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