автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Технология модифицированной черепицы методом прокатки

УДК 666.368

На правах рукописи

СУЛТАНАЕВ КЕНЖЕБАЙ ТУЛЕНОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ЧЕРЕПИЦЫ МЕТОДОМ

ПРОКАТКИ

05.17.11 - Технология силикатных, тугоплавких и неметаллических

материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алматы 2004

Работа выполнена в Таразском государственном университете имени М.Х. Дулати.

Научный консультант:

академик НАН РК, доктор технических наук, профессор Сулейменов Ж.Т.

Научный руководитель:

доктор технических наук Сагындыков А.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сайбулатов С.Ж.

кандидат технических наук Айтжанова Т.К.

Ведущая организация: Южно-Казахстанский государственный университет имени М. Ауэзова

Защита состоится «11» июня 2004 года в 1400 часов на заседании объединённого диссертациониого совета ДО 14.03.01 в Научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов (ТОО «НИИстромпроект») по адресу: 480057, г.Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6, к.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского и проектного института строительных материалов (ТОО «НИИстромпроект») по адресу: 480057, г. Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6.

311.

Автореферат разослан

мая 2004 года.

Учёный секретарь диссертационного совета

Дё И.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность: Проблема охраны окружающей среды, обезвреживания промышленных отходов, рационального использования природных ресурсов и отходов промышленности в производстве строительных материалов является одной из актуальных. Это связано с необходимостью улучшения экологической обстановки и повышения эффективности производства, с дефицитом отдельных сырьевых материалов, которые могут быть заменены промышленными отходами.

В результате деятельности промышленных предприятий в Республике Казахстан образовалось более 20 млрд. т различных отходов в виде шлаков, зол, вскрышных пород, стеклобоя и т.д., которые влияют на окружающую среду, занимают плодородные земли, но в то же время являются ценным для производства строительных материалов, в частности керамических материалов, сырьем, способствующим экономии энергетических и материальных ресурсов.

В настоящее время Республика Казахстан испытывает дефицит в современных кровельных материалах. Применение широко распространенных кровельных асбестоцементных листов, по данным ученых, небезопасно с экологической точки зрения за счет выделения вредных микрочастиц в окружающую среду. Производство керамической черепицы сдерживается из-за отсутствия технологии и запасов качественного сырья, то есть высокопластичных глин. Поэтому актуальна разработка научно-обоснованной высокоэффективной ресурсо- и энергосберегающей технологии керамической черепицы путем наиболее рационального использования боя кирпича, стеклобоя и различных добавок.

Работа выполнена в соответствии с фундаментальными исследованиями /Ф.0302 «Физико-химические основы глубокой переработки фосфоритов, природных солей и вторичного сырья нефтегазовой и химической промышленности на средства химизащш сельского хозяйства, композиционные материалы и неорганические соединения» по отделению химико-технологических наук (2003-2005 гг.) и научно-техническими программами HAH PK (1995-2005 гг.) по комплексному использованию минерального сырья.

Цель работы:

Исследование физико-химических процессов при обжиге керамических композиций на основе боя кирпича и связки из глинистого сырья с модифицирующими добавками и разработка составов, технологии глазурованной и неглазурованной керамической черепицы методом прокатки.

Основные задачи работы:

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

исследованы физико-химические процессы фазообразования и структурообразования в керамических композициях на основе боя кирпича (сырца и обожженного), оптимизировано количественное соотношение различных фракций боя в шихте;

- установлены параметры фазообразования, структурообразования в керамических композициях тугоплавкая глина — стеклобой, стеклобой -щелочная добавка;

- разработаны технологические параметры прессования керамических масс методом прокатки;

- разработаны составы нефриттованных, фриттованных глазурей на основе отходов промышленности для покрытия керамической черепицы;

- разработаны технологические параметры производства керамической черепицы и проведены опытно - промышленные испытания.

Научная новизна:

- установлены особенности жидкостного спекания, фазообразования и структурообразования керамических композиций на основе гранул боя кирпича и керамических связок из тонкомолотых глин и стеклобоя, суглинка, бентонитовой глины и щелочной добавки. Выявлено, что в контактной зоне гранулы кирпича — связка образуется низковязкая жидкая фаза и кристаллические фазы анортит, кварц, которые смачиваются расплавом и обеспечивают высокие физико-механические свойства черепицы;

- выявлено взаимодействие глинистых связующих с добавками жидкого стекла, фтористого натрия и триполифосфата натрия. Установлены энергия активации, константы скорости спекания в зависимости от количества добавок и температуры обжига: энергия активации снижается на 40-45 %, скорость процесса возрастает на 20-30 %, температура начала спекания снижается на 50100 °С;

- установлено влияние химического состава на растекание, глушение и кристаллизационные свойства фриттованных и нефриттованных глазурей в системе ШгО-СаО-АГгОз-РегОз-ВгОз-БЮг. Мелкокристаллическая структура образуется при содержании Ре203 в количестве 10-15 %, а высокие физико-механические свойства глазури обеспечиваются за счёт образования высокотемпературных фаз гематита и анортита;

- показано, что на процесс формования черепицы оказывают влияние влажность, расход связующего и скорость прокатки. Увеличение влажности смеси более 10 % приводит к увеличению упругого взаимодействия при формовке. Установлены зависимости коэффициента уплотнения от скорости прокатки.

Практическое значение работы:

Разработана научно-обоснованная энерго- и ресурсосберегающая технология производства керамической черепицы на основе необожженного и обожженного боя кирпича.

Разработаны технологические параметры бездефектного формования керамической черепицы на установке полусухого прессования методом прокатки.

Проведены опытно-полупромышленные испытания разработанных составов в условиях АО «Ак-Юршш АБА» (с. Аса Жамбылской области) и АО «Жамбыл гипс» (г.Тараз) с выпуском партии керамической черепицы в объеме 1000 м2.

Разработан технологический регламент на производство керамической черепицы на основе боя кирпича, рекомендации по приёмке и технико-экономическое обоснование проекта цеха мощностью 30000 м2 в год в г. Тараз.

Положения, выносимые на защиту:

особенности жидкостного спекания, фазообразования и структурообразования керамических композиций на основе гранул боя кирпича и керамических связок из тонкомолотых глин и стеклобоя, суглинка -бентонитовой глины - щелочной добавки;

взаимодействие глинистых связующих с добавками жидкого стекла, фтористого натрия и триполифосфата натрия;

- зависимости коэффициента уплотнения керамических сырьевых смесей и структурообразования от скорости проката и соотношения связки;

влияние химического состава на растекание, глушение и кристаллизационные свойства фриттованных и нефриттованных глазурей в системе Ма20-Са0-А120з-Ре203-В203-5Ю2;

- результаты полупромышленных испытаний и внедрения разработанных составов и технологии керамической черепицы с технико-экономическим обоснованием.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы доложены на научно -технических конференциях профессорско-преподавательского состава Таразского государственного университета (1997-2000 гг.); на 2-ой региональной научно-методической конференции, посвященной 10-летию независимости Республики Казахстан (г. Тараз -2000); на Международной конференции молодых ученых, посвященной 10-летшо независимости Казахстана (г. Алматы, КазНТУ-2001), на Международной научно-практической конференции «Проблемы химической технологии неорганических, органических, силикатных и строительных материалов и подготовки инженерных кадров» (Шымкент -2002), на Международной научно-практической конференции «Валихановские чтения -7» (Кокшетау -2002), на Международной научной конференции, посвященной 60-летшо Южно-Казахстанского государственного университета им.М.Ауэзова «Проблемы науки, образования и устойчивого социально-экономического развития общества в начале XXI века» (Шымкент - 2003).

Публикации:

Основные положения диссертационной работы опубликованы в печатных работах, по теме диссертации получен предварительный пат Республики Казахстан № 7768.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложеь содержит 104 страницы машинописного текста, 32 рисунка, 21 табл$ список литературы из 110 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводится анализ литературных источников, kotoj показывает, что керамическая черепица относится к эффективным кровелы материалам, отличающимся высокой архитектурной выразительност прочностью и атмосферостойкостью. Современная кровля имеет бо высокую стоимость по сравнению с широко применяемой кров асбестоцементными листами. Однако долговечность почти вдвое выше, г счет этого, расходы, связанные с укладкой черепицы, вполне покрывают« последнее время составы керамической черепицы постоя: совершенствуются, в основном в направлении замены дефицит] высокопластичных природных глин промышленными отходами.

Керамическая черепица широко распространена в Европе — Голландии, Ф Италии, Испании, Латвии, Литве, Эстонии и т.д.

В исследования по получению керамической черепицы и ксрамичес строительных материалов на основе боя кирпича и боя стекла большой вк внесли С.Ж.Сайбулатов, В.Т.Станевич, В.З. Абдрахимов, С.Т.Сулейме! Ф.Х. Циммерманис, Л.П.Максименко, Н.И.Минько, Л.А.Орлова, Р.И. вастьянов, О.А.Голозубов, Н.Г.Кисиленко, Ж.Т.Сулейменов, A.A. М заходжаев и др. Известны работы МХТИ им.Менделеева, МИ им.В.В.Куйбышева, Минского НИИСМ и других научно-исследовательс институтов и учебных заведений.

Для покрытия поверхности керамической черепицы в основ] используются фриттованные и нефриттованные глазури красного и крас коричневого цветов, поэтому представляет теоретический и практичес интерес синтез глазурей этих цветов. Известны работы по получеь керамических глазурей красного цвета на основе соединений хр< применительно к условиям скоростного обжига керамических плито] щелевых роликовых печах. Были разработаны составы хромо-красных глазу трех видов: нефриттованные свинцовые глазури с введением бихромата ка (К2Сг207у, фриттованные свинцовые глазури с введением хромата свш

нефриттованные и фриттованные свинцовые глазури с введением полуторного оксида хрома (Сг203). Так же известны работы по синтезу бесцирконовых заглушённых цветных глазурей красного и желтого цветов на основе андезита.

Анализ отечественных и зарубежных литературных данных по технологии и составам керамической черепицы показал, что систематические исследования по использованию боя кирпича при производстве керамической черепицы, по физико-химическим процессам на границе «гранула боя кирпича - связка» и структурообразованию практически отсутствуют. Поэтому для разработки составов керамической черепицы на основе обожженного и необожженного боя кирпича с использованием связующих в виде различных глин, стеклобоя и модифицирующих добавок целесообразно изучить влияние технологических факторов на процессы фазо- и структурообразования черепицы.

Принята следующая рабочая гипотеза: использование в качестве наполнителя гранул боя кирпича позволяет создать жесткий пространственный каркас, а использование обжиговых связок из стеклобоя, глины с щелочными добавками - соединить этот каркас в высокопрочные композиции.

На основании анализа литературных источников и в соответствии с рабочей гипотезой были поставлены задачи исследований.

Во второй главе приведены данные о сырьевых материалах, применяемых в производстве керамической черепицы. В качестве основного сырьевого материала был использован обожженный и необожженный бой кирпича. В качестве связующих добавок были использованы тугоплавкая среднепластичная глина Ленгерского месторождения и высокопластичная бентонитовая глина Дарбазинского месторождения Южно-Казахстанской области, суглинок Сарыкемерского месторождения Жамбылской области. Модифицирующими добавками служили стеклобой оконного и тарного стекла, фтористый натрий, жидкое стекло и триполифосфат натрия.

При выполнении работы применяли комплекс физико-химических методов анализа: рентгенофазовый (РФА), дифференциально-термический (ДТА), инфракрасный спектроскопический (ИКС), петрографический с проведением керамико-технологических испытаний. Для установления функциональных зависимостей свойств обожженных образцов от их состава применялся симплекс - решетчатый метод планирования Шеффе.

В третьей главе приводятся результаты исследований физико-химических процессов при нагревании исходного сырья и керамические характеристики глин, по разработке составов и технологических параметров керамической черепицы в системе «бой кирпича - стеклобой - ленгерская г лина», «бой кирпича — суглинок - бентонитовая глина - щелочная добавка».

Исследование спекания сложных силикатных систем, к каким относятся композиции на основе боя кирпича, из-за многообразия физико-химических процессов представляет определенные трудности. В связи с этим проведены

исследования физико-химических процессов, протекающих при нагревании в температурном интервале 700-1000 °С дисперсных исходных компонентов различного фракционного состава: обожженного и необожженного боя кирпича, суглинка, бентонитовой и ленгерской глин, стеклобоя - для последующего определения их влияния на свойства композиции.

Для определения физико-механических свойств обожженного боя кирпича его дробили до прохождения через сито с диаметром ячейки 3 мм, соответствующее максимальному размеру частиц сырья для формования керамической черепицы. Обжиг производили в корундовых тиглях емкостью 100 мл в силитовой печи при температуре 900 -1200 °С.

Как показывают результаты исследований плавкости, температура размягчения боя кирпича составляет 1150-1170 °С, переход в жидко- текучее состояние - 1340-1350 °С. При термообработке боя кирпича в интервале 9001000 °С наблюдается некоторый рост интенсивности дифракционных максимумов гематита а-Ре203 (с1/п =3,63, 2,69, 2,50, 1,686 А), ортоклаза КгОА^Оз-бБЮг, и уменьшение интенсивности кварца за счет увеличения интенсивности линий кристобалита, что свидетельствует о возрастании степени закристаллизованное™.

Огнеупорность боя кирпича составляет 1150-1170 °С. Затем при повышении температуры происходит деформация образцов за счет образования жидкой фазы и последующее вспучивапие за счет выделения газов типа 803. При термообработке бентонитовой глины в температурном интервале 900-1000 °С выделяются кристаллы гематита (сУп=3,63; 2,69; 1,686 А).

Поскольку керамическая черепица используется как водостойкий материал, а окончательно водостойкие свойства формируются при обжиге, были исследованы физико-химические процессы при обжиге боя кирпича и их влияние на водостойкость изделий.

Как показал анализ изменения химического состава, с повышением температуры в основном идет снижение количества оксидов кремния и кальция, что свидетельствует об их связывании в процессе обжига.

Гранулы боя кирпича, обожженные при 950-1000 °С имеют плотность 12501300 км/м3, прочность при сдавливании в цилиндре 12-13 МПа, водопоглощение 16-17 %, морозостойкость 15 циклов. Согласно визуальному осмотру, поверхность гранул пористая.

Для исследования физико-химических процессов, происходящих при нагревании стеклобоя, были изготовлены цилиндрические образцы диаметром 10 мм и высотой 10 мм из молотого стеклобоя с удельной поверхностью 2,5-104 м2/кг при удельном давлении прессования 10 МПа. Полученные экспериментальные данные показали, что стеклобой из силикатного стекла натрий кальциевого состава спекается при относительно низкой температуре -700 °С, имеет узкий интервал спекания (20-30 °С). Начиная с 700 °С, в

незначительном количестве фиксируется появление кристаллических фаз типа

волластонита Са5703 и девитрита (Мя2 О • СаО • 6ЯЮ ). Процесс спекания,

начинающийся уже при 700 °С, характеризуется высокой степенью уплотнения, о чем свидетельствуют физико-механических свойства образцов, обожженных при 750-800 °С (коэффициент усадки /<"у=1,15-1,16, плотность р=2380-2420 км/м3, водопоглощение W=2-3%, предел прочности при изгибе Кизг=20-25 МП а).

Начиная с 800 °С, образцы на основе стекла значительно деформируются, о чем свидетельствует оплавление краев образцов. Образцы растекаются до диаметра 30 мм. С увеличением температуры обжига до 1000 °С растекание образцов увеличивается.

Исследования физико-химических процессов, происходящих при нагреве суглинка, тугоплавкой ленгерской и бентонитовой дарбазинской глин показали, что термообработка глины при 900 °С приводит к разложению основного глинистого минерала монтмориллонита (А12[ОН]2 5140ю)хН20) и появлению новых кристаллических фаз. Этими новообразованиями являются муллит ЗА1203-25Ю2 (с1/п=3,63, 3,35, 2,93, 2,69, 2,50, 2,20, 2,981 А), гематит а-Ре203 (с1/п=3,63, 2,69, 2,50, 1,686 А) и небольшое количество анортита Са0А1203-28Ю2 (с!/п=3,23, 2,93, 2,50, 2,13 А). До 950 °С никаких изменений фазового состава бентонитовой дарбазинской глины не происходит, только при 1000 °С наблюдается небольшое усиление дифракционных максимумов муллита.

Обжиг тугоплавкой глины при 950 °С приводит к распаду пироксена и гидрослюды с образованием гематита (с1/п=2,68, 2,51, 1,686 А). Каолинит частично разлагается с удалением химически связанной воды и образованием монокаолинита А1203-28Ю2 ((1/п=4,51, 3,51,2,46, 2,28, 2,12, 1,988 А), кроме него формируется анортит. При 1000 °С основные максимумы монокаолинита (4,51, 3,51 А) на рентгенограмме исчезают, что свидетельствует о его полном разложении. При этом каких-либо новых образований не отмечается.

Термообработка суглинка при 950 °С приводит к увеличению пиков кварца, появлению линий анортита за счёт взаимодействия оксида кальция, образовавшегося при диссоциации кальцита, оксидов кремния и алюминия.

Для определения оптимального состава керамической черепицы и влияния на её свойства гранулометрического состава боя кирпича были изготовлены образцы следующим образом. Кирпичный бой дробили с последующим просевом через сита с размером ячеек 1, 2, 3 мм. Предварительно очищенный и высушенный стеклобой дробили и размалывали в шаровой мельнице до прохождения через сито 0,14 мм. Отвешенные в заданном соотношении, гранулы боя кирпича смачивали водой и опудривали смесью глины и молотого стекла. Подготовленную смесь засыпали в металлические формы с размерами 160x100x15 мм и прессовали при удельном давлении 7.5 МПа. Затем образцы

сушили при 70-90 °С в течение 1 ч и обжигали при 950 °С с выдержкой 30 мин. Скорость подъема температуры составляла 6-7 °С/мин.

Для определения оптимального состава сырьевых смесей был использован метод математического планирования эксперимента Шеффе, позволяющий на основе ограниченного количества экспериментов определять оптимальные составы. В качестве переменных величин взяты концентрации компонентов, а выходными параметрами были сырцовая прочность и прочность при изгибе.

Составы сырьевых смесей по плану Шеффе варьировались в следующих пределах, мас.%: кирпичный бой - 60 -70; ленгерская глина 20-35; стеклобой 520. Прочность черепицы из смесей различного состава с различной крупностью гранул кирпичного боя приведена в таблице 1. Как видно из таблицы зернистая часть составляет 60-75 %, а количество связки - 25-40 %.

Сравнение полученных данных показывает, что оптимальной является фракция кирпичного боя <1 мм.

Уравнение регрессии для сырцовой прочности черепицы на кирпичном бое фракции менее 1 мм:

у=0,36xi+0,48х2+0,4х3-0,0675х1х2-0,0225x^3-0,0225х2х3--0,2475х1х2(хгх2)+0,225х1хз(х1-хз)+0,0225х2хз(х2-хз)+0,25х1х2хз

Анализ полученных диаграмм «состав-свойство» (рисунок 1) показывает, что изолинии сырцовой прочности имеют сложный характер. Это связано с действием отощителя. Известно, что отощитель (в данном случае им является стеклобой) снижает пластическую прочность.

Максимальными значениями прочности обладают составы с содержанием боя кирпича - 60-65; ленгерской тугоплавкой глины 25-30; стеклобоя 15-20 %. Получена черепица с прочностью в пределах 9,5 — 11,8 МПа, соответствующая стандартным требованиям. Высокая прочность композиций обеспечивается оптимальным соотношением кристаллической и стекловидной фаз.

Полученные зависимости показателей формовочных масс от гранулометрического состава кирпичного боя дают возможность направленной корректировки составов для получения черепицы с определенными свойствами. Оптимальной является фракция боя кирпича менее 1 мм, а составы с содержанием боя кирпича 60-65; тугоплавкой глины 25-30 и стеклобоя 510 %. Основной кристаллической фазой в обожженных изделиях является анортит, сопутствующей фазой - кварц.

В стеклокерамических материалах, в отличие от традиционной керамики, стекловидная и кристаллическая фазы вводятся в массу заранее, чтс предопределяет различия в процессах спекания и кристаллизации и позволяет прогнозировать и получать материалы с заданными свойствам! (морозостойкостью, прочностью при изгибе и т.д.). Были исследовань

стеклокерамические массы, приготовленные на основе ленгерской глины и стеклобоя (бой оконного и тарного стекол), которые являются обжиговыми связками. Исходные материалы сушили, измельчали до прохождения через сито 0,14 мм (удельная поверхность до 2500 см2/г). Из исходных материалов изготовляли смеси в соответствии с разработанным составом масс: содержание стеклобоя в массах изменялось от 20 до 40 %, а соотношение глины и стеклобоя составляло соответственно 80 : 20; 70 : 30; 60 : 40, т.е. изменялось с интервалом 10 %.

Таблица 1 - Составы шихт и прочность черепицы

й Содержание, % Предел прочности при изгибе, МПа

за я н о о боя кирпича глины стеклобоя Фракция < Змм Фракция < 2мм Фракция < 1мм

% сырцовая после обжига сырцовая после обжига сырцовая после обжига

1 75 20 5 0,33 7,0 0,35 7,6 0,36 8,1

2 60 35 5 0,45 7,8 0,47 8,4 0,48 8,9

3 60 20 20 0,38 10,9 0,39 п,з 0,4 11,8

4 70 25 5 0,36 7,4 0,37 7,9 0,38 8,5

5 65 30 5 0,41 7,2 0,42 7,7 0,43 8,3

6 70 20 10 0,34 8,2 0,36 8,6 0,37 9,1

7 65 20 15 0,35 8,6 0,37 9,1 0,38 9,5

8 60 30 10 0,43 8,7 0,44 9,2 0,45 9,8

9 60 25 15 0,40 8,8 0,41 9,4 0,42 9,9

10 65 25 10 0,39 8,4 0,40 8,9 0,41 9,5

Кинетику спекания изучали по изменению средней плотности (/У), водопоглощения (и1) и объемной усадки (Кус) на образах цилиндрах размером с! = Ь = 10 мм, сформованных методом полусухого прессования при удельном давлении 10 МПа и обожженных при 950 °С с выдержкой при максимальной температуре 10, 20, 30 мин.

Анализ полученных результатов показал, что наличие в составе масс стекловидной фазы способствует интенсификации процесса спекания. Важную роль в процессе спекания играет количество, состав и свойства жидкой фазы. С увеличением количества стеклофазы от 20 до 40 % наблюдается снижение водопоглощения и увеличение средней плотности и усадки. Так, если при содержании стеклобоя 20 % водопоглощение составляет 12 - 14 %, то при

содержании стеклобоя 40 % 6 - 10 %, коэффициент усадки увеличивается от 1,08 до 1,12, средняя плотность возрастает с 1920 кг/м3 до 2050 кг/м3.Максимальную плотность имеют образцы, содержащие 30-40 % стекла и выдержанные при температуре обжига в течении 30 мин.

Рисунок 1 — Изменение сырцовой прочности и предела прочности при изгибе композиции бентонитовая глина-стеклобой-тугоплавкая глина в зависимости от состава

По результатам РФА образцов из опытных масс, обожженных при различных температурах, установлено, что уже при нагреве до 900 °С происходит интенсивное образование алюмосиликатов кальция, в частности анортита СаО- А120з'2БЮ2. В этом процессе наиболее активное участие принимают продукты дегидратации гидрослюдистых минералов и каолинита, входящих в состав ленгерской глины. Жидкая фаза в материале формируется в указанном интервале температур благодаря плавлению эвтектической смеси боя стекла с минералами глинистой составляющей. С ростом температуры до 1000 °С растворение в жидкой фазе кварца и кристобалита возрастает, что сопровождается увеличением содержания новообразованного анортита.

Петрографическими исследованиями установлено, что зернистая часть черепицы ■ состоит из гранул боя кирпича угловатой формы, близкой к изометрической, (80-90 %), удлиненной формы (10 - 20 %). Зерна боя кирпича состоят из кварца, анортита, гематита. Вторичные минералы представлены карнегитом, развивающимся по зернам кварца.

Тип связи в основном контактный и поровый. Отмечаются участки более сложного развития связки спутанно-волокнистого строения, в основном это аморфная масса с кристаллами карнегита. Наблюдается плотная упаковка зерен с конформным взаиморасположением, что обусловливает равноплотность и повышенную прочность керамической черепицы. Важными характеристиками спеченных смесей являются тип и размеры пор. Количество пор колеблется от 10-20 до 30 %, в целом они распределены в объеме материала равномерно. Большей частью это межзерновые пустоты, ограниченные поверхностью зерен боя кирпича либо участками связки из глины и стеклобоя.

Как показывают расчеты, радиальные напряжения вокруг зерен боя кирпича и стеклофазы составляют порядка 3-5 МПа. Экспериментальными исследованиями на поляризационном микроскопе «Ролам РЗ11» образцов, обожженных при температуре 850 - 1000 °С с интервалом 50 °С, установлено, что с повышением температуры спекания напряжения на границе с гранулами боя кирпича возрастают и достигают максимума при температурах выше 900 0 С. Это можно объяснить тем, что начиная с 900 0 С в связке увеличивается кол!гчество жидкой фазы. Уменьшение напряжения в интервале 900 - 950 °С связано с кристаллизацией таких фаз, как анортит и кварц. Таким образом, теоретически и экспериментально определены напряжения на границе гранул боя кирпича и связки.

В данной работе для формования керамической черепицы предложен метод прокатки. При прокатке плотную структуру может иметь только хорошо уплотненная полусухая керамическая смесь. Были исследованы формовочные свойства смесей из боя кирпича, стеклобоя и ленгерской глины, формуемых на прокатном роликовом стане. В экспериментах соблюдали следующую последовательность технологических операций. Изготавливали образцы керамической черепицы размерами 450 х 330 х 10 мм. После формования образцы в формах сушили при 80-120 °С, затем отформованную керамическую черепицу освобождали от форм.

При подборе влажности и расхода связующего придерживались того факта, что увеличение влажности смеси более 10% приводит к увеличению упругости смеси, вследствие чего после прохождения формующих роликов уплотненная смесь испытывает упругие (обратные) деформации, нарушающие геометрию изделия. Влажность керамической смеси должна быть такой, чтобы в смеси преобладало сухое трение и при прохождении роликов происходил сдвиг частиц с необратимыми деформациями.

Были подобраны 15 составов керамических масс, среди которых есть составы с полным заполнением межзерновых пустот (степень заполнения пустот Сп=0), а также с недозаполнением до—10 % и перезаполнением +10 % с учетом усадки.

Уменьшение запасов, а в некоторых регионах, в частности в Жамбылско] области, отсутствие высококачественного глинистого сырья требую' изыскания добавок, повышающих технологические свойства некондиционны; грубодисперсных суглинков. Поэтому разработаны составы керамическо! черепицы в системе бой кирпича - стеклобой - щелочная добавка - суглинок бентонитовая глина. В качестве пластифицирующей добавки был; использована высокопластичная бентонитовая глина Дарбазинскогс месторождения Южно-Казахстанской области с числом пластичности 38-40.

Исследованы технологические и реологические свойства четырех составо! (таблица 2).

Увеличение содержания бентонитовой глины более 10 % экономически нецелесообразно, кроме того, ухудшает сушильные свойства керамически? масс.

Для определения обжиговых характеристик глинистой связки на основс суглинка и бентонитовой глины методом проката формовали образцы балочю размерами 100x10x10 мм и из смесей с влажностью 8 % определяли« керамические характеристики.

Таблица 2 - Структурно-механические свойства керамических масс на суглинке и бентонитовой глине

Состав, % Свойства керамических масс

СГ БГ РкЪ МПа Рк2, МПа р А пи МПа Пластичность Рс МПа

97 3 0,08 0,18 0,20 26,9 17,2 9,7 0,1

95 5 0,1 0,16 0,24 27,2 17,0 10,2 0,12

93 ' 7 0,12 0,19 0,26 27,5 16,8 10,7 0,4

90 10 0,14 0,21 0,25 27,7 16,8 10,9 0,5

СГ - суглинок; БГ - бентонитовая глина; Рн - максимальная вязкость; Р^ -условно динамический предел текучести; Рт - пластическая прочность; Рс -структурная прочность; - влажность, соответствующая текучести; -влажность при раскатывании; 1Р - число раскатываний.

Для этого образцы сушили и обжигали при температуре от 1000 до 1100 °С С повышением содержания бентонитовой глины и температуры обжиге наблюдается увеличение прочности с 3,2 до 5,1 МПа, которое связано с увеличением содержания жидкой фазы, образующейся в результате плавления суглинка и бентонитовой глины (таблица 3).

Таблица 3 - Свойства изделий при температуре обжига 900, 1000, 1050 °С

Содержание, Свойства изделий

% 1000 ° С 1050° С 1100° С

СГ БГ в, У, ^НЗГ? в, у, ^ШГч в, У, Иизг,

% % МПа % % Мпа % % МПа

100 - 18,1 5,2 3,2 16,9 5,25 4.15 16,3 5,35 4,65

97 3 17,9 5,4 3,8 16,7 5,35 4,3 16,0 5,7 4,75

95 5 17,3 5,6 4Д 16,4 5,65 4,5 15,7 5,9 4,9

93 7 17,0 5,8 4,3 15,9 5,95 4,7 15,4 6,0 5,0

90 10 16,8 5,9 4,5 15,7 6,05 4,9 15,0 6,1 5,1

СГ-суглииок, БГ- бентонитовая глина, В — водопоглощение, Ршг - прочность при изгибе, У - усадка, К,„г - предел прочности при изгибе._

Анализ изменения физико-механических свойств керамических масс показывает, что с увеличением содержания бентонитовой глины наблюдаются снижение водопоглощения, увеличение усадки, предела прочности при изгибе. По результатам исследований оптимальным содержанием бентонитовой глины в керамических массах является 7 - 10 %.

В таюк легкоплавких глинах, как суглинок и бентонитовая глина, всегда содержатся примеси в виде кварца, железистых минералов, карбонатов, сульфатов, органического вещества, растворимых солей. Как показывают исследования, именно они улучшают свойства обожженных материалов. В керамических массах, содержащих карбонаты совместно с щелочными оксидами, при обжиге кристаллизуются силикаты и алюмосиликаты кальция в виде анортита, волластонита, геленита (рисунок 2), а также кварц.

Как показывают результаты экспериментов, введение бентонитовой глины в количестве до 10 % не обеспечивает требуемого количества жидкой фазы. В связи с этим в керамические массы вводили легкоплавкие компоненты -триполифосфат натрия, натрий фтористый, натрий хлористый, которые имеют низкую динамическую вязкость 0,5-1 Па с в температурном интервале 950 -1000 °С добавки вводили в количестве 0,2-0,5 %.

Как показывают результаты дифференциально-термического анализа (рисунок 3), добавка КаР в количестве 0,2 % снижает температуру экзоэффекта на 30 °С, а в количестве 0,5 % - 50 °С, что в конечном счете является одним из факторов активизации процессов образования жидкой фазы с последующим образованием кристаллизационных структур.

Представляло интерес изучение кинетических параметров процесса спекания в присутствии добавок №Р и Ка3 Р04. Для расчетов кинетических

Температура, °С

1 - кварц 3 - волластонит

2 - анортит 4 - кальцит

Рисунок 2 - Изменение интенсивности отражений при обжиге массы, содержащей 90 % суглинка и 10% бентонитовой глины

880 890

Рисунок 3 - Термограммы сырьевых смесей с КаБ и Ыа3Р04

параметров при неизотермической кинетике спекания применены кинетические уравнения при произвольно изменяющейся во времени температуре:

Т=Т(-х) (1)

Е

Z=K0cxp F (2)

где т!=--скорость процесса, мин"';

Коехр

= К — константа скорости процесса, выраженная

RT

dZ dr

RT

j

модифицированным уравнением Аррениуса F=F(Z) — функция, вид которой зависит от механизма процесса; А/

Z=— - усадка;

т - время, мин;

Т- температура;

Е - энергия активации, кДж/моль;

Ко- пред экспоненциальный множитель;

R - газовая постоянная.

Кинетику спекания масс исследовали с помощью дериватографа по усадке материала при скорости нагрева 5 °С/мин. На основе полученных экспериментальных зависимостей методом графического дифференцирования определены значения скорости процесса спекания Z1 для образцов.

Исследования показали, что введение низковязких минерализаторов NaF и Na3P04 в глинистые системы значительно изменяет кинетические параметры их спекания и свойства. Например, введение NaF приводит к снижению энергии активации процесса с 205,4 до 188,3 кДж/моль и температур начала спекания на 50-100 °С, a Na3P04 с 105,4 до 197,8 кДж/моль.

Добавки NaF и Na3PC>4 эффективно повышают прочность при изгибе. Так если прочность при изгибе исходной смеси без добавки составляет 6,77,0 МПа, то с NaF она повышается до 10,2 МПа, а с Na3P04 - до 9,4 МПа.

Петрографическое исследование опытных масс, обожженных при 950 °С, показало, что основными структурными элементами керамики являются, агрегаты, состоящие из зерен кирпичного боя и связки из суглинка и бентонитовой глины, размерами от 0,14 до 1 мм, закрытые поры размером 30 -40 мкм (рисунок 4).

Рисунок 4 - Микроструктура композиции бой кирпича — 60 %, суглинок - 30 %, бентонитовая глина - 10 %, обожженной при 950 °С

В четвертой главе приведены результаты исследований по разработке составов и технологии стекловидных покрытий.

С целью повышения декоративных и эксплуатационных свойств были синтезированы фриттованные, нефриттованные глазури с использованием боя кирпича и недорогих, недефицитных добавок. Бой кирпича является ценным сырьем для глазурей, потому что в нем содержится повышенное количество оксидов кремния, алюминия, кальция, а также имеются щелочные оксиды №20_ К20. Поэтому кирпичный бой можно рассматривать как основное сырье для глазури.

Повышенное содержание в кирпичном бое оксидов железа ограничивает возможность получения глазурей светлых тонов. В то же время оксиды железа, а также присутствующие в небольших количествах оксид титана, сульфидная сера должны оказывать катализирующее действие на процессы фазового разделения, что способствует получению глушеных глазурей без введения специальных глушителей - оксидов циркония, цинка, титана и т.д.

Целью разработки составов фриттованных глазурей являлось возможно максимальное содержание в шихте кирпичного боя. Для корректировки составов глазурей использовали фосфорный шлак и стеклобой, в основном тарный, для введения в состав глазурей 8Ю2, СаО, АЬ03 и N320.

Исследована область составов, образующих глазурные покрытия в системе бой кирпича - фосфорный шлак - стеклобой при постоянном содержании оксида бора (В203), равном 15 % (сверх 100 %). Синтезировано 15 составов стекол с постоянным содержанием боя кирпича и изменением содержания фосфорного шлака и стеклобоя.

Фритту варили в электрической печи с силитовыми нагревателями при температуре 1350-1370 °С в корундизовых тиглях в окислительной среде. После выдержки в течение 1 ч расплав гранулировали в воде.

Помол фритты до размера частиц 50-80 мкм проводили в присутствии воды и 3-5 %-ной (от общей массы сырьевой смеси) ленгерской глины. Шликер наносили на высушенную керамическую черепицу методом пульверизации. Покрытие обжигали при температуре 1000°С в течение 15 мин.

Внешний вид, качество, цвет и физико-химические свойства глазурных покрытии существенно различались в зависимости от химического состава. При обжиге в основном получены глушеные кристаллизацией глазурные покрытия.

Высокую склонность глазурных покрытий к кристаллизации можно объяснить относительно небольшим содержанием диоксида кремния (в исследованных составах количество Si02 изменялось в пределах 59 — 60 %), не обеспечивающим непрерывность сетки стекла по Аппену.

С повышением в составе стекла содержания оксида кальция взамен Si02 интенсивность окраски в красно-коричневый цвет возрастает. Это связано, по-видимому, с образованием гематита (соединение красно-коричневого цвета), придающего покрытиям высокую интенсивность окрасы!. Железо, имеющее переменную валентность, находится в шести координационных состоящих и образует собственные железо-кислородные области в структуре стекла, обеспечивая интенсивную кристаллизацию гематита. Эти данные подтверждаются спектрофотометрическими исследованиями и рядом технологических и физико-химических свойств - плавкостью, смачиваемостью, химической устойчивостью, TKJEP, термостойкостью. Анализ кривых спектров отражения исследованных образцов показал, что они имеют заметный подъем в области волн длиной 500-750 нм, соответствующих красному цвету.

Установлена область оптимальных составов, %: бой кирпича -70-80; фосфорный шлак-10-15; стеклобой-10-15.

Физико-технологические свойства глазурей: - температура начала размягчения 820-850 °С;

Для определения оптимального температурного режима обжига глазурей проведена термообработка покрытий оптимальных составов при температурах

термостойкость-

температура плавления температура растекания краевой угол смачивания водоустойчивость

ТКЛР (20-400°С)

920-950 °С; 1000-1030 °С; 25-35 °С;

II и III гидролитический класс; 68-72' Ю-'град1; 150-180 °С.

от 950 до 1050 °С с интервалом 20-30 °С и выдержкой - 15 мин. До температуры 900 °С покрытия имели спекшуюся матовую поверхность. В интервале температур 980-1050 °С получена качественная блестящая глазурованная поверхность черепка красно-коричневого цвета.

Фазовый состав глазурей представлен в основном гематитом и анортитом.

Таким образом, покрытия рекомендуется обжигать при температуре 1000 °С, обеспечивающей высокую степень глушения за счет кристаллизации гематита и анортита и, как следствие, высокие физико-механические свойства. Исследования показывают, что на основе боя кирпича, фосфорного шлака и стеклобоя можно получать красно-коричневые глазури без введения специальных глушителей и других дефицитных добавок.

Глазурование поверхности керамической черепицы способствует повышению её морозо- и атмосферостойкости. Однако глазурование является сложным и энергоемким процессом, поэтому разработка технологии самоглазурующихся керамических изделий на основе вулканических стекол является одной из перспективных.

В качестве сырьевых материалов при изготовлении самоглазурующейся керамической черепицы применяли ленгерскую глину, стеклобой и бой кирпича. В качестве щелочного компонента использовали фторид натрия, который вводили в состав сырьевых смесей в количестве 1, 2, 3 % (сверх 100 %, таблица 4).

В технологии самоглазурования необходимым условием является вынос щелочного компонента на лицевую поверхность черепицы. Поскольку щелочь является сильным плавнем, то в процессе обжига образуется глазурный слой, не уступающий по своим свойствам специально нанесенным покрытиям.

Таблица 4 - Составы сырьевых смесей

Компоненты Массовое содержание в шихте

Бой кирпича 60 60 60 60

Стеклобой 10 10 10 10

Ленгерская глина 30 30 30 30

КаР - 1 2 О

Образцы изготавливали следующим образом. Бой кирпича дробили до фракции менее 1мм, затем смешивали с глиной и добавкой, увлажняли массу до влажности 8-10 % и прессовали образцы размерами 100* 100* 10мм методом прокатки при давлении 7-10 МПа.

Равномерность распределения щелочного компонента по толщине плитки оценивали методом кондуктометрического титрования. Пробу материала для испытаний отбирали путем последовательного снятия слоев толщиной 1мм по высоте высушенной плитки при различных режимах сушки.

Тонкоизмельченную навеску от каждого слоя плитки помещали в сосуд с 50 мм дистиллированной воды, перемешивали и замеряли электропроводность суспензии.

Образцы плиток подвергались односторонней сушке при 80, 100, 120, 150, 175 и 200 °С. При легких режимах (80 и 100 °С) обеспечивается наибольший вынос щелочи, однако после обжига наблюдается вспучивание на отдельных участках плитки.

Анализ кривых распределения щелочной добавки по толще плитки при различных режимах сушки показал, что после сушки в течение 20 мин при температуре 120 °С остаточная влажность составляет 1-2 %, а содержание щелочного компонента на поверхности плитки к этому времени достигает 3842 мг/г. С увеличением температуры сушки до 200 °С количество щелочного компонента в верхнем слое достигает 52 мг/г. При таком режиме сушки содержание щелочи на тыльной стороне составляет порядка 10-12 мг/г.

Таким образом, наиболее эффективным режимом является: I- ступень 120130 °С, выдержка 10-15 мин; II ступень 200-230 °С, выдержка 7-10 мин. Усадка в процессе сушки и обжига плиток составляет 0,1-0,3 %. Плитки, обожженные при температуре 950-1000 °С, имеют блестящую стекловидную поверхность и темно-красный цвет.

Для изучения кинетики взаимодействия связки, NaF, стеклобоя и ленгерской глины образцы обжигали при температурах 950-1000 °С с выдержкой по времени 10, 15, 20, 25, 30 мин.

Для описания кинетических кривых взаимодействия NaF с ленгерской глиной и стебклобоем использовано уравнение Колмогорова - Ерофеева:

а=1-екп'т, (3)

где а- степень превращения; х- время; h и к- кинетические параметры характеризующие порядок и скорость реакции.

Энергию активации реакции определяли графически по углу наклона прямой в координатах 1пК - 1/Т и по уравнению Аррениуса

Е

1пК=1 и А0--, (4)

RT

где А0- предэкспоненциалышй множитель;

R- универсальная газовая постоянная .

Построенная в координатах 1пК - 1/Т зависимость свидетельствует о том, что уравнение Аррениуса справедливо, так как опытные точки на графике располагаются на прямой, а константа скорости образования расплава резко увеличивается с увеличением температуры от 980 до 1020 °С. После обработки прямолинейных зависимостей определена энергия активации Е: при 950 °С -219,5 кДж/моль, при 980 °С - 175,3 КД ж/моль при 1020 °С -143,4 кДж/моль.

Применение нефритюванных глазурей взамен фриттованных позволяет экономить природный газ, электроэнергию, сырьевые материалы, так как из технологического передела исключается ванная и барабанная стекловаренные печи для варки фритты и соответственно технологическое оборудование по подготовке сырья.

Составы нефриттованных глазурей для покрытия керамической черепицы разрабатывали в системе БЮ2 - А1203 - СаО - №20 - В203 - Ре203 с использованием такого недефицитного сырья, как бой кирпича, стеклобой и глины.

В качестве сырьевых материалов при синтезе нефриттованных глазурей были выбраны бой тарного стекол, бой кирпича, техническая бура и ленгерская глина. Так как ставилась задача получения глазурей красного цвета, где красящей фазой является гематит (а- Ре203), то сырьевые материалы выбирались с учетом максимального содержания оксида железа.

Содержание стеклобоя изменялось в пределах 30-60 %, при менее 40 % температура розлива глазури увеличивается.

Учитывая дефицитность боросодержащего сырья и его высокую стоимость, содержание В203 принято минимальным. Оксид бора вводили с технической

бурой Ыа2В201. Для стабилизации глазурной суспензии (предотвращения

оседания), а также увеличения термостойкости вводили ленгерскую глину в количестве не более 5 %, поскольку при более высоком содержании тугоплавкой глины резко повышается температура розлива глазури.

Глазури готовили совместным помолом всех компонентов в шаровых мельницах до остатка на сите с отверстиями 0056 мм 0,1-0,2 %. Плотность глазурной суспензии составляла 1,65-1,7 г/см3 при влажности 45-50 %.

В качестве корректирующих добавок в виде электролитов использовали триполифосфат натрия и жидкое стекло в количестве 0,2-0,5 %.

Термообработку образцов керамической черепицы с нанесенной глазурью производили при температуре 950-1000 °С с выдержкой 15-20 мин.

Результаты экспериментов показывают, что составы с содержанием стеклобоя 55 - 60 % растекаются при 950-970 °С, с содержанием 35 % - не растекаются даже при 1000 °С. Структура поверхностного глазурного слоя имеет «пузырчатое» строение. Размеры пузырей колеблются от 0,1 до 0,2 мм. Пузыри во многих случаях образуют ячеистую структуру с тончайшими

перегородками. Контактный слой глазури и черепицы указывает на их взаимодействие. Керамическая основа характеризуется плотным однородным строением.

В пятой главе описан технологический процесс производства керамической черепицы на основе боя кирпича методом скоростного обжига. Показана технико-экономическая эффективность процесса.

Технология керамической черепицы включает четыре основных передела: подготовку составляющих пресс-порошка, формование, сушку и обжиг изделий.

Особенностью разработанной технологии является скоростной режим обжига, согласно которому температура в туннельной печи быстро, за 1 ч, поднимается до 500 °С (скорость подъема 500 °С/ч), затем с 500- до 1000 С поднимается за 1,5 ч (скорость подъема - 300 °С/ч). Выдержка при 1000 °С -30 мин, для выравнивания температуры на поверхности и в середине образца. После выдержки следует быстрое охлаждение до 700 °С со скоростью 600 °С/ч, затем с 700 °С до 1000 °С/ч - охлаждение за 4 ч со скоростью 150 °С/ч. Общее время одного цикла обжига керамической черепицы составляет 8 ч.

Разработанная энерго- и ресурсосберегающая технология производства керамической черепицы с использованием в качестве наполнителя боя кирпича, связки из ленгерской и дарбазинской глин, суглинка, оконного и тарного стеклобоя с добавками фтористого натрия, жидкого стекла и триполифосфата натрия апробирована в опытно-промышленных условиях АО «Ак-Киршш АБА» (с. Аса Жамбылской области) и АО «Жамбыл гипс» (г.Тараз).

На основании разработанной и апробированной технологической схемы, включающей подготовку сырьевых материалов, дозирование, перемешивание, формование сырца, его сушку и обжиг, разработаны технологический регламент производства керамической черепицы, рекомендации по её приёмке, испытанию и технико-экономическое обоснование проекта цеха мощностью 30000м2 черепицы в год со строительством в г. Таразе.

Сметно-финансовый расчет себестоимости 1 м2 керамической черепицы выполнен на годовую программу 30000 м" в год. Цены на сырье, топливо и другие затраты приняты по состоянию на 1.01.2003 г. Ожидаемая экономическая эффективность при годовой производительности 30000 м2 черепицы методом скоростного обжига составляет в среднем 6313715 тенге.

выводы

1. Разработана ресурсосберегающая технология керамической черепицы методом проката со скоростным обжигом на основе боя керамического кирпича, используемого как наполнитель, и связок из местных глин (тугоплавкой ленгерской, дарбазинской бентонитовой и сарыкемерского суглинка) с добавками стеклобоя и модифицирующих химических веществ.

Выявлены химико-минералогические составы и технологические свойстве исходного керамического сырья и обожженных изделий. Установлено, что бой кирпича является ценным сырьем для производства черепицы, способствующим получению высокопрочных композиций.

2. Установлены особенности спекания, фазообразования V структурообразования в керамических композициях на основе гранул бо* кирпича и тонкомолотой связки из тугоплавкой глины и стеклобоя. Выявленс влияние гранулометрического состава кирпичного боя и содержание компонентов в смеси на образование при обжиге в контактной зоне жидко* фазы, кристаллизацию анортита и кварца.

3. Установлено, что добавка жидкого стекла в количестве 2 % способствует повышению сырцовой прочности и физико-мехашгческих свойств керамн ческой черепицы в результате взаимодействия анортита и щелочных оксидов ( дополнительным образованием минералов карнегиита и волластонита.

4. Выявлена степень взаимодействия глинистых связующих с добавкам! жидкого стекла, фтористого натрия и триполифосфата натрия. Определень энергия активации, константы скорости спекания в зависимости от количеств, добавок и температуры обжига.

5. Исследовано влияние химического состава на растекание, глушение ] кристаллизацию фриттованных и нефритгованных глазурей в системе Ыа20-Са0-А1203-Ре203-В20з -БЮ2. Установлено, что интенсивность окрасю зависит от соотношения БЮ2 и СаО, а содержание оксида железа в глазур] должно находиться в пределах 4-6 мас.%.

6. Получены зависимости коэффициента уплотнения керамически: сырьевых смесей и структурообразования в зависимости от скорости проката ] состава связки. Экспериментально показано, что наибольший коэффициен уплотнения (К у = 0,95) достигается при скорости прокатки - 5,7 ' 10 ~2 м/с : влажности смеси 10%.

7. Определены теплофизические характеристики керамической черепиць: рассчитаны критерии Фурье, БиО и на основании полученных данны: разработан оптимальный температурный режим обжига: подъем до 600 °С-2 в окислительной среде при 900-1000 °С, 1 ч в восстановительной среде.

8. Разработана ресурсо- и энергосберегающая технология керамическо черепицы, которая апробирована в условиях ТОО «Ак-Клршш - АБА» и О^ «Жамбыл гипс» (г. Тараз). Разработан технологический регламент рекомендации по производству неглазуровашюй и глазурованно керамической черепицы, которые переданы д:и внедрения в ТО< «Кирпичник», АО «Ак-Юршш - АБА». Экономический эффект от внедрени разработанной технологии в производство составляет 6313715 т в год.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Сулейменов Ж.Т., Сагындыков A.A., Султанаев К.Т. Использование боя строительного кирпича для получения конструкционного слоя стеклокристаллита // Сб. научных трудов молодых ученых и специалистов. Водные ресурсы: «Опыт использования и проблемы». Тараз, 1997, С. 124-

2. Сулейменов Ж.Т., Сагындыков A.A., Султанаев К.Т. Технология керамической черепицы на основе боя строительной керамики // Наука и образование Южного Казахстана, серия строительство, строительные материалы. Шымкент, 1998, С.193-194.

3. Сулейменов Ж.Т., Сагындыков A.A., Султанаев К.Т. Исследование физико-химических процессов на границе раздела фаз фосфорный шлак-стекло // Механика и моделирование процессов, технологии. Тараз, 2000, № 1, С. 34-

4. Султанаев К.Т., Сулейменов Ж.Т., Сагындыков A.A. Керамические облицовочные материалы на основе боя строительной керамики // Труды международной конференции, посвященной 10-летию независимости Казахстана., Алматы, КазНТУ, 2001, С. 505-506.

5. Сагындыков A.A., Султанаев К.Т. Оптимизация составов керамической черепицы с применением математического метода планирования экспериментов // Материалы международной научно-практической конференции посвященной 40-летию образования Кокшетауского государственного университета им. Ш. Валиханова. Валихановские чтения - 7. Кокшетау, 2002, Т.5., С. 130-132.

6. Сулейменов Ж.Т., Сагындыков A.A., Султанаев К.Т. Подбор составов керамической черепицы по гранулометрическому составу // Механика и моделирование процессов, технологии. Тараз, 2002, № 2, С. 198-202.

7. Сулейменов Ж.Т., Сагындыков A.A., Султанаев К.Т. Исследование напряженного состояния спеченных материалов на основе кирпичного боя, глины и стеклобоя // «Проблемы науки, образования и устойчивого социально-экономического развития общества в начале XXI века», посвященной 60-летию Южно Казахстанского государственного университета им. М.Ауэзова. Международная научно-практическая конференция. Шымкент, 2003, Т. 2, С. 125-127.

8. Сулейменов Ж.Т., Сагындыков A.A., Султанаев К.Т. Сырьевая смесь для изготовления облицовочных керамических изделий // Предварительный патент Республики Казахстан, № 7768. Опубл. 1998.

126.

37.

ТУЙ1Н

Султанаев Кенжебай Теле пулы "Прокатка эдю1мен модификацияланган черепицапы алу технология сы"

05.07.11-"Баяу балкдтын металл емес жэне силикат материалдар технологиясы"

Диссертациялык, жумыс керамикалык, юршш сыньщтары мен модификацияланган байланыстыргыштар непзшде, керамикалык черепицаны алудыц ресурсты жэне к,уаты сакдшыш технологиясын дайындауга арналран.

¥сынылган технологияны пайдалану, тшмд1 курылыс материалы керамикалык, черепица енд1р1сш К,азак,стан Республикасыньщ кез келген аймарында уйымдастыруга мумк1нд1к бередь

Бул жумыста шиюзат материалдардын, керамикалык, юршп; сынык,тарынын,, баяу балк,итын куйд1р1лген бентонита са; балшырыныц, шыны сынык,тарыныц, фторлы натрий ушполифосфатты натрий жэне суйык, шыны к,оспаларыньщ, химия минералогиялык, курамы, куйд1ру кезшдеп фазалык, ауысулары жэне физика-механикалык, к,асиеттер1 зертгелген.

Шеффе тэж1рибесш математикалык, жоспарлау эд1с1мен талда} непзшде, "юршш сыныры - баяу балк,итын саз балшык, - шынь: сынык,тары" жуйесшдеп керамикалык, композицияньщ тшмд курамы анык,талган жэне "шии бержтж - курамы", "шлу кезшдег бержтж - к,урамы" диаграммасы тургызылган. Алынган курамдардыр ерекшел1ктер1, и!лу кезтдеп берштт 10-12 МПа, ал аязра тоз1мдийг 50 циклдан жорары.

Петрография, рентгенофазалык, анализ эд1амен, жорарры бер1кт композицияны алура мумкшдж беретш кварцты кристалдык, фазадан анартиттен жэне шыны фазасынан куралгаи куйд!р1лген "бая^ балкдтын саз — шыны сынык,тары" байланысыньщ фазалык, курамь жэне микрокурылымы зерттелген. Шыны сынык,тарын мелшерйн жэне жылумен ецдеу температурасына байланысты куйд1р1лгег "баяу балк,итын саз балшык, — шыны сынык,тары" байланыстын, сч сщ1р1мд1лМ, сыгу кезшдеп бержтж шеп жэне шегу коэффициент1ш1 езгеру] зерттелген.

Керамикалык, композицияньщ фазалык, курамыньщ жэне шик бер1кпгшщ езгеруше суйык, шыныныц асер1 зерттелген. Суйьи шыныныц шию бержт1кт1 артыратыны тагайындалган, ейткеш тушс^ аймарында композицияньщ бер1юппнщ жорарылауына уйытк,ь болатын кварц - анартит туршдег! кристаллдык, фаза туз1ледь

Шии к,оспаныц, ярни саздык, бетонит к,оспасыньщ реологиялык, к,асисттер1, сонымен к,атар физика-механикалык, сипаттамалары жоне куйд^ру кезшдеп фазалык, к,урамы зерттелген. Фторлы натрий жане ушполифосфатгы натрий тэр]зд1 томен дорежем байланыстыррыш минерализаторлардьщ балку жылдамдырына эсер! зерттелш, кинетикалык, зацдылык,тары анык,талган.

Прокатгау жылдамдыгына жане шию к,оспаныц ылралдыгына байланысты керамикалык, черепицаны прокатка эд1амен форма-лаудьщ тшмдд параметрлер! тагайындалран. Прокаттау жылдамдыгы 5,7-10"2 м/сек, крспаныц ылгалдылыгы 8-10 %, ныгыздау коэффициент 0,97.

Кетпру уак,ыты 150-200 °С - 1 сагат, ал 100-120 °С - 2-3 сагат Керамикалык, черепицаны куширу температурасы — 1000 °С, устап туруы 1 сагат, жалпы жылумен ендеу уак,ыты 8 сагат.

Черепицаны глазурьлауга арналган курамында фосфор шлагы, гаршш жэне шыны сыныгы, техникалык, бура к,олданылган фритталтап немесе фритт алмагагг глазурьдщ курамы, сонымен кдтар, ездтнен глазурьлаута ушырайтын черепицаны куйд!ру, кегтру режим! тагайындалран. Глазурьдщ жэне оныц керамикалык, непзбен байланысу кдбатыныц курамы зерттелген.

Фурье жэне БиО сынак, параметр! жэне жылу огазпнгпк коэффициент! аньщталран осылардыц непзшде, куйд1р1лген жэне куйд1р1лмех'е1г юргпш сынырыньщ непзшдеп керамикалык, черепицаньщ куйд1ру режим1 дайындалган.

Керамикалык, черепицаны прокатка эдгамен алу технологиясы, Тараз к,аласы "Ак, Юртш" ЖШС-ц силикат зауытында, "Жамбыл гипс зауыты" АК,-да тэж1рибел1к-енддр1ст1к сынак,тан вткен. Осы сынак, непзшде керамикалык, черепицаны кдбылдаудыц, сынаудыц уак,ытша усынысы жэне технологиялык, регламент! дайындалган. Эшмдишл жылына 30000 м2 болганда экономикалык, тшмдшк 6313715 тецге курайды.

RESUME

Sultanaev Kcnzhebai Tulenovich "The technology of the modifiedtile by the method of rolling"

05.17.11. - "The technology of the silicate and refractory metallic materials"

The dissertation work is dedicated to the resource and power preserving technology of the ceramic tile on the base of the ceramic brick and modified connecting materials' breakage. The usage of the developed technology gives the possibility of organizing effective building materials such as ceramic tilt manufacturing practically in any region of Kazakhstan.

The chemical mineralogical compound, the phase transformation by burning anc physical mechanical properties of the raw materials of the ceramic fired and not firec bricks' breakage, refractory and concrete clay, glass breakage, additions of sodiurr fluoride, sodium tripolyphosphate, liquid glass were investigated.

The optimal compounds of the ceramic compositions in the system "the brick': dreakage - refractory clay - glass dreakage" were developed by the method of th( mathematical planning of Sheffe's experiment and diagrams "the compound of th< raw solidity" and "the compound of the bending strenth" were made up. Tin developed compounds distinguished by their high bending strength 10-12 MPa frost - resistance above 50 cycles.

The phase composition and micro structure of the fired connection "refractor clay glass breakage" included crystalline phases such as quartz, anortit and glas phase favour the receipt of the high bending strength. Was investigated by thi methods of petrografi and rontgenogram phase analisis.

The change of the shrinkade, water absorption and the limit of solidity accordin; to the quanlity of glass breakage and the temperature of the heat treatment wer investigated during the stage of the fired bending "refractory clay glass breakage".

The influence of the liquid glass on the change of the raw solidity and the phas compound of the ceramic compositions was investigated. It was established tha liquid glass is raising the raw solidity, that the crystalline phases of quarts and anarti providing the high wetting of the founding and physical-mechanic reculiarities of th tile favouring improvement of the compositions solidity.

The geological peculiarities raw loam's mixture with additions of concrete, an also the phisical-mechanic peculiarities and phase compound by the fire wer investigated. The influence of the low-tough mineralizers, such as sodium fluorid

d sodium tripolyphosphate on the sintering velosity was investigated and the letic conformities to natural laws were got.

The optimum parameters of the ceramic tile's forming by the method of rolling cording to the velocity of rolling and moisture of raw solidity were established, le velocity of rolling is 5.7 . 10" m/s, the moisture of the mixture 8 - 10 %, the efficient of concentration is 0.97.

The drying conditions are 190-200 °C - 1 hour, 100-200 - 2-3 hour. The nperature of the ceramic tile fire is 1000 °C, the endurance is 1 hour, the total time heat treatment is 8 hours.

The conditions of drying and firing self-glazing tile and also compositions of the tting and not fritting glazes for covering the tile with the usage of FSh, bricks eakage, glass breakage, technical drills were developed the structure of the glaze -

2 contact layer with the ceramic base of the tile was investigated. The criterion rameters of Furye and BiO and also the coefficient's value of the temperature nducting were determined. The conditions of the ceramic tile's fire on the basis ed and not fired bricks' breakage were developed.

The developed technology of producing the ceramic tile passed the experimental dustrial testing in the conditions of the silicate works Company with limited sponsibility "Ak-Kirpish ABA", Joint-stock company "Zhambyl gips" Taraz. On e basis of the experimental industrial testing the technological regulations and mprorary recommendations on the formal acceptance, ceramic tile's tests were :veloped.

The economic effcct in the conditions of the productivity 30 000 m2 per year is 6

3 715 tenge.