.П.БУДНИКОВА

ТЕХНОЛОГИЯ И СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ОТХОДОВ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ

05.17.II. Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

КАРПШНА Тамара Ивановна

Красково - 1990 г.

Работа выполнена во ВНИИстроме им.П.П.Будникова Всесоюзного научно-производственного объединения стеновых и вяжущих материалов.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник БУРМИСТРОВ В.Н.

- доктор технических наук, профессор 1ЖРТ М.Я.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник ПЕТРИХИНА Г.А.

- СОГОГИПРОСТРОМ

Запита диссертации состоится в " ^.Р, " часов на заседании специализированного совета К III.05.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук ео Всесоюзном научно-производственном объединении стеновых и вянущих материалов по адресу: 140080, пос.Красково МосковскоЯ области, ул.Карла Маркса, 117.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке объединения.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв, заверенный печатью, в адрес специализированного совета.

Автореферат разослан

Я*.

Ученый секретарь специализированного совета

Бурмистров В.Н.

Актуальность. Развитие производства эффективных строительных материалов - одно из направлений научно-технического прогресса в строительстве. Уменьшение массы строительных изделий, и конструкций является радикальным средством снижения их теплопроводности, что, в свою очередь, обеспечивает снижение массы зданий и повышение их теплозащиты.

Для современного строительства характерно широкое применение керамических стеновых изделий, снижение массы которых может быть обеспечено как за счет выпуска пустотелого кирпича и камней, так и организации производства изделий с пористой структурой.

Данные отечественной и зарубежной практики свидетельствуют о возможности повышения теплозащитных свойсте керамических изделий путем придания им пористой структуры за счет введения в исходную массу выгорающих добавок с низкой зольностью.

Однако производство пористых изделий указанным способом является трудоемким процессом. К тому же выгорающие порообразующие добавки, как правило, дефицитный и дорогостоящий материал. Поэтому проблемной задачей для промышленности строительных материалов является разработка новой технологии теплоэффективных изделий без применения специальных порообразующих добавок.

Результаты работ ЕНПО стеновых и вяжущих материалов, Ш'СМИ (г.Киев), Киевского ИСИ свидетельствуют о принципиальной возможности получения керамических изделий с пористой структурой из отходов флотации углей, ежегодный выход которых составляет порядка 12,5 млн.т. Однако реализация этой идеи одерживается из-за отсутствия научно обоснованной технологии и пониженной устойчивости изделий к высокотемпературной деформации. Поэтому разработка технологического процесса, обеспечивающего получение теплоэффектив-ных изделий на основе промышленных отходов с высокими и стабиль-

- А -

ными показателями физико-механических свойств является актуальн задачей.

Работа выполнялась в соответствии с подпрограммой "Ког.ахлек ное использование отходов добычи и переработки углей" целевой комплексной программы "Рациональное комплексное использование м: нерально-сырьевых ресурсов в народном хозяйстве" на 1987-1990 г: и на период до 2000 г., утвержденной Госпланом СССР от 28.04.87 № 58.

Цель работа. Разработать научные принципы и практические о< новы технологии теплоэфс:ективных керамических изделий из отходо: флотации углей. Работа базируется на теоретической предпосылке с том, что при выгорании тонкодисперсного угля, содержащегося в ш Еышенноп количестве в сырье, формируется пористая структура кер; мического материала. Исходя из установленного ранее положения о репаюдем влиянии строения пористого материала на все свойства ке рампческого изделия, регулирование структурных характеристик цeJ сообразно осуществлять путем введения в состав масс таких добавс которые бы наряду с разубоживанием сырья по содержанию угля обе< печили повышение деформационной устойчивости изделий в обжиге.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить суп дующие задачи:

1. Исследовать влияние различных добавок на структурно-мех; нпческие, сушильные и термические свойства флотохвостов.

2. Изучить механизм структурообразования и фазовых превращ происходящих в керамическом материале при термической обработке

3. Пронести анализ влияния осноеных факторов на интенсифик, цию выгорания угля в изделиях из флотохвостов.

4. Оценить влияние состава керамических масс и режима обжи на количество'водорастворимых солей в керамическом материале.

5. Разработать технологическую схему в аппаратурном оформлении производства керамического кирпича из фшотохвостов;

6. Оценить экономическую эффективность производства и применения керамического кирпича из флотохвостов.

Научная новизна. Разработаны научные принципы технологии теп-лоэффективных керамических стеновых изделий из отходов флотации углей. Выявлены основные особенности струнтурообразования керамических изделий на Есех этапах технологического процесса. Проведена сравнительная оценка особенностей структурообразования отходов флотации углей при введении в их состав шамота, доменного ишака и карбонатов. Установлены общие закономерности процесса образования высолов на поверхности изделий из флотохвостов. Основным источником их образования служат пирит и карбонаты, содержащиеся в исходном сырье. При обжиге сульфидная сера частично переходит в сульфат ную и содержание водорастворимых солей в водной вытяжке из образцов изделий значительно зависит от скорости разложения термически стойких сульфатов щелочно-земельных металлов. Уточнены основные закономерности процесса горения угля в изделиях из флотохвостов. Выявлено, что добавка карбонатов значительно интенсифицирует горение угля. Это связано с повышением газопроницаемости обжигаемого изделия за счет диссоциации карбонатов, а также с процессом газификации угля углекислым газом продуктов разложения карбонатов.

Практическая ценность. Разработана технология теплоэффектив-ных керамических стеновых изделий из отходов флотации углей, обладающих повышенным значением коэффициента конструктивного качества. Установлены составы масс, обеспечивающие повышение устойчивости изделий к высокотемпературной деформации и расширение рабочего интервала их обжига, а также снижение содержания водорастворимых солей в керамическом материале.

Опнтно-промылшенные испытания показали экономическую эффе тивность производства керамического кирпича из отходов флотаци угля. Ожидаемый экономический эффект составит 775 тыс.руб. при объеме производства 60 млн.шт.усл.кирпича в год.

Апробация работы. Основные положения изложены и обсуждены Всесоюзном семинаре по развитию производства эффективных строи ных материалов и изделий (Киев, 1984 г.), ученом Совете ВНИИст (1986), на XIX Научно-технической конференции молодых ученых М им.Д.'Л.Менделеева (Москва, 1983 г.), на научно-технической коне ренцпи "Научно-технический прогресс и повышение долговечности : ниЯ и сооружений" (Павлодар, 1984 г.), международном семинаре 3 Национальной молодежной научной школы "Качество, в промышленное: строительных материалов и изделий" (НРБ, г.Созопол, 1984 г.).

Работа по созданию технологии теплоэдгфективных керамическ! стеновых изделий из отходов флотации углей экспонировалась на ВДНХ СССР (1988 г.). Автор диссертации награжден серебряной медалью .

Публикации. Результаты работы опубликованы в II статьях и зачищены авторским свидетельством № 1286569.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 121 наименования, п ложений и содержит 191 страницу машинописного текста, в том чи 45 рисунков и 24 таблицы.

На защиту выносятся:

- результаты теоретического обоснования и экспериментально изучения технологии керамических стеновых изделий на основе отх дов флотации углей;

- комплексное исследование состава и свойств отходов флота' цки как сырья для промышленного использования;

- особенности формирования структуры керамических изделий из отходов флотации углей на всех этапах производственного процесса о целью получения изделий с заданными свойствами;

- влияние корректирующих добавок на структурообразование и свойства керамических стеновых изделий из отходое флотации углей;

- результаты экспериментальных исследований кинетики выгорания углерода в изделиях из отходов, а также процесса их десуль-фурации в процессе обжига;

- технологические параметры производства теплоэф>фективного кирпича из отходов фшотации углей;

- технико-экономическая эффективность производства и применения керамического кирпича из отходов флотации углей.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В технологии стеновой керамики интенсивно ведутся работы по снижению средней плотности изделий. В патентной и технической литературе приводятся различные методы изготовления легковесных изделий, в том числе: введение в керамическую массу выгорающих добавок и добавок с собственной высокой пористостью; вспучивание в ходе термической обработки всей массы; поризация формовочной смеси на стадии перемешивания в присутствии поверхностно-активных ве -ществ с последующей сушкой и обжигом; минералообразование в обжиге, связанное с увеличением пористости, и др. В приведенных литературных источниках или сам метод изготовления сложен, или применяется большое количество добавок, что усложняет технологию.

Большой вклад в изучение физико-химических основ поризации силикатного сырья внесли ученые: П.И.Боженов, Г.С.Бурлаков, Ю.П. Горлов, С.Г.Васильков, И.Я.Гузман, В.С.Горшков, И.А.Иванов, Г.И. Книгина, А.П.Меркин, С.П.Онацкий, М.П.Элинзон и др.

Анализ экспериментально-исследовательских работ ВНИИстрома, НШСМИ (г.Киев), НИИстромпроект (г.Алма-Ата), ИСИ (г.Киев) показал, что наиболее эффективным для создания пористой структуры ие делий является метод поризации-керамического материала в процесс обжига за счет выгорания содержащегося в исходном сырье органиче кого вещества. К числу указанного сырья относятся отходы флотавд углей, характерным свойством которых является' повышенное содержа ние угля - до 30$.

Исходные материалы и методы исследований. Исследования пров дили на представительных пробах отходов флотации углей двух угле обогатительных фабрик Донецкого бассейна - Кальмиусской и Чумако ской ЦОЗ. На этих фабриках эксплуатируются отделения по обезвожи ванию отходов в фильтр-прессах. Влажность выдаваемого материала порянка 2Ь% (отн.). В качестве корректирующих добавок использова ли шамот, доменный шлак и мел. При выборе добавок принималось во внимание их дешевизна и доступность.

При проведении исследований применяли современные методы фи зико-хишческого анализа дифференциально-термический, оптической и электронной микроскопии, рентгенофазовый, химический. Гидрофил: ные свойства отходов флотации оценивали по значениям теплоты сма1 вания и мономолекулярной адсорбции влаги.

Структурно-механические характеристики пластичных масс,определяли на приборе Ломизе-Гуткина-Зьукова, пластическую прочность • на пластометре П.А.Ребкндера. Экспериментальные исследования отнс сительного удлинения и предела прочности при растяжении выполнял! на разрывной машине конструкции А.З.Золотарского при постоянной скорости деформации - 4,16.10^ мм/с.

Оценку сушильных свойсте масс проводили по результатам иссле донания коэффициента чувствительности к сушке, кинетики влагоотда

чи к ус.чдки, а также анализа структурных и массообменмих /лракте-рист.ш. Коэффициент диффузии глаги исследовали по методу и на установке ИТТФ АН УССР.

Экспериментальные определения температуры воспламенения угля выполнены термографическим методом, а исследования кинетики его выгорания из образцов - термограЕиметрическим методом на установках конструкции А.В.Шлыкова.

• Физико-механические испытания масс и обожженных образцов проводили по стандартным методикам, принятым при технологическом контроле в кирпичном производстве. Показатели готовой продукции контролировали е соответствии с требованиями ГОСТ* 530-80 "Кирпич и камни керамические".

Особенности состава и свойств отходов флотации и керамических масс на их основе. По гранулометрическому составу отходы приближаются к глинам, практически не содержат включений размером более 0,5 мм. Результаты исследования стабильности химического состава сменных проб отходов, количество которых составило 100 шт., показали высокую степень однородности по содержанию основных оксидов -$102, А^Од, СаО, ^0, л/о^О, а также 111111. Коэффициент вариации находится в пределах 1,64-15,5$. Отличительной особенностью отходов флотации является наличие в них большого количестг-а тонкораспреде-ленного угля (порядка 20-24$). Теплота сгорания колеблется от 7058 до 8274 кДж/кг. Из вредных примесей в сырье присутствуют сера и карбонаты. Сера представлена преимущественно сульфидной формой.

Минеральный состав глинистой части отходов представлен каоли-. нитом и гидрослюдой с примесью монтмориллонита. Алевритовая фракция представлена кварцем, полевым шпатом, зернами карбонатов, хлоритом, пиритом, гематитом, магнетитом.

Теплота смачивания водой кальмнусских и чумакоиских отхо составляет соответственно 3,947 и 2,979 кДж/кг, что позволяет лифицировать их как сырье низкой гидрофильности. Величина мон лекулярной адсорбции влаги (при относительной влажности розду: 30/1 и температуре 20°С) составляет 0,933 и 0,626$ соответстве] для кальшусских и чумаковских флотохвостов. Большая гидрофил] ность кальм.усских отходов флотации связана с повышенным соде] ние:л в них глинистой фракции (^5 мкм) - 43,24 против 35,72$ I чукаковских.

В зависимости от числа пластичности отходы относятся к г^ пе умереннопластг.чного глинистого сырья. Добавка шака и шамот снимет пластичность сырья, а мел несколько повышает число пла тичности. Это обусловлено в основном различной гидрофильность добавок.

Абсолютное значение пластической прочности (0,11 МПа) кал усских отходов при нормальной формовочной влажности вше, чем маковских (0,1 МПа), что связано с увеличением числа контактов частиц в единице объема системы в связи с большим содержанием нистой фракции в кальмнусских отходах.

Установлено, что с повышением температуры керамической ма ее пластическая прочность при данном влагосодержании уменьшает Так,' при Елагосодержании 24$ (абс.) предельное напряжение сдви уменьшается с 12,9.Ю4 Па при 20°С до 6,ЗЛО4 Па при 60°С. При снижение влажности не увеличивает, а уменьшает соответствующие значения пластической прочности, что благоприятно отражается н формовочных свойствах отходов.

При введении шамота, пластические свойства отходов ухудша ся, а предельное напряжение сдвигу повышается (0,2-0,24 МПа) з счет увеличения коэффициента внутреннего трения, -¿то объясняет

» цпргрг.иосс: л«.»'-и кв. Зорил тшгп («.'Рбетвг'шого г/окз-■оде'п-а) , чти иоегк^от ыд лютусЗкость ол'.^сп для I. ;.;уче-

ИШ М.':ССП Н(^.иЧ.:Ы!ОИ {О^ЬЮЬО'ШО.": ПЛа/НОСТИ.

Примчимте в качестве добавки шлака и мела в исследованном юлмчестве (5-102) практически не изменяет значения пластической прочности и оптимальной формовочной платности.

Исследование относительноно удлинения и предела прочности при растяжении показало, что отличительной особенностью структуры массы из отходов флотации является ее высокая способность к растя-жеш;ю (18,3.10-24,1.10 Па). Введение мела способствует увеличению предельннх растягивающих напряжен,й и относительной деформации. Влияние шамота и шлака сказывается в обратном направлении.

По характеру развития деформаций отходы (¡дотации относятся к 1У и У структурно-механическому типам, для которых свойственно преимущественное разилтие пластических деформаций. Эластичность этих масс при оптимальной влажности масс составляет 0.428-0,644.

Добавка шамота приводит к развитию быстрых эластических деформаций (43-54/о), обусловливающих пониженную формуемость при. хрупком разрушении. Эластичность массы снижается (0,198-0,329).

Массы с добавкой 5;» мела характеризуются возрастанием доли медленных эластических деформаций (с 23-37 до 30-42^), а также значения показателя пластичности (0,523-0,635). Введение шлака незначительно сказывается на изменении коагуляционной структуры. Доля пластлческоп деформации снижается (37-40$), эластичность составляет 0,443-0,552.

Бее исследованные массы обладают высокими показателя/ли вяз-

о о

кости (150.10 -1200.10 Па.с) л низкими значениями пластичности (0,0062Л0~7-0,ЗЗЛ0~7 С"1).

Комплекс выполненных исследоганин иок-.зал, что как отходы без .Чоб.-:!-ок, так и с корректирующими добавками, характеризуются повы-

шенной СЕЯзуюцей способностью, высокими прочностными и де^ормац онными показателями при растяжении, что предопределяет ьозможно формования из них качественного сырца, е том числе пустотелого.

Опыт формования керамических изделий (кирпича, камней) на Опытном заводе ЕН-Истром полностью подтвердил результаты ииследс ваний. При формовании сырца на вакуумном шнековом прессе из мущ штука выходил плотным, без каких-либо видимых дефектов, с четкий углами и ребрами.

Коэффициент чувствительности к сушке отходов ниже, чем К большинства глин для производства керамического кирпича и состав ляет для отходов флотации углей Кальмиусской и Чумаковской ЦОФ соответственно 0,7-0,62.

Исследованные добавки заметно отличаются по гидрофильности. Мел обладает повышенной гидрофильностыо (лг= 1%), гидрофильность шлака ишамота на порядок меньше (соответственно 0,096 и 0,1%). Н; основании этих данных и объясняется характер влияния добавок на сушильные свойства отходов. Будучи слабогидрофильными материалом шлак и шамот уменьшают количество связанной воды, что является ш ложительным фактором при сушке керамических изделий. Добавка мел: наоборот, несколько повышает водоудержиЕающую способность отходо; и, как следствие,

Воздушная усадка образцов из отходов флотации (4,4-4,7^) ма ло отличается от усадки образцов из глин. При введении всех иссл< дованных добавок воздушная усадка образцов снисается.

Коэффициент диффузии влаги для отходов превышает 1,5.10"^ м^/ч. Отходы флотации обладают значительно более высокими влаго-проводными свойствами по сравнению с традиционным глинистым сырь ем для произЕодства изделий стеновой керамики.

Таким образом, керамические изделия, изготовленные как из

дн.:х отхоцел флотации, тук и с ко]>ре.-?кру.>;далй добавками являются ^о,!/нос7о:1ккк;: 1> процессе ^уски, что слу;шт опреиелялд»ил ректором лучения качественно высушенного сырца при аор'ированннх режимах епловой обработки.

Промышленная проверка результатов исследования проводилась а Опытном заЕоде ВПИИстром. Пустотелый кирпич душили в туннельной ротивоточнои сушилке с системой общеобменной рециркуляцией тепло-оептеля. При сушке в течение 16 ч обеспечивался Ю0$-ный выход езде^ектного сырца. Камни сушили в конвейерной однорядной сушилке, родолжительность сушки 6 ч, выход бездефектной продукции составил 6/о, с мелкими допустимыми ГОСТом посечками - 6$.

Отходы флотации относятся к группе неспекающегося сырья. Из сследоганных добавок только шлак интенсифицирует процесс спекания, о весьма незначительно.

исследования опытных масс из одних отходов показали иоЕышен-ую опюпую усадку образцов, значения которой при температуре об-ига Ю50°С достигает 6,2-7,6$. Значительная усадка изделий может рипости к их деформации ври обжиге в туннельных печах с перепадом еыпературы по высоте садки.

Введение мела позволяет существенно снизить усадку образцов стабилизировать их размеры. Так, при добавке 5% максимальная ве-ичина усадочных деформаций составляет 1,2-1,8$, и образца имеют рактическн постоянные размеры в высокотемпературной области 950-050°С. Ыамот также оказывает положительное влияние на поведение бразцои в обжиге, однако менее эффективно чем мел.

Установлено, что в интервале 950-1050°С можно из одних отхо-ов получать образу, имеющие удовлетворительную прочность при поименной сродной плотности (1060-1370 кг/м3). В фазовом составе бонженпых образцов отмечаются следующие фазы: муллит, анортит, .

волластонят, гецитит, ¡.лги отит, шяш.(.а:., крпстоб-;...:?":, г: : еоп шат. С пошлением температуры обжига г- оЗ^аиг.л : ^рчсгм количество муллита, апанеяи, анортита, гештпта.

Мел снижает среднюю плотность образцов для обеих проб от> ' флотации. Действие добаЕКИ на прочностные показатели нсоднозни 5% добавка мела для образцов из кальшусских отходов флоташ;.; личивает прочность изделий, а для чумакопских - умоиыпет. шее повышение количества добавки приводит к снижению прочности показателей. Это обусловлено образованием дополнительного коли тва пор за счет разложения карбоната и увеличен.;«.; степени кр таллизации основной связующей массы. Повышается содержание ано тита, кристобалита, волластонита. Количество стекло^ази в чере сокращается в связи с кристаллизацией алюмосиликатов и силикат кальция за счет взаимодействия СаО с легкоплавкими жплпзистими расплавами, вследствие чего формируется сетчатая структура.

Введение шлака (до 5%) оказывает слабое влияние на полипе; прочностных показателей образцов. Это можно объясш;ть незначит! ным изменением фазового состава и структуры образцов. Ира темт туре обжига 950-Ю50°С частицы шлака остаются практически не р; плавленными, слабо влияя на упрочнение образцов. Однако, том ш менее отмечается начало слабой раскристаллизацип стскло; азы и I является мелилит.

Шамот существенно не влияет на показатели плотности образ! Причем линейной зависимости изменения плотности образцов от оо; жанпя шамота не обнаружено. Увеличение содерт.апля тыотп сопрот дается ростом водопоглощения и открыто;; пористости оЗатггшшх ( разцов, что объясняется усадочными и^юниям; кассы. ..'^т^гл'.и из

отходов флотации дает усадку и отрывается от безусадочных шамотных зерен. На стыке разнородных по свойствам частиц отходов и зерен шамота образуются микротрещины, обусловливающие повышение во-допоглощения.

Зависимость предела прочности при изгибе и сжатии образцов от содержания введенного шамота проявляется неоднозначно. При вводе шамота отмечается снижение предела прочности при изгибе образцов. Характер зависимости предела прочности при сжатии образцов зависит от количества шамота. При вводе 30$ шамота происходит увеличение прочности образцов. При дальнейшем увеличении расхода добавки проч ность их снижается.

Различие в действии шамота на прочностные показатели при сжатии и изгибе объясняется следующим образом. Прочность при сжатии в значительной степени зависит от микроструктуры керамического материала, которая при вводе до 30$ шамота улучшается. При увеличении количества шамота сверх установленного не достигается равномер ное их покрытие сырьевым материалом (связующим компонентом) и не образуется прочный каркас; формируется рыхлая структура, снижающая прочность изделий. Прочность же при изгибе определяется прочностью контактов зерен шамота со связующей частью массы, которая ослабляется усадочными явлениями.

Фазовый состав образцов с добавкой шамота идентичен фазовому составу контрольных образцов. Все изменения физико-механических сеойств образцов связаны с изменением их структуры.

Результаты исследования структуры методом ртутной порометрии показали, что в обожженных при Ю00°С образцах из всех масс преобладают мелкие поры {< 5 мкм).

Образцы из кальмиусских отходов фшотации характеризуются большей пористостью 0,5641 см3/г по сравнению с образцами из чу-

ыаковских отходов 0,3765 см3/г.

Для образцов из кальмиусских отходов флотации характерна

2 з

номерная пористость с максимумами при 5,76.10, 3,75.10 и 1,5 1, а для образцов из чумаковских отходов флотации - пористост. нородная, основная область сосредоточения пор 10^-10^ пик :

о О

5.10 А.

Введение добаЕок в кальмиусские отходы снижает общую пор] тость образцов, причем добавка мела и шлака не меняет характе] пористости. С добавкой шамота пористость приобретает более од* родный характер, возрастает доля мелкой пористости.

Введение добавок в чумаковские отходы флотации действует однозначно: добавка мела и шлака приводит к увеличению общей г тости, добавка шамота несколько снижает общую пористость. Харг пористости с введением добавок не меняется, она остается однор ной.

Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что струк образцов на основе отходов флотации мелкопористая с незначител ным количеством крупных пор. Это обеспечивает повышенные значе морозостойкости и теплозащитных свойств изделий.

Исследование режима обжига керамических изделий из отходо флотации. Исследования отходов флотации, проведенные с исполь: ванием термографического метода показали, что температура восп. нения летучих компонентов, выделяющихся в результате пиролиза ; в отходах, изменяется в пределах 260-280°С, а углерода - 400-4^

Установлено, что одним из основных факторов, определяющих интенсивность выгорания углерода является пирометрический уров< процесса. Область оптимальных температур с ускоренным выгорание углерода находится в интервале 950-Ю00°С. Это объясняется тем, что скорость реакции горения возрастает с повышением температур

Однако по мере увеличения температуры обжига в изделиях появ-ется жидкая фаза, которая способствует более полному спеканию и рмлрованию керамического тела. Газопроницаемость последнего, а едовательно, и скорость диффузии газов уменьшается. Это и приво-т к увеличению продолжительности выгорания углерода.

Ввод мела интенсифицирует процесс выгорания углерода. Автор ¡язывает это прежде всего с повышенным газовыделением в силу тер-[ческой диссоциации мела и увеличением пористости образцов. Про-:сс выгорания интенсифицируется также за счет восстановления уг-:кислотн, образующейся вследствие диссоциации мела по реакции: + С02 = 2С0. Продолжительность выгорания углерода при добавке 3/1 мела примерно в 2 раза меньше по сравнению с контрольными об-1зцами.

При добавке шамота отмечается интенсификация выгорания угле-эда. Так, при вводе 10$ шамота продолжительность выгорания углеро-з из образцов уменьшилось на 4-5$, а при расходе 20$ шамота - на 2-13$. Добавка шмота несколько увеличивает газопроницаемость об-лгаемого изделия и уменьшает общее количество топлива в шихте, го в совокупности и приводит к сокращению продолжительности его игорания.

В опытах с добавкой шлака практически не отмечается изменение корости выгорания углерода.

На основании проведенных экспериментов разработан режим обжи-а. Проверка разработанного режима обжига осуществили при выпуске редставительных партий изделий на Опытном заводе BiEHIcTpoM. Про-олжительность процесса обжига изделий .из отходов флотации углей ез добавок составила 50 ч. Добавка мела в количестве 5$ сократи-а срок обжига в среднем на 10$. Такой же эффект достигнут при ведении 15-20$ шамота.

Исследование процесса десульфурации керамических издали^ В процессе обжига изделий из фяотохвостов соединения серы, сс жащиеся в сыр£е, претерпевают значительные изменения. Сульфид форма серы исчезает, что свидетельствует о завершении протека при обжиге процессов термической диссоциации и окисления суль дов. Количество сульфатной серы возрастает и достигает максим при 700-800°С, а при более высоких температурах закономерно с кается. Увеличение содержания сульфатов происходит в результа реакций взаимодействия газообразных соединений серы с твердой зон в основном оксидами Са и Мд, что приводит к образованию в1 ричных сульфатов. Последующее снижение концентрации сульфатов объясняется связыванием СаО и М^О (образующихся при дцссоциащ карбонатов) в силикаты и алюмосиликаты кальция и магния, Езаиг действующие с газообразными оксидами серы значительно менее а! но, чем свободные оксиды Са и Му. Остаточная сера находится в де сульфатов, поэтому конечная степень десульфурации изделий г сит от полноты их разложения.

Десульфурация изделий в значительной степени зависит от с тава сырьевой смеси. Результаты опытов с введением в шихту мел указывают на ухудшение условий удаления серы. Снижение десульф ции объясняется в основном связыванием сернистых газов оксидом кальция, образующимся при разложении мела, с образованием СаД'О

Установлено, что введение в исходное сырье шамота^являете эффективным средством снижения концентрации серы в обожженных . делиях. Это связано с тем, что шамот практически не вступает в> взаимодействие с продуктами диссоциации и разложения пирита. С; кенле же доли сырьевого компонента (отходов) в составе шихты С( ровождается уменьшением суммарного содержания в ней карбонатов сульфидов, в результате чего процесс десульфурации ослабляется,

Данные анализа водных Еытяжек свидетельствуют о том, что превалирующая роль в водорастворимых солях принадлежит сульфату кальция.

Необходимо иметь в виду, что сульфат кальция может образовывать высолы на поверхности изделий, не разрушая их при эксплуатации

Независимо от состава шихты по мере роста температуры обжига закономерно снижается содержание водорастворимых солей. Это происходит в результате интенсификации процесса спекания, способствующего связыванию сульфатов в составе расплава и образующейся при охлаждении стеклофазы.

Добавка шамота способствует заметному снижению содержания сульфатов щелочных металлов и Мд в продуктах обжига. Так, количество указанных ингредиентов в водной вытяжке образцов из чумаковских флотохвостов с добавкой 10, 20 и 30$ шамота составило (соответственно 0,064, 0,061 и 0,058 по сравнению с 0,082$ в контрольных образцах. Аналогичное влияние оказывает шлак. Мел практически не

I

Елияет на изменение содержания сульфатов щелочных и щелочно-земель-ных металлов, однако приводит к возрастанию содержания сульфата кальция.

Практическая реализация полученных результатов. На Опытном заводе ЕШЛстром, Гжельском и Тучковском кирпичных заводах в разные периоды времени проведена опытно-промышленная проверка разработанной технологии. По качественным показателям (табл.1) кирпич удовлетворяет требованиям ГОСТ 530-80 "Кирпич и каши керамические* Кирпич из всех составов выдержал 50 циклов попеременного замораяи-Еания и оттаивания. После испытания на капиллярный подсос высолов не наблюдалось (изделия из отходов с добавкой шамота и шлака) или имелись незначительные налеты (изделия с добавкой мела). Коэффициент теплопроводности в зависимости от состава шихты изменяется в

пределах 0,285-0,39 Вт/м.°С.

Таблица I

Физико-механические свойства керамического кирпича (пустотность 13).

Состав массы Предел прочности, Ша Средняя плот- Водопогло-щение, %

при сжатии при изгибе ность, кг/мз

Кальмиусские отходы 15,4 2,4 ИЗО 24,7

Отходы шамот - 85 - 15 17,6 2,5 1160 24,0

Отходы шамот - 70 - 30 24,0 2,8 1190 23,2

Чумаковские отходы 13,0 2,7 1370 14,5

Отходы шамот - 85 - 15 ' 14,0 2,7 1350 14,9

Отходы шамот - 70 - S0 18,5 3,2 1320 15,4

На основании проведенных работ разработана технологическая схема производства теплоэффективного кирпича из отходов флотации и ее аппаратурное оформление. Технологический процесс предусматр вает изготовление из обезвоженных до 25$ отходов, в том числе с корректирующими добавками, гранул путем пропуска массы через пре со специальной насадкой и резательным приспособлением, сушку гра нул до 17-18$ на движущемся сетчатом конвейере, обработку их в ДЕухЕальном смесителе, формование пустотелого кирпича, сушку в щ левой однорядной и туннельной сушилке, обжиг в специализированно туннельной печи. Сушка гранул в неподвижном состоянии исключает необходимость оснащения сушилки дорогостоящими пылеулавливающими агрегатами для очистки отходящих газовых потоков. Горячий воздух зоны охлаждения печи и отходящие дымовые газы печи используют дл

сушки гранул и сформованного кирпича-сирца.

Б соответствии с Постановлением Совмина СССР от II сентября 1986 г. гё 1С84 "Об организации производства строительного кирпича с использованием углесодержащих отходов обогатительных фабрик" разработана адресная программа .строительства 132 заводов, в которой использованы результаты работы.

Высокая экономическая эффективность производства керамическо го кирпича из отходов флотации углей подтверждено расчетом. При использовании отходов для производства кирпича на технологической линии мощностью 60 млн.шт. в год может быть получен суммарный эко номический народнохозяйственный эффект в размере 775 тыс.руб.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны научные и технологические основы изготовления теплоэфТективных керамических изделий из отходов флотации углей. Отличительной особенностью технологического процесса является вые кан степень гомогенизации сырья, достигаемая использованием отходов текущего выхода после обезвоживания в фильтр-прессовых отделе ниях, упрощенная схема изготовления формовочной массы, благодаря высокой степени готовности сырья для последующей переработки, при менение форсированных режимов сушки сырца и обжиг его по специаль ному режиму.

2. Выявлено, что керамические массы на осноге отходов флотап углей образуюв, по сравнению с глиняными, более прочные коагуляци нне структуры, отличающиеся повышенными значениями предельных рас гивающих напряжений (18.103-24.103 Па) и относительной деформации '(£=1.0-3,0$), обеспечивающими бездефектное пластическое формовани керамических изделий.

Установлена возможность изменения коагулящонной структуры г тем введения корректирующих добавок. Массы с добавками оптимально количества шлака, мела, шамота образуют коагуляционные структуры

различного структурно-механического типа.

Они отличаются высокой эластичностью (0,3-0,69), вязкостьк (150.Ю8-1204,7Л08 Па.с) и низкой пластичностью (О.ООб.Ю""7-0,033.Ю"7 с-1).

3. Подтверждено, что наиболее значимым фактором формироваь конденсационной структуры керамических изделий из отходов флотг углей является их влагопроводность. Коэффициент диффузии влаги (1,6.10~^-2,28.10"^ м^/ч) в 3-4 раза превышает указанный показе тель глинистого сырья, что обеспечивает высокую трещиностойкос1 изделий на основе отходов флотации углей.

Исследованные в работе добавки улучшают влагопроводные свс ства флотохвостов, снижают усадку и чувствительность сырья к с} ке и повышают коэффициент диффузии влаги.

4. Показано, что применяя корректирующие добавки можно в с ределенных пределах регулировать процессы структурообразования, обеспечивающие получение изделий с требуемыми показателями сво£ Керамические изделия, содержащие добавку мела и шамота, имеют £ ширенный рабочий интервал обжига и повышенную деформационную ус чивость, что обусловлено уменьшением в керамическом материале к личества ашсмосиликатного расплава в связи с кристаллизацией не образований (добавка мела) и снижением в исходной массе собстве глинистого вещества (добавка шамота), служащего источником обрв Еания жидкой фазы.

5. Введение мела в керамические массы на основе отходов фл тации углей существенно интенсифицирует выгорание углерода из к рамических изделий во время обжига. Положительное влияние добав определяется, в первую очередь, формированием газопроницаемой структуры материала за счет диссоциации мела. Газопроницаемая структура сохраняется в рабочем интервале обжига, благодаря сни жению усадки изделий и стабилизации ее значения.

6. Разработан режим обжига, обеспечивающий получение долговоч-ых керамических изделий - изотермическая выдержка при температуре римерно на 100 град, ниже оптимальной температуры обжига и окис-ительная среда на протяжении всего периода выгорания углерода.

7. Изучен механизм образования "вторичных" сульфатов при обжи-е керамических изделий из отходов флотации, заключающийся в реакции взаимодействия газообразных продуктов окисления и диссоциации ¡одержащегося в отходах пирита с оксидами кальция и магния.

8. Разработали технологические параметры и аппаратурная схема фоизводства теплоэффектквных керамических стеновых изделий из от-:одов флотации углей. Результаты опытно-промышленной проверки в 'словиях Опытного завода БНПО стеновых и вяжущих материалов, Тучков-жого и Гжельского кирпичных заводов подтвердили правильность уста-ювленннх параметров производства.

9. Изучены технические свойства керамического кирпича на осно-зе отходов флотации углей. Качественные показатели изделий соответствуют требованиям ГОСТ 530-80 "Кирпич и камни керамические". По теплотехническим свойствам и средней плотности кирпич относится к группе эффективных изделий.

10. Обоснована народнохозяйственная эффективность производства геплоэффективных керамических стеновых изделий из отходов флотации /глей.■Экономический эффект производства керамического кирпича на заводе годовой мощностью 60 млн.шт. составит 775 тыс.руб.

Публикация работы. Основные положения, изложенные в диссертации, отражены в следующих опубликованных работах:

1. В.Н.Бурмистров, Б.Ф.Буданов, Т.И.Карпунина. Отходы флотации углеобогатительных фабрик в производстве кирпича // Строительные материалы. - 1982. - № 6. - С.7-8.

2. В.Н.Бурмистров, В.Н.Смолин, Т.И.Карпунина. Особенности обжига керамических стеновых изделий из отходов флотации углей //

Комплексное использование минерального сырья.-1983.-№П.-С.77

3. П.Н.Хорьков,Б.Н.Бурмистров,Б.Н.Смолин,Т.Н.Карпунина.Теплоэффе ный кирпич из отходов флотации углей // Строительные материал

- 1983. - № 6. - С.13-14.

4. В.Н.Бурмистров,Т.Н.Карпунина.Эффективная керамика из отходов ции углей//Научно-технический прогресс и повышение долговечно зданий и сооружений:Тез.докл.научн.-техн.конф.Павлодар,1984.-

5. В.Н!Бурмистров,Т.И.Карпунина,В.В.Гречина,А.И.Степанова. Особе ти сушки отходов флотации углей как сырья для производства ст вой керамцки//Строительные материалы. - 1985. -.73. - С.18-19.

6. В.Н.Бурмистров,Т.К.Карпунина,В.Н.Смолин.Отходы флотации углей риал для керамических стеновых изделий//Уголь.-I98S.-[Л2. - С.

7. П.Н.Хорьков,В.Н.Бурмистров,Т.И.Карпунина,В.В.Гречина,А.И.Степ Исследование сушильных свойств отходов флотации углей // Тр.и] ВНЛКстром. - 1984. - Вып.51(79). - С.21-27.

8. В.Н.Смолин,Т.И.Карпунина,Е.П.Усанова.Особенности минералообра: ния и формирования-структуры при обжиге изделий из масс на ocj отходов флотации углей//Тр.ин-та/ВНИИстром.-1984.-Вып.51(79)

9. В.Н.Бурмистров,Т.И.Карпунина.А.И.Степанова.Особенности структ: механических свойств отходов флотации углей//Тр.ин-та/ ВНИЛст]

- 1985. - Вып.57(85). - С.35-40.

10. В.Н.Бурмистров,Т.И.Карпунина.Десульфурация керамических издел! отходов флотации углей//Тр.ин-та/ВНИИстром.-1985.-Еып.57(85).-С

11. Е.П.Усанова,В.Н.Смолин,Т.И.Карпунина.Улучшение эксплуатационнь свойств и совершенствования технологии получения керамическогс пича из отходов флотации углей//Тр.ин-та/ВНИИстром. - 1985. -Вып.57(85). - С.66-71.

12. A.c. Je 1286569. Керамическая масса для изготовления стеновых г. лий / Бурмистров В.Н., Усанова Е.П., Карпунина Т.И., Смолин В. (СССР).