автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Технология искусственного заполнителя на основе гранулирования карбонаткальциевых отходов производства нитроаммофоски

На правах рукописи

Черных Дмитрий Иванович

ТЕХНОЛОГИЯ ИСКУССТВЕННОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ГРАНУЛИРОВАНИЯ КАРБОНАТКАЛЬЦИЕВЫХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА НИТРОАММОФОСКИ

Специальность 05.23.05 — Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 НОЯ 2014

Воронеж-2014

005554666

005554666

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

академик Российской академии архитектуры и строительных наук, Чернышов Евгений Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Белов Владимир Владимирович, «Тверской государственный технический университет», заведующий кафедрой производства строительных изделий и конструкций

кандидат технических наук, Володченко Александр Анатольевич, «Белгородский государственный технологический университет имени В.Г. Шухова», доцент кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджет-

ное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет», г. Липецк

Защита состоится 25 декабря 2014 г. в 10 ю часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.01 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20 - летия Октября, 84, ауд. 3220, тел. (факс): (473) 271-59-05

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета и на сайте http://edu.vgasu.vrn.ru/SiteDirectory/DisSov..

Автореферат разослан 24 октября 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Власов Виктор Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А1сгуальность. В России действуют 12 предприятий по производству сложного минерального удобрения — нитроаммофоски (ЫРК), техногенным отходом которых является конверсионный карбонат кальция общим количеством почти 3 млн. т. в год. Только на Россошанском ОАО «Минудобрения» образуется конверсионный карбонат кальция общим объёмом до 300 тысяч тонн в год. За 20 лет работы предприятия в отвалах накопилось около 6 млн. тонн. Из них лишь 1 % утилизируется в качестве «раскислителя» почв.

Захоронение отходов в отвалах занимает земли, пригодные для сельского хозяйства. При этом имеет место загрязнение почвы, воды, воздуха и в целом наносится вред биосистеме, включая человека. С каждым годом площадь отведённых предприятию земель под захоронение отходов сокращается. Перед предприятием остро стоит проблема утилизации этих отходов.

На данный момент не существует инженерных решений, позволяющих полномасштабно перерабатывать и утилизировать техногенный карбонат кальция. Очевидно, что главным потребителем отходов производства в этом случае выступает промышленность строительных материалов.

Комплексная оценка свойств конверсионного карбоната кальция позволяет обозначить различные возможности его строительно-технологической утилизации: в качестве микронаполнителя для бетонов и растворов, минерального наполнителя асфальтобетона, наполнителя при производстве пластмасс, компонента сухих строительных смесей, компонента в производстве вяжущих веществ, при получении искусственного заполнителя. Масштабное потребление техногенного карбоната кальция может быть реализовано при производстве известкового вяжущего вещества, а также при получении искусственного заполнителя.

Для получения искусственного заполнителя необходимо перевести порошкообразный карбонат кальция в грануловидную форму. В основе решения этой задачи лежит ведущая научная гипотеза о том, что процессы гранулирования и последующего твердения смесей конверсионного карбоната кальция и цемента могут технологически управляться степенью реализации баланса сил внутреннего трения, механического зацепления, капиллярных, межмолекулярных, электростатических сил и сил, предопределяемых применением вяжущих веществ с их системой твердения. При этом, формирование структуры композита может включать не только физические и механические силы, действующие между частицами вяжущего вещества и наполнителя, но и силы физической и химической связи, возникающие в процессе гидратации и обеспечивающие образование новых соединений между вяжущим веществом, продуктами гидратации вяжущего вещества и кальцитом техногенных карбонаткальциевых отходов, смеси карбоната кальция и портландцемента при участии жидкой фазы образуют композит. Рассматриваемые смеси в работе являются объектом исследований. Технологически управляемая система сил, определяющая закономерности развитие процессов гранулирования смесей и их твердение, принимается в работе в качестве предмета исследований, имеющих целью оптимизировать основные факторы, режимы и параметры процессов.

Постановка исследований отвечает принятой цели диссертационной работы - разработать технологию искусственного заполнителя на основе управляемого процесса гранулирования карбонаткальциевых отходов производства нитроаммофоски. Из этого вытекают следующие задачи:

1) рассмотреть состав и баланс сил, определяющих развитие явлений и процессов окомкования и гранулирования смесей, включающих в качестве одного из основных компонентов карбонаткальциевые отходы,

2) идентифицировать факторное пространство технологии получения искусственного заполнителя при компактировании гранулированием,

3) выполнить тестирование и дать оценку техногенных карбонаткальциевых отходов производства нитроаммофоски как возможного структурообразующего компонента материала, получаемого посредством гранулирования,

4) провести анализ механизмов структурообразования и синтеза прочности систем твердения в смесях карбонаткальциевых отходов и портландцемента,

5) экспериментально исследовать закономерности гранулирования смесей на основе карбонаткальциевых отходов при получении плотных структур искусственного заполнителя,

6) оптимизировать составы сырьевых смесей и технологические условия гранулирования и твердения при получении искусственного заполнителя на основе карбонаткальциевых отходов,

7) комплексно оценить физико-механические характеристики полученного материала; разработать предложения к технологическому регламенту получения искусственного заполнителя; предложить направления эффективного практического применения искусственного заполнителя.

Диссертационная работа выполнялась в рамках программы фундаментальных научных исследований РААСН по приоритетному направлению «Развитие теории и основ конструирования строительных наноструктурированных композитов нового поколения», в рамках исследований, поддержанных грантом РФФИ №08-08-99039 «Нанотехнологический синтез систем твердения новых функциональных строительных материалов на основе переработки техногенных минеральных отходов, характерных для Центрально-Чернозёмного региона России», в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ «Разработка и развитие основ конструирования высокотехнологичных функциональных строительных композитов нового поколения», по плану фундаментальных научных исследований Российской академии архитектуры и строительных наук по направлению «Прогнозные исследования по решению проблемы полной переработки техногенных отходов промышленных предприятий в строительные материалы».

Научная новизна работы:

- систематизирован и охарактеризован состав сил, определяющих протекание процесса гранулирования и формирования структуры искусственного заполнителя, их значимость и мера влияния;

- обоснованы факторы составов и режимов, определяющие реализацию сил при формировании структуры и синтезе прочности, и включающие: дисперсность; соотношение карбонаткальциевого компонента и цемента в их смеси, во-

дотвёрдое отношение; параметры процесса гранулирования (частота вращения, и угол наклона тарели, режим подачи смеси на тарель);

- выполнена оценка комкуемости конверсионного карбоната кальция различных дисперсносгей на основе характеристических точек зависимостей плотности зернистых систем от влажности;

- установлено, что использование карбонаткальциевых отходов различной дисперсности в качестве основного компонента гранулируемой массы приводит в процессе гранулирования к формированию различных по плотности структур;

- на основании модельных экспериментов для оптимизационного критерия цели «минимума расхода цемента» и ограничения «обеспечения марки по дробимости не ниже 300», предложены составы смесей из конверсионного карбоната кальция и портландцемента, обеспечивающих формирование оптимальных структур;

- определены рациональные режимы подачи влаги и материала на тарель стендового гранулятора, при которых процесс гранулирования протекает устойчиво, обеспечивая выход гранул не ниже 85-90 %;

- на основании стендовых экспериментов для оптимизационного критерия цели - минимальной дробимости (максимальной удельной работы разрушения) и ограничения — обеспечения выхода гранул не ниже 85-90 %, предложены рациональные режимы гранулирования по параметрам угла наклона, частоты вращения, массы гранул на тарели; методом гранулирования получен искусственный заполнитель на основе конверсионного карбоната кальция, обеспечивающий марку по дробимости 300,400;

- разработаны варианты получения искусственного заполнителя с покрытием в виде битумного вяжущего, с последующим опудриванием гранул конверсионным карбонатом кальция или обсыпкой их кварцевым песком. При этом установлено, что применение такого покрытия позволяет повысить марку по дробимости до 400 для исходного заполнителя марки 300, и до 600 при исходной марке 400.

Практическое значение работы определяется разработанными решениями технологии искусственного заполнителя, включающими составы сырьевых смесей и режимы работы гранулятора, на основе предложенных принципов и приёмов управления процессами структурообразования и качеством продукции, обеспечивающих с учётом свойств исходного сырья и меры внешнего воздействия получение материала с заданными свойствами.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением в исследованиях научно обоснованных методик комплексных оценок состава, структуры, состояния и свойств материалов, методов планирования экспериментов, моделирования и оптимизации, вероятностно-статистических методов обработки полученных результатов.

Реализация результатов работы. По результатам работы подготовлены «Предложения к технологическому регламенту по получению искусственного заполнителя на основе карбонаткальциевых отходов производства нитроаммофоски». Для предприятия по производству искусственного заполнителя в составе ЗАО «Минудобрения» предложены компоновочные решения из двух технологических линий производительностью 120 тыс. м' в год каждая.

Теоретические данные исследований и результаты работы используются в учебном процессе при постановке учебно-исследовательских работ по дисциплине «Основы технологии строительных материалов и композитов» для бакалавров направления 020300.62 «Химия, физика и механика материалов».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского ГАСУ (2009 - 2014 гг.)., обсуждены на ХУШ-х научных чтениях Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» 2009 г. (г. Белгород), в ходе научной сессии Центрального регионального регионального отделения Российской архитектуры и строительных наук 2011 г. (г. Воронеж), на 7-ой международной научной конференции «Механика разрушения бетона, железобетона и других строительных материалов» 2013 г. (г. Воронеж), представлены на ХХ1-х научных чтениях Международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова «Наукоемкие технологии и инновации» 2014 г. (г. Белгород).

Автор защищает:

- выдвинутые положения о системе сил, определяющих формирование структурных связей и синтез прочности искусственного заполнителя с использованием конверсионного карбоната кальция;

- результаты оценки комкуемости конверсионного карбоната кальция как характеристики возможности получения искусственного заполнителя гранулированием;

- результаты оптимизации составов сырьевых смесей с использованием конверсионного карбоната кальция и цемента;

- установленные режимы подачи влаги и сырьевой смеси на тарель грануля-тора, обеспечивающие устойчивое протекание процессов гранулирования;

- результаты оптимизации режимов работы тарельчатого гранулятора при получении искусственного заполнителя;

- предложения к технологическому регламенту по получению искусственного заполнителя на основе карбонагкальциевых отходов производства нитроаммофоски;

- предложенные компоновочные решения технологической линии получения искусственного заполнителя мощностью 120 тыс. м1 в год;

Публика ни и. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, из них 3 в ведущих рецензируемых научных журналах.

Структура п объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, двух приложений и содержит 140 страниц, включая 25 таблиц, 48 рисунков, 80 страниц машинописного текста, список литературы из 122 наименований.

Автор выражает признательность и благодарность к.т.н., с.н.с. академического центра Воронежского ГАСУ Потамошневой Н.Д. за консультации при организации и проведении экспериментальных исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса, обоснование задач и содержания исследований

Анализ библиографических источников вёлся по двум направлениям: 1) рассматривались вопросы использования карбонаткальциевых отходов в промышленности строительных материалов, 2) исследовался процесс гранулирования как один из центральных структурообразующих переделов при производстве строительных конгломератов.

Вопросами применения карбонатных заполнителей в цементном бетоне занимались Маилян Р.Л.. Саталкин A.B. . ЗалесскиП Б.В., Розанов Ю.А., Боженов П.И., Журавлева В.Ф., Штейерт Н.П., Кавалерова В.И., Кузнецова Т.В., Филь-ченков И.Ф., Галактионов В.И., Березин Д.В., Винник Э.Р., Любимова Т.Ю., Пи-нусом Э.Р., Калашников В.И., Хвастунов В.Л.. Викторова О.Л. и др.

Установлено, что между карбонатом кальция и цементом при гидратации возможно не только физическое, но и физико-химическое взаимодействие.

Проблеме гранулирования посвящено много трудов отечественных и зарубежных учёных: Внтюгина В. М., Коротича В.И., Маерчака Ш, Бережного H.H., Коршикова Г.В., Н. Gerald, Н. Rumpf, Классена П.В., Гришаева И.Г., Вилесова Н.Г., Скрипко В.Я., Романовой Е.П., Кочетковым В.Н., Кисельникова В.Н. Сули-менко Л.М., Тимашева В.В., Альбаца Б.С., Френкеля М.Б., Бернштейна Л.А., Б.В. Алексеева, B.C. Колокольникова, и др.

В совокупности все указанные работы, содержащие теоретические рассмотрения и инженерные решения проблемы, позволяют осветить вопрос обоснования значимых рецептурно-технологических факторов гранулирования дисперсных отходов с учётом отражения роли и влияния движущих сил процесса струк-турообразования материала и гранул, то есть вопрос определения технологических переделов и процессов, необходимых как для «закладки» системы движущих сил, так и их изменения в необходимую сторону, закрепления потенциала этих сил.

Анализ работ, выполненных по двум обозначенным направлениям, показывает, что остаётся нерешённым ряд вопросов:

- не полностью раскрыта роль движущих сил процесса гранулирования относительно выходного критерия, которым для плотного искусственного заполнителя выступает предел прочности при сжатии (дробимость),

- отсутствуют данные о комкуемости карбонаткальциевых отходов,

- отсутствуют систематизированные данные об оптимальных для карбонаткальциевых отходов составов сырьевых смесей и технологических режимов гранулирования при получении искусственного заполнителя.

Основные положения методики, методы экспериментальных исследовании, применяемые материалы

В работе реализуется методологический подход, представляющий возможность анализа и синтеза взаимосвязанной системы «структурообразующие силы -технологические факторы — состав, структура, состояние, свойства материала;'. Такой подход обеспечивает оценку влияния параметров состава, структуры и со-

стояния на свойства материала и, вместе с тем, в зависимости от набора требуемых свойств, задаваемых исходя из назначения и условий эксплуатации, позволяет определить соответственные технологические условия.

При выполнении экспериментальных исследований для изготовления образцов композиционного материала использованы сырьевые материалы, удовлетворяющие требованиям соответствующих стандартов:

- портландцемент ПЦ 500 ДО (ЦЕМ I 42,5Н) производства ЗАО «Осколце-мент», соответствующий требованиям ГОСТ 10178 - 85, ГОСТ 30515 - 97, EN 197 — 1:2000. Удельная площадь поверхности цемента составляла 300 ... 330 м7кг, нормальная густота цементного теста 27 %, сроки схватывания: начало - 1 ч 35 мин, конец - 4 ч 15 мин.;

-тонкодисперсный техногенный карбонат кальция Россошанского комбината минеральных удобрений ТУ 2182-15-00206486-2000 удельной площади поверхности частиц 60 м7кг;

Исследования проводились в несколько этапов. На первом этапе теоретически обосновывалась система движущих структурообразующих сил технологии получения искусственного заполнителя гранулированием. Определялось факторное пространство. Оценивалась мера влияния движущих структурообразующих сил.

На втором этапе проводился анализ идентификационных характеристик техногенного конверсионного карбоната кальция как возможного структурообразующего компонента строительных композитов с использованием рентгенофазо-вого (порошковый дифрактометр ARL X'tra), микроскопического (оптический микроскоп в отражённом свете «MEIJI TECHNO RZ»), дифференциально-термического (Дериватограф системы «Ф.Паулик — Л.Эрдей - И.Паулик») методов анализа, метода лазерной гранулометрии (анализатор Fritsch), химических методов. Исследовалась комкуемость для определения закономерностей гранулирования при различной дисперсности карбонаткальциевых отходов.

На третьем этапе проводились исследования на модельных системах с целью определения оптимальных составов сырьевых смесей. Эксперименты проводились с использованием метода активного планирования. В качестве варьируемых факторов приняты массовая доля вяжущего вещества - цемента Ц, %, содержание воды в сырьевой смеси В, %, дисперсность отходов Д, см'/г. Сырьевые смеси на основе конверсионного карбоната кальция различной дисперсности смешивались с цементом, увлажнялись. Затем прессованием при 80 МПа получали цилиндры размером 30x30 мм.

Для образцов-цилиндров оценивались средняя плотность образцов и предел прочности при сжатии после теплозлажностной обработки по режиму 3 + 5 + 1,5 ч с выдержкой при t=85 °С.

На четвёртом этапе исследовались режимы гранулирования. Эксперименты проводились с использованием метода активного планирования. В качестве варьируемых факторов приняты угол наклона тарели к горизонту а, частота вращения тарели о), масса гранул на тарели т. Сырьевые смеси оптимального состава фиксированным расходом подавались на тарель гранулятора и подвергались увлажнению. После гранулирования осуществлялась тепловлажностная обработка гра-

нул искусственного заполнителя по режиму 3 + 5 + 1,5 ч с выдержкой при !т=85 °С. Затем оценивалась влажность гранул, средняя плотность в грануле, насыпная плотность, дробимость, марка по дробимости, удельная работа разрушения гранул при ударе.

Характеристики структуры и свойств исследуемых образцов оценивали по результатам испытаний малых выборок, количество образцов в которых составляло от 6 до 12. Доверительные интервалы оценок математического ожидания изучаемых показателей задавали с вероятностью 0,95. Относительная ошибка опытов в экспериментах не превышала 10 %.

Движущие структурообразующие силы в технологии искусственного заполнителя на основе гранулирования конверсионного карбоната кальция

При рассмотрении смеси конверсионного карбоната кальция и цемента, увлажняемой и окатываемой на таре л и гранулятора, можно выделить следующие структурообразующие силы для различных моделей состояния дисперсных систем (табл. 1-3). Во-первых, это силы тяжести, сухого трения, механического зацепления, электростатического взаимодействия; во-вторых, при наличии жидкой фазы - это силы капиллярно-адсорбционного взаимодействия, вязкого сопротивления; в третьих, в том случае, когда масса дисперсного материала содержит вяжущие составляющие, способные давать новообразования, - это также конденсационные силы межмолекулярного и межатомного порядка, складывающиеся при коллоидации и кристаллизации новообразований. Необходимо отметить, что роль вышеназванных сил сводится не только к структурообразованию, но и к сохранению свойств достигнутой структуры. Прочность гранул искусственного заполнителя обеспечивается наличием структурных связей, определяемых действием прежде всего капиллярно-адсорбционных, межмолекулярных сил и сил химической связи.

Таблица 1

__Сухая смесь, модель статического состояния

Реализуемые силы Модели (схемы) действия сил Тип сил и V 3 £ У Е л 3" я 6 X ф 8 X Я X се

1) сила тяжести; Схема сил трения к тяжести, действующих на частицу в состоянии покоя

2) сухого внутреннего трения;

3)снла механического зацепления; Схема действия сил механического зацепления

4) электростатические силы; Р <п л «-•-в «• г, Й V Схема действия электростатических сил ¥1, Р2 - шла взаимодействия зарядов; ЯьЯя- величина зарядов; г - расстояние между зарядами.

5) межмолекулярные силы. ф Схема взаимодействия поверхностных молекулярных полей двух твёрдых частичек 1 - поверхностное молекулярное поле твёрдой частички: 2 - участки взаимодействия молекулярных силовых лолей соприкасающихся частиц

Таблица 2

Увлажнённая смесь техногенного карбоната кальция различной степени

дисперсности и цемента, модель статического состояния

Дополнительно реализуемые силы Модели (схемы) действия сил Тип сил

6) Капиллярно-адсорбционные силы X*» Различные зиды капиллярной влаги в слое сыпучего материала: а - капиллярно разобщённое состояние; б - ханатное состояние (1 - защемлённая вода, 2 - защемлённый воздух) Внутренние межчастичные силы

7) Силы физической и химической связи, возникающие в процессе гидратации вяжущего вещества Химические связи - Ионная (-102 кДж/моль) - Ковалентная полярная (~102 кДж/моль) Межмолекулярные взаимодействия - Силы Ван-дер-Ваальса (-0,1-1 кДж/моль) - Водородные 10-50 кДж/моль)

Таблица 3

Увлажненная смесь техногенного карбоната кальция различной степени дисперсности и цемента, модель динамического состояния

Дополнительно реализуемые силы

Модели (схемы) действия сил

8) Сила тяжести

9)Сила трения

10) Центробежная сила

Схема действия сил на комочек, находящийся на тарели гранулятора

а - вид сверху; б - вид сбоку А - комочек. Ftp - сила трения, G -сила тяжести, F4 - центробежная сила, (J - угол наклона к горизонту

Система движущих структурообразующих сил образует факторное пространство технологии получения искусственного заполнителя (табл. 4)

Таблица 4

Факторы технологической реализации движущих структурообразующих сил

к Технологический Передел Структурообразующие силы Регулируемые технологические факторы

О) Сушка Капиллярные Содержание влаги В, %

S X ч о Подготовка компонентов Помол Механического зацеплении, внутреннего трении, капиллярные, межмолекулнр-ные Удельная площадь поверхности техногенных отходов 5>л, смг/г

то m О С— о X X си 3 г о Приготовление смеси Силы физической и химической связи при гидратации вяжущего вещества, капиллярно-адсорбционные, механического зацеплении, внутреннего трения, межмолекулярные. Соотношение техногенные отходы/цемент О/Ц

'5 - Механического зацепления, внутреннего трения Соотношение

>> * Капиллярно-адсорбционные техногенные отходы/цемент 0/Ц, удельная площадь поверхности Sy.iv см2/г, содержание влаги В, %.

X к X Гранулирование 5 и &6 Силы физической и химической связи при гидратации вяжущего вещества, межмолекулнрные силы

о ч о X X ш н о в я 5 II 3 СО Сила тяжести Центробежная сила Сила трения Масса гранул на тарели гп, г, угловая скорость вращения тарели со, об/мик, угол наклона тарели к горизонту а,'.

Тепловлажностная обработка заполнителя Силы влаго и массоаереноса, капиллярно-адсорбционные силы, силы физиче- вяжущего вещества. Режим тепловой обработки по времени т, ч и температуре 1 С.

Идентификационные характеристики конверсионного карбоната

кальций

Рентгенофазовый анализ показывает, что конверсионный карбонат кальция представлен в виде минерала кальцита (рис. 1)

16 000 15 000 14000 13000 12 000 11 ООО

I ю сот ? гооо

= 7 005 б 000 50СС-40С0 3000 2 000

па

-типл ш

Л1'.,

А-'ч /ч

т

_к»_Ы_М.

Рис. 1. Дифрактограмма конверсионного карбоната кальция

...................................Ш/

| 360 'С |

.........-^-х......

\

..............V

\

Рис. 2. Микрофотография конверсионного карбоната кальция(хЗОО)

п Е1ал даНол йаЫп = 1292

Рис. 4. Дериватограмма конверсионного карбоната кальция. ОТв — дифференциальная кривая термогравиметрии. Т — кривая

температуры, ВТ А - кривая дифференци- Рчс- 3- Форма частиц конверсионного ально-термического анализа, ТС - кривая карбоната кальция гермограви метрии

При этом частицы карбоната кальция представлены в виде микрокристаллических сростков (рис. 2) оолитоподобной формы (рис. 3).

11

Методы химического анализа указывают на наличие в составе конверсионного карбоната кальция портландита и нитрата аммония (СаС03 — 86 %, МН4Ы03 -3,66 %, Са(ОН)2 - 2 %), что подтверждается результатами дифференциально-термического анализа (рис. 4)

Близость параметров решётки кальцита и продуктов гидратации цемента обеспечивает образование прочных контактов на границе кристаллов, при этом возможно не только физическое, но и физико-химическое взаимодействие.

Насыпная плотность конверсионного карбоната кальция 1160 г/см3, истинная 2530 г/см3. Общая пористость составила 54 %. Влажность конверсионного карбоната кальция 6-9 %.

Удельная площадь поверхности, определённая на ПСХ-8, составляет 560 см2/г.

Гранулометрический состав карбоната кальция, определённый седиментаци-онным анализом, представлен в табл. 5.

Таблица 5

Гранулометрический состав техногенного карбоната кальция (седиментационный анализ)

5уД, см /г Размер частиц в мкм и их содержание в %.

0-8 8-12 12-16 16-20 20-24 24-32 32-64 64-100

560 16,5 0 0 0 2,4 10,6 37,7 32,9

Конверсионный карбонат кальция представлен тонкодисперсным порошком со средним размером зерна ~60 мкм, одномодалькой гранулометрии.

По гранулометрическому составу техногенный карбонат кальция можно отнести к мелким наполнителям (ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия).

Оценка комкуемости карбонаткальциевых отходов

Для оценки комкуемости сырьевых смесей с использованием конверсионного карбоната кальция находили характеристические влагоёмкости на кривых зависимостей плотности свободно уложенной дисперсной системы от водотвёрдого отношения.

По результатам определения величин характеристических влагоемкостей (ММВ — максимальная молекулярная влагоёмкость, МКВ - максимальная капиллярная влагоемкость) вычисляли коэффициенты комкуемости (Кк) карбонаткальциевых отходов различной удельной площади поверхности и цемента класса ЦЕМ 42,5 НI (табл. 6).

Из таблицы следует, что техногенный карбонат кальция, отобранные с линии или из отвалов не комкуются, средней комкуемостью обладают отходы дисперсностью 3500-4000 см2/г, но наилучшей комкуемостью обладают отходы удельной площади поверхности -5000 см2/г. При этом дальнейший помол с целью улучшения комкуемости не является целесообразным.

Графически зависимость между дисперсностью карбонаткальциевых отходов и относительным коэффициентом комкуемости отражена на рис. 5.

Величины характеристических влагоемкостей и коэффициентов

Таблица <

Наименование показателя Карбонаткалъциевые отходы дисперсности S№ см2/г Цемент марки ЦЕМ 42,5 Н I дисперсностью см2/г

560 2500 3000 4000 5000 6000 2500

ММВ 4 6 6 8 8 8 6

МКВ 32 32 28 28 20 22 32

Кк 0,14 0,23 0,27 0,4 0,67 0,57 0,23

Кслффшцвовп кои vyt.'iji'in К,

III ;j] 1JI у ¡г: у ¡¡;;;i jj г ;|ггз s;j iiiiiili- Ш

ЖвКйеЗШжда

| вжжяннНВ Яп ШВЕИеИЕГЗНЖЕ::" ' "гЩВЯ

[ 6С -! 50 -

ЯввигаЭИ

Косвенным критерием ком-куемости шихты выступал выход гранул (Вг) - численное отношение окомкованных гранул (0!г) к неокомкованной шихте (<3НШ):

(1)

Экспериментально полученная зависимость графически представлена на рис. 5.

Из этого следует, что технологически обосновано применять при получении искусственного заполнителя конверсионный карбонат кальция дисперсности не ниже 3500-4000 см2/г. При этом процесс гранулирования будет протекать с достаточно высокой скоростью, количество неокомкованной сырьевой смеси будет минимальным.

ЯН»

!" 'п" ■ т......

500 1500 2500 3500 «00 5500 6500 Удвл^етя нлощадьиос&яоа^сстаЗ^д. оч2/г

Рис. 5. Зависимость выхода гранул Вг от дисперсности карбонаткальциевых отходов

.2/,

Исследование и оптимизация составов цементно-карбонаткалыциевых смесей при комнаэтирозании прессованием (на модельных системах) В качестве основных факторов, влияющих на прочность композитов, приняты: содержание цемента Ц, воды В, дисперсность конверсионного карбоната кальция Д.

Эти факторы кодированы соответственно как Х\ %; Х2, %; Х3, см2/г (табл.

7).

Верхняя граница содержания вяжущего вещества — портландцемента, в сырьевых смесях, содержащих конверсионный карбонат кальция, была назначена 40 % с тем, чтобы прогнозируемый оптимум располагался в середине полученного интервала. Нижнюю границу назначали из минимально возможного содержания цемента - 10 %. Границы содержания воды, назначали исходя из условий обеспечения процесса гранулирования, который устойчиво протекает в границах влажности сырьевой смеси 6-12 %. Границы степени дисперсности назначали от исходного состояния конверсионного карбоната кальция (560 см2/г) до максимально достижимого в лаборатовных условиях (7000 см2/г).

13

Таблица 7

Уровни варьирования исследуемых факторов__

Уровни изучаемых факторов в кодовой записи Факторы и их обозначения

Содержание цемента, % Содержание воды,% Дисперсность, см /г

X, Х2 Хз

х1™ (+1) 40 12 6000

хти (0) 25 9 3750

х,пах (-1) 10 6 1500

+ а 46.21 13,242 6931

- а 3,79 4,758 560

Для определения оптимального состава сырьевой смеси был поставлен трехфакторный оптимизационный эксперимент с возможностью оптимизации по прочности на сжатие образцов цилиндров размерами dy.li — 30x30 мм.

Для корреляции прочности образцов-цилиндров с прочностью гранул было найдено такое прессовое давление (80 МПа), которое обеспечивает получение образцов-цилиндров такой же средней плотности, как и гранул (рис. 6). То есть можно говорить о сопоставимости прессового давления с нагрузками, испытываемыми гранулами на тарели гранулятора при окомковании. Обоснованность проведения эксперимента на модельных системах объясняется высокой чувствительностью процесса грануляции к внешним воздействиям, что затрудняет однозначное определение меры влияния исследуемых факторов.

Поставленную оптимизационную задачу решали по критерию «минимум расхода цемента» при ограничении ^«>7 МПа (условие обеспечения дробимо-сти <34 % и марки по дробимости >300).

По результатам проведенных экспериментов и их математической обработки получены полиномиальные модели показателя предела прочности при сжатии (Ясж, МПа) и плотности (р,„,кг/'м3) композита:

=11,82 +7,66X1+ 1,8Х2+ 2.95Х, +

+3,04ХГ-2,3 7Х{-2,05Х32-

-1,35ХГ Х2 --3.23Х,-X,; (!)

р„, =210П+30Х,+4ОХ:+30Хи (3)

к

С-

10

' 10 30 50 70 90 110 130

Давление прессовашм. МПа

Рис. 6. Зависимость средней плотности образцов-цилиндров от давления прессования

По уравнениям регрессии построены поверхности отклика целевой функции - предела прочности при сжатии в заданных границах значений параметров состава сырьевой смеси (рис. 7).

Содержание цемента Ц=10 % Содержание цемента Ц -25 % Содержание цемента Ц=40 %

Рис. 7. Поверхности отклика, отражающие зависимость показателя предела прочности мри сжатии от параметров состава сырьевой смеси при фиксированном значении цемен та

Комплексный анализ полученных данных показывает, что на величину предела прочности при сжатии непосредственно после формования в наибольшей мере влияет фактор Х[ (содержание цемента).

Влияние фактора Х2 (содержание воды) увеличивает прочность композита. Это соотносится с реализуемыми только при этом факторе структурообразующими силами: капиллярно-адсорбционными, межмолекулярными и межатомными, возникающими при гидратации цемента. Об этом свидетельствует коэффициент совместного влияния факторов содержания цемента и воды, представленный в полиномиальной модели. Так как после прессования образцы подвергались те-пловлажностной обработке, при которой происходило замещение капиллярно-адсорбционных сил на межмолекулярные и межатомные силы, связанные с твердением цемента, в модели отсутствует коэффициент совлияния факторов содержания воды и удельной площади поверхности. При этом существует оптимум на поверхности отклика а) при содержании цемента 10 %, свидетельствующий о достижении при заданном прессовом давлении такой упаковки частиц, что дополнительно вводимая влага в композите приобретает форму рыхлосвязанной воды (величина капиллярно-адсорбционных сил при этом уменьшается) с некоторой раздвижкой частиц.

Увеличение фактора Х-, (диеперность) оказывает положительное влияние при достаточном для образования кристаллизационных контактов количестве вяжущего. В противном случае, когда вяжущего недостаточно для связывания частиц карбоната кальция в единый конгломерат, происходит снижение прочности. Совлияние факторов дисперсности и содержания цемента отражено в модели, но первичный синтез прочности осуществляется именно капиллярно-адсорбционными силами, способствующими уплотнению и увеличению числа контактов. Отсутствие коэффициента совлияния факторов дисперсности и содержания воды также вызвано тепловлажностной обработкой.

Для сопоставления данных предела прочности при сжатии с маркой по дро-

бимости гравия была получена корреляционная зависимость (рис. 8), согласно которой марке по дробимости 300 искусственного гравия соответствует предел прочности при сжатии образцов-цилиндров 7 МПа.

40 ..........................................„....................................................................Поверхности отклика с

прочности при сжатии Лсж=7,2 МПа, соответствующее марке по дробимости искусственного гравия 300.

Таким образом, в результате активного планирования эксперимента был определён состав сырьевой смеси, обеспечивающий получение искусственного заполнителя при минимальном расходе цемента, при достигнутой марке по дробимости 300 и водостойкости В1.

Расход компонентов сырьевой смеси на 1 м3 искусственного заполнителя в форме гравия, соответствующий марке по дробимости 300: цемента — 110 кг, конверсионного карбоната кальция дисперсностью 3750 см2/г - 990 кг, воды -110 л.

10

о 5 10 15 20 25

Предел прочности при сжатии цилиндров, МПа

Рис. 8. Соотносимость прочности при сжатии образцов-цилиндров и дробимости гранул искусственного заполнителя

минимальным содержанием цемента 10 % (Х|=-1. рис. 7) соответствует максимум при Х2=0, Х3=0.

Подставляя кодированные значения в полиномиальную модель получим значение предела

Исследование и оптимизация условий получения искусственного заполнителя при комяактированик гранулированием На данном этапе исследований выявляли меру внешнего энергетического воздействия, обусловленную аппаратными характеристиками и выраженную через параметры режимов гранулирования.

Помимо действия внутренних сил формирования гранул определённое значение имеет действие сил соударения. Уплотнение гранул при гранулировании происходит при ударе о борт тарели и при соударениях между собой. Сила удара определяется действием силы тяжести, трения и центробежной силы; масса гранул на тарели ш определяет количество соударений между гранулами. В соответствии с этим, в качестве варьируемых факторов приняты частота вращения тарели о), угол наклона тарели к горизонту а, масса гранул на тарели т.

Границы исследуемых факторов назначены исходя из обеспечения условий устойчивого протекания процесса гранулирования.

Эти факторы для режимов грануляции кодированы соответственно как Х\, об/мин; Хъ, кг (табл. 8).

Таблица 8

Уровни варьирования исследуемых факторов_

Уровни изучаемых факторов в кодовой записи Факторы и их обозначения

Частота вращения тарели. об/мин Угол наклона тарели, 0 Масса гранул на тарели, кг

X, X, X,

х"ш (+1) 20 60 1,5

х™х (0) 15 52,5 1,0

х,и* (-1) 10 45 0,5

+ а 22,07 63,1 1,71

- а 7,93 41,9 0,29

Рассмотрена оптимизационная задача по обеспечению критерия минимальной дробимости (максимальной удельной работы разрушения) при ограничении на показатель выхода гранул не ниже 85-90 %.

Постановка исследований осуществлялась на стендовом тарельчатом грану-ляторе, подобном промышленному технологическому гранулятору (рис. 9).

По результатам проведенных экспериментов и их математической обработки

получены полиномиальные модели показателя дробимости (Др, %) совокупности зёрен заполнителя, удельной работы разрушения зёрен заполнителя (Ауд, кДж/см3) и плотности зёрен заполнителя (р,„ кг/м1): =26.30+0,77ХГ1,32ХV

-1,26Х/ +1,91Х/+ +1,24 X,- Х2 +2.47Х,-Х3+1,01ХГ Х3; (4)

Ауд =55,28+8,27Х,+4,85Хг

-10,2 IX/2 +10,5 ЗХ22 -

-8,87X,-Хз-13,27Х2-Х3; (5) По уравнениям регрессии построены поверхности отклика целевой функции по показателю дробимости (рис. 10).

На величину дробимости получаемого искусственного заполнителя в наибольшей мере влияет фактор Х3 (масса гранул на тарели). Чем больше масса гранул на тарели, тем больше соударений испытывает каждая гранула. Экспериментально показано, что увеличение массы гранул на тарели в выбранном интервале сопровождается уменьшением показателя дробимости.

Изменение фактора Х2 (скорость вращения тарели) оказывается незначимым в выбранных интервалах, так как в режиме «переката» превышение заданной начальной частоты вращения тарели (10 об/мин) приводит к проскальзыванию гранул по тарели гранулятора и уменьшению величины соударений.

Увеличение угла наклона (фактор Х|) сопровождается уменьшением дробимости в выбранных интервалах. Сила тяжести посредством изменения угла наклона тарели определяет величину приобретаемой потенциальной энергии грану-

Рис. 9. Стендовый тарельчатый транслятор

лы при подъёме на тарели грануляторе и, следовательно, кинетическую энергию, реализуемую при ударе.

Масса гранул Масса гранул Масса гранул

т=0 5 кт ш=1.0 кг т=1.5 кг

Рис. 10. Поверхности функции отклика для показателя дробимости при фиксированной массе гранул на тарели

Определено рациональное сочетание факторов, обеспечивающих получение наименьшей дробимости и выходу гранул не ниже 85-90 %: а=52,5°, со^15 об/мин. т=1,8 кг.

Установлено, что полученному при таком режиме гранулирования искусственному заполнителю соответствует марка по дробимости 300 и марка по водостойкости В1.

45 о

3 Ч

Комплексная оценка физико-механических свойств искусственного заполнителя

На оптимальных составах сырьевых смесей и при рациональных режимах гранулирования получен искусственный заполнитель марок по дробимости 300.

400, 600. фракций 5-10, 10-15, 15-20. При этом наиболее плотные и прочные гранулы образуются в пределах фракции 10-20 (рис.11), поэтому рационально производить заполнитель фракции 10-20 для достижения максимальной прочности.

Для заполнителя марки по дробимости 300 фракции 10-20 производилось исследование структуры методами рентгенофазового (рис.12) и дифференциально-термического анализа (рис.13), оптической микроскопии (рис. 14). Установлено, что фазовый состав матрицы гранул типичен для цементного камня, а состав включений представлен конверсионным карбонатом кальция техногенного отхода.

40 38 36 34

Чр

32 | 30

5 28

о

§26 24 22 20

5 10 15 20 25 30

Размер зёрен искусственного заполнителя. мм

Рис. 1 !. Зависимость изменения дробимости и удельной работы разрушения от размера зерен заполнителя

шэ ВДШ ; \т \ ж; ж т Тз^паш*? Ш щ>

.....Л -

а

О 21 22 22 24 25 28 27 2! Я 30 31 32 33 34 35 30 37 33 30 <0 41 42 43 44 45 46 47 4! 49 50 51 52 53 54 55 50 57 53 '.Ч С 01 52 93 04 08 сО 07 04 09 70 7» 72 73 74 Г5 70 77 ?а 78 30

Рис. 12. Дифрактограмма искусственного заполнителя

При этом в структуре гранул объём матричного материала в виде гидратированного цемента составляет ^,„=8-10 %, объём включений карбоната кальция в композите -У„= 75-80 %, объём поровых включений в композите - 12-16 %.

Определены свойства и предложена номенклатура гравия (табл. 9).

Предложен способ обработки поверхности заполнителя битумом, с последующим опудриванием конверсионным карбонатом кальция или обсыпкой кварцевым песком. Опудри-вание или обсыпка с одной стороны улучшают сыпучесть заполнителя, с другой стороны - увеличивается предельное напряжение сдвига при использовании за-

Рис. 13. Дериватограмма искусственного заполнителя, ЭТО — дифференциальная кривая термогравиметрии, Т — кривая температуры, ЭТА -кривая дифференциально-термического анализа, ТО — кривая термогравиметрии

Рис. 14. Макрострук венного заполнителя 300, при увеличении ственно

тура гранул нскусст-марки но дробнмосгн 10 и 300 крат соответ-

m r• H tt Íí » В Я в я а 9 Я <V я « а в . К О я sa в -, в в ■ g-1е g S с- sS" ez в ° п a »O e U о -t ао 1 и о о -т S .. л а с л s H M в " s s S * Я п к в В « £ в и Ü II ц ¡i ц 2 «Г w а 31 S-c г s •г. 1 W-J м' 31 • u •и о -t ce в о о -t 2 Së 11 S ¡i "U a m a « £ в S e u и 2 Si 5 5 и a S * в в S о з> s Q. g. 3 С V в « s о о « LT а- S V. ^ -г к а 5 s fí i s п ш £• в ■л о s 1 ? ^ È S ■ g s ? Я ? "V t ' О a « ï a g- Й B 1 s 5 я ~ Л о г '•A к 3s £ я 2 ,S §•1 si Si R w ft. со a £ л 1r. 9t ri T a a о о T ¿ s a. а а H s а Л t-¡ « H « a u. ® U! о С-»Л в) 3 в в ï 1= S* Л м я И а. « <4 а M Й с tr. и л ô » 2 ** о •Л Ov »-Г ö -т so s3 ? 3 V _ а* es fi b" а ^ gi — V S ° "1 о ~ fi s S s а о a и 2 а <v Л а. 2 О И о <с С. g ó s Cm В а п ж я За н 1 3 г il iE 2 «e s: а в о я о. i « « а 2 0 S is а s *r, ST CO 1 а . О к u¡ и С Ç »S S3 £ 3 s - si' mm 0 -t a 00 s ¿ Ь"» a 2 a 0 II 1 s Л л и H 2 " л A a. 2 in в И <% с- г- «•о b 90 О О *r 2 .. «a * w S s S 2 s 3 n « ^ a w a « fi В À a и 0 g г I« S ái ^ В Й В в О s г 3 % " i 3 * S 'X. 1 'ú в M 1 Я rí H в ä 0 0 NO

¿ я . о «в » ¿ fe « a w S « ™ Ь ь ä Ï ■ ÍT я ai S-Зй SS-sSH 5 г § 1 в -- ■ эо -f г- ■n -r -t oe V

¿ ¿ S H <" ш я С «<• = н-2 ■ р.З;? ,1 ! « - а- 8 2 « § ^ 3* е Я о 1 В Œ S- о ri ГО 00 N "Í •r. oe^ »o » гч N ■rT

н. S g. J-С ЗаяД ь я а U £1 г-г« »n 9ч о fi "1 о 25 -T

■ .i -р 'О H *N as j- иг" •т «г» ГО о' « M м' r-« о о »o \С> о" п N r» fi M

• ¿ g ¿л * I s s j & 2 g sei vo •»Í t -г О о м' 00 >0 N •О ce 0 0 fi

о £• « o Í « * f- С л г g- и > f. сч ОС f- сГ Vi в*' »n w, ev' V/ оС 09 n CO «V

■ e о J д S SÍ; Н в с, u ^ И 4. « rí гч N ГЦ гч" M fí я r-í"

■ И m В О í 5 £ S 1 В Я чо о \r, о Г- е r- о чо

■ я « a rí о я S Сы 9 S в S 0 а о S 7. S-ш 7 а ■= s 5 г. о s с s ~ = я 1 * e а о 32 О.- 2 а s « I « i-е.-©-^ о « о 2 S 5 1 s С g к-'S M "1 о 2. Р. а в * » я ~ И? « ю « -в-2 2 о « в О в Я « £ g g ь « 2-й о «в S о о. t-i <e о й„ a 'О « s=rä я 2 ? S в И ^ S S ■ w ï Mi 5 Я § " 3 » ^ « £* a, — « « u « a ^ = ô S в ^ с. п « в «в 2 5 = °J3 Я в а S 5 м V » « ® п ? 1 S ^ s S u в в g 5 в Ч « ш H 3 и L- <¿ в о U S а в г 2 2î ¿ о 'в й ñ а. « а п л« 0 a 0 a ^ 0 a.— 5 я «-. в s S CD S 0 « 0 3 в S S s С s У <0 s-g. в ^ 0 в я и & «* m s а Щ р. I« 2 в в V со с 1

полнителя в слоях дорожной одежды. Показана возможность повышения прочности гранул за счёт поверхностной обработки битумной мастикой, что объясняется формированием в приповерхностном объёме структуры полимерминерального типа. Вследствие кольматации пор материала гранул и образования органомине-ральных адсорбционных сил структурных связей происходит упрочнение материала и образование своего рода «обоймы» у гранул.

Прикладные решения по результатам работы

Разработана технологическая схема получения искусственного заполнителя гранулированием. Получена опытная партия искусственного заполнителя в форме

гравия марок по дробимости 300, 400, 600; фракции 5-10, 10-20 мм.; с обработкой поверхности битумом, с последующим опудриванием конверсионным карбонатом

кальция, а также с обсыпкой кварцевым песком. Подготовлен «Технологический регламент по получению искусственного заполнителя на основе карбонаткальци-евых отходов производства нитроаммофоски» (проект) и передан на Россошанский комбинат ОАО «МИНУДОБРЕНИЯ».

На основе разработанных предложений к технологическому регламенту предложен вариант компоновки технологической линии по производству искусственного заполнителя мощностью 120 тыс. мЗ в год. Предложены решения по использованию искусственного заполнителя - для основания и дополнительных слоев основания дорог IV-V категории и переданы в Воронежский филиал ФГУП «РОСДОРНИИ».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Конверсионный (техногенный) карбонат кальция может утилизироваться в качестве эффективного компонента при получении искусственного заполнителя в форме гравия. В смеси с цементом механоактивированный техногенный карбонат кальция обеспечивает получение структуры гранул со средней плотностью 2,02,2 г/см3 и маркой по дробимости не ниже 300-400.

2. Осуществлено комплексное исследование химического, минералогического, гранулометрического состава и свойств техногенного (конверсионного) карбоната кальция. Исследован показатель комкуемости конверсионного карбоната кальция в зависимости от степени его дисперсности. Установлено, что наилучшая комкуемость достигается при дисперсности не ниже 3500-4000 см2/г, обеспечивая при этом выход гранул не менее 85-90 %.

3. На основании исследований модельных систем, в которых компактирова-ние частиц смесей осуществлялось прессованием, определены оптимальные составы сырьевых смесей для получения искусственного заполнителя средней плотности 2,0-2,2 г/см3 марки по дробимости не ниже 300. Оптимальные составы отвечают содержанию цемента 10 %, содержанию влаги 10 % при дисперсности конверсионного карбоната кальция 3750 см2/г.

4. Исследованы и предложены режимы работы стендового гранулятора, обеспечивающие устойчивое протекание процесса гранулирования и получение плотных и прочных гранул с выходом их не менее 85-90 %.

Установлены рациональные параметры режима гранулирования: угол наклона тарели а - 52,5°, скорость вращения тарели со — 10 об/мин, заполнение тарели гранулируемым материалом — 0,32 %.

5. Выполнена комплексная оценка свойств искусственного заполнителя по показателям плотности, удельной работы разрушения, дробимости в связи с его фракционным составом. Показано, что целесообразно получение фракций 10-15, 15-20 как обладающих наименьшей дробимостью.

Предложена номенклатура гравия, включающая его разновидности: по фракционному составу - 5-10, 10-15, 15-20 мм; по марке по дробимости — 300, 400; по характеру обработки поверхности - без обработки, с обработкой битумом, с последующим опудриванием конверсионным карбонатом кальция или обсыпкой кварцевым песком

6. Практическое применение разновидностей искусственного гравия ориентировано на использование в качестве заполнителя для бетонов, в качестве смесей заполнителей для устройства дорожного полотна.

При использовании искусственного гравия в качестве заполнителя получены образцы бетона класса по прочности В 12,5.

На основании полученных характеристик искусственный заполнитель в форме гравия может рекомендоваться к применению при возведении дорог IV-V категории - дороги местного значения, подъездные дороги общей сети с интенсивностью движения до 200 авт/сут при максимальной осевой нагрузке 6т. В связи с этим предложены варианты конструкции дорожного полотна с использованием искусственного заполнителя в форме гравия в основании и дополнительных слоях основания. С учётом годового производства 240 тыс. м3 возможно возведение дорог IV категории общей протяженностью до 130 км или дорог V категории протяжённостью до 175 км.

7. Предложен проект технологического регламента производства искусственного заполнителя на основе утилизации конверсионного (техногенного) карбоната кальция. Разработана компоновка технологической линии мощностью 120 тыс. м3 в год. Производственный комплекс, включающий две линии по получению искусственного заполнителя общим объёмом до 240 тыс. м3 в год, предложено предусмотреть в составе Россошанского комбината минеральных удобрений. Это позволит утилизировать практически полный годовой объём отходов.

8. Разработанное решение по утилизации конверсионного карбоната кальция при получении искусственного заполнителя может способствовать экономии материальных, энергетических и трудовых ресурсов и улучшению экологической обстановки в регионе. Расчётные технико-экономические показатели: себестоимость 1 м3 заполнителя - 570-580 р., капиталовложения 173454,2 тыс. р., рентабельность до 20 %, относительное удорожание производства 1 т аммофоски — 0,7 %, снижение суммы налога с предприятия за загрязнение окружающей среды около 300 млн. р. в год.

Результаты диссертации опубликованы в работах:

Статьи в рецензируемых журналах:

1. Черных, Д. И. Оценка комкуемости карбонаткальциевых отходов при обосновании технологии их гранулирования в искусственный гравий / Д. И. Черных, Е.М. Чернышев, Д. В. Орешкин // Вестник МГСУ - Москва, 2012 - № 11. - С.

2. Черных, Д. И. Композиты на основе утилизации техногенного (конверсионного) карбоната кальция. Модели и возможные механизмы структурообразова-ния / Д.И. Черных, Е.М. Чернышев, Н.Д. Потамошнева // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. - 2014 . - № 3 (35). -с.38.

3. Черных, Д. И. Оптимизация технологических режимов производства искусственного заполнителя на основе утилизации техногенного (конверсионного) карбоната кальция / Д.И. Черных, Е.М. Чернышов, Н.Д. Потамошнева // Научный вестник Воронеж, гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. - 2014 . -

1. Черных, Д. И. Получение искусственного фавия с использованием карбонаткальциевых отходов производства нитроаммофоски / Д.И. Черных, Е.М. Чернышов, Н.Д. Потамошнева, II Научные исследования наносистемы и ресурсосберегающие технологии в сгройиндустрии: Сб. докл. Междунар. науч.-практич. конф,- Ч.2.-Белгород: Изд-во БГТУ им. Шухова В.Г., 2007. - С.304-307.

2. Черных, Д. И. Идентификация факторов технологии получения искусственного заполнителя окомкованием мелкодисперсных карбонаткальциевых отходов. / Д.И. Черных, Е.М. Чернышов, Н.Д. Потамошнева // Вестник Центрального регионального отделения РААСН. - Воронеж: 2011. - Вып. 10. - С. 106 - 113.

3. Черных, Д.И. Разработка методики оценки прочности искусственного гравия / Д.И. Черных // Механика разрушения бетона, железобетона и других строительных материалов: Сборник статей по материалам 7-й международной научной конференции.-Воронеж 2013.-Том 2.-С.124- 128.

4. Черных, Д.И. Оптимизация факторов технологии искусственного заполнителя, получаемого на основе карбонаткальциевых отходов производства нитроаммофоски / Д.И. Черных // - Одесса, 2013 - С.141-143.

177-180.

№ 3 (35). -с.51.

Отраслевые издания и материалы конференций:

Подп. в печать 21.10.2014 г. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 416

Отпечатано: отдел оперативной полиграфии издательства учебной литературы и учебно-

методических пособий Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84.